CN1697716A - 螺旋转子的加工装置、加工方法及切削车刀 - Google Patents

螺旋转子的加工装置、加工方法及切削车刀 Download PDF

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Abstract

本发明提供螺旋转子的加工装置和螺旋转子的加工方法，使用备有机床(11)、设置在机床(11)上的C轴主轴台(12)、支承在C轴主轴台(12)上并且使圆筒状被加工物(1)旋转的C轴主轴(14)、设置在机床(11)上的立柱(13)、可转动地支承在立柱(13)上的刀具台(2)、安装在刀具台(2)上的工具(3)的加工装置，使刀具台(2)转动并且使其在X轴、Y轴、Z轴方向移动，用工具(3)在旋转着的被加工物(1)的外径上形成螺旋槽。

Description

螺旋转子的加工装置、加工方法及切削车刀
技术领域
本发明涉及制冷剂压缩机或空气压缩机中采用的螺旋转子(スクリユ一ロ一タ)的加工装置、加工方法及切削车刀。
背景技术
现有的螺旋转子是这样加工成的：把螺纹坯件组装在第一轴上，把工具安装在第2轴上，第2轴的旋转轴垂直于第1轴，用外部机构使该第1轴和第2轴同步地旋转，然后，使在沟槽加工开始时完全收缩在第2轴内的工具以极少的增加量前进扩张到的螺纹内。
例如，专例文献、日本特表平6-506640(图2、3、4、5、6、7、14等)。
但是，现有的螺旋转子的加工中，由于工具的沟槽尺寸及安装位置、第1轴与第2轴的旋转轴的距离、机械精度等诸多因素，在加工精度方面存在问题。尤其是在采用成形刀具的加工中，由于槽底的切削阻力非常大，所以不得不进行微小切削，槽的进刀量仅仅以0.04mm为限。由于总切削长度长，所以加工时间长，并且对工具寿命不利。
另外，现有的螺旋转子加工方法中，螺旋转子加工专用的加工装置限入制造中止状态时，就不能制造螺旋转子。
另外，由于加工的沟槽形状复杂，所以其测定需要特殊装置。为此，现有技术中是在别的工序进行测定。因此要将加工途中的被加工物从加工机械上卸下，测定其是否为合格品后再进行加工。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而作出的，其第1目的是提供高精度螺旋转子的高效率加工方法、加工装置以及所采用的切削车刀。本发明的加工方法中，采用市售的NC5轴工作装置，可以在复杂的螺旋沟槽加工的同时加工内径、外径。
本发明的第2目的是提供能提高加工效率的进刀深度的螺纹沟槽加工方法及装置，该方法及装置，能解决在采用成形刀具的加工中因槽底的切削阻力而只能微小进刀的问题。
本发明的第3目的，是提供加工方法及装置，该加工方法及装置能容易地修正用现有加工装置及方法和使用工具所决定的齿槽的形状精度。
本发明的第4目的是提供加工方法及装置，该加工方法及装置能测定并容易地修正现有的加工装置中加工机械的齿槽的形状精度。
本发明的第5目的是提供加工方法及装置，该加工方法及装置中，将低价的通用工具和高价的特殊工具组合起来，可延长高价特殊工具的寿命，降低总工具费用。
本发明的第6目的是提供加工方法及装置，该加工方法及装置中，将带轴螺旋转子的加工方法变成为无轴加工，可提供低价的制造过程和降低设备制造成本。
发明内容概要
本发明的螺旋转子加工装置，备有机床、设置在机床上的C轴主轴台、支承在C轴主轴台上并且使圆筒状被加工物旋转的C轴主轴、设置在上述机床上的立柱、可转动地支承在上述立柱上的刀具台、安装在上述刀具台上的工具；其特征在于，还备有特殊主轴和被加工物安装夹具，上述特殊主轴安装在上述C轴主轴上，与C轴主轴同步旋转；上述被加工物安装夹具安装在上述特殊主轴上，与上述特殊主轴同步旋转。
另外，本发明的螺旋转子加工方法，是采用上述加工装置，使上述刀具台旋转，同时使其在X轴、Y轴、Z轴方向移动，用上述工具，在旋转着的被加工物的外径上形成螺旋槽。具有在被加工物的外径上进行沟槽粗切削加工的第1步骤、和对上述槽的侧面及底面进行修整加工的第2步骤。
根据本发明，用NC5轴控制，可高精度、高效率地进行复杂的螺旋槽的加工。另外，用本发明的方法，可得到特殊形状的槽底部，可制作单一螺旋的特殊齿形。
附图说明
图1是表示螺旋转子制造加工原理的图。
图2是表示螺旋压缩机的压缩原理的图。
图3是图2中I-I′的局部断面图。
图4(A)是表示螺旋转子加工装置构造的正面图，图4(B)是其断面图。
图5是表示心轴式安装夹具和被加工物的安装状态的图。
图6是表示螺旋转子加工工序的流程图。
图7是指形铣刀加工被加工物的示意图。
图8是用R指形铣刀加工被加工物的示意图。
图9是表示实施方式1中使用的槽侧面修整车刀的立体图。
图10(A)是表示图9中车刀的刀口的正面图，图10(B)是刀尖放大图。
图11是表示沟槽与槽侧面修整车刀的位置关系的图。
图12是表示沟槽与左进刀角度·右进刀角度的位置关系的图。
图13是表示沟槽与左进刀角度·右进刀角度的位置关系的图。
图14是表示避让部的图。
图15是表示旋回圆的槽侧面形状线的图。
图16(A)是表示现有的车刀的图，图16(B)表示此次新提出的槽底用R车刀。
图17是表示沟槽与车刀的位置关系的图。
图18是表示沟槽与车刀的位置关系的图。
图19是说明槽宽的自动测定的图。
图20是表示实施方式2中使用的槽侧面修整车刀的图。
图21是表示图20的车刀的刀口的正面图、侧面图以及刀尖放大图。
图22是表示实施方式2中的沟槽与槽侧面修整车刀的位置关系的图。
图23是表示实施方式2中的沟槽与左进刀角度·右进刀角度的位置关系的图。
图24是表示实施方式2中的沟槽与左进刀角度·右进刀角度的位置关系的图。
具体实施方式
实施方式1
先参照图1说明本发明中螺旋转子的制造加工原理。图1中，圆筒状的螺纹坯件即被加工物1，以连接上面(第1平面)的中心和底面(第2平面)中心的线作为轴(C轴)，进行旋转动作。在与该C轴垂直的位置、即圆周面(外径)的上部位置，设置了刀具台2，在该刀具台2的下部安装着工具3，工具3朝向被加工物1具有刀刃。另外，该刀具台2能够进行以B轴为中心的转动动作、平行于C轴的Z轴方向的移动动作、上下方向即X轴方向的移动动作、以及垂直于Z轴、X轴的Y轴方向的移动动作。另外，借助NC程序，与在C轴的被加工物1的预定的旋转比连动、将刀具台2的B轴的转动动作、X轴、Z轴的移动动作组合，由此，使工具3进行以旋回圆座标基准点4为中心的圆运动，在被加工物1的外径上加工沟槽。另外，工具3的圆运动与C轴的转动动作的旋转比是6∶11，同步地旋转。另外，工具3随着转动动作渐渐朝前方伸出，加工开始时的圆方向半径26，变成加工结束时的圆方向半径27。
下面参照图2说明螺旋压缩机的一般压缩原理。
该螺旋压缩机中具有螺旋转子1和槽转子8a、8b。螺旋转子1备有6个齿槽9，槽转子8a、8b垂直于轴地左右对称分别具有与螺旋转子1啮合的11个齿10。当螺旋转子1旋转时，螺旋转子1的齿槽的容积扩大，制冷剂气体被吸入齿槽内，螺旋转子1继续旋转，在槽容积最大的部位，齿槽被槽转子8a、8b的齿10关闭，继续旋转时，齿槽容积减小，制冷剂气体被压缩，进行压缩动作。
图3是图2中I-I′的断面图，表示槽转子8a与螺旋转子1的齿槽啮合的状态。
下面，参照图4的装置构造图，说明实现该加工原理的加工装置。图4(A)是该加工装置的正面图，图4(B)是图4(A)中II-II′的纵断面图。
图4中，加工装置具有机床11、设置在机床11上的C轴主轴台12、立柱13、可旋转地支承在C轴主轴台12上的C轴主轴14、可旋转地支承在立柱13的靠C轴主轴侧侧面上的刀具台2、安装在刀具台2下部的工具3。这些构造也是通用的NC5轴工作机械所具有的构造。
本加工装置中，在C轴主轴14的前端安装特殊主轴15，将进行C轴旋转的轴伸出，再在其前端设置心轴式安装夹具16，将被加工物1安装在该心轴式安装夹具16上。另外，特殊主轴15伸出得比较长，由于晃动等的原因会产生精度上的问题，所以最好用止振件17支承住。
另外，在机床11上，设置了可左右移动的移动式尾架18，在加工被加工物1的外径时，支承被加工物1的特殊主轴15相反侧的平面，与C轴主轴14一起旋转。另外，在加工被加工物11的内径时，立柱13倾斜，刀具台2到达2′的位置，为了不妨碍加工，将移动式尾架18移动到机床11的端部。
图5表示将被加工物1安装在心轴式安装夹具16上的状态。在心轴式安装夹具16上，有若干个固定螺栓19，该固定螺栓19插入被加工物1中，将被加工物1固定在心轴式安装夹具16上。另外，心轴式安装夹具16的与固定螺栓19相反的一面(特殊主轴15侧)，作成为锥形，其前端部的牵引螺栓20插入特殊主轴15的主轴孔内，用拉入装置21强力地拉入，心轴式安装夹具16被牢固地固定在特殊主轴15的主轴孔内。这时也自动地进行对中心。
下面参照图6的流程图，说明用该加工装置加工螺旋转子的工序。该一连串的工序用预先设定NC程序处理。
首先，进行内径加工(步骤(下面称“S”)1)。在该内径加工中使用的工具是内径加工车刀。该步骤中，刀具台2到达图4(A)的2′位置，所以移动式尾架18位于机床11的端部。
该内径加工结束后，移动式尾架18在机床11上移动，设置在被加工物1上(S2)。
接着，对被加工物1的外周进行沟槽的粗切削加工(S3)。该加工中，对完全没有沟槽的外周用指形铣刀切削出沟槽，所以用自动工具更换装置，从S1使用的内径加工车刀自动地更换为指形铣刀。图7是表示用指形铣刀加工被加工物1的图。
另外，当沟槽的宽度大时以及要求精度时，有时用小直径往复切削。
接着，对在被加工物1的外周形成的粗糙的槽底，进行形成R部的粗切削加工(S4)。该加工中，从S3使用的指形铣刀自动地更换为R指形铣刀(指形铣刀的前端为R形的铣刀)。图8是表示用R指形铣刀加工被加工物1的示意图。
接着，进行被加工物1的外径精加工、即、对切削了沟槽的被加工物上的未切削沟槽的圆筒部分进行旋削加工(S5)。该加工中，从S4使用的R指形铣刀自动地更换为外径加工车刀。
接着，进行槽左侧侧面的精加工(S6)、以及槽右侧侧面的精加工(S7)。该加工中从S5使用的外径加工车刀自动地更换为槽侧面修整车刀。
图9是表示槽侧面修整车刀的立体图。该工具是将主轴固定进行修整加工(切削表面的高低不平)，相对于主轴定向位置错开27度相位，该工具可以安装在市售工具座41上使用。另外，在槽侧面修整车刀40上设有右刀42和左刀43。图10是表示该刀部分的图，使用市售的多刃刀片，前角设为20度，平行刃部44设为4mm长度，改善进刀角度和加大进刀深度。
图11表示右侧面精加工及左侧面精加工时的、沟槽与槽侧面修整车刀40的右刀42、左刀43的位置关系。
该加工中，必须确保刀尖前端位置在工件旋转中心线以下1mm的位置处，可这样来解决：即，在左侧加工时，将加工装置的Y轴、Z轴控制为距基准点Y1、Z1处，在右侧加工时，将加工装置的Y轴、Z轴控制为距基准点Y2、Z2处。另外，如上所述，由于刀部分如图10所示，所以，如图12、图13所示，可在左进刀角度45a、45b为120～93度、右进刀角度46a、46b为93～120度的左右相同的刀头条件下切削。
图15是某旋回圆的槽侧面的形状线。图15中，100a、100b表示用理论同步比得到的理论线，101a、101b表示现有方式的包含误差的加工形状。本发明中，可以用左右侧面修整车刀，加工出现有方式不能加工的任意形状101a、101b。
接着，进行沟宽的测定选择(S8)。为此，该加工装置插入了自动测定系统，该自动测定系统可任意地进行初品加工时的测定或定期地测定。选择了槽宽测定后，进行槽宽测定(S9)。图19表示其测定状态。测定是采用在工作机械中使用的接触式测定装置55。被自动更换在B轴刀具台2的主轴2a上的测定装置55，用与加工原理相同的控制(X、Z、B、C、B轴移动控制)，进行加工部位的槽宽测定。测定是用螺旋槽宽自动测定程度自动地进行。测定程序指令螺旋槽的槽宽、深度以及分度角度的测定。根据该指令，计算插入被加工物1的槽部9内的测定装置前端测头56的接触得到的位置信息，得到测定结果。根据得到的槽宽数据评价精度。该评价为NG(不合格)时，如箭头35所示那样返回(S6)，输入修正值。再次执行S6→S7→S8→S9。如果评价合格，进入S10工序。另外，加工状态稳定后，可以省略该工序S9(箭头36)。
接着，进行槽底R部分的精加工(S10)。该加工中，从在S9使用的接触测头式测定装置55或在S7使用的槽侧面修整车刀40，自动更换为槽底用R车刀110。在该过程中，进行槽底R部分的修整加工。
另外，如图3所示，当槽转子(ゲ一トロ一タ)8a与螺旋转子1的齿槽啮合时，在制冷剂气体的入口侧和出口侧，因运转中的温度不同而产生热变形。这时，由于槽转子8a是塑料制，所以，产生热膨胀，外径与槽转子8a接触而被切削，间隙增大，导致性能降低。
为此，在该工序中，最好在图3所示的槽缘部50设置避让部。即，如图14所示，设置避让部51，使槽转子8a位移距离52。这样，外径不被切削，可实现接近理想的啮合。另外，在加工程序中将R径、旋转中心座标放入NC程序中，可连续地进行该加工。
另外，在S6、S7的工序中，即使采用图16所示现有的车刀110，也能将进刀量从0.04mm大幅度地提高到0.5～2mm。但是，由于单一螺旋转子特有的接触角度变化(45°～72°)和左右刀尖的进刀角度的不同，有时不能确保面粗度。即，如图17、图18所示，左进刀角度120a、120b为135°～108°，右进刀角度121a、121b为43.5°～72°，所以可以想象，右侧成为一带而过的切削状态，另一方面，如果左侧刀尖不确保大的避让角度，则与工件接触，刀尖角度只能保持为43°，因此，强度降低，不适于高进给。对此，在S6、S7的工序中，采用图9所示的工具，可解决该问题。另外，由于进行S6、S7的处理，也可以用适合于槽宽窄的工具加工宽的槽，所以，只要采用一种工具即可，与高价的成形车刀相比，比较经济。
另外，用现有的专用加工机械进行槽宽修正时，必须进行成形车刀宽度的管理，而且，槽形精度随着加工机械精度的劣化和使用年限而变化，所以，精度的保持管理困难，另外，也受到机械的背隙的影响，产生刀具的避让，不能加工出理想的形状。而本发明中，在进行粗加工的基础上，进行刀具角度改变的槽侧面精加工，所以，不容易产生刀具避让的影响，另外，可用NC加工程序进行槽宽修正。
另外，在槽底的加工中，用图8的槽底R指形铣刀粗加工后，用图16(A)所示现有的槽底R车刀进行精加工，所以，该精加工的切削余量可以在0.2mm或以下，可用最少的切削次数进行加工，可抑制加工时间增加的影响。
另外，槽底R加工是切削阻力大的加工，所以，工具强度很重要。由于图16(A)所示的车刀的刀尖111进行了钎焊，所以，刀尖强度经不住热影响。为此，如图16(B)所示，采用紧固螺栓112可夹住的多刃刀片式刀头113，可以提高车刀强度，提高切削效率。另外，这时的刀片的定位用缝隙114进行。
用该一连串工序S1～S10制作一个槽时，其它的槽也使用各工具被连续地加工。把图6的一连串工序制成为基准加工程序，可以随时地调出必要的加工和工具，对各工具展开剩余5槽的加工，可缩短程序长度。
另外，通常，槽转子的齿数是11个，螺旋槽是6槽平行齿槽的产品加工是标准的。用现有的专用机固定。但是，如果使用该加工装置和制造程序，例如，也可以加工螺旋槽为5槽、槽转子为7个的特殊齿槽。由于现有的加工装置是专用机，所以，只专用于一种齿型形状，而本发明可对应各种形状，可以设计出新的齿型。
实施方式2
实施方式1中，是以机械精度和加工精度优先，用图9的槽侧面修整车刀，说明了单方向的加工。但是，往返加工时的加工精度与单方向加工时相同的加工机械，往返加工中没有返回时的损失时间，所以，可缩短加工时间。图20表示可进行该往返加工的槽侧面修整车刀的实施例。
图20是表示插入在B轴刀具台主轴25内的往返式槽侧面修整车刀60的立体图。该工具将主轴25固定住，利用切削移送加工，进行修整加工，所以，可相对于主轴定向位置错开27度相位进行设置地设置了偏差观察基准61，可以安装在市售的工具座41上使用。
另外，在往返式槽侧面修整车刀60上，设置了左右对称的多刃刀片62、63。图21是表示该刀片的图，使用市售的多刃刀片，在64所示的避让面部设置20度的前角。另外，平行刃部65的长度是4mm。实施方式1中，是设置在前角面66侧，而本发明中，是设置在64部，左右对称，所以，可以加厚工具厚度67和68。这样，可以大幅度提高工具强度。另外，这样，工具不变形，提高进刀深度，可实现高速切削。
图22表示右侧面精加工及左侧面精加工时的、螺旋槽与往返式槽侧面修整车刀60的右刀62、左刀63的位置关系。
该加工中，必须确保刀尖前端位置在工件旋转中心线以下1mm的位置，可以这样来解决：在左侧加工时，将加工装置的Y轴、Z轴控制在距基准点Y1、Z1处，在右侧加工时，将加工装置的Y轴、Z轴控制在距基准点Y2、Z2处。另外，由于如上述地构成刀尖，所以，如图23、图24所示，左进刀角度45a、45b为120～93度，右进刀角度46a、46b为93～120度，可与实施方式1同样地在左右相同的刀头条件下进行往返切削。
下面，用现有方法、实施方式1实施方式2，比较往返式槽侧面修整车刀加工的槽侧面加工时间。这里，只对槽侧面的加工时间进行比较，而不是对完整加工时间进行比较。
(例：1槽长215mm，槽深40mm，对6槽进行评价)
现有方法：进刀深度0.04mm，切削移送9000mm，返回速度9000mm/分。
进刀次数：往40/0.04＝1000次，返40/0.04＝1000次，6槽共计12000次。
往返路加工时间：215×2/9000×1000＝47.7分
合计时间：6槽共计47.7分×6槽＝286分。
实施方式1：进刀深度2mm，切削移送3000mm/分，返回速度9000mm/分。
进刀次数：往40/2＝20次，返40/2＝20次，6槽共计240次。
往路加工时间：左右215/3000×20×2＝2.86分  返路时间：215/9000×20×2＝0.95分
合计时间：2.86+0.95＝3.81分，6槽共计22.9分。
实施方式2：进刀深度3.5mm，切削移送9000mm/分，返回速度9000mm/分。
进刀次数：往40/3.5＝12次，返40/3.5＝12次，6槽共计144次。
往返加工时间：左右215×2/9000×20×2＝1.14
合计时间：6槽共计6.9分。
从上述结果可知，实施方式2中，返回定位次数和损失时间大大改善，提高加工效率。另外，由于平常可使近乎快速进给的机械往返动的动作减半，故可延长滑动面等的寿命。

Claims (13)

1.螺旋转子的加工装置，备有机床、设置在上述机床上的C轴主轴台、支承在C轴主轴台上并且使圆筒状被加工物旋转的C轴主轴、设置在上述机床上的立柱、可转动地支承在上述立柱上的刀具台、安装在上述刀具台上的工具；其特征在于，
还备有特殊主轴和被加工物安装夹具，上述特殊主轴安装在上述C轴主轴上，与C轴主轴同步旋转；上述被加工物安装夹具安装在上述特殊主轴上，与上述特殊主轴同步旋转。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还备有设置在上述机床上的、支承上述特殊主轴的止振件。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，还备有用于计测所加工的螺旋槽槽宽的自动计测系统。
4.螺旋转子的加工方法，其特征在于，采用螺旋转子加工装置，该加工装置备有机床、设置在机床上的C轴主轴台、支承在上述C轴主轴台上并且使圆筒状被加工物旋转的C轴主轴、设置在上述机床上的立柱、可转动地支承在上述立柱上的刀具台、安装在上述刀具台上的工具；使上述刀具台转动，同时，使其在X轴、Y轴、Z轴方向移动，用上述工具，在旋转着的上述被加工物的外径上形成螺旋槽。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，具有在上述被加工物的外径进行沟槽的粗切削加工的第一步骤和对上述槽的侧面和底面进行修整加工的第二步骤。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，上述第1步骤具有用指形铣刀作为工具切削出槽的步骤，和用R指形铣刀作为工具在槽底切削出R部的步骤。
7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，上述第2步骤具有侧面修整步骤和底面修整步骤，在上述侧面修整步骤，用槽侧面修整车刀作为工具对槽侧面进行修整加工，在上述底面修整步骤，用槽底R车刀作为工具对槽底面进行修整加工。
8.如权利要求5、6或7所述的方法，其特征在于，上述第2步骤，从一个方向进行修整加工。
9.如权利要求5、6或7所述的方法，其特征在于，上述第2步骤，往返加工地进行修整加工。
10.如权利要求4至9中任一项所述的方法，其特征在于，插入了在加工途中及加工完了时对所加工的槽宽进行自动计测的计测程序。
11.槽侧面修整车刀，其特征在于，在前端部，左右设有可更换的刀，在与上述刀的避让面相邻的面上具有约20度的前角。
12.槽侧面修整车刀，其特征在于，在前端部，左右对称地设有可更换的刀，在上述刀的避让面上具有约20度的前角。
13.槽底用R车刀，其特征在于，用紧固螺栓可更换地固定着多刃刀片式刀头。
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