數(shù)控技術(shù)在螺旋轉(zhuǎn)子加工中的應(yīng)用

一、前言

螺旋轉(zhuǎn)子是轉(zhuǎn)子流量?jī)x表中的心臟零部件，根據(jù)流量計(jì)的規(guī)格和用途，螺旋轉(zhuǎn)子的截面形狀和導(dǎo)程都有所不同。螺旋轉(zhuǎn)子的截面形狀一般由漸開線和擺線組合而成。以往，螺旋轉(zhuǎn)子的加工一般是在普通銑床上采用成形刀及配掛齒輪的方法加工而成。由于從國(guó)外進(jìn)口成型刀的價(jià)格很高，而目前國(guó)產(chǎn)成型刀由于制造技術(shù)的限制無法達(dá)到精度要求，又沒有有效的手段進(jìn)行檢測(cè)，在加工一個(gè)轉(zhuǎn)子過程中需要幾把成形刀才能加工到位，而且刀具磨損后就無法再使用，使制造加工成本很高。螺旋轉(zhuǎn)子一般采用鑄鐵材料制造，加工時(shí)切削負(fù)荷較小，但零件在使用過程中易磨損和腐蝕。如果采用鋼材來替代鑄鐵，成型刀加工的切削負(fù)荷將急劇加大，產(chǎn)品的加工和改進(jìn)都很困難。

2002年初，上海一家用戶在購買數(shù)控機(jī)床時(shí)，提出了能不能用普通標(biāo)準(zhǔn)刀具來替代成形刀加工螺旋轉(zhuǎn)子的想法。經(jīng)研究，我們采用CAD/CAM軟件對(duì)螺旋轉(zhuǎn)子零件進(jìn)行三維造型，將其輪廓全部數(shù)字化，采用標(biāo)準(zhǔn)球刀，編制數(shù)控加工程序利用多軸插補(bǔ)的方式在四開公司生產(chǎn)的帶第四軸（數(shù)控分度頭）的數(shù)控銑床上進(jìn)行加工，取得了成功。加工精度大大提高，齒厚、齒形符合技術(shù)要求，表面粗糙度大大降低，零件可以不用修配直接用于計(jì)量泵的裝配，左右螺旋轉(zhuǎn)子能靈活對(duì)滾，而且加工效率也大大提高。采用數(shù)字化方式，加工出的零件用于油田輸油管道的大型轉(zhuǎn)子流量計(jì)，其計(jì)量精度提高到0.2級(jí)，短短數(shù)月已為用戶創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

二、工藝分析和確定

螺旋轉(zhuǎn)子與花鍵齒輪形似，但具體截面形狀是不一樣的。我們用CAM建造出了螺旋轉(zhuǎn)子的模型，以便對(duì)它有一個(gè)直觀的了解。

螺旋轉(zhuǎn)子的截面形狀是由漸開線和擺線組成的，截面繞著軸心旋轉(zhuǎn)360度成一個(gè)導(dǎo)程。如果用成形刀在帶數(shù)控分度頭的數(shù)控銑床上加工，只需編制一個(gè)非常簡(jiǎn)單的加工程序即可。我們的數(shù)控銑床分度頭在A軸上，編制一個(gè)A軸轉(zhuǎn)360度，X軸方向走一個(gè)導(dǎo)程的數(shù)控加工程序就可以了。但如果采用標(biāo)準(zhǔn)球刀進(jìn)行切削加工，球刀在加工過程中與轉(zhuǎn)子的接觸點(diǎn)是隨時(shí)變化的。如果采用一般的CAD/CAM軟件用螺旋面來編制可變軸加工程序也是不合理的，一般的編程軟件如果包含可變軸編程模塊則價(jià)格很高，而且編程難度也很大，加工的效率不高，這樣造成加工成本可能不降反而上升。我們采用英國(guó)萊康公司的AlphaCAM軟件得出球刀在轉(zhuǎn)子端面的軌跡干涉線，然后利用軌跡干涉線上的點(diǎn)通過更改CAM軟件的后處理器輸出一個(gè)A軸轉(zhuǎn)指定角度，X軸走相應(yīng)距離的程序，編制出了相應(yīng)的加工程序。

三、編程簡(jiǎn)介

AlphaCAM軟件包含CAD、CAM功能，螺旋曲面只要建一個(gè)槽的一部分即可。

螺旋曲面生成后，根據(jù)螺旋轉(zhuǎn)子的形狀尺寸大小，確定選用加工的球刀直徑，在YZ面產(chǎn)生一條指定球刀的軌跡干涉線。利用此干涉線產(chǎn)生一個(gè)指定切削寬度平行于X軸的加工刀具路徑。

X方向的長(zhǎng)度則由轉(zhuǎn)子的需加工長(zhǎng)度而定。利用A軸轉(zhuǎn)360度，X軸方向走一個(gè)導(dǎo)程的原理修改AlphaCAM軟件的后處理器中輸出數(shù)據(jù)格式。選用修改好的后處理器輸出刀具路徑，就生成CNC數(shù)控加工程序文件。

四、結(jié)束語

此加工方法已在南京四開電子企業(yè)有限公司的客戶中得到了很好的應(yīng)用，加工的轉(zhuǎn)子直徑范圍從50mm到500mm，取得了很好效果。