【導讀：對風(fēng)能設備的自動(dòng)化加工的整體方案初次得到制定。其核心便是通過(guò)機器人輔助手段，對轉子葉片進(jìn)行全自動(dòng)磨削。由此，最高可以節省 70%的生產(chǎn)成本?！?br />
                                  

              掃描儀所測得的葉片數據與CAD數據進(jìn)行比對，其結果構成機器人實(shí)時(shí)軌跡數據的基礎

    一直以來(lái)，風(fēng)能設備的加工會(huì )牽涉到很多的人力。其主要原因便是對長(cháng)達80m的轉子葉片的磨削加工迄今為止尚未實(shí)現自動(dòng)化，因為尺寸很大且幾何外形多變。換言之，即轉子葉片的形狀在加工過(guò)程中不好準確把握，因此無(wú)法達到自動(dòng)化作業(yè)的程度。磨削加工需要結合眼睛觀(guān)察和感覺(jué)，而常規的機器人恰恰就缺少這兩方面的東西。

                     

圖 1 通過(guò)轉子葉片的實(shí)際位置與CAD數據的相互調整，機器人即可“知道”，在何處需要磨削掉多少數量的材料

    特殊掃描儀測定幾何形狀數據

    自動(dòng)化專(zhuān)家即GDC Consulting公司非常積極地投入到對此問(wèn)題的解決中去，并研發(fā)出了一種技術(shù)方案，它可以允許對GFK元件進(jìn)行自動(dòng)化加工。該技術(shù)方案的關(guān)鍵點(diǎn)是機器人與傳感器及轉子的CAD數據進(jìn)行智能化的配合。實(shí)時(shí)的葉片數據通過(guò)特殊的掃描儀被測得，并與虛擬的數據進(jìn)行比對。比對的結果便可生成一種新的符合實(shí)時(shí)狀態(tài)的幾何形狀。與此同時(shí)，加工作業(yè)機器人也會(huì )更新其運行軌跡數據。

    同時(shí)，在設計自動(dòng)化方案時(shí)，充分考慮到了葉片的形狀，這也是新的技術(shù)方案的決定性部分。只是簡(jiǎn)單地把一個(gè)力和力矩相關(guān)聯(lián)的打磨工具交到機器人手里，是達不到目的的，而是要讓所研發(fā)出來(lái)的系統能夠識別磨削流程處在哪里，需要磨削掉多少量等（圖1和圖2）。

                       

                          圖2 轉子葉片的費時(shí)費力的拋光作業(yè)將來(lái)可由機器人來(lái)完成

    通過(guò)機器人經(jīng)此類(lèi)傳感器所進(jìn)行的控制，可以形成一種調節電路，這有助于對轉子的各個(gè)尺寸進(jìn)行測量，并準確測定葉片的形狀和位置。在生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)與CAD數據的比對，設計工作即可與實(shí)際情況進(jìn)行校準，并建立生產(chǎn)數據庫。數據庫可以給出準確的生產(chǎn)參數信息。

    對表面和外部輪廓進(jìn)行高效磨削

    可以毫不夸張地說(shuō)，這項加工技術(shù)相當于在風(fēng)能設備生產(chǎn)上產(chǎn)生的一次革命。以往，工人們需要穿著(zhù)防護服，在一段40m長(cháng)的葉片上手動(dòng)工作約 60～100h，以獲得光滑的工件表面。這樣的工作令操作人員既累又煩，同時(shí)對人體健康也不利，因為所使用的合成樹(shù)脂含有苯乙烯，在磨削過(guò)程中會(huì )被釋放出來(lái)而刺激人體皮膚粘膜。因此，針對較小的GFK元件，基本上都在帶有高效排風(fēng)的單獨的操作間內打磨。針對較大的轉子葉片，則直接在刀具上排風(fēng)，此時(shí)工人在作業(yè)過(guò)程中，需強制性地佩戴防護面罩。在新的加工方案中，這種不適宜和具有危害性的作業(yè)方式將被摒棄。

                     

圖 3 用于加工軸承環(huán)和法蘭的CNC加工中心擁有已獲得專(zhuān)利的自調心張緊裝置，由此可以實(shí)現對工件的自動(dòng)引入和張緊

    在制訂設備方案、配置“硬件”和軟件編程過(guò)程中，GDC Consulting公司可以借鑒不同行業(yè)（如從太陽(yáng)能技術(shù)至航空工業(yè)）在研發(fā)機器人輔助的自動(dòng)化方案工作的豐富經(jīng)驗。

    據GDC公司稱(chēng)，針對2.5MW設備上的單個(gè)葉片，可以按此方式節省大約50%～70%的生產(chǎn)成本，并可以加工出一樣的表面或外形輪廓。采用此技術(shù)的制造廠(chǎng)家可以從快速的生產(chǎn)中受益。由于CAD數據可以得到校正，實(shí)時(shí)尺寸可以得到保證，因此葉片也可達到可重復的質(zhì)量。這也減輕了轉子葉片與設備的配合難度，原因是各個(gè)葉片都能保持在相同的外形輪廓和運行性能上。機器人輔助的自動(dòng)化技術(shù)的另一個(gè)優(yōu)勢便是可以采用相同的原理對葉片進(jìn)行切邊和涂漆。這可使得企業(yè)投資再次獲得好的經(jīng)濟回報。

    計劃建立轉子整體加工站

    針對轉子的整體加工，目前計劃設立一個(gè)較大的加工站。這種加工站應該建立在一家風(fēng)能設備制造廠(chǎng)或轉子葉片制造廠(chǎng)里。但這只是風(fēng)能設備全自動(dòng)化加工的第一步。GDC Consulting公司與兩家西班牙企業(yè)一起，共同建立Acolus- Konsortium聯(lián)合公司。這家公司融合了加工和自動(dòng)化技術(shù)方面的各種能力。其中一家西班牙合作伙伴為Reyma S.L.公司，它研發(fā)和制造用于加工風(fēng)能設備軸承環(huán)和扁軸承法蘭的CNC設備。軸承環(huán)的內徑可以達到8m。設備帶有已獲專(zhuān)利的自調心張緊裝置，這為軸承的自動(dòng)引入和張緊打下基礎（圖3）。

    加工重達25t的輪轂

    Reyma公司與GDC公司和Prova S.L.自動(dòng)化技術(shù)設備公司一起，共同研發(fā)出了一種可實(shí)現25t重輪轂自動(dòng)化加工的技術(shù)方案。對此可以采用Reyma公司專(zhuān)門(mén)為此開(kāi)發(fā)的大型加工設備。這種設備可以在一道工序上即加工完成所需的全部加工流程，它通過(guò)Acolus合作方即Prova S.L.公司在其冶金加工自動(dòng)化工作經(jīng)驗的基礎上所研發(fā)的大型上料裝置進(jìn)行自動(dòng)進(jìn)料。由于加工元件的尺寸較大，因此這是一項艱巨的加工和自動(dòng)化任務(wù)，同時(shí)在物流輸送方面也是一個(gè)挑戰。

    通過(guò)這種加工技術(shù)方案，Acolus集團公司可向風(fēng)能設備制造廠(chǎng)家首次提供貫穿式的協(xié)調的加工自動(dòng)化技術(shù)。由此，塔、輪轂和轉子的生產(chǎn)又向自動(dòng)化加工目標邁進(jìn)了一步。各合作方都相信，第一家采用這種技術(shù)方案的制造企業(yè)將會(huì )在市場(chǎng)競爭中占據很大的優(yōu)勢，因為它在核心部件如輪轂、塔和葉片的加工上，可以達到更加快速、更低成本和絕對可重復質(zhì)量的生產(chǎn)。按照Acolus公司的觀(guān)點(diǎn)，這個(gè)步驟早就應該有了，因為風(fēng)能設備制造廠(chǎng)家的數量最終會(huì )達到一定的規模，這將足以證明自動(dòng)化加工的道路是完全正確的。