螺旋轉(zhuǎn)子是螺桿壓縮機(jī)等產(chǎn)品的核心部件。對(duì)于螺旋轉(zhuǎn)子的大批量生產(chǎn)，一般都采用成形銑刀對(duì)螺旋轉(zhuǎn)子進(jìn)行銑削加工。但成形銑刀設(shè)計(jì)制造工藝復(fù)雜、成本高，且刀具磨損后很難進(jìn)行刀具補(bǔ)償，難以滿足螺旋轉(zhuǎn)子單件、小批量生產(chǎn)模式及經(jīng)濟(jì)性要求。為此，在四軸數(shù)控機(jī)床上采用標(biāo)準(zhǔn)球形銑刀加工螺旋轉(zhuǎn)子，對(duì)于新產(chǎn)品試制和小批量生產(chǎn)具有重要意義。重點(diǎn)討論螺旋轉(zhuǎn)子四軸數(shù)控加工的自動(dòng)編程數(shù)控軟件開發(fā)原理和方法，從而為螺旋轉(zhuǎn)子的數(shù)控編程和加工提供有效的技術(shù)支持。

1 螺旋轉(zhuǎn)子四軸數(shù)控加工編程原理

　　1.1 螺旋轉(zhuǎn)子四軸數(shù)控加工原理

　　螺旋轉(zhuǎn)子螺旋面具有螺旋特性，它可以看成是由若干條螺旋線組成，而螺旋線則是螺旋面母線上點(diǎn)做螺旋運(yùn)動(dòng)的軌跡，也可認(rèn)為球頭銑刀的刀尖以加工刀位軌跡母線上的點(diǎn)為起點(diǎn)做螺旋運(yùn)動(dòng)加工出螺旋面。螺旋轉(zhuǎn)子四軸數(shù)控加工原理如圖１ 所示。其中，螺旋轉(zhuǎn)子（工件）的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由數(shù)控機(jī)床的旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)，刀具相對(duì)于工件的軸向、徑向運(yùn)動(dòng)由數(shù)控機(jī)床的ｘ、ｚ 軸實(shí)現(xiàn)。

　　可用若干條螺旋線近似擬合組成螺旋齒面，這樣可將轉(zhuǎn)子齒曲面的加工視為許多條螺旋線的數(shù)控加工。圖２ 所示為用球頭銑刀銑削螺旋面，兩條螺旋線之間的間距為Δｄ，通過(guò)控制Δｄ 的大小即可將制造誤差Ｒｚ 限定在允許的范圍內(nèi)。數(shù)控加工中螺旋線成形過(guò)程為：工件沿ｘ 軸負(fù)方向作勻速進(jìn)給，同時(shí)繞ｘ軸作勻速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這樣刀具在空間銑削出一條螺線；每完成一個(gè)銑削行程，工件快速?gòu)?fù)位，然后刀具在ｙＯｚ 平面快速運(yùn)動(dòng)到下一螺旋線起始點(diǎn)，依次加工下一螺旋線，直到整個(gè)螺旋面銑削完畢。點(diǎn)處的法線方向重合，該點(diǎn)加工完成后，利用Ａ軸將其旋轉(zhuǎn)一角度，令下一點(diǎn)的法向量仍與刀軸方向重合，這樣使得在數(shù)控實(shí)時(shí)加工過(guò)程中，保證銑刀與工件始終處于恒定點(diǎn)接觸的狀態(tài)，從而提高加工精度和實(shí)現(xiàn)任意復(fù)雜曲線輪廓的銑削加工。

　　如圖3所示為螺旋轉(zhuǎn)子一個(gè)齒形截面輪廓圖。

圖３　待加工實(shí)際輪廓曲線

　　設(shè)待加工實(shí)際輪廓曲線上一點(diǎn)Ｍ的參數(shù)方程為：

　　由此得到加工時(shí)刀具位置，加工出點(diǎn)Ｍ 生成的螺旋線。加工過(guò)程中，刀具位置不動(dòng)，工件沿ｘ 軸負(fù)方向移動(dòng)，同時(shí)Ａ 軸轉(zhuǎn)動(dòng)，即可完成一條螺旋線的加工。

　　采用輪廓法線法加工螺旋齒面的關(guān)鍵是求出轉(zhuǎn)子截面輪廓曲線的法線方向，從而求得Ａ 軸所轉(zhuǎn)角度，使得在加工刀位軌跡母線上的點(diǎn)時(shí)，其法線方向即為刀軸方向。運(yùn)用平面圖形旋轉(zhuǎn)公式，根據(jù)轉(zhuǎn)子組成齒曲線方程求出工件旋轉(zhuǎn)某一角度后的坐標(biāo)，即為銑刀在ｙＯｚ面內(nèi)的位置。

　　1.3 螺旋轉(zhuǎn)子四軸數(shù)控加工程序的基本構(gòu)成

　　如前所述，螺旋轉(zhuǎn)子的每個(gè)齒面由若干條螺旋線組成?？蓪⒙菪D(zhuǎn)子每一條螺旋線的數(shù)控加工分解為下列動(dòng)作：

　?。?）將工件旋轉(zhuǎn)某一角度Ａ，使加工點(diǎn)法向方向和刀軸方向平行；

　?。?）將刀具移動(dòng)到距離工件不遠(yuǎn)處的安全位置；

　?。?）將刀具在ｙｚ 平面插補(bǔ)到刀具中心軌跡位置；

　　（4）將刀具移動(dòng)到轉(zhuǎn)子端面處，準(zhǔn)備進(jìn)行銑削；

　?。?）工件ｘ 軸負(fù)方向走刀，同時(shí)旋轉(zhuǎn)Ａ 軸，進(jìn)行該螺旋線的數(shù)控切削加工；

　?。?）將刀具抬到安全位置，工件旋轉(zhuǎn)到初始位置，準(zhǔn)備下一條螺旋線的加工。

2 螺旋轉(zhuǎn)子四軸數(shù)控加工自動(dòng)編程數(shù)控軟件設(shè)計(jì)

　　2.1 數(shù)控軟件數(shù)據(jù)流程分析

　　螺旋轉(zhuǎn)子數(shù)控加工自動(dòng)編程數(shù)控軟件旨在用計(jì)算機(jī)根據(jù)用戶輸入的轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)參數(shù)和加工參數(shù)等原始數(shù)據(jù)繪制出轉(zhuǎn)子圖形和生成轉(zhuǎn)子數(shù)控加工代碼。

　　2.2 數(shù)控軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與開發(fā)

　　圖5為數(shù)控軟件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖，由５ 個(gè)模塊構(gòu)成，包括：轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)參數(shù)輸入、轉(zhuǎn)子加工參數(shù)輸入、轉(zhuǎn)子端面齒形繪制、轉(zhuǎn)子數(shù)控加工程序生成、轉(zhuǎn)子數(shù)控加工程序顯示輸出。采用Ｖｉｓｕａｌ Ｓｔｕｄｉｏ ＮＥＴ 為開發(fā)平臺(tái)，Ｃ ＋＋為編程語(yǔ)言，完成了螺旋轉(zhuǎn)子四軸數(shù)控加工編程數(shù)控軟件的設(shè)計(jì)開發(fā)。

3 應(yīng)用實(shí)例

　　通過(guò)螺旋轉(zhuǎn)子四軸數(shù)控加工編程數(shù)控軟件生成的數(shù)控加工程序和繪制的轉(zhuǎn)子端面齒形。將生成的數(shù)控加工程序在四軸數(shù)控銑床上利用空走刀的方式進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證數(shù)控程序正確無(wú)誤后，可用于對(duì)螺旋轉(zhuǎn)子的加工。

4 總結(jié)

　　分析了螺旋轉(zhuǎn)子四軸數(shù)控加工編程原理，其主要思想是采用輪廓法線法對(duì)轉(zhuǎn)子每一條螺旋線進(jìn)行加工，這樣使得在螺旋轉(zhuǎn)子數(shù)控加工過(guò)程中，保證銑刀與工件始終處于恒定點(diǎn)接觸的狀態(tài)，從而保證了螺旋齒面的加工精度。在此基礎(chǔ)上，分析了螺旋轉(zhuǎn)子的數(shù)控加工自動(dòng)編程數(shù)控軟件的實(shí)現(xiàn)方案，以Ｖｉｓｕａｌ Ｃ ＋ ＋ 為開發(fā)工具開發(fā)數(shù)控軟件實(shí)現(xiàn)了螺旋轉(zhuǎn)子的四軸數(shù)控加工程序的自動(dòng)生成。經(jīng)驗(yàn)證：該數(shù)控軟件生成的數(shù)控加工程序能完成螺旋轉(zhuǎn)子齒面的粗加工、半精加工和精加工，具有良好的實(shí)用性。