罗茨转子的数字化加工装备及其工艺分析

摘要：海24组（海南24和海南24-1）在长期的工作实践中发现，把普通的丝杠经过加工改造成为滚珠似丝杠的同时，加装一些必要的数字电气控制系统，就能够实现普通刨床转变到数控刨床的目的。数控刨床在加工罗茨转子的时候，生成简便并且修改灵活，仅在一台刨床上就可以实现罗茨转子的粗加工和细加工，整个操作设备非常简便实用。

关键词：罗茨转子；数字化；加工

中图分类号：TB75 文献标识码：A

真空设备是常用的现代电子器件。在我们海24组的施工工作中，真空设备是使用最多的电子器件之一。对真空设备技术指标影响最大的是真空设备的真空度，但是在使用中我们还是发现了现有真空设备的很多不足和需要改进的空间，在此基础上，我海24组一直在坚持不懈地研究和改进。

罗茨兄弟在长期的研究实践中发明了罗茨真空泵，罗茨真空泵的泵内有两个叶形转子，这两个叶形转子的方向相反，但是旋转是同步的。叶形转子是罗茨真空泵的关键部件，转子弧面的精度和表面的光洁程度是直接影响真空泵的真空度等级的最重要的指标。这就决定了，在加工的时候，需要对叶形转子进行非常精细的加工。显然，这种加工无法在手工的机床上完成。因而，我海24#组合葵东1#组在长期的合作和加工实践中，一致认为有必要开发一种可以进行更为精细加工的加工系统，而这种系统需要是数子控制化的。这种改造包括两个方面，下文将具体论述。

一、系统硬件的改造

1.1机械结构方面的改造

机械结构方面的改造，从机械的空间运动上着手。这空间运动包括三个方向，分别是：工件的左右运动；刀具的前后运动；刀具的上下运动。

海24井在实践中发现，由于在刨床的加工过程中，刀具需要大驱动力进行驱动。因此，刀具的前后运动不需要进行改造加工，对施工刨床的加工改造应该从工件的左右运动和刀具的上下运动着手。

普通刨床主要是靠普通的丝杆进行机械传动，工作台和刀架的工作均依靠普通的丝杆进行。但是，葵东1组的研究发现，普通丝杆带动的普通刨床只能满足普通的加工要求。如果要进行真空泵转子的加工，则显得力不从心了。为了满足真空泵转子的加工需要更为精细的刨床。

我们把普通的丝杠改造加工为高精度的滚珠丝杠，2个滚珠丝杠链接一个减速器，再通过这个减速器与2个主驱动连接起来。这样一来，我们就可以用电机的正、反方向的旋转来控制工件的左右及上下运动，这样的改造，不仅使得刨床有了更为高精度的加工条件，还增强了驱动力和加工速度。

1.2电子数控系统的改造

海24组发现，仅对加工刨床进行改造虽然提高了刨床的高精度加工，但是控制系统也必须进行改造和提高，才能更有效率的进行转子加工。

目前比较成熟和常用的PLC（可编程逻辑控制系统）和工控机（工业控制计算机）都可以运用到转子的加工上。我们将2种控制系统都运用到加工中，发现，由于罗茨真空泵转子的加工数字的计算非常复杂，计算量十分庞大，所以选择工控机比较好。改装图如下：

但是，工控机还不能直接控制和驱动电机。我们必须在工控机和驱动电机之间安装一定的驱动电路才可以控制工件和刀具的运动。我们将型号为PCL-839的控制卡安装在工控机的内部，这个卡有2个独立的控制通道。每个通道都可以各自输出对应的电机驱动命令，就可以用来有效的控制刨床。

在实际的加工中，我们还需要选定转子的定位基准，我们海24组一般采用的是转轴外圆来作为定位基准。在刨床上对转子的两叶风叶进行一次性串接，这样就可以提高加工效率。然后，我们就可以利用新的数控系统试切它的对刀功能。

二、型线的生成与加工改造

2.1型线的选择和改造

影响罗茨真空泵真空等级的关键部件的转子，而影响转子的关键部件是转子的型线。所谓的转子型线就是指转子横截面的外轮廓线。在罗茨泵工作的时候，转子的表面之间是不接触的，在保持不接触的前提下，我们要使转子面的间隙尽量减小。这就对转子的型线提出很高的要求，可以说，型线决定了罗茨真空泵的市场竞争力。

我们认为，在实际中选用转子型线应该考虑到以下条件：

（1）罗茨泵转子占的体积要小，这样就可以保证可以利用起来的容积大；

（2）好的罗茨转子要有良好的对称型，这样才能保证转子的运转平稳，提高工作效率；

（3）转子的强度要高，要大。这样才能增长转子的寿命；

在长期的实验中，我海24-1组发现，通常使用的圆弧齿形、渐开齿形的转子已经渐渐不能满足现代化加工和生产的需要。因此，我们使用了东北大学研究人员发明的"圆弧形--渐开型--摆线"型的转子，这种型的转子气阻更大，改善了罗茨泵在低压下的高性能，提高了罗茨泵的效率，是良好的罗茨转子线型。

2.2转子加工

对转子的加工不能完全按照刀具的运行轨迹进行，因为在转子的加工阶段，我们发现如果刀具原有的运动轨迹进行的话，在初始阶段和结尾的阶段都可能出现巨大的误差，这种误差会引起很坏的影响。因为在工件的加工上，加工面和刀具几乎成了平行的位置，这样的情况使得加工的刀具会出现侧面切削的情况。

因此，为了更有效的对罗茨真空泵进行改造，我们还必须对加工轨迹施以补偿性措施，同时在加工过程中，我们把刀尖制成圆弧的形状，对刀具的形状也要进行规定和限定。我们一般采用机夹式的圆片刀具，这样的圆片刀具，在一次调整后就不需要再次对刀。

罗茨真空泵的横截面多为渐开线、圆弧型和直线等连接而成。各种规格和不同厂家的转子型面都各部相同，但是我们可以用分段函数表示出来。在对型面进行加工的时候。我们可以利用CAD软件方便的画出转子横截面的曲线，再利用自动的变成软件模拟出加工的轨迹。在生成加工轨迹的同时，我们不能忘记把刀具的半径考虑进去，然后再屏幕上进行动态仿拟。

便于方便只管理解，我们列出某风叶的加工程序图：

结语

海南24-1和葵东1井组紧密合作，在长期的加工实践中，总结出了一套行之有效的改进方法。对传统的刨床进行改进之后，新的数控化刨床具有以下优点：

（1）具有高自动化，加工灵活简便；

（2）操作简单；

（3）同时可以进行粗加工和精密加工。

参考文献

[1]刘坤，圆弧型线在罗茨转子型线中的设计和运用[J]，真空，2007（1）.

[2]王凤兰，双向刨削扭头刨床的机构创新设计[J]，机械设计，2007（1）.

[3]贾兆诚，罗茨真空泵圆弧短幅外摆线等移距线型转子的工艺性[J]，真空，2007（1）.