Inom vindkraftsutrustningsområdet avgör huvudaxeln med diametern 300–500 mm, som är en kärnkomponent i vindturbinens drivsystem, direkt tillförlitligheten för enhetens tjugoåriga livscykel baserat på axelns rundhet (krav ≤ 0,02 mm) och cylindriciteten vid lagerpositionen (≤ 0,015 mm). När ett ledande företag inom vindkraftsutrustning bearbetar denna typ av 42CrMo-axlar i härdat och återhärdat stål stöter det på en traditionell processbottenskära: bearbetningen kräver tre steg – "vridning på horisontallathe (skärning) → halvprecisionssvarvning på golvborrningmaskin → precisions slipning på extern cylinderslipmaskin". Flera uppspänningsoperationer orsakar att koaxialiteten vid lagerpositionen överstiger 0,05–0,08 mm, och lagertemperaturstigningen under enhetens drift överstiger 45 ℃ (godkänt värde ≤ 40 ℃), med en enskild bearbetningstid på upp till 16 timmar. Samtidigt har det härdade och återhärdade stålet (hårdhet 280–320 HB) hög skärmotstånd, vilket innebär att livslängden för vanliga skärverktyg endast är 3–4 stycken per blad. Kostnaden för skärverktyg per axel överstiger 3000 yuan.
För att övervinna detta dilemma har företaget introducerat Wuhan-typens CNC-svarv med vertikal axel VTC70, en kraftfull maskin för att bygga upp ett specialtillverkningssystem för spindlar baserat på »kraftfull stel bearbetning + helprocess i ett uppspänn«. Utrustningen är utrustad med en hel struktur av gjutjärn i harsand (gjutvikt 80 ton) som genomgått dubbel spänningsavlastning (»naturlig åldring i 24 månader + vibrationsåldring i 120 timmar«), kombinerat med statiska tryckslidor (bärförmåga ≥ 300 kN) samt strukturell styvhet optimerad genom finita elementanalyser. Den radiella skärvrigheten når 55 kN/mm och kan stabilt klara en radial kraft på 35 kN vid bearbetning av 42CrMo; Utrustad med Fanuc 31i-B5 CNC-system och laserinterferometer med dynamisk kompensering (positionsnoggrannhet kompenserad till ± 0,005 mm), tillsammans med en mätarm integrerad i maskinen (mätnoggrannhet ± 0,002 mm), uppnås en exakt kontroll av lagerpositionens cylindrisk form ≤ 0,01 mm. I anpassning till bearbetningsegenskaperna hos höghållfast stål är utrustningen försedd med en 18,5 kW högprestandaspindel (maxhastighet 1000 varv/min) och ett högtryckskylsystem (kyltryck 1,5 MPa), kombinerat med CBN-verktyg med ultrafint korn (hårdhet HV3500), vilket effektivt minskar verktygsförlust.
Kundanvändningsscenarier
När det gäller teknologisk innovation har utrustningen uppnått en dubbel genombrott av »processintegration+kontinuerlig precisionskontroll« inom spindelbearbetning: integration av en Φ 800 mm fyrgripshydraulisk munsch (med ett spännkraft på 300 kN), ett 8-stations revolverhuvud (med verktygsbyte på 1,5 sekund) och ett kraftverktyg för fräsning av ändyta, vilket kan utföra precisionssvarvning av spindelhals (rundhet ≤ 0,015 mm), precisionsborrning av lagerytor (cylindriskhet ≤ 0,01 mm), fräsning av flänsyta (planhet ≤ 0,03 mm) samt borrning och gängning av 12–16 förbindningshål (positionsprecision ≤ 0,15 mm) i ett enda arbetssteg. För att hantera problemet med deflektionskontroll vid extra långa spindlar (längd 3–5 m) används en innovativ »adaptiv process med flera stödpunkter«: genom tre justerbara extra stöd uppnås realtidskompensation av verktygsdeformation orsakad av egen tyngd (kompensationsnoggrannhet 0,005 mm), vilket säkerställer stabil kontroll av rätsvinnheten över hela axellängden inom ≤ 0,05 mm/m; för precisionsbearbetning av lagerytor används en »konstant temperatur i bearbetningsmiljön + lagervis skärmetod«, där omgivningstemperaturen hålls på 20 ± 0,5 ℃ och skärjälvden per lager hålls mellan 0,2–0,5 mm. I kombination med konstant snittfart (80–120 m/min) säkerställs en ytjämnhet på Ra0,8 μm.
Spännprocess
Implementeringsresultaten överensstämmer fullt ut med standarderna inom vindkraftindustrin: bearbetningscykeln per enskild del har minskats från 16 timmar till 9 timmar, och den dagliga produktionskapaciteten har ökat från 6 till 11 delar; cylindriciteten vid huvudaxelns lagerposition är ≤ 0,01 mm, och koaxialiteten för hela axeln är ≤ 0,03 mm, vilket fullt ut uppfyller kraven i GB/T 19073-2018 "Vindturbinväxellåda" och GL-certifiering; temperaturen i lagren under enhetens drift steg till 36 ℃, och vibrationsintensiteten minskade från 1,2 mm/s till 0,6 mm/s; verktygslivslängden har förlängts med 150 % (upp till 8–10 delar/blad) tack vare materialanpassning, och kostnaden för verktyg per spindel har minskat till 1200 yuan; den industriella internet-of-things-system som är monterad på utrustningen kan i realtid samla in information om skärkraft (samplingsfrekvens 1 kHz) och spindeltemperatur. I kombination med modellen för resterande livslängdsprognos har den totala utnyttjandegraden av utrustningen ökat från 70 % till 92 %, och den årliga driftstoppstiden har minskat med 650 timmar.
CKX52100 löser branschens motsättning mellan kraftig bearbetning och mikrometerprecision för vindturbinaxlar. Företagets produktionsdirektör sa: 'Idag har vår axel för 3 MW vindturbin inte bara godkänts av Goldwind Technology och Mingyang Intelligence, utan uppfyller även de yttersta kraven på "saltmistbeständighet och lång livslängd" för havsbaserad vindkraft, vilket har skapat en teknologisk fördel för oss inom vindkraftsutrustningsspåret.' Detta fall bekräftar att CNC vertikala svarv nu har blivit kärnutrustning för att övervinna prestandabegränsningar inom tillverkning av stora vindkraftskomponenter genom den djupa integrationen av "extra styv strukturdesign + processprecisions stängd reglerloop + intelligent drift och underhållssystem".
EN
