軸承滾道磨削過程中所要求的精度是至關重要的參數(shù)，旨在以最小的摩擦得到更長的零件壽命并降低能耗。在立式車磨復合機床上配置光學和磁編碼器，以幫助風力發(fā)電機軸承的高精度生產(chǎn)。

汽車和火車的車輪、發(fā)電站的渦輪機和冰箱壓縮機等，這些設備所包含的零件都需要以最小的摩擦進行回轉，而且往往會在嚴重的外部負荷下進行。顯然，摩擦越小，越省能源。在每次的旋轉中軸承起到相當大的作用，以減少摩擦和保證穩(wěn)定的旋轉。生產(chǎn)過程中各工序的要求都很高，尤其是軸承的最終形狀磨削以及超精加工的表面質量。

適應客戶

目前，風電行業(yè)已經(jīng)成為科美騰重點關注的領域。“我們追隨客戶在新市場的發(fā)展，”科美騰首席執(zhí)行官托馬斯.卡爾森說道，“當我們的客戶在風力發(fā)電站領域進行擴張的時候，新類型的軸承是必需的。因此我們必須研發(fā)出新的機床以滿足他們的需要。”

在一個風力發(fā)電站渦輪機組中軸承位于不同的部位，回轉的轉動葉片通過直徑約4m的軸承連接到渦輪軸。這個尺寸的軸承套圈由利雪平（Lidk?ping）VTG4000立式磨床磨削，使得材料在可選擇的磨削和車削組合加工下得到正確的輪廓外形。卡爾森強調這個工藝有多關鍵：“ 磨削工藝決定了滾道的精度能夠達到多少。這個精度決定了摩擦和發(fā)電的準確性。優(yōu)質磨削的軸承帶來的高精度輸出不僅僅使降低能耗成為可能，同時也提高了它們的可靠性。”

在強風載荷應力下，如果轉動葉片被放置到錯誤的軸上，將導致嚴重的后果，巨大的力量可以使葉片松脫，乃至發(fā)電站倒塌。

圖1  風力渦輪機轉動葉片通過裝配直徑最大到4m的軸承連接到渦輪軸，
這個尺寸的軸承套圈由Lidk?ping VTG4000 立式磨床進行加工

“調節(jié)葉片槳距是風力渦輪機運轉最關鍵的功能之一，通過VTG4000調整機構中的巨型軸承，能夠以通常只有小零件才能達到的精度級別進行高精度的制造（圖1）。”KMT Lidk?ping 的首席設計師Eive Johansson說道，“ 機床結合了先進的運動系統(tǒng)，在關鍵軸上配置光學和磁性直線及角度編碼器以保證零件的形狀偏差小于1μm。”輪廓偏差是指所需要的輪廓的變化。在軸承的機加工業(yè)務中，Lidk?ping 的優(yōu)勢在于高速和高金屬去處率，這些優(yōu)勢促進了整體生產(chǎn)力的提高。

定位和品質

定位精度是非常重要的，與加工后的軸承品質直接相關。在VTG4000之前，KMT公司的最大機床能夠涵蓋零件直徑最大到600mm，但是VTG4000加工的直徑超過4000mm，是最大風力渦輪機軸承的尺寸，同時可提供良好的精度。

線性軸上的直線電機使得VTG4000快速、穩(wěn)固的靜壓導軌精度得以提升。伴隨靜壓導軌，壓力油注入到上下滑臺之間浮起上滑臺，形成一個幾乎無摩擦和高響應的滑臺系統(tǒng)。“標準尺寸的機床，在軸上使用滾珠絲杠，維持約3μm的形狀偏差，”Johannson解釋道，“這個機床保持形狀偏差小于1μm， 進給分辨率0.1μm。” 線性滑臺是Lidk?ping機床的核心，液體靜壓滑臺、氣密封和直線電機的結合產(chǎn)生了高剛性、高精度且免維護的系統(tǒng)。

變槳軸承允許風力渦輪機葉片依據(jù)風速優(yōu)化自身的角度或在大風中產(chǎn)生失速條件，因此這類軸承的可靠性直接決定了效率和安全操作。多用途VTG4000被設計用來在單次設置后加工這類大型軸承，執(zhí)行兩個獨立工作頭的車削和磨削。兩個工作頭可根據(jù)需要重新布置，通常情況下進行磨削/車削或磨削/磨削作業(yè)。機床4.5m的X軸支撐著零件相對側的兩個工作頭，允許磨削和車削刀具接近零件。VTG4000非常耐變形和熱變化，這是借助于嚴密控制液壓油和冷卻液溫度實現(xiàn)的。

圖2  磨削系統(tǒng)/左動柱使用直線電機驅動液體靜壓滑臺，配置直線電機、高分辨率編碼器、閉環(huán)伺服系統(tǒng)

“我們從1970年代開始使用液體靜壓滑臺取代滾動導軌（圖2），再將它們與直線電機進行結合，這給我們帶來了更快、更高精度和更大的加/減速度，” 工廠經(jīng)理J?rgen M?ller說道，“ 當你能用手指使25000kg的旋轉軸運動時，你會意識到液體靜壓系統(tǒng)有多么出色。” 四個主要滑臺的運動精度建立在Siemens直線電機配置全閉環(huán)反饋的高分辨率編碼器上。液體靜壓滑臺接近零摩擦并實現(xiàn)超高精度。

Johansson第一次看到編碼器最終安裝到VTG4000上是在2007年的EMO展覽會，Lidk?ping對傳感器經(jīng)過嚴格的測試。“我們比較了不同的光柵尺組裝到我們的滑臺上，并選擇了表現(xiàn)最出色的那個，” Johansson說道，“重要的是線性編碼器的連續(xù)長度至少要4.5m，且要具備很強的抗污染能力，雷尼紹（Renishaw）的SiGNUM系列是這些要求的最佳選擇。我們已經(jīng)將他們安裝到所有的四個直線滑臺，并且沒有出現(xiàn)任何問題。我們的回轉工作臺具有同樣的設計原理，配置液壓徑向和軸向軸承、空氣密封和力矩馬達。回轉工作臺的力矩馬達擁有一個高分辨率編碼器用于伺服閉環(huán)控制。我們做了同樣的分析并選擇了SiGNUM角度編碼器。”

編碼器同樣有助于設定磨削主軸角度，該功能再次利用靜壓/直線電機滑臺的超高精度，任何超出的角度將會在砂輪修整期間進行微調。

雷尼紹的磁性角度編碼器安裝在磨頭的B軸上。這些編碼器暴露于機床環(huán)境的苛刻條件下，他們的非接觸式、非光學設計及IP68密封特征，確保它們免受冷卻液和切屑的影響。數(shù)字或模擬輸出LM10允許達到100m的行程及25m/s的高速運動。
編碼器配置一個集成設置的LED，加速了安裝和更換的時間以用于復雜的設置環(huán)境或示波器。“雷尼紹編碼器最大的特點就是容易設置，分辨率高且經(jīng)久耐用。”Johansson補充道。

為了精確地將零件設置到機床的工作坐標系，VTG4000使用雷尼紹RMP60無線信號傳輸接觸探針。毛坯零件安裝到機床上之后，RMP60從刀庫內裝上，用來在數(shù)秒內定位主要特征的準確位置。