羅茨轉子的數字化加工裝備及其工藝

　　羅茨轉子的數字化加工裝備及其工藝

　　摘要：海24組(海南24和海南24-1)在長(cháng)期的工作實(shí)踐中發(fā)現，把普通的絲杠經(jīng)過(guò)加工改造成為滾珠似絲杠的同時(shí)，加裝一些必要的數字電氣控制系統，就能夠實(shí)現普通刨床轉變到數控刨床的目的。

　　數控刨床在加工羅茨轉子的時(shí)候，生成簡(jiǎn)便并且修改靈活，僅在一臺刨床上就可以實(shí)現羅茨轉子的粗加工和細加工，整個(gè)操作設備非常簡(jiǎn)便實(shí)用。

　　關(guān)鍵詞：羅茨轉子;數字化;加工

　　真空設備是常用的現代電子器件。在我們海24組的施工工作中，真空設備是使用最多的電子器件之一。對真空設備技術(shù)指標影響最大的是真空設備的真空度，但是在使用中我們還是發(fā)現了現有真空設備的很多不足和需要改進(jìn)的空間，在此基礎上，我海24組一直在堅持不懈地研究和改進(jìn)。

　　羅茨兄弟在長(cháng)期的研究實(shí)踐中發(fā)明了羅茨真空泵，羅茨真空泵的泵內有兩個(gè)葉形轉子，這兩個(gè)葉形轉子的方向相反，但是旋轉是同步的。葉形轉子是羅茨真空泵的關(guān)鍵部件，轉子弧面的精度和表面的光潔程度是直接影響真空泵的真空度等級的最重要的指標。

　　這就決定了，在加工的時(shí)候，需要對葉形轉子進(jìn)行非常精細的加工。

　　顯然，這種加工無(wú)法在手工的機床上完成。因而，我海24#組合葵東1#組在長(cháng)期的合作和加工實(shí)踐中，一致認為有必要開(kāi)發(fā)一種可以進(jìn)行更為精細加工的加工系統，而這種系統需要是數子控制化的。這種改造包括兩個(gè)方面，下文將具體論述。

　　一、系統硬件的改造

　　1.1機械結構方面的改造

　　機械結構方面的改造，從機械的空間運動(dòng)上著(zhù)手。這空間運動(dòng)包括三個(gè)方向，分別是：工件的左右運動(dòng);刀具的前后運動(dòng);刀具的上下運動(dòng)。

　　海24井在實(shí)踐中發(fā)現，由于在刨床的加工過(guò)程中，刀具需要大驅動(dòng)力進(jìn)行驅動(dòng)。因此，刀具的前后運動(dòng)不需要進(jìn)行改造加工，對施工刨床的加工改造應該從工件的左右運動(dòng)和刀具的上下運動(dòng)著(zhù)手。

　　普通刨床主要是靠普通的絲桿進(jìn)行機械傳動(dòng)，工作臺和刀架的工作均依靠普通的絲桿進(jìn)行。但是，葵東1組的研究發(fā)現，普通絲桿帶動(dòng)的普通刨床只能滿(mǎn)足普通的加工要求。如果要進(jìn)行真空泵轉子的加工，則顯得力不從心了。為了滿(mǎn)足真空泵轉子的加工需要更為精細的刨床。

　　我們把普通的絲杠改造加工為高精度的滾珠絲杠，2個(gè)滾珠絲杠鏈接一個(gè)減速器，再通過(guò)這個(gè)減速器與2個(gè)主驅動(dòng)連接起來(lái)。這樣一來(lái)，我們就可以用電機的正、反方向的旋轉來(lái)控制工件的左右及上下運動(dòng)，這樣的改造，不僅使得刨床有了更為高精度的加工條件，還增強了驅動(dòng)力和加工速度。

　　1.2電子數控系統的改造

　　海24組發(fā)現，僅對加工刨床進(jìn)行改造雖然提高了刨床的高精度加工，但是控制系統也必須進(jìn)行改造和提高，才能更有效率的進(jìn)行轉子加工。

　　目前比較成熟和常用的PLC(可編程邏輯控制系統)和工控機(工業(yè)控制計算機)都可以運用到轉子的加工上。我們將2種控制系統都運用到加工中，發(fā)現，由于羅茨真空泵轉子的加工數字的計算非常復雜，計算量十分龐大，所以選擇工控機比較好。改裝圖如下：

　　但是，工控機還不能直接控制和驅動(dòng)電機。我們必須在工控機和驅動(dòng)電機之間安裝一定的驅動(dòng)電路才可以控制工件和刀具的運動(dòng)。我們將型號為PCL-839的控制卡安裝在工控機的內部，這個(gè)卡有2個(gè)獨立的控制通道。每個(gè)通道都可以各自輸出對應的電機驅動(dòng)命令，就可以用來(lái)有效的控制刨床。

　　在實(shí)際的加工中，我們還需要選定轉子的定位基準，我們海24組一般采用的是轉軸外圓來(lái)作為定位基準。在刨床上對轉子的兩葉風(fēng)葉進(jìn)行一次性串接，這樣就可以提高加工效率。然后，我們就可以利用新的數控系統試切它的對刀功能。

　　二、型線(xiàn)的生成與加工改造

　　2.1型線(xiàn)的選擇和改造

　　影響羅茨真空泵真空等級的關(guān)鍵部件的轉子，而影響轉子的關(guān)鍵部件是轉子的型線(xiàn)。所謂的轉子型線(xiàn)就是指轉子橫截面的外輪廓線(xiàn)。在羅茨泵工作的時(shí)候，轉子的表面之間是不接觸的，在保持不接觸的前提下，我們要使轉子面的間隙盡量減小。

　　這就對轉子的型線(xiàn)提出很高的要求，可以說(shuō)，型線(xiàn)決定了羅茨真空泵的市場(chǎng)競爭力。

　　我們認為，在實(shí)際中選用轉子型線(xiàn)應該考慮到以下條件：

　　(1)羅茨泵轉子占的體積要小，這樣就可以保證可以利用起來(lái)的容積大;

　　(2)好的羅茨轉子要有良好的對稱(chēng)型，這樣才能保證轉子的運轉平穩，提高工作效率;

　　(3)轉子的強度要高，要大。這樣才能增長(cháng)轉子的壽命;

　　在長(cháng)期的實(shí)驗中，我海24-1組發(fā)現，通常使用的圓弧齒形、漸開(kāi)齒形的轉子已經(jīng)漸漸不能滿(mǎn)足現代化加工和生產(chǎn)的需要。因此，我們使用了東北大學(xué)研究人員發(fā)明的"圓弧形--漸開(kāi)型--擺線(xiàn)"型的轉子，這種型的轉子氣阻更大，改善了羅茨泵在低壓下的高性能，提高了羅茨泵的效率，是良好的羅茨轉子線(xiàn)型。

　　2.2轉子加工

　　對轉子的加工不能完全按照刀具的運行軌跡進(jìn)行，因為在轉子的加工階段，我們發(fā)現如果刀具原有的運動(dòng)軌跡進(jìn)行的話(huà)，在初始階段和結尾的階段都可能出現巨大的誤差，這種誤差會(huì )引起很壞的影響。因為在工件的加工上，加工面和刀具幾乎成了平行的位置，這樣的情況使得加工的刀具會(huì )出現側面切削的情況。

　　因此，為了更有效的對羅茨真空泵進(jìn)行改造，我們還必須對加工軌跡施以補償性措施，同時(shí)在加工過(guò)程中，我們把刀尖制成圓弧的形狀，對刀具的形狀也要進(jìn)行規定和限定。我們一般采用機夾式的圓片刀具，這樣的圓片刀具，在一次調整后就不需要再次對刀。

　　羅茨真空泵的橫截面多為漸開(kāi)線(xiàn)、圓弧型和直線(xiàn)等連接而成。各種規格和不同廠(chǎng)家的轉子型面都各部相同，但是我們可以用分段函數表示出來(lái)。在對型面進(jìn)行加工的時(shí)候。

　　我們可以利用CAD軟件方便的畫(huà)出轉子橫截面的曲線(xiàn)，再利用自動(dòng)的變成軟件模擬出加工的軌跡。在生成加工軌跡的同時(shí)，我們不能忘記把刀具的半徑考慮進(jìn)去，然后再屏幕上進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿擬。

　　便于方便只管理解，我們列出某風(fēng)葉的加工程序圖：

　　結語(yǔ)

　　海南24-1和葵東1井組緊密合作，在長(cháng)期的加工實(shí)踐中，總結出了一套行之有效的改進(jìn)方法。對傳統的刨床進(jìn)行改進(jìn)之后，新的數控化刨床具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　(1)具有高自動(dòng)化，加工靈活簡(jiǎn)便;

　　(2)操作簡(jiǎn)單;

　　(3)同時(shí)可以進(jìn)行粗加工和精密加工。

　　參考文獻

　　[1]劉坤，圓弧型線(xiàn)在羅茨轉子型線(xiàn)中的設計和運用[J]，真空，2007(1).

　　[2]王鳳蘭，雙向刨削扭頭刨床的機構創(chuàng )新設計[J]，機械設計，2007(1).

　　[3]賈兆誠，羅茨真空泵圓弧短幅外擺線(xiàn)等移距線(xiàn)型轉子的工藝性[J]，真空，2007(1).

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