羅茨泵轉子數控銑削加工工藝研究

　　以典型的“圓弧、擺線(xiàn)、漸開(kāi)線(xiàn)”型轉子為例，建立零件的三維實(shí)體模型�？紤]轉子型面的規則型線(xiàn)，借用CAM軟件，利用流線(xiàn)型加工方式，通過(guò)表面殘留高度控制表面加工精度，加工上下表面，從而提出一種簡(jiǎn)單有效的加工流程和工藝，可以應用于各類(lèi)轉子的銑削加工。

　　轉子是羅茨真空泵的核心零部件, 其性能直接影響到羅茨真空泵的工作性能。由于加工中心的大量使用，為了高效地利用加工中心銑削加工轉子，真空技術(shù)網(wǎng)(http://likelearn.cn/)發(fā)布的此文中提出了一種簡(jiǎn)單有效的加工流程和工藝， 可以應用于各類(lèi)轉子數控銑削加工。

1、轉子造型

　　在轉子精確實(shí)體造型前， 首先要根據曲線(xiàn)形成原理， 建立型面曲線(xiàn)方程。典型的羅茨泵轉子型面由圓弧、漸開(kāi)線(xiàn)和擺線(xiàn)組成，以典型的“圓弧、擺線(xiàn)、漸開(kāi)線(xiàn)”兩葉轉子為例，利用曲線(xiàn)方程生成5 段曲線(xiàn)，如圖1 所示，BC 是擺線(xiàn)，CD 是漸開(kāi)線(xiàn)，DE 是和擺線(xiàn)漸開(kāi)線(xiàn)共軛的圓弧，AB 和EF 是考慮修緣和修頂的圓弧曲線(xiàn)。在草圖環(huán)境中畫(huà)出羅茨泵轉子的型線(xiàn)，再通過(guò)拉伸實(shí)體完成轉子精確實(shí)體造型，如圖2 所示。

圖1 轉子型線(xiàn)　圖2 轉子精確實(shí)體造型

　　在Pro/Engineer Wildfire 中把轉子的文件另存為IGES 文件， 這樣就可以用Cimatron E 打開(kāi)， 用Cimatron E 進(jìn)行編程。

2、轉子的加工

　　2.1、轉子外形尺寸加工

　　轉子毛坯的材料由HT300 鑄鐵澆注而成，已有成型的外形， 加工余量不太大， 轉子最大外形是圓弧尺寸，即圖1 中的EF 段圓弧，直接在數控車(chē)床上加工，用卡盤(pán)夾緊，頂尖頂住，即一夾一頂，數控加工路徑和刀具等見(jiàn)表1。

表1 數控加工工序1 卡片

　　2.2、轉子上表面加工

　　筆者通過(guò)Cimatron E 軟件的三軸流行線(xiàn)銑功能，按曲面形成規則生產(chǎn)刀具路徑， 并通過(guò)設置殘留高度h(即表面粗糙度)控制加工精度，如圖3 所示，這樣能快速、方便地生成轉子加工嚙合的刀具軌跡文件，再通過(guò)NC 后置處理器，可以方便地生成NC 代碼[2][3](實(shí)際加工效果如圖4)。

圖3 殘留高度　圖4 實(shí)際加工

　　對于上表面的加工，其具體加工工序為：加工坐標原點(diǎn)的設置，XY 取模型的中點(diǎn)，Z 點(diǎn)取模型的最高點(diǎn)所在的平面。數控加工路徑和刀具等見(jiàn)表2，轉子粗加工如圖5 所示。

圖5 轉子粗加工

表2 數控加工工序2 卡片

　　2.3、轉子下表面加工

　　對于下表面的加工，其加工工序為：加工坐標原點(diǎn)的設置，XY 取模型的中點(diǎn)，Z 點(diǎn)取模型的最高點(diǎn)所在的平面;數控加工路徑和刀具等見(jiàn)表3;模擬加工效果如圖6。

表3 數控加工工序3 卡片

圖6 精加工

　　在加工上下面時(shí)， 由于加工位置在零件加工表面最低點(diǎn)，加工效果不好，因為該點(diǎn)是球頭刀尖點(diǎn)加工，線(xiàn)速度為零，刀尖點(diǎn)零速度空切。該工序需要增加高點(diǎn)加工， 主要用來(lái)最后修正零件最高點(diǎn)的尺寸。

3、結論

　　數控銑削設備的普遍使用為轉子的加工提供更多的加工方式， 筆者針對轉子的規則線(xiàn)型，應用CAM 的流線(xiàn)銑的方式，通過(guò)控制殘留高度，加工轉子型面，取得較好的加工效益， 該方式可以推廣到各種轉子數控銑削加工。

　　由于機床存在加工誤差， 理論造型的尺寸不是最終的尺寸， 大批量生產(chǎn)時(shí)首先需要對單個(gè)零件試加工， 然后對加工件尺寸測量，再根據測量結果，對零件進(jìn)行樣條擬合， 最后根據修正后的尺寸進(jìn)行批量生產(chǎn)。

　　轉子的銑削加工過(guò)程中，最高點(diǎn)因為線(xiàn)速度為零，加工紋路效果不夠理想，為了保證裝配精度，還需要設置高點(diǎn)進(jìn)行加工。