螺旋轉(zhuǎn)子是螺桿壓縮機等產(chǎn)品的核心部件。對于螺旋轉(zhuǎn)子的大批量生產(chǎn)，一般都采用成形銑刀對螺旋轉(zhuǎn)子進行銑削加工。但成形銑刀設(shè)計制造工藝復(fù)雜、成本高，且刀具磨損后很難進行刀具補償，難以滿足螺旋轉(zhuǎn)子單件、小批量生產(chǎn)模式及經(jīng)濟性要求。為此，在四軸數(shù)控機床上采用標準球形銑刀加工螺旋轉(zhuǎn)子，對于新產(chǎn)品試制和小批量生產(chǎn)具有重要意義。重點討論螺旋轉(zhuǎn)子四軸數(shù)控加工的自動編程數(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做螺旋運動的軌跡，也可認為球頭銑刀的刀尖以加工刀位軌跡母線上的點為起點做螺旋運動加工出螺旋面。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)運動由數(shù)控機床的旋轉(zhuǎn)工作臺實現(xiàn)，刀具相對于工件的軸向、徑向運動由數(shù)控機床的ｘ、ｚ 軸實現(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程為：工件沿ｘ 軸負方向作勻速進給，同時繞ｘ軸作勻速旋轉(zhuǎn)運動，這樣刀具在空間銑削出一條螺線；每完成一個銑削行程，工件快速復(fù)位，然后刀具在ｙＯｚ 平面快速運動到下一螺旋線起始點，依次加工下一螺旋線，直到整個螺旋面銑削完畢。點處的法線方向重合，該點加工完成后，利用Ａ軸將其旋轉(zhuǎn)一角度，令下一點的法向量仍與刀軸方向重合，這樣使得在數(shù)控實時加工過程中，保證銑刀與工件始終處于恒定點接觸的狀態(tài)，從而提高加工精度和實現(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)子一個齒形截面輪廓圖。

圖３　待加工實際輪廓曲線

　　設(shè)待加工實際輪廓曲線上一點Ｍ的參數(shù)方程為：

　　由此得到加工時刀具位置，加工出點Ｍ 生成的螺旋線。加工過程中，刀具位置不動，工件沿ｘ 軸負方向移動，同時Ａ 軸轉(zhuǎn)動，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時，其法線方向即為刀軸方向。運用平面圖形旋轉(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，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)子的每個齒面由若干條螺旋線組成。可將螺旋轉(zhuǎn)子每一條螺旋線的數(shù)控加工分解為下列動作：

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

　　（2）將刀具移動到距離工件不遠處的安全位置；

　　（3）將刀具在ｙｚ 平面插補到刀具中心軌跡位置；

　　（4）將刀具移動到轉(zhuǎn)子端面處，準備進行銑削；

　　（5）工件ｘ 軸負方向走刀，同時旋轉(zhuǎn)Ａ 軸，進行該螺旋線的數(shù)控切削加工；

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

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

　　2.1 數(shù)控軟件數(shù)據(jù)流程分析

　　螺旋轉(zhuǎn)子數(shù)控加工自動編程數(shù)控軟件旨在用計算機根據(jù)用戶輸入的轉(zhuǎn)子設(shè)計參數(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 個模塊構(gòu)成，包括：轉(zhuǎn)子設(shè)計參數(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，Ｃ ＋＋為編程語言，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)計開發(fā)。

3 應(yīng)用實例

　　通過螺旋轉(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行驗證。驗證數(shù)控程序正確無誤后，可用于對螺旋轉(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轉(zhuǎn)子每一條螺旋線進行加工，這樣使得在螺旋轉(zhuǎn)子數(shù)控加工過程中，保證銑刀與工件始終處于恒定點接觸的狀態(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)控加工自動編程數(shù)控軟件的實現(xiàn)方案，以Ｖｉｓｕａｌ Ｃ ＋ ＋ 為開發(fā)工具開發(fā)數(shù)控軟件實現(xiàn)了螺旋轉(zhuǎn)子的四軸數(shù)控加工程序的自動生成。經(jīng)驗證：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，具有良好的實用性。