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新能源热度不减 风电产业助推机床行业进一步发展

2015年07月09日 10:31中国机床商务网点击:7370

  【中国机床商务网 市场分析】风电产业的快速发展,促使风电机组部件加工所需的精密、高效的数控机床和高端刀具的需求也大量增长。风电,为机床工具产业的进一步发展提供了“新的能源”。
  
  在新能源的发展过程中,风能作为一种清洁的可再生能源,越来越受到世界各国的重视。欧洲各国、美国、中国等都在本国的能源规划中给予大力的支持和推进。世界风能协会(WWEA)主席Dr.AnilKnae曾表示,“风电,是世界能源体系改革的机车头。”风能的利用一直是人类的梦想,作为一项环保、绿色、可再生的能源产业,在当今世界传统能源面临枯竭、环境问题日益严峻的大背景下,受到了极大的重视。风电产业的快速发展,促使风电机组部件加工所需的精密、高效的数控机床和高端刀具的需求也大量增长。风电,为机床工具产业的进一步发展提供了“新的能源”。
  

 

  我国风电产业近年来持续向好,年度新增和累计装机容量连续四年翻番,2010年风电装机规模跃居世界第二。我国风电产业快速发展促使国内风电设备国产化水平快速提升,也带动了国内相关产业的快速发展。我国“十二五”规划已经风能列入新兴产业之列,风能将持续备受关注。
  
  风电机组的主要部件加工需要大量精密、高效的数控机床和高端刀具,风电设备加工技术的进步,很大程度上依赖于机床和刀具的先进性与精准性。再加上风电设备的工况环境大都比较恶劣,这也对相关设备加工提出较高的要求。因此,先进的装备制造工艺,尤其是先进的机床和刀具是风电设备制造产业升级的根本保障。
  
  在相关风电设备制造企业中,无论是管理人员还是技术人员,均表示出风电设备对机床工具等先进加工设备的强烈依赖。以风电设备变速箱为例,其主要由箱体、行星轮系和变速机构等组成,变速箱体属于大型箱体,其结构复杂,各种部件的加工需要不同的机床和刀具来完成。兆瓦级风电设备变速箱大部分为分体结构,加工时需数控落地铣镗床、大型卧式加工中心和龙门加工中心等,加工精度要求较高。大规格、大模数齿轮和齿圈需要采用数控成形铣齿机和数控成形磨齿机进行加工。其中,数控成形铣齿机更是要求大切深、大进给和滚速高,数控成形磨齿机要求精度达到5级以上,且要求自动调心、自动测量、自动修形等自动化程度高和稳定性高。
  
  在风电设备变速箱加工案例中,数控落地铣镗床、大型卧式加工中心、龙门加工中心、数控成形铣齿机和磨齿机等都是当前机床行业技术含量比较高的高端设备,曾有风电设备制造企业的技术人员明确表示,他们公司所使用的这些机床均是国外进口的技术先进的高端产品。由此可见,风电设备加工过程的极高要求,以下若干案例即可说明。
  
  案例1:大型叶片的加工,需要数控铣床,此类机床属于大规格轻型非金属五轴加工机床,尽管加工精度要求不高,功率和扭矩也小,但对机床切削速度的要求却很高,切削速度一般要求在30m/min以上。电机转子轴的加工,需要大规格卧式车铣磨复合机床,要在传统卧式车床的基础上增加铣削和磨削功能,实现一次装夹完成加工。电机定子制造需要立式车铣磨复合机床,特别是定子下线槽的加工,要在传统立式车床的基础上增加铣削和磨削功能,也同样需要实现一次装夹加工完成。偏航机构的主要部件如带内外齿的大型轴承和小齿轮及变速装置制造等,也需要一些要求较高的专用机床装备。主轴、风轮和塔架均为大型构件,加工难度大,精度的要求也高,需要专门设计专用的加工设备,且兼具高速、高效、智能化、柔性化、CAD/CAM自动转换、自动检测、误差补偿和故障自动诊断等多项先进功能。
  
  案例2:轮毂加工需加工部位可分为主轴系与叶片孔系两部分。为了得到最优的投入和产出比,采用立车与刨台式镗铣术来加工是较为理想的选择。用立车加工回转孔系,历来都是最经济、最高效的加工方式。由于在主轴孔的端面位置还会有销孔或螺纹孔,为避免再次装夹,选用的立车应带有钻铣功能,其钻铣头通常需带内冷却装置,以保证钻孔效率。对于加工叶片与主轴系带角度的轮毂,刨台式镗铣床需要配有专用夹具,此夹具的角度与叶片、轮毂夹角相同,通过自动或手动来旋转叶片位置。这里也需要镗铣床带有内冷,冷却液压力在1Mpa以上,机床转速在2000r/min以上,主要是考虑到一部分较小直径孔的高效加工。
  
  案例3:主轴属于长轴式回转件,大多数加工都是在卧车上完成。卧车刀具接口的选择多种多样,有四方刀塔、双刀板式等。粗车时的状况一般都很苛刻,既要求刀尖的抗冲击性好,也要求高的金属去除率,这种情况下可选用圆形刀片来加工。除去卧车之外,深孔钻床和落地镗铣床对于主轴加工也十分重要。发电机主轴最大的难点在于下线槽的高效铣削,加工分为直槽铣和下线槽成型铣两步,且都采用可转位立铣刀的形式,这能降低对设备功率和扭矩的要求。
  
  案例4:车削回转支承内孔、端面、外圆、滚道等都是在立车上完成。对于高效齿加工,则是在齿轮铣床上完成。螺栓过孔在立式钻削中心上完成。由于风电对回转支承齿精度要求都不严,通常在9~10级就能满足使用要求,所以齿加工也就可以简化为粗、精铣两步。对于粗铣,在机床刚性与夹具刚性较好的情况下,能够以大于400mm/min的进给量来加工,精铣可采用更大的进给量。底座是典型的结构件,用龙门镗铣床两次装夹完成加工。连接法兰加工设备与回转支承类似,但连接法兰的材料多为低碳钢,钻孔时不易断屑。
  
  从这几个加工案例中可以看出,风电设备零部件加工对机床、刀具和工艺的要求可以用苛刻来形容。俗话说“工欲善其事,其先利其器”,在风电设备制造业,要想生产出合格耐用的风电设备,机床、刀具和工艺等软硬件设施都十分关键。如何能够最好地权衡风电设备加工所涉及的多种要素,并进一步为风电设备零部件加工提出最佳加工工艺,无疑将成为风电设备制造业永恒的追求。
  
  目前,全国风电装备制造业尚处于初级阶段,除了几家实力较强的公司外,大多数公司只是通过技术转让方式进行整机组装。一方面出现了低端产能过剩,而整个产业则亟待提高技术能力与装备水平,自然需求购进先进的机床设备,特别是大规格的数控通用和专用机床。
(来源:金属加工在线)

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