CN102453907A - 一种螺杆压缩机转子型面激光自动熔覆的方法 - Google Patents
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Abstract
一种螺杆压缩机转子型面激光自动熔覆的方法，其特征在于利用四轴四联动的激光数控加工机床，通过计算机软件绘制型面曲线，并在曲线上取等线段距离点后编制激光加工型面程序，同时采用同步送粉装置送粉，对螺杆压缩机转子的复杂型面进行激光自动熔覆。本发明改变了传统激光熔覆螺杆型面的笨重、烦琐的手工熔覆方式，使螺杆型面熔覆变的简单，可操作性强，并且大大提高工作效率，节约成本，熔覆质量也得到显著提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种螺杆压缩机的修复方法，特别是涉及一种螺杆压缩机转子型面激光自动熔覆的方法。
背景技术
螺杆压缩机转子的精度等级高，制造工艺复杂，生产成本较高、制造周期较长，特别是它的型面，是由多种空间曲线合并成型线，再将型线通过导程及分度角度构成的螺旋齿面，因此，螺杆压缩机的型面修复是整个转子修复的难点，也是能否修复成功的关键。
螺杆压缩机按运行方式的不同，分为无油螺杆压缩机和喷油螺杆压缩机，无油螺杆多用于气体的压缩，由于压缩介质存在杂质或具有腐蚀性，会造成转子型面腐蚀等损伤；而喷油螺杆是依靠阴阳转子的啮合来进行传动的，因此，阴阳转子型面会造成磨损等损伤，以上这些损伤情况都会导致阴阳转子啮合间隙变大，使其整机性能大幅降低。
传统的螺杆型面激光熔覆方法是将转子人工搬起一个角度，使阴阳转子型面局部损伤位置与光筒成法线方向垂直后，利用手工预置送粉进行激光熔覆，待此部位熔覆结束后，再重新调整其它损伤型面部位与光筒的角度，再进行熔覆，直至转子整个型面熔覆结束。这种传统激光熔覆方法完全是手工操作，因此工作效率极低，熔覆质量难以控制，对操作人员技术水平要求高，并且这种分块熔覆方法，易在每块之间的搭接处出现夹杂、气孔、裂纹等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术难于修复螺杆压缩机转子型面的问题，通过反复研究改进，给出了一种新的螺杆压缩机转子型面激光自动熔覆的方法。本发明与传统的螺杆型面激光熔覆方法相比，具有操作简单、适应性强、熔覆质量好和工作效率高的特点，在螺杆压缩机转子修复中具有巨大的应用价值。
本发明给出的技术方案是：这种螺杆压缩机转子型面激光自动熔覆的方法，其特征在于利用四轴四联动的激光数控加工机床，通过计算机软件绘制型面曲线，并在曲线上取等线段距离点后编制激光加工型面程序，同时采用同步送粉装置送粉，对螺杆压缩机转子型面进行激光自动熔覆，其中：
所述四轴四联动激光数控加工机床由三个形式相同、相互垂直的X轴、Y轴、Z轴和一个转动轴A轴构成，其A轴转动轴线与X轴平行，并与Y轴、Z轴垂直，X、Y、Z轴由丝杠和导轨组成，导轨控制运动方向，丝杠与伺服电机相连提供运动动力，A轴由伺服电机通过变速齿轮带动转轴转动；
所述X、Y、Z轴的丝杠与伺服电机连接，将伺服电机的旋转运动转化为光斑在相应轴的直线运动，A轴通过伺服电机连接变数齿轮带动主轴转动，使其工件旋转，其中X、Y、Z轴任意两轴同时运动构成光斑在平面内的曲线运动，而X、Y、Z轴三轴或其中任意一轴与A轴同时运动构成光斑的空间曲线运动，光筒固定在Z轴的端部；
激光自动熔覆型面时，首先，将螺杆压缩机转子一端装夹在A轴夹盘上，另一端用尾座顶尖顶起，对其进行圆周找正，跳动值应在小于或等于0.05mm，然后分别确定X、Y、Z轴坐标零点，将X轴零点确定在靠近尾座一侧螺杆压缩机转子端面的边缘，Y轴零点确定在螺杆压缩机转子轴径Y方向中点，Z轴零点是根据加工时光斑的直径，确定光筒下边缘到轴心距离，距离一般为140～160mm，是用光筒下边缘到轴径表面距离再加上对应轴径半径的方法来计算出的；最后，通过计算机软件编制的数控程序对螺杆压缩机转子型面进行激光熔覆，熔覆过程中，光筒始终与所熔螺杆压缩机转子型面部分保持垂直，并沿X轴方向做直线运动，同时螺杆压缩机转子沿A轴转动，实现X轴与A轴的实时联动，从而达到空间曲线的熔覆，在每条熔覆完毕后Y、Z轴做动作，将光筒移动到新的起光点继续下一条的熔覆，直至光筒与熔覆型面不垂直，Z轴抬起，A轴转螺杆压缩机转子的螺旋齿的分度角度，熔覆下一个螺旋齿型面相同的部位，将所有螺旋齿此部位的型面熔覆结束后，按程序A轴转一个角度，X、Y轴移动，将光筒移动到新的起光点，并与下一个熔覆型面部位仍然保持垂直，再按上述方法继续熔覆，直至螺杆压缩机转子型面全部熔覆结束。
本发明利用计算机软件绘制型面曲线，并在曲线上取等线段距离点后编制激光加工型面程序，其方法为：首先，利用螺杆压缩机转子在修复过程中，采用数控加工中心采集的型线数据点及导程，在计算机中绘制与熔覆时X、Y、Z轴原点位置相同的螺杆压缩机转子型线，并在曲线上等线段距离取点，线段距离为1.5～2.0mm，然后，再把绘制的型线在计算机中分割成若干段，将每段分别绕X轴旋转成与Z轴成垂直方向的位置，并记录其旋转角度，最后，将每段曲线上所取的点的坐标输出，留作编程时使用。
根据以上在计算机中获得的数据，编制螺杆型面激光自动熔覆程序，然后将编制好的程序传至四轴四联动激光数控加工机床控制台中，待熔覆时使用。
本发明所采用同步送粉装置对熔覆中的螺杆压缩机转子型面进行送粉。同步送粉装置利用可调电机控制圆盘转速，进而调节送粉量。料斗粉末落在圆盘上，当转到刮板位置处被刮下，落在接料斗中。利用高压的氮气或氩气作为粉料输送的动力，通过软管将粉末送至喷嘴，喷射到指定的位置。因此，此装置适合激光熔覆各种曲面，包括螺杆压缩机的空间曲面的熔覆。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：改变了传统激光熔覆螺杆型面的笨重、烦琐的手工熔覆方式，使螺杆型面熔覆变的简单，可操作性强，并且大大提高工作效率，节约成本，熔覆质量也得到显著提高。
附图说明
图1为四轴四联动激光数控加工机床结构示意图；
图2为图1的侧视图；
图3为本发明螺杆压缩机转子型面激光自动熔覆程序流程；
图4为同步送粉装置连接示意图。
图中标记：1.X轴，2.Y轴，3.Z轴，4.A轴，5.光筒，6.顶尖，7.工作台，8.料斗，9.圆盘，10.电机，11.刮板，12.接料斗，13.软管，14.高压氮气或氩气，15.喷嘴。
具体实施方式
如图1～图2所示，这种螺杆压缩机转子型面激光自动熔覆的方法，利用四轴四联动的激光数控加工机床，对螺杆压缩机阴阳转子的复杂型面进行激光自动熔覆。其中四轴四联动激光数控加工机床由三个形式相同、相互垂直的X轴1、Y轴2、Z轴3和一个转动轴A轴4构成，其A轴4转动轴线与X轴1平行，并与Y轴2、Z轴3垂直。X、Y、Z(1、2、3)轴由丝杠和导轨组成，导轨控制运动方向，丝杠与伺服电机相连提供运动动力。A轴4是由伺服电机通过变速齿轮带动转轴转动。
所述的X轴1、Y轴2、Z轴3的丝杠与伺服电机连接，将伺服电机的旋转运动转化为光斑在相应轴的直线运动。A轴4是通过伺服电机连接变数齿轮带动主轴转动，使其工件旋转。其中X轴1、Y轴2、Z轴3任意两轴同时运动构成光斑在平面内的曲线运动，而X轴1、Y轴2、Z轴3三轴或其中任意一轴与A轴4同时运动构成光斑的空间曲线运动。光筒5固定在Z轴2的端部。
自动熔覆型面时，首先，将螺杆压缩机转子一端装夹在A轴4夹盘上，另一端用尾座顶尖6顶起，对其进行圆周找正，跳动值应在小于等于0.05mm；然后，分别确定X、Y、Z(1、2、3)轴坐标零点，将X轴1零点确定在靠近尾座一侧转子端面的边缘，Y轴2零点确定在转子轴径Y方向中点，Z轴3零点是根据加工时光斑的直径，确定光筒下边缘到轴心距离，距离一般为140～160mm，是用光筒下边缘到轴径表面距离再加上对应轴径半径的方法来计算出的；最后，通过计算机软件编制的数控程序对螺杆压缩机转子型面进行激光熔覆，熔覆过程中，光筒始终与所熔螺杆压缩机转子型面部分保持垂直，并沿X轴1方向做直线运动，同时螺杆压缩机转子沿A轴4转动，实现X轴1与A轴4的实时联动，从而达到空间曲线的熔覆，在每条熔覆完毕后Y、Z(2、3)轴做动作，将光筒移动到新的起光点继续下一条的熔覆，直至光筒与熔覆型面不垂直，Z轴3抬起，A轴4转螺杆压缩机转子的阴阳螺杆螺旋齿的分度角度，熔覆下一个螺旋齿型面相同的部位，将所有螺旋齿此部位的型面熔覆结束后，按程序A轴4转一个角度，X轴1、Y轴2移动，将光筒移动到新的起光点，并与下一个熔覆型面部位仍然保持垂直，再按上述方法继续熔覆，直至螺杆压缩机转子的阴阳螺杆型面全部熔覆结束。
如图3所示，为本发明螺杆压缩机转子型面激光自动熔覆程序流程，
本发明利用计算机软件绘制螺杆压缩机转子型面曲线，并在曲线上取等线段距离点后编制激光加工型面程序。首先，利用螺杆压缩机转子在修复过程中，采用数控加工中心采集的型线数据点及导程，在计算机中绘制与熔覆时X、Y、Z轴原点位置相同的螺杆压缩机转子型线，并在曲线上等线段距离取点，线段距离为1.5～2.0mm，然后，再把绘制的型线在计算机中分割成若干段，将每段分别绕X轴1旋转成与Z轴3成垂直方向的位置，并记录其旋转角度，最后，将每段曲线上所取的点的坐标输出，留作编程时使用。
然后根据以上在计算机中获得的数据，按照图3所示流程图编制螺杆压缩机转子型面激光自动熔覆程序，再将编制好的程序传至四轴四联动激光数控加工机床控制台中，待熔覆时使用。
给出的螺杆压缩机转子型面激光自动熔覆程序有下列步骤：
(1).开始进行激光自动熔覆；
(2).移动到起始加工点；
(3).开光闸；
(4).按导程沿型面激光加工；
(5).判断是否加工到型面长度：结果为是，则进入下一步骤；结果为否，则返回步骤(3)开光闸的开始端；
(6).闭光闸；
(7).快速返回到起光点；
(8).判断光筒是否垂直型面，结果为是，则改变点的坐标值返回步骤(2)移动到起始加工点的开始端，结果为否，则进入下一步骤；
(9).旋转螺杆转子分度值；
(10).判断分度值的和是否为360°：结果为是，则进入下一步骤；结果为否，则返回步骤(1)开始进行激光自动熔覆的开始端；
(11).结束激光自动熔覆。
如图4所示，同步送粉装置利用可调电机10控制圆盘9转速，进而调节送粉量。料斗8粉末落在圆盘上，当转到刮板11位置处被刮下，落在接料斗12中。利用高压的氮气或氩气14作为粉料输送的动力，通过软管13将粉末送至喷嘴15，喷射到指定的位置。此装置适合激光熔覆各种曲面，包括螺杆压缩机转子的空间曲面的熔覆。
实施例1直径Φ408mm螺杆压缩机转子
阴转子重约0.6吨，阳转子重约0.7吨，型面长度613mm，最大回转直径Φ408mm，材质为45#钢，由于设计制造的问题，阴阳转子实际间隙比设计间隙大0.2mm～0.4mm，整机性能指标达不到使用要求。因此，需对阴阳转子型面分别进行激光熔覆，首先将其装夹在四轴四联动激光数控机床上，圆周找正后跳动值为0.05mm，熔覆时光斑直径6mm，光筒到轴心的距离为160mm，利用在计算机中制作的转子型线数据，将阴螺杆型线分为三段，阳螺杆型线分为三段，分别将每段型线绕X轴旋转成与Z轴成垂直方向的位置，并记录其旋转角度，并分别在上面取线段距离为2.0mm的点，分别提取其坐标值编制激光自动熔覆程序，采用同步送粉装置送粉，分别对阴阳转子型面自动激光熔覆。熔覆后，表面平整，经无损探伤检测，无裂纹、夹杂、气孔等缺陷。
实施例2直径Φ255mm螺杆压缩机转子
阴转子重约0.25吨，阳转子重约0.3吨，型面长度430mm，最大回转直径Φ255mm，材质为45#钢，由于此转子压缩气体具有腐蚀性，阴阳转子型面整体成坑形损伤，最深处达2mm之多，整机性能指标达不到使用要求，因此，需对阴阳转子型面分别进行激光熔覆。将其装夹在四轴四联动激光数控机床上，圆周找正后跳动值为0.03mm，熔覆时光斑直径4mm，光筒到轴心的距离为140mm，利用在计算机中制作的转子型线数据，将阴螺杆型线分为三段，阳螺杆型线分为四段，分别将每段型线绕X轴旋转成与Z轴成垂直方向的位置，并记录其旋转角度，并分别在上面取线段距离为1.7mm的点，分别提取其坐标值编制激光自动熔覆程序，采用同步送粉装置送粉，分别对阴阳转子型面自动激光熔覆。熔覆后，表面平整，经无损探伤检测，无裂纹、夹杂、气孔等缺陷。
Claims (3)
1.一种螺杆压缩机转子型面激光自动熔覆的方法，其特征在于利用四轴四联动的激光数控加工机床，通过计算机软件绘制型面曲线，并在曲线上取等线段距离点后编制激光加工型面程序，同时采用同步送粉装置送粉，对螺杆压缩机转子型面进行激光自动熔覆，其中：
所述四轴四联动激光数控加工机床由三个形式相同、相互垂直的X轴、Y轴、Z轴和一个转动轴A轴构成，其A轴转动轴线与X轴平行，并与Y轴、Z轴垂直，X轴、Y轴、Z轴由丝杠和导轨组成，导轨控制运动方向，丝杠与伺服电机相连提供运动动力，A轴由伺服电机通过变速齿轮带动转轴转动；
所述X轴、Y轴、Z轴的丝杠与伺服电机连接，将伺服电机的旋转运动转化为光斑在相应轴的直线运动，A轴通过伺服电机连接变数齿轮带动主轴转动，使其工件旋转，其中X、Y、Z轴任意两轴同时运动构成光斑在平面内的曲线运动，而X、Y、Z轴三轴或其中任意一轴与A轴同时运动构成光斑的空间曲线运动，光筒固定在Z轴的端部；
激光自动熔覆型面时，首先，将螺杆压缩机转子一端装夹在A轴夹盘上，另一端用尾座顶尖顶起，对其进行圆周找正，跳动值应在小于或等于0.05mm，然后分别确定X轴、Y轴、Z轴的坐标零点，将X轴坐标零点确定在靠近尾座一侧螺杆压缩机转子端面的边缘，Y轴坐标零点确定在螺杆压缩机转子轴径Y方向中点，Z轴坐标零点是根据加工时光斑的直径，确定光筒下边缘到轴心距离，距离一般为140～160mm；最后，通过计算机软件编制的数控程序对螺杆压缩机转子型面进行激光熔覆，熔覆过程中，光筒始终与所熔螺杆压缩机转子型面部分保持垂直，并沿X轴方向做直线运动，同时螺杆压缩机转子沿A轴转动，实现X轴与A轴的实时联动，从而达到空间曲线的熔覆，在每条熔覆完毕后Y轴、Z轴做动作，将光筒移动到新的起光点继续下一条的熔覆，直至光筒与熔覆型面不垂直，Z轴抬起，A轴转螺杆压缩机转子的螺旋齿的分度角度，熔覆下一个螺旋齿型面相同的部位，将所有螺旋齿此部位的型面熔覆结束后，按程序A轴转一个角度，X轴、Y轴移动，将光筒移动到新的起光点，并与下一个熔覆型面部位仍然保持垂直，再按上述方法继续熔覆，直至螺杆压缩机转子型面全部熔覆结束。
2.根据权利要求1所述螺杆压缩机转子型面激光自动熔覆的方法，其特征在于利用计算机软件绘制螺杆压缩机转子型面曲线，并在曲线上取等线段距离点后编制激光加工型面程序，即：首先，利用螺杆压缩机转子在修复过程中，采用数控加工中心采集的型线数据点及导程，在计算机中绘制与熔覆时X轴、Y轴、Z轴原点位置相同的螺杆压缩机转子型线，并在曲线上等线段距离取点，线段距离为1.5～2.0mm，然后，再把绘制的型线在计算机中分割成若干段，将每段分别绕X轴旋转成与Z轴成垂直方向的位置，并记录其旋转角度，最后，将每段曲线上所取的点的坐标输出，留作编程时使用；
根据以上在计算机中获得的数据，编制螺杆型面激光自动熔覆程序，然后将编制好的程序传至四轴四联动激光数控加工机床控制台中，待熔覆时使用。
3.根据权利要求2所述螺杆压缩机转子型面激光自动熔覆的方法，其特征在于给出的螺杆压缩机转子型面激光自动熔覆程序有下列步骤：
(1).开始进行激光自动熔覆；
(2).移动到起始加工点；
(3).开光闸；
(4).按导程沿型面激光加工；
(5).判断是否加工到型面长度：结果为是，则进入下一步骤；结果为否，则返回步骤(3)开光闸的开始端；
(6).闭光闸；
(7).快速返回到起光点；
(8).判断光筒是否垂直型面，结果为是，则改变点的坐标值返回步骤(2)移动到起始加工点的开始端，结果为否，则进入下一步骤；
(9).旋转螺杆转子分度值；
(10).判断分度值的和是否为360°：结果为是，则进入下一步骤；结果为否，则返回步骤(1)开始进行激光自动熔覆的开始端；
(11).结束激光自动熔覆。
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