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羅茨轉(zhuǎn)子的數(shù)字化加工裝備及其工藝
羅茨轉(zhuǎn)子的數(shù)字化加工裝備及其工藝
摘要：海24組(海南24和海南24-1)在長期的工作實踐中發(fā)現(xiàn)，把普通的絲杠經(jīng)過加工改造成為滾珠似絲杠的同時，加裝一些必要的數(shù)字電氣控制系統(tǒng)，就能夠?qū)崿F(xiàn)普通刨床轉(zhuǎn)變到數(shù)控刨床的目的。
數(shù)控刨床在加工羅茨轉(zhuǎn)子的時候，生成簡便并且修改靈活，僅在一臺刨床上就可以實現(xiàn)羅茨轉(zhuǎn)子的粗加工和細(xì)加工，整個操作設(shè)備非常簡便實用。
關(guān)鍵詞：羅茨轉(zhuǎn)子;數(shù)字化;加工
真空設(shè)備是常用的現(xiàn)代電子器件。在我們海24組的施工工作中，真空設(shè)備是使用最多的電子器件之一。對真空設(shè)備技術(shù)指標(biāo)影響最大的是真空設(shè)備的真空度，但是在使用中我們還是發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)有真空設(shè)備的很多不足和需要改進(jìn)的空間，在此基礎(chǔ)上，我海24組一直在堅持不懈地研究和改進(jìn)。
羅茨兄弟在長期的研究實踐中發(fā)明了羅茨真空泵，羅茨真空泵的泵內(nèi)有兩個葉形轉(zhuǎn)子，這兩個葉形轉(zhuǎn)子的方向相反，但是旋轉(zhuǎn)是同步的。葉形轉(zhuǎn)子是羅茨真空泵的關(guān)鍵部件，轉(zhuǎn)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(biāo)。
這就決定了，在加工的時候，需要對葉形轉(zhuǎn)子進(jìn)行非常精細(xì)的加工。
顯然，這種加工無法在手工的機床上完成。因而，我海24#組合葵東1#組在長期的合作和加工實踐中，一致認(rèn)為有必要開發(fā)一種可以進(jìn)行更為精細(xì)加工的加工系統(tǒng)，而這種系統(tǒng)需要是數(shù)子控制化的。這種改造包括兩個方面，下文將具體論述。
一、系統(tǒng)硬件的改造
1.1機械結(jié)構(gòu)方面的改造
機械結(jié)構(gòu)方面的改造，從機械的空間運動上著手。這空間運動包括三個方向，分別是：工件的左右運動;刀具的前后運動;刀具的上下運動。
海24井在實踐中發(fā)現(xiàn)，由于在刨床的加工過程中，刀具需要大驅(qū)動力進(jìn)行驅(qū)動。因此，刀具的前后運動不需要進(jìn)行改造加工，對施工刨床的加工改造應(yīng)該從工件的左右運動和刀具的上下運動著手。
普通刨床主要是靠普通的絲桿進(jìn)行機械傳動，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(xiàn)，普通絲桿帶動的普通刨床只能滿足普通的加工要求。如果要進(jìn)行真空泵轉(zhuǎn)子的加工，則顯得力不從心了。為了滿足真空泵轉(zhuǎn)子的加工需要更為精細(xì)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個滾珠絲杠鏈接一個減速器，再通過這個減速器與2個主驅(qū)動連接起來。這樣一來，我們就可以用電機的正、反方向的旋轉(zhuǎn)來控制工件的左右及上下運動，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(qū)動力和加工速度。
1.2電子數(shù)控系統(tǒng)的改造
海24組發(fā)現(xiàn)，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(tǒng)也必須進(jìn)行改造和提高，才能更有效率的進(jìn)行轉(zhuǎn)子加工。
目前比較成熟和常用的PLC(可編程邏輯控制系統(tǒng))和工控機(工業(yè)控制計算機)都可以運用到轉(zhuǎn)子的加工上。我們將2種控制系統(tǒng)都運用到加工中，發(fā)現(xiàn)，由于羅茨真空泵轉(zhuǎn)子的加工數(shù)字的計算非常復(fù)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(qū)動電機。我們必須在工控機和驅(qū)動電機之間安裝一定的驅(qū)動電路才可以控制工件和刀具的運動。我們將型號為PCL-839的控制卡安裝在工控機的內(nèi)部，這個卡有2個獨立的控制通道。每個通道都可以各自輸出對應(yīng)的電機驅(qū)動命令，就可以用來有效的控制刨床。
在實際的加工中，我們還需要選定轉(zhuǎn)子的定位基準(zhǔn)，我們海24組一般采用的是轉(zhuǎn)軸外圓來作為定位基準(zhǔn)。在刨床上對轉(zhuǎn)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(shù)控系統(tǒng)試切它的對刀功能。
二、型線的生成與加工改造
2.1型線的選擇和改造
影響羅茨真空泵真空等級的關(guān)鍵部件的轉(zhuǎn)子，而影響轉(zhuǎn)子的關(guān)鍵部件是轉(zhuǎn)子的型線。所謂的轉(zhuǎn)子型線就是指轉(zhuǎn)子橫截面的外輪廓線。在羅茨泵工作的時候，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子面的間隙盡量減小。
這就對轉(zhuǎn)子的型線提出很高的要求，可以說，型線決定了羅茨真空泵的市場競爭力。
我們認(rèn)為，在實際中選用轉(zhuǎn)子型線應(yīng)該考慮到以下條件：
(1)羅茨泵轉(zhuǎn)子占的體積要小，這樣就可以保證可以利用起來的容積大;
(2)好的羅茨轉(zhuǎn)子要有良好的對稱型，這樣才能保證轉(zhuǎn)子的運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，提高工作效率;
(3)轉(zhuǎn)子的強度要高，要大。這樣才能增長轉(zhuǎn)子的壽命;
在長期的實驗中，我海24-1組發(fā)現(xiàn)，通常使用的圓弧齒形、漸開齒形的轉(zhuǎn)子已經(jīng)漸漸不能滿足現(xiàn)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--漸開型--擺線"型的轉(zhuǎn)子，這種型的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子線型。
2.2轉(zhuǎn)子加工
對轉(zhuǎn)子的加工不能完全按照刀具的運行軌跡進(jìn)行，因為在轉(zhuǎn)子的加工階段，我們發(fā)現(xiàn)如果刀具原有的運動軌跡進(jìn)行的話，在初始階段和結(jié)尾的階段都可能出現(xiàn)巨大的誤差，這種誤差會引起很壞的影響。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出現(xiàn)側(cè)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，同時在加工過程中，我們把刀尖制成圓弧的形狀，對刀具的形狀也要進(jìn)行規(guī)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(diào)整后就不需要再次對刀。
羅茨真空泵的橫截面多為漸開線、圓弧型和直線等連接而成。各種規(guī)格和不同廠家的轉(zhuǎn)子型面都各部相同，但是我們可以用分段函數(shù)表示出來。在對型面進(jìn)行加工的時候。
我們可以利用CAD軟件方便的畫出轉(zhuǎn)子橫截面的曲線，再利用自動的變成軟件模擬出加工的軌跡。在生成加工軌跡的同時，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(jié)語
海南24-1和葵東1井組緊密合作，在長期的加工實踐中，總結(jié)出了一套行之有效的改進(jìn)方法。對傳統(tǒng)的刨床進(jìn)行改進(jìn)之后，新的數(shù)控化刨床具有以下優(yōu)點：
(1)具有高自動化，加工靈活簡便;
(2)操作簡單;
(3)同時可以進(jìn)行粗加工和精密加工。
參考文獻(xiàn)
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[2]王鳳蘭，雙向刨削扭頭刨床的機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計[J]，機械設(shè)計，2007(1).
[3]賈兆誠，羅茨真空泵圓弧短幅外擺線等移距線型轉(zhuǎn)子的工藝性[J]，真空，2007(1).
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