CN111633249A - 一种左旋转子的数控加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种左旋转子的数控加工方法，利用四轴数控机床加工左旋转子，分为毛坯预处理、建模、规划刀路、粗加工、半精加工、精加工等步骤，能实现左旋转子的高精度铣削加工。与现有技术相比，本发明可适用于各种不同参数的左转子零件的铣削加工，具有加工效率高、精度高、成品质量好等特点。

Description

一种左旋转子的数控加工方法
技术领域
本发明涉及双转子油量计、机械加工技术领域，尤其是涉及一种左旋转子的数控加工方法。
背景技术
转子零件在油量计、气量计或塑料机械进给机构中广泛使用。在双转子油量计(例如燃油流量计)中，通过一对回转的螺旋转子，直接测量液体流量的容积，流量计对流体流量的测量是在计量腔体内完成的，一对螺旋转子在液体的压力下分别左旋转动和右旋转动，转子和测量室壳体将从流量计入口流入的被测液体分割成已知容积的“螺旋状液块”，随着转子的转动，这些液块经计数后背排泄出测量室，最后经出口排出，因为液体流量与转子的转数成正比，所以转子的转数通过传动齿轮系统送到计数器直接显示流体流量，双转子流量计的转子对其性能有很大影响，特别是在噪音和运行稳定性方面。由于转子零件的特殊结构，其加工难度高，需要设计出高效和高精度的加工方法。
发明内容
本发明的目的就是为了提供一种左旋转子的数控加工方法。可适用于各种不同参数的左转子零件的铣削加工，具有加工效率高、精度高、成品质量好等特点。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种左旋转子的数控加工方法，该左旋转子为四齿螺旋转子，且轴心处设有通长的孔，该方法包括以下步骤：
S1：将毛坯加工成阶梯轴状的胚件，该胚件由两端的小直径部和中间的大直径部组成，大直径部与左旋转子相匹配；
S2：利用建模软件建立左旋转子的三维模型；
S3：根据步骤S2建立的左旋转子模型，选择齿面粗加工的铣刀运动轨迹辅助面，建立齿面粗加工的铣刀运动轨迹；
S4：根据步骤S2建立的左旋转子模型，建立齿面半精加工的铣刀运动轨迹；
S5：根据步骤S2建立的左旋转子模型，建立齿面精加工的铣刀运动轨迹；
S6：根据步骤S2建立的左旋转子模型，建立定心钻点孔的刀路运动轨迹、粗加工孔的刀路运动轨迹；
S7：根据步骤S2建立的左旋转子模型，建立精加工孔的刀路运动轨迹；
S8：根据步骤S3～步骤S7建立的刀路运动轨迹，生成G代码；
S9：将步骤S8生成的G代码导入四轴加工中心，完成左旋转子的加工，其中，齿面粗加工、齿面半精加工和齿面精加工的过程均采用可变轴曲面轮廓铣；定心钻点孔的过程采用点孔，粗加工孔和精加工孔均采用钻孔。
优选地，步骤S2中，建模软件采用UG NX软件。
优选地，齿面粗加工的过程中，铣刀运动轨迹是从上到下逐层铣削。
优选地，齿面粗加工采用φ8mm的球头铣刀；齿面粗加工每刀切深1-3mm，进给速度1500mm/min，主轴转速4000r/min，加工余量为1.5mm。
优选地，齿面半精加工的过程中，从左旋转子齿面曲面的一侧依照螺旋线的方向进行铣削，第一刀加工完毕后，铣刀按预设的残差高度沿螺旋线移至下一刀位，继续沿螺旋线方向铣削加工，重复上述过程，直到完成整个螺旋面的半精加工。
优选地，齿面半精加工采用φ8mm的球头铣刀；齿面半精加工每刀切深0.3mm，进给速度1200mm/min，主轴转速5000r/min，半精加工余量为0.5mm。
优选地，齿面半精加工的过程中，从左旋转子齿面曲面的一侧依照螺旋线的方向进行铣削，第一刀加工完毕后铣刀沿螺旋线移至下一刀位，继续沿螺旋线方向铣削加工，重复上述过程，直到完成整个螺旋曲面的精加工。
优选地，齿面精加工采用直径φ6mm的球头铣刀；齿面精加工进给速度 1200mm/min，主轴转速5000r/min，精加工余量为0mm。
优选地，粗加工孔的过程中将孔钻通，精加工孔的过程中使孔达到尺寸要求。
优选地：
定心钻点孔采用φ6mm的定心钻；
粗加工孔过程中用φ17.5mm的钻头；粗加工孔时钻通孔，进给速度300mm/min，主轴转速2000r/min；
精加工孔采用刀尖半径0.4镗孔刀；精加工孔时进给速度200r/min；主轴转速2000r/min。
优选地，该左旋转子的横截面具有四个呈十字形分布的齿，齿形由从齿尖到齿根依次连接的渐开线段、摆线段和齿根圆弧段组成，该左旋转子零件轴心处设有通长的孔。
优选地，该左旋转子的螺旋角为32.1419°。
优选地，该左旋转子的齿端模数为21.5mm，分度圆直径为86mm。
优选地，该左旋转子的中心距为86mm。
优选地，该左旋转子的长度为螺距的整数倍。
优选地，该左旋转子的长度为螺距的1倍或2倍。
优选地，该左旋转子的长度为螺距的1倍。
优选地，该左旋转子的长度为螺距的2倍。
优选地，该左旋转子材质为钢材。
与现有技术相比，本发明通过数控加工方法实现了左旋转子零件齿面高精度铣削加工，适用于左旋转子零件在四轴数控加工中心进行加工，相对于现有技术中的滚切法和粉末冶金法，无需成型铣刀和专用机床就可实现左转子零件加工，具有加工效率高、精度高等特点，拓宽了左转子零件的加工方法。
另外，本发明的左旋转子，作为双转子流量计中的一个转子，与形状完全相同的右旋转子配合，实现计量。通过渐开线段、摆线段和齿根圆弧段的齿形设计，保证了两转子齿间的啮合接触，其接触线在轴向方向的连续保证了两个转子的齿间密封的可靠性及啮合时的平稳性，提升了左右两个转子运行的稳定性。进一步地，通过将零件长度设计为螺距的整数倍。通过上述手段使得转动过程中啮合接触线两侧受力面积大小相等，保证了转子转矩大小相等且不变，提升了两个转子运行的稳定性。
附图说明
图1为实施例1的左旋转子的结构示意图。
图2为本发明左旋转子加工过程中，铣刀运动轨迹辅助面示意图。
图3为本发明左旋转子加工过程中阶梯轴状胚件的结构示意图。
图中，1为齿，11为渐开线段，12为摆线段，13为齿根圆弧段。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
一种左旋转子的数控加工方法，该左旋转子为四齿螺旋转子，且轴心处设有通长的孔，该方法包括以下步骤：
S1：将毛坯加工成阶梯轴状的胚件，该胚件由两端的小直径部和中间的大直径部组成(如图3所示)，大直径部与左旋转子相匹配；
S2：利用建模软件建立左旋转子的三维模型，建模软件优选采用UG NX软件；
S3：根据步骤S2建立的左旋转子模型，选择齿面粗加工的铣刀运动轨迹辅助面，建立齿面粗加工的铣刀运动轨迹(参见图2所示)；
S4：根据步骤S2建立的左旋转子模型，建立齿面半精加工的铣刀运动轨迹；
S5：根据步骤S2建立的左旋转子模型，建立齿面精加工的铣刀运动轨迹；
S6：根据步骤S2建立的左旋转子模型，建立定心钻点孔的刀路运动轨迹、粗加工孔的刀路运动轨迹；
S7：根据步骤S2建立的左旋转子模型，建立精加工孔的刀路运动轨迹；
S8：根据步骤S3～步骤S7建立的刀路运动轨迹，生成G代码；
S9：将步骤S8生成的G代码导入四轴加工中心，完成左旋转子的加工，其中，齿面粗加工、齿面半精加工和齿面精加工的过程均采用可变轴曲面轮廓铣；定心钻点孔的过程采用点孔，粗加工孔和精加工孔均采用钻孔。
优选齿面粗加工的过程中，铣刀运动轨迹是从上到下逐层铣削。进一步优选齿面粗加工采用φ8mm的球头铣刀；齿面粗加工每刀切深1-3mm，进给速度 1500mm/min，主轴转速4000r/min，加工余量为1.5mm。
优选齿面半精加工的过程中，从左旋转子齿面曲面的一侧依照螺旋线的方向进行铣削，第一刀加工完毕后，铣刀按预设的残差高度沿螺旋线移至下一刀位，继续沿螺旋线方向铣削加工，重复上述过程，直到完成整个螺旋面的半精加工。进一步优选齿面半精加工采用φ8mm的球头铣刀；齿面半精加工每刀切深0.3mm，进给速度1200mm/min，主轴转速5000r/min，半精加工余量为0.5mm。
优选齿面半精加工的过程中，从左旋转子齿面曲面的一侧依照螺旋线的方向进行铣削，第一刀加工完毕后铣刀沿螺旋线移至下一刀位，继续沿螺旋线方向铣削加工，重复上述过程，直到完成整个螺旋曲面的精加工。进一步优选齿面精加工采用直径φ6mm的球头铣刀；齿面精加工进给速度1200mm/min，主轴转速5000r/min，精加工余量为0mm。
优选粗加工孔的过程中将孔钻通，精加工孔的过程中使孔达到尺寸要求。进一步优选定心钻点孔采用φ6mm的定心钻；粗加工孔过程中用φ17.5mm的钻头；粗加工孔时钻通孔，进给速度300mm/min，主轴转速2000r/min；精加工孔采用刀尖半径0.4 镗孔刀；精加工孔时进给速度200r/min；主轴转速2000r/min。
本发明中的铣刀运动轨迹可以通过软件自动生成，也可以自行计算获得，还可以利用现有的算法设计得到，更可以综合利用以上方法进行计算并优化得到。
通过上述方法实现了左旋转子零件齿面高精度铣削加工，适用于左旋转子零件在四轴数控加工中心进行加工，相对于现有技术中的滚切法和粉末冶金法，无需成型铣刀和专用机床就可实现左转子零件加工，具有加工效率高、精度高等特点，拓宽了左转子零件的加工方法。
实施例1
不实施例中的左旋转子，其为四齿螺旋转子，横截面具有四个呈十字形分布的齿1，齿形由从齿尖到齿根为依次连接的渐开线段11、摆线段12和齿根圆弧段13 组成，该左旋转子轴心处设有通长的孔2。
本发明的左旋转子，材质为钢材。作为双转子流量计中的一个转子，与形状相同的右旋转子配合，实现计量。通过渐开线段11(参见图1中AB段)、摆线段12(参见图1中BC段)和齿根圆弧段(参见图1中CD段)的齿形设计，保证了两转子齿间的啮合接触，其接触线在轴向方向的连续保证了两个转子的齿间密封的可靠性及啮合时的平稳性，提升了左右两个转子运行的稳定性。图1仅标注出了齿一侧的齿形，另一侧齿形可以通过对称得到。
进一步优选该左旋转子的螺旋角为32.1419°。齿端模数为21.5mm，分度圆直径为86mm。中心距为86mm。
本实施例采用相同(几何尺寸、齿形)的左旋转子和右旋转子，并进一步将长度控制为螺距的整数倍。使得转动过程中啮合接触线两侧受力面积大小相等，保证了转子转矩大小相等且不变，提升了两个转子运行的稳定性。一般情况下，该左旋转子的长度可以是螺距的1倍或2倍。
该左旋转子通过采用加工中心通过上述方法对阶梯轴状胚件通过铣削加工而成。
上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种左旋转子的数控加工方法，其特征在于，该左旋转子为四齿螺旋转子，且轴心处设有通长的孔，该方法包括以下步骤：
S1：将毛坯加工成阶梯轴状的胚件，该胚件由两端的小直径部和中间的大直径部组成，大直径部与左旋转子相匹配；
S2：利用建模软件建立左旋转子的三维模型；
S3：根据步骤S2建立的左旋转子模型，选择齿面粗加工的铣刀运动轨迹辅助面，建立齿面粗加工的铣刀运动轨迹；
S4：根据步骤S2建立的左旋转子模型，建立齿面半精加工的铣刀运动轨迹；
S5：根据步骤S2建立的左旋转子模型，建立齿面精加工的铣刀运动轨迹；
S6：根据步骤S2建立的左旋转子模型，建立定心钻点孔的刀路运动轨迹、粗加工孔的刀路运动轨迹；
S7：根据步骤S2建立的左旋转子模型，建立精加工孔的刀路运动轨迹；
S8：根据步骤S3～步骤S7建立的刀路运动轨迹，生成G代码；
S9：将步骤S8生成的G代码导入四轴加工中心，完成左旋转子的加工，其中，齿面粗加工、齿面半精加工和齿面精加工的过程均采用可变轴曲面轮廓铣；定心钻点孔的过程采用点孔，粗加工孔和精加工孔均采用钻孔。
2.根据权利要求1所述的一种左旋转子的数控加工方法，其特征在于，步骤S2中，建模软件采用UG NX软件。
3.根据权利要求1所述的一种左旋转子的数控加工方法，其特征在于，齿面粗加工的过程中，铣刀运动轨迹是从上到下逐层铣削。
4.根据权利要求1或3所述的一种左旋转子的数控加工方法，其特征在于，齿面粗加工采用φ8mm的球头铣刀；齿面粗加工每刀切深1-3mm，进给速度1500mm/min，主轴转速4000r/min，加工余量为1.5mm。
5.根据权利要求1所述的一种左旋转子的数控加工方法，其特征在于，齿面半精加工的过程中，从左旋转子齿面曲面的一侧依照螺旋线的方向进行铣削，第一刀加工完毕后，铣刀按预设的残差高度沿螺旋线移至下一刀位，继续沿螺旋线方向铣削加工，重复上述过程，直到完成整个螺旋面的半精加工。
6.根据权利要求1或5所述的一种左旋转子的数控加工方法，其特征在于，齿面半精加工采用φ8mm的球头铣刀；齿面半精加工每刀切深0.3mm，进给速度1200mm/min，主轴转速5000r/min，半精加工余量为0.5mm。
7.根据权利要求1所述的一种左旋转子的数控加工方法，其特征在于，齿面半精加工的过程中，从左旋转子齿面曲面的一侧依照螺旋线的方向进行铣削，第一刀加工完毕后铣刀沿螺旋线移至下一刀位，继续沿螺旋线方向铣削加工，重复上述过程，直到完成整个螺旋曲面的精加工。
8.根据权利要求1或7所述的一种左旋转子的数控加工方法，其特征在于，齿面精加工采用直径φ6mm的球头铣刀；齿面精加工进给速度1200mm/min，主轴转速5000r/min，精加工余量为0mm。
9.根据权利要求1所述的一种左旋转子的数控加工方法，其特征在于，粗加工孔的过程中将孔钻通，精加工孔的过程中使孔达到尺寸要求。
10.根据权利要求1或9所述的一种左旋转子的数控加工方法，其特征在于：
定心钻点孔采用φ6mm的定心钻；
粗加工孔过程中用φ17.5mm的钻头；粗加工孔时钻通孔，进给速度300mm/min，主轴转速2000r/min；
精加工孔采用刀尖半径0.4镗孔刀；精加工孔时进给速度200r/min；主轴转速2000r/min。
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