不锈钢螺旋转子的三维建模及加工研究
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中图分类号：F407.4 文献标识码： A文章编号：2095-2104（2012）01-0020-02
1、前言
螺旋转子是螺旋转子流量仪表中的心脏零部件，根据流量计的规格和用途，螺旋转子的截面形状和导程都有所不同。以往，螺旋转子的加工一般是在普通铣床上采用成形刀及配挂齿轮的方法加工而成。由于从国外进口成型刀的价格很高，而目前国产成型刀由于制造技术的限制无法达到精度要求，又没有有效的手段进行检测，在加工一个转子过程中需要几把成形刀才能加工到位，而且刀具磨损后就无法再使用,使制造加工成本很高。螺旋转子一般采用铸铁材料制造，加工时切削负荷较小，但零件在使用过程中易磨损和腐蚀。如果采用钢材来替代铸铁，成型刀加工的切削负荷将急剧加大，产品的加工和改进都很困难。
2.1 成形片铣刀加工方式
我厂一开始加工螺旋齿轮就是用的这种方式，至今仍在使用。此方法简便易行，只要刀具曲线正确，在机床精度保证的条件下能方便地完成螺旋齿轮加工。
此方法的缺点如下：
a.刀具制造精度要求高，曲线刃磨难度大，很难磨出正前角、螺旋角，要刃磨出无刃带的后角，则要复杂的多轴数控工具磨。
b.刀具切削刃长度特别长，切削力大、加工时振动大。齿顶和齿根间刀具直径相差大，无法采用最隹切削速度。
c.由于以上问题，这种加工主法不能加工钢质螺旋齿轮。
2.2 盘形铣刀加工方式
在武汉某厂即采用的这种加工方式。该加工方法的优点是刀具容易取得较为合理的切削参数，在机床功率和机床夹具系统刚性足够的条件下，能实现大余量铣削、工效高。
此方法的缺点如下：
a.刀具制造精度要求高，曲线刃磨难度大。
b.由于螺旋角的干涉问题，不是任何齿形的螺旋齿轮均可采用这种加工方法进行精加工。
2.3 球形铣刀数控加工方式
在南京某厂即采用的这种方式。该加工方法的优点是球形铣刀的切削刃上具有正前角、螺旋角、后角，没有后角为零的刃带，所以切削性能好，刀具通用性强。为降低加工成本创造了很好的先决条件。
3、工艺分析，方法确定和建模
螺旋转子的截面形状是由渐开线和摆线组成的，截面绕着轴心旋转360度成一个导程。如果用成形刀在带数控分度头的数控铣床上加工，只需编制一个非常简单的加工程序即可。我们的数控铣床分度头在A轴上，编制一个A轴转360度，X轴方向走一个导程的数控加工程序就可以了。但如果采用标准球刀进行切削加工，球刀在加工过程中与转子的接触点是随时变化的。如果采用一般的CAD/CAM软件用螺旋面来编制可变轴加工程序也是不合理 的，一般的编程软件如果包含可变轴编程模块则价格很高，而且编程难度也很大，加工的效率不高，这样造成加工成本可能不降反而上升。
由于圆弧齿轮齿形是法向齿形为圆弧，如果用指形刀加工，此图为指形刀曲线，但若果用球形到加工另计算。则设有一指形刀曲线（齿形法向面内），在xoy坐标系内为圆弧，在yoz坐标系内则为一圆，（见图1）指形刀上任意一点坐标为：
(b,a)为圆心坐标，r为半径，
指形刀任意一点半径
刀具上任意一点的法向分量为： 图1 示意图
R-分度圆r-各圆弧半径-各段圆弧角度-螺旋角
EFr 见齿条基本齿廓图
图2齿条基本轮廓图
螺旋转子的各轮廓曲线生成后，利用镜像、求交、剪切等工具生成转子端面轮廓齿形截面。再以端面轮廓齿形截面为扫描截面、转子轴线为原始轨迹曲线( NrmToOriginTraj) 、分度圆上的螺旋线为X-轨迹曲线( X-Trajectories) 作实体变剖面扫描。然后将生成的轮齿作环形阵列和添加轴孔特征, 便得到转子的实体模型, 如图3 所示。
图3螺旋转子三维实体模型
4、在四轴加工中心进行加工分析
不锈钢螺旋转子的实际加工选用立式四轴加工中心对螺旋转子进行四轴数控铣削。（如图4所示）
图4 不锈钢螺旋转子加工过程
5、结束语
用标准球形铣刀加工不锈钢螺旋转子的方法已成功在我厂得到应用,并开发出多种型号的螺旋转子,其加工的转子直径范围从50mm到500m,取得了良好的经济效益和社会效益。