绿色巨型磨床实现微米精度测量

风力涡轮发电机远远看去蔚为壮观，有人认为它是一道美丽的风景线，也有人认为它有碍观瞻，但对可再生能源发电与日俱增的需求却是一个不争的事实。生产轴承等大型零部件对机床制造商提出了新的工程挑战，而KMT Lidköping机床集团成功地攻克了这一难题。该公司坐落在瑞典中心的Lidköping镇，它的新型硬车削VTG4000（立式车削磨削）复合加工中心利用雷尼绍的SiGNUM直线光栅和圆光栅实现所需的精度，并在切削头的轴上使用坚固耐用的雷尼绍磁编码器。

Eive Johansson是Lidköpings VTG的总设计师；我们最大的机床过去可以容纳直径高达600 mm的工件，但VTG4000可以处理直径超过4000 mm的工件，即最大的风力涡轮发电机轴承的尺寸。这是要求非常苛刻的硬车削和磨削，且定位精确度非常重要，因为这会直接影响到成品轴承的质量。一台标准尺寸的机床，利用轴上的滚珠螺杆能够保持3微米的形状偏差，尽管在相关尺寸中存在较大的差异，但VTG4000已经证明，它可在进给分辨率为0.1微米步距的情况下达到出色的优于1微米的形状偏差。 

Johansson先生继续说道：“Lidköping机床的核心部分就是线性滑轨。流体静压导轨、空气密封件和线性电机的结合造就了一套强大、精确和免维护的系统。要达到动态刚性，我们需要高增益并且该增益与栅尺的质量有关。角度编码器是将栅尺直接整合到圆环上，这也会造成很大的差异。”

他在汉诺威EMO 2007展览上第一次看到雷尼绍SiGNUM光栅，接下来Lidköping便进行了一段时间的严格测试。如Johansson先生所述：“选择雷尼绍的理由很简单：我们对比了装配到我们的参考滑轨上的不同光栅，最后购买了性能最好的那一款。直线光栅能够以至少4.5 m的连续长度供应，这点非常重要，而SiGNUM则是达到此要求的最简单方法。雷尼绍光栅同时还拥有更强的抗污能力。现在我们已经将雷尼绍光栅安装到四个线性滑轨上，正如我们所期望的，没有任何问题！”

“转台具有相同的设计原理，具有流体静压径向和轴向轴承、空气密封件和用于驱动的扭矩电机。进行了相同分析后，我们选择了雷尼绍SiGNUM圆光栅。”

所有雷尼绍光栅都采用专利的内置LED安装状态指示灯监控，不仅提高了安装速度，而且无需示波器及其他复杂的安装监控装置。

“雷尼绍光栅最佳特点之一就是安装非常容易，”Johansson先生说道，“凭借附带的光栅和位于指示灯附近的读数头，使观察这两个元件的准直是否调整好以及进行最终调整都变得简单。”

我们很容易就会想象到风力涡轮发电机中只有一个轴承，但事实上有三个不同的型号的轴承。令人惊讶的是，叶片基座变桨轴承是最大的轴承，在许多风力涡轮发电机中直径可达4000 mm，并且很可能是最重要的轴承，因为它们可以调整叶片的间距。在运行过程中，间距必须与风速匹配，否则叶片承受的压力将导致它们破碎，因此高质量轴承的可靠性就变得非常必要。同时若风速变得过高，通常超过25公里/小时，那么则必须制造失速条件以保护叶片。主轴轴承和偏航轴承也非常重要，因为它们让涡轮得以旋转。 

通过使用两个独立切削头执行车削和磨削，VTG4000机床的设计使得在加工操作之间无需移除工件。两个切削头可根据需求配置，通常为磨削/车削或磨削/磨削。这意味着机床带动工件两面的两个切削头的X轴必须至少4.5 m长，这样才使得磨削和车削刀具可以触及工件的外部。 

VTG4000是一架非常坚实的机床，一些工件的重量达到了35吨。因此它借助于严密控制的流体静压油温和冷却剂温度，对于拉伸扭曲和温度变化的耐抗性极强。

Lidköping的厂长Henrik Jonsson先生进一步解释机床构造时说：“自从二十世纪七十年代开始使用流体静压导轨以来，它被应用在所有轴和直线电机上。该组合更快、更精确并且能够保证大得多的加速度和减速度。当您想象出能够用手指移动25 000公斤重的回转轴时，您就会意识到流体静压系统有多么出色！”

生产如此大量的轴承时，另一个至关重要的因素就是工件的热条件。在生产过程中，工件在装载到机床上之前必须适应工厂的环境至少48小时。 

雷尼绍的LM10磁编码器系统安装于磨削头的B轴。这些编码器均暴露在机床的严酷环境下，但均为非接触、非光学设计且密封符合IP68标准，不受冷却剂和切屑影响。LM10可实现最高100米的行程和高达25米/秒的高速运行（1米时的分辨率为4米/秒），可提供数字或模拟输出型号，并且客户可以选择分辨率范围。

机床也使用雷尼绍RMP60无线电测头，以准确地将工件安放至机床坐标系中。在工件被安放于VTG4000机床工作台上后，RMP60也以与切削刀具相同的方式被加载至刀库，并用于找到关键特征的确切位置，这只需几秒钟时间。此数据用来更新循环中的坐标系，从而在准确了解工件的实际位置和尺寸的情况下，立即开始加工。

为将另一个潜在的冗杂手动任务自动化，也可以使用刀库来更换磨轮。虽然对于许多任务来说，可以使用普通的磨轮，但通常有必要更换一个专用的平面磨轮、倾斜轮或定制轮廓的磨轮，也叫修琢磨轮。 

就像风力涡轮发电机本身一样，VTG4000在尺寸与性能方面也同样是一台无以伦比的机床，它能够带给任何看到它的人一种敬佩的感觉。供应与VTG4000同样规模的机床对于Lidköpings之前的业务来讲显然是非常显著的变革，但凭借整合相应技术，例如雷尼绍编码器，公司已经成功地征服了这个挑战。 

客户之所以选择Lidköping，是因为Lidköping是磨削专家，它从二十世纪二十年代起就开始生产磨床。它向全球几乎所有的主要轴承供应商供货，业务遍及北美、欧洲和亚洲。公司始创于1875年，它的兄弟公司UVA于1928年在斯德哥尔摩成立。Lidköping于1929年被SKF收购，而近期这两家公司都成为了KMT集团的一员。在两家公司中，有超过10 000台机床在全球各地投入使用，而其中有约60%由Lidköping制造.