风能设备的组件一般加工时间较长。因此，能够长时间过程安全可靠工作的切削刀具非常俏销。此外，由于部件很大，而且往往是非对称的，因而加工需要放在夹紧装置上进行。

在切削加工行业内，当前仅有少数几个市场能像风力工业那样迅猛发展。目前，风力发电占世界发电能力的1.3% —这是一个每年增长29%的数字。即便仅有1.3%的份额，风力发电设备生产的电力足够向3600万户家庭供电，并以此作为应对，每年减少22万t的温室排放。到今年为止，对风力的新投资预计可创造1000万个新的就业岗位，到2017年，这方面的投资将达400多亿美元。因此，1.3%的大关在不久后的将来就将被远远抛在后面。

德国在出口业务中占有强大的位置。2009年，德国的风力发电设备市场仅占世界市场的6%，2010年上半年，德国风能设备制造商的销售额占全世界销量的17.5%以上。2010年上半年，德国共制造风电设备，功率总计将近660MW。德意志联邦共和国共安装了21315台风能设备，总功率为26386MW（2010年9月份）。

大型组件必须进行经济合算的加工

不过，有一点是清楚的，对风力设备的需求并非任何时候都会高于供给的。因此，在市场上存活下来，将主要取决于在竞争对手数目日益增多当中，是否能够经济合算而有利可图地加工大型构件。

本报告描述一套典型的风电设备的构造以及加工风电设备组件当前的最佳方法，本报告的依据是在同风力发电工业供货链中的50多家制造厂商合作编制出的Isars经验。从地面看上去，安装在塔尖上的设备很小，但从近处观察，它是一个重达数吨的复杂的转子单元。人们看到的是缓慢旋转的转子叶片，却看不到转速每分钟达750~3600转的发电机，是它在驱动这些叶片。其次，吊舱内部装有转子叶片调节装置、用于设备在风中取向的风向跟踪方位系统、主轴、主轴承、减速装置以及伺服马达和调节驱动装置。

塔身由许多个弯曲的和焊接的钢构段组成，这些钢构段在端面上用很厚的经淬火处理的法兰盘相互连接在一起。法兰盘的圆周上有一圈孔，法兰的直径甚为可观，可达6m。

风力设备及其组件的制造主要有三个标志性的特点：加工时间长，而且大都在无人照管情况下。这要求有高度的过程安全性，要求切削刀具使用寿命长而可测算的恒定；构件极大，而且往往造型不均匀，不对称。这要求尽可能整套加工。也就是说，最好是组件在一次夹紧中完成加工；构件质量高，因而也非常昂贵。

现在让我们来看一下风力设备的典型组件：转子轮毂。比如平面铣床已经连续使用了很长的加工时间。但在哪怕只有一个切屑掉下来之前，这种数吨重的外壳就已经具有数万欧元的价值了。转子轮毂不仅必须尺寸绝对精确，而且动平衡也要绝对精准。当然，切削这种部件时，虽然也为更换刀具和后续加工留有一定的余量，但是出于构件价值太高的原因，却丝毫没有断刀和由此可能造成出现废品的余地。

切向铣刀可以有很高的粗铣进给量

对像主轴、基架和转子轮毂这样的组件常用的粗滚加工是平面铣和平面角铣。Iscar公司的Tangmill型平面铣刀最适合平面铣，这种铣刀结合恒高的耐用度，可提供很高的定时切削量，因为在切向刀具系统，切削力是经过转动冲切盘最稳定的作用截面接受的。这种特别稳定的状况，允许在切削边缘稳定性极为突出的情况下达到很高的粗滚铣进给。通过Sumotec的切削材料，其表面是利用特殊工艺后续处理的，结合因切削的几何形状而达到的软切削，切向铣切时不仅定时切削量有了明显的提高，而且在对风力工业中的许多构件加工时耐用度也大大提高了。切削的几何形状和表面处理配合得完美无缺。由于采用切向夹紧，整个刀具系统更加稳定，同时，由于切削的几何形状非常有利，切削力也得到了明显的减小。

许多生产车间都采用软切削的16-Mill平面铣刀对大型表面进行了平面加工。可以买到的大直径铣刀，经济合算的是装有16个切削刃和45调整角的铣刀。这个调整角保证切削刃做到逐渐达到的软切削。由于齿距小因而齿数多，切入时切削力在多个刀刃上分布均匀，因而减少了每个刀刃的负荷。在对基架和行星架进行平面铣切时，这种刀具由于齿数高而取得了明显的生产率优势。

在对大型表面但也包括像转子叶片适配转接器这样的较小表面进行平面角铣时，Helido平面角铣刀取得了优秀的结果，而且这一结果是在进给量很高的情况下达到的。这种铣刀采用了双面90转动切削盘，切削盘采用了极为有利的刀刃几何形状。这里采用的也是Sumotec的切削材料。

平滑的镀层表面降低切削区的温度

转子轮毂和主轴承（转矩支座）是不对称旋转的大型构件，其钻孔必须进行粗滚加工。这种构件的制造厂家通过采用Helitang切向螺旋杆铣刀进行循环粗铣，取得了明显的成功。对工件材料进行了显然更快速的切削。下一个步骤是采用可调节的双刃粗铣轴系统通过半精整，使轮毂孔达到了很高的精度。虽然刀具规模庞大，但最终要求的精度只有采用经过配重做过动平衡的单刃主轴刀具才能达到。由于需要有巨大的飞环（约达3m），这种刀具属于特种刀具。

切削风力设备构件时，传统车削也有其不可替代的地位，特别是加工轴、轴承及其它旋转组件时。对于极端的粗加工，也就是说重型切削，Iscar公司建议使用SUMOTURN的ISO-车削刀具系列。这是S型、R型和C型刀片以及厂家自备的刀刃极长的长方形刀片形状（LNMX 42）。所有转动切削刀片均采用Sumotec法做了镀层。其所包含的特种表面处理在CVD镀层时从镀层中吸收拉内应力，因而防止裂纹的形成，这对刀刃的稳定性产生积极的作用。做PVD镀层时，所谓的小滴形成（镀层表面起小泡）被减到最小程度。一般来说，Sumotec镀层法保证镀层表面极为平滑，而这又减小了摩擦，降低了切削区的温度，因而导致使用寿命的耐用度大幅度提高。

图6  Solidthread螺纹铣床上颇具特色的出屑槽可以把切屑顺利地运走

在Heliturn TG车刀上，采用Helicaler刀刃几何形状的转动切削刀片（LNMX11、15、22）切向安装得非常稳定，这种车刀主要是在主轴的深部粗加工时被证明非常优秀。在对淬过火的变速器环和大型轴承进行精车时，装有CBN-或陶瓷转动切削刀片的Isoturn车刀是首选的刀具。

模块结构的钻具缩短刀具更换时间

在风力设备组件上，像方位系统、，转子叶片调节装置、转子叶片适配转接器、转子轮毂和塔身法兰上，有大量的钻孔用于必要的孔环。对于规格较大的孔，Dr-Twist转台钻被证明特别有利。这种钻孔系统的特点表现在其螺旋式冷却剂通道上。螺旋曲线完全随钻头旋转的轮廓而变化，因而使钻体比较稳定，钻屑室也比较大，同时还改善了切割位置上冷却剂的输送、冷却剂的回馈以及钻屑的输出。

钻孔规格较小时，也包括钻深较大时，配有可更换钻头的模块式Sumocham钻床系统可加速加工过程，并可提高过程安全性。在机器情况不太稳定情况下，该钻系统具有明显的优点，因为用工具钢制成的基体与全硬金属钻相比，补偿了可能存在的机器不稳定性。

比如风力工业的一家零配件供应商，在盘式转子上采用Sumocham钻床系统就取得了比竞争对手显然更大的生产率优势。这种类型的盘式转子，每个组件上必须在极短的加工时间内过程安全可靠地打750个钻孔，而且加工过程中不更换钻头。首先，使用这种钻系统可以大幅度提高进给值。结果是加工速度提高了大约33%。其次，可以大大超过竞争对手钻头的耐用度（每个钻头750个钻孔），每个钻头超过竞争对手280个钻孔。因而也保证了每个组件都具有更高的过程安全性。

假如直径允许的话，制造螺纹孔时最好使用装有可更换梳状刀具镶刃的螺纹铣刀，比如Millithread。较大的螺纹可以用这种Helical系统铣入螺纹孔。同全硬金属铣刀相比，这种铣刀的优点是价格比较便宜。价格昂贵的硬金属只有在别无选择的情况下才使用。转台系统的另一个长处是，由于其钢柄不敏感而具有较高的过程安全性。

若需要使用全硬金属，Isar的产品目录中备有Solidthread螺纹铣床。该铣床出屑槽虽少，但却颇具特色，而且还配有从切削部位到刀柄的卸载装置。

刀具更新可使生产率翻番

加工风力设备构件时，往往需要有专用刀具。比如对大直径钻孔、蜗杆传动装置的齿轮、GFK转子叶片上的精密槽沟或者特别深的螺纹钻孔。决定使用像Isar这样的成套设备供应商，而不是每种特殊刀具从另一家专业供货商采购，这有着决定性的好处。尤其是当你想和瞬息万变的市场保持同步时，作为风力设备构件制造厂商，需要有一个可靠的供货源。而且，这家系统供货商已经为另一家客户制造了类似的特种刀具也是完全可能的。

已经置身风力业务中，或者计划将来为风力发电设备制造组件，就应当考虑下面的情况：提高生产率最快成本最低的道路没有刀具更新是不可能有的。只有采用最具有新研发水平且严格按照风力工业的需要做过协调的刀具系统，才能在竞争中长期站稳脚跟。经过深思熟虑地采用最新的刀具技术，才能使加工的生产率翻番。而且，通过刀具的更新，还可以把风力发电设备构件的交货时间缩短若干个星期。