一枚叶片的自动化磨削之旅 2024-05-21 

  

编者按:
  数字化转型是抢抓新一轮科技革命和产业变革战略机遇、以数字化全面赋能航空发动机转型升级的重要途径,是实现高质量发展的重要标志。中国航发成立以来,深化数字化转型顶层设计,加速推动数字化能力建用结合,为集团加快航空发动机自主研制步伐提供了有力保障。为更好推动集团数字化转型成果落地应用,从今日起,本报开设“中国航发数字化转型”专栏,宣传推广一批各直属单位数字化转型实践案例,为加速推进数字化转型提供有益借鉴、营造良好氛围。

符文娅
  设备就位、机器轰鸣,2023年12月,中国航发南方叶片加工中心的一片空地“摇身一变”,已然成为一个稳定运行的叶片自动化磨削加工单元。
  磨削加工是指用砂轮或其他磨具切除工件表面多余材料,是零件精加工的主要方法之一。此前,叶片磨削加工大多采取人工干预的方式,即使有自动化磨削加工,也都集成在单机、单道工序自动化上。
  南方叶片加工中心自动化磨削加工单元的顺利建设和验收,意味着从毛坯到成品的动力涡轮工作叶片全流程自动化加工成为现实。
  而我,一枚动力涡轮工作叶片,见证了这一翻天覆地的变化,在赞叹声中完成了自己的自动化磨削加工之旅。
  精心设计的旅行方案
  作为试验叶片,我和一些同伴早早就来到了叶片加工中心。临近2023年8月,不时会有几个人来到这片空地,似乎在筹划什么事情。
  “工艺路线长就意味着需要人为干预的地方多,这显然与我们做自动化加工的初衷‘背道而驰’,这个方案还是得再优化。”说话的人语气十分坚决。
  许久之后我才知道他叫肖俊,是叶片加工中心的技术员,也是后面几个月我见面最多的人。
  正当我好奇他们口中的“自动化”究竟是什么的时候,又隐约在谈话中听到他们提及了我和同伴:“不仅如此,零件材料属于难加工的高温合金,精度要求高,又是薄壁小件,毛坯一致性也差。”
  这一番话,让我略显窘迫。原来,要实现自动化磨削加工这么不容易,且看他们准备怎么干!
  经过长期、大量研讨和验证,团队预想了单元稳定运行可能会遇到的问题,并通过深入研究零件特性和工艺,逐一摸索出了应对之法,一份详实、可落地的方案最终诞生。
  为了适应高度集成自动化加工的需求,团队制定了专门的夹具方案,将原本的多道工序控制在3个工步以内;运用粗磨、检测、精磨的方式来保证加工质量;通过在加工前对零件状态进行调姿检测,消除毛坯误差及装夹误差影响,以此实现自适应加工。
  方案一经敲定,我眼看着肖俊一日比一日忙。慢慢地,原本的空地也逐渐热闹起来,隔几天就会多出一些我从未见过的设施设备。
  只是,从他们的表情来看,事情似乎进行得没有那么顺利。
  充分周全的旅行准备
  2023年9月的某一天,我正聚精会神看着他们调试。一阵“哐当哐当”类似火车的声音传来,机器人运行出现颠簸。
  出现这种情况后,肖俊和同事们就在地轨旁开始拿着塑胶榔头敲敲打打,同时又打表测量平整度,一连干了3天。
  “这都敲了3天了,平整度还没有达到要求。”我偶尔能看见他们交谈时脸上浮现出的无奈和疲惫。
  “实在不行就换!”几位工程人员又拉进来一批货物,单元内的地轨全部被拆卸下来,更换成了单节更长的地轨,轴承大小也根据实际情况进行了更换。又是一阵忙碌,“哐当哐当”的声音才彻底消失,他们紧绷的神经也随之缓和下来。
  过了一段时间,我发现肖俊和同为技术员的扶辉几人又开始没日没夜地工作,细细听来才知道,原来榫齿关键尺寸加工波动大,导致合格率一直在80%左右。
  “我们的目标就是100%,80%、90%都不行!”
  三坐标测量机、磨削加工设备、应用程序……为了找到原因,他们在单元内逐一检查测试。“余量数据补偿值检查过了,没有问题。三坐标自定心接触力大小、主轴油冷温度、A 轴抱紧油压也都调整过了。”几人核实的声音不时传来。
  为了解决这个问题,让设备接近真实加工状态,团队在单元内连续测试了几个通宵。
  “这一批测试的叶片全部合格了!”看着来之不易的数据,肖俊和扶辉相视一笑,长舒一口气。
  短短几个月时间,他们在单元里忙得不可开交,时而欣喜、时而蹙眉,一旁的我也看得异常紧张,为自己日后的旅行捏了一把汗。
  顺畅自如的旅行体验
  自动化磨削加工单元内,两台橙色机器人正在单元内忙碌,夹取、放置、行走……一整套动作行云流水、顺畅自如。
  完成装夹、被置于上料台后,我的同伴们随即按照既定程序开始自己的磨削加工之旅。随着机器人越来越娴熟,每天开启旅程的同伴也愈发多了起来。
  2023年12月,期待了许久的我也终于开启了自己的自动化磨削加工之旅。
  旅行开始前,我便注意到了特制的夹具上附载的带有编号的芯片。机器人接触到夹具后,读写头会自动识别芯片信息,接收夹具号、零件类型、零件号、工序号等。据此,机器人就可作出判断,“手里”的我们已经旅行到哪个地方,接下来需要去哪里。
  如果在加工中偶尔出现了小插曲,工作人员通过芯片可以清楚了解到我们是在什么时候、哪台设备上出现了问题,设备当时处于什么状态。信息追溯变得便捷准确的同时,问题反馈和处理也更加迅速。
  依靠机器人运输,我去了恒温的计量间,里面气温十分舒适,计量也完成得快速又精准。不一会儿,另外一台机器人把我送进了磨削机床,此后我又陆续到了打标机、磨削加工区……不到1个小时,我看得眼花缭乱,自动化磨削加工单元可谓是“麻雀虽小,五脏俱全”。
  上料、测量、加工、清洗、测量、补充加工、清洗、终检、标印、下料,整个旅程十分顺利。“他们的辛苦没有白费!”我暗自为那群可爱可敬的“老朋友”感到开心。
  听以前的同伴说,磨削加工时会碰到各种各样的人,偶尔转工排不上队还得再孤零零多待几天。现在,只有在进出自动化单元的时候能见到一两个操作人员。
  自动化磨削加工单元突破了中小航空发动机涡轮叶片结构复杂且几何尺寸小、定位工艺难度大、工装设计精度高等多个难题,有效推动了加工方式变革。
  “这次旅行体验真的很赞!”出来时,我碰到了正准备进去的同伴,眼神相交,一种对团队成员的敬佩感油然而生。