罗茨泵转子数控铣削加工工艺研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)台州职业技术学院 作者:牛祥永

  以典型的“圆弧、摆线、渐开线”型转子为例,建立零件的三维实体模型。考虑转子型面的规则型线,借用CAM软件,利用流线型加工方式,通过表面残留高度控制表面加工精度,加工上下表面,从而提出一种简单有效的加工流程和工艺,可以应用于各类转子的铣削加工。

  转子是罗茨真空泵的核心零部件, 其性能直接影响到罗茨真空泵的工作性能。由于加工中心的大量使用,为了高效地利用加工中心铣削加工转子,真空技术网(http://www.chvacuum.com/)发布的此文中提出了一种简单有效的加工流程和工艺, 可以应用于各类转子数控铣削加工。

1、转子造型

  在转子精确实体造型前, 首先要根据曲线形成原理, 建立型面曲线方程。典型的罗茨泵转子型面由圆弧、渐开线和摆线组成,以典型的“圆弧、摆线、渐开线”两叶转子为例,利用曲线方程生成5 段曲线,如图1 所示,BC 是摆线,CD 是渐开线,DE 是和摆线渐开线共轭的圆弧,AB 和EF 是考虑修缘和修顶的圆弧曲线。在草图环境中画出罗茨泵转子的型线,再通过拉伸实体完成转子精确实体造型,如图2 所示。

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图1 转子型线 图2 转子精确实体造型

  在Pro/Engineer Wildfire 中把转子的文件另存为IGES 文件, 这样就可以用Cimatron E 打开, 用Cimatron E 进行编程。

2、转子的加工

  2.1、转子外形尺寸加工

  转子毛坯的材料由HT300 铸铁浇注而成,已有成型的外形, 加工余量不太大, 转子最大外形是圆弧尺寸,即图1 中的EF 段圆弧,直接在数控车床上加工,用卡盘夹紧,顶尖顶住,即一夹一顶,数控加工路径和刀具等见表1。

表1 数控加工工序1 卡片

数控加工工序1 卡片

  2.2、转子上表面加工

  笔者通过Cimatron E 软件的三轴流行线铣功能,按曲面形成规则生产刀具路径, 并通过设置残留高度h(即表面粗糙度)控制加工精度,如图3 所示,这样能快速、方便地生成转子加工啮合的刀具轨迹文件,再通过NC 后置处理器,可以方便地生成NC 代码[2][3](实际加工效果如图4)。

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图3 残留高度 图4 实际加工

  对于上表面的加工,其具体加工工序为:加工坐标原点的设置,XY 取模型的中点,Z 点取模型的最高点所在的平面。数控加工路径和刀具等见表2,转子粗加工如图5 所示。

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图5 转子粗加工

表2 数控加工工序2 卡片

数控加工工序2 卡片

  2.3、转子下表面加工

  对于下表面的加工,其加工工序为:加工坐标原点的设置,XY 取模型的中点,Z 点取模型的最高点所在的平面;数控加工路径和刀具等见表3;模拟加工效果如图6。

表3 数控加工工序3 卡片

数控加工工序3 卡片

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图6 精加工

  在加工上下面时, 由于加工位置在零件加工表面最低点,加工效果不好,因为该点是球头刀尖点加工,线速度为零,刀尖点零速度空切。该工序需要增加高点加工, 主要用来最后修正零件最高点的尺寸。

3、结论

  数控铣削设备的普遍使用为转子的加工提供更多的加工方式, 笔者针对转子的规则线型,应用CAM 的流线铣的方式,通过控制残留高度,加工转子型面,取得较好的加工效益, 该方式可以推广到各种转子数控铣削加工。

  由于机床存在加工误差, 理论造型的尺寸不是最终的尺寸, 大批量生产时首先需要对单个零件试加工, 然后对加工件尺寸测量,再根据测量结果,对零件进行样条拟合, 最后根据修正后的尺寸进行批量生产。

  转子的铣削加工过程中,最高点因为线速度为零,加工纹路效果不够理想,为了保证装配精度,还需要设置高点进行加工。

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