應用數控銑床加工螺旋轉子

一、前言

    螺旋轉子是轉子流量儀表中的心臟零部件，根據流量計的規格和用途，螺旋轉子的截面形狀和導程都有所不同。螺旋轉子的截面形狀一般由漸開線和擺線組合而成。以往，螺旋轉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。由于從國外進口成型刀的價格很高，而目前國產成型刀由于制造技術的限制無法達到精度要求，又沒有有效的手段進行檢測，在加工一個轉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。螺旋轉子一般采用鑄鐵材料制造，加工時切削負荷較小，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荷將急劇加大，產品的加工和改進都很困難。

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

二、工藝分析和確定

    螺旋轉子與花鍵齒輪形似,但具體截面形狀是不一樣的。我們用CAM建造出了如圖1所示的螺旋轉子的模型，以便對它有一個直觀的了解。

螺旋轉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360度成一個導程。如果用成形刀在帶數控分度頭的數控銑床上加工，只需編制一個非常簡單的加工程序即可。我們的數控銑床分度頭在A軸上，編制一個A軸轉360度，X軸方向走一個導程的數控加工程序就可以了。但如果采用標準球刀進行切削加工，球刀在加工過程中與轉子的接觸點是隨時變化的。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。我們采用英國萊康公司的AlphaCAM軟件得出球刀在轉子端面的軌跡干涉線，然后利用軌跡干涉線上的點通過更改CAM軟件的后處理器輸出一個A軸轉指定角度，X軸走相應距離的程序，編制出了相應的加工程序。

三、編程簡介

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

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

   X方向的長度則由轉子的需加工長度而定。利用A軸轉360度，X軸方向走一個導程的原理修改AlphaCAM軟件的后處理器中輸出數據格式。選用修改好的后處理器輸出刀具路徑，就生成CNC數控加工程序文件。