数控技术在螺旋转子加工中的应用

一、前言
 

    螺旋转子是转子流量仪表中的心脏零部件，根据流量计的规格和用途，螺旋转子的截
面形状和导程都有所不同。螺旋转子的截面形状一般由渐开线和摆线组合而成。以往，螺
旋转子的加工一般是在普通铣床上采用成形刀及配挂齿轮的方法加工而成。由于从国外进
口成型刀的价格很高，而目前国产成型刀由于制造技术的限制无法达到精度要求，又没
有有效的手段进行检测，在加工一个转子过程中需要几把成形刀才能加工到位，而且刀
具磨损后就无法再使用,使制造加工成本很高。螺旋转子一般采用铸铁材料制造，加工时
切削负荷较小，但零件在使用过程中易磨损和腐蚀。如果采用钢材来替代铸铁，成型刀加
工的切削负荷将急剧加大，产品的加工和改进都很困难。
    2002 年初，上海一家用户在购买数控机床时，提出了能不能用普通标准刀具来替代成
形刀加工螺旋转子的想法。经研究，我们采用 CAD/CAM 软件对螺旋转子零件进行三维造
型，将其轮廓全部数字化，采用标准球刀，编制数控加工程序利用多轴插补的方式在四
开公司生产的带第四轴（数控分度头）的数控铣床上进行加工，取得了成功。加工精度大
大提高，齿厚、齿形符合技术要求，表面粗糙度大大降低，零件可以不用修配直接用于计
量泵的装配，左右螺旋转子能灵活对滚，而且加工效率也大大提高。采用数字化方式，加
工出的零件用于油田输油管道的大型转子流量计，其计量精度提高到 0.2 级，短短数月已
为用户创造了巨大的经济效益。
 

    二、工艺分析和确定
 

    螺旋转子与花键齿轮形似,但具体截面形状是不一样的。我们用 CAM 建造出了如图 1 所
示的螺旋转子的模型，以便对它有一个直观的了解。
    螺旋转子的截面形状是由渐开线和摆线组成的，截面绕着轴心旋转360 度成一个导程。
如果用成形刀在带数控分度头的数控铣床上加工，只需编制一个非常简单的加工程序即
可。我们的数控铣床分度头在 A 轴上，编制一个 A 轴转 360 度，X 轴方向走一个导程的数
控加工程序就可以了。但如果采用标准球刀进行切削加工，球刀在加工过程中与转子的接
触点是随时变化的。如果采用一般的 CAD/CAM 软件用螺旋面来编制可变轴加工程序也是
不合理的，一般的编程软件如果包含可变轴编程模块则价格很高，而且编程难度也很大 ，
加工的效率不高，这样造成加工成本可能不降反而上升。我们采用英国莱康公司的
AlphaCAM 软件得出球刀在转子端面的轨迹干涉线，然后利用轨迹干涉线上的点通过更
改 CAM 软件的后处理器输出一个 A 轴转指定角度，X 轴走相应距离的程序，编制出了相
应的加工程序。
 

    三、编程简介
 

    AlphaCAM 软件包含 CAD、CAM 功能，螺旋曲面只要建一个槽的一部分即可。
    螺旋曲面生成后,根据螺旋转子的形状尺寸大小，确定选用加工的球刀直径，在 YZ 面