螺杆数控仿真加工与误差分析

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摘要:螺杆作为螺杆泵的关键零件，工作环境比较复杂，其结构和加工质量将直接影响到整机的性能。针对螺杆现有的加工方法和设备很难适应螺杆高精度要求的问题，利用数控加工仿真方法，开发出螺杆加工新工艺并制造螺杆。进而为了检验螺杆数控加工质量是否符合设计要求，利用DEA桥式数控三坐标测量对螺杆型线坐标进行测量，并将测量结果与数模进行对比分析。分析结果表明各项指标均在误差值允许范围内，即数控加工编程正确合理，加工零件产品合格。

关键词:螺杆;数控加工仿真方法;三坐标测量

螺杆作为螺杆泵的关键零部件，工作环境较为复杂，其结构和加工质量将直接影响到整机的性能。因而除了在合理选择和设计螺杆的加工工艺外，采用先进的制造技术，对于进一步提高螺杆的质量和寿命有着重要的意义。在螺杆的制造工艺方面，国内螺杆制造公司制造工艺不先进，螺杆加工制造设备普遍采用普通车床、铣床配以专用成形刀具;部分加工能力较好的企业也只采用了简易数控机床，其加工效率低，加工精度难以保证，很难达到螺杆的设计要求，另外螺杆的造型都比较复杂，现有的加工方法和设备很难适应螺杆高精度的要求。数控加工仿真就是利用计算机软件来模拟数控加工过程，对制造过程中可能出现的问题进行分析与预测，提出改进措施，预测产品性能、产品制造技术、产品的可制造性，实现产品从开发到制造整个过程的优化，达到降低产品生产周期、减少开发风险、提高经济效益的目的。因此，开发螺杆加工新工艺以提高螺杆制造工艺水平是十分必要的。

1螺杆数控仿真加工

1．1数控仿真加工的一般流程。数控加工是指在计算机的CAM系统上，从加载毛坯，定义加工的对象，设定刀具参数，定义加工方式，最后生成相应硬件机床的数控加工程序的过程。仿真加工过程，依据加工程序的内容确立刀具轨迹的生成方式。加工程序的内容主要有:定义刀具的驱动方式和加工对象的几何尺寸以及切削步距、主轴转速、进退刀点、进给量、切削角度的输入，并在模型上定义干涉面及安全平面。待所有的刀具轨迹设计合格，编辑修改相应的刀具轨迹达到机床的要求，进行仿真加工模拟，最后进行程序后处理生成相应数控系统的加工代码，复制到相应的机床上可以进行实际加工(进行DNC传输与数控加工)，其具体流程如图1所示。本设计数控设备选定为DST五轴数控铣镗床。1．2螺杆数控加工结果。螺杆数控加工结果如图2所示。

2螺杆加工误差分析

2．1检测项目的选择。根据螺杆泵转子的运动是转子自转和公转两个运动合成行星运动，由于加工误差的存在，会影响螺杆泵的寿命和泵的效率。由于转子型线综合反映转子偏心距和截面直径的加工误差，为了检验螺杆数控加工质量是否符合设计要求，对螺杆型线进行误差检测。螺杆加工精度的评价指标为在某一个纵剖面上型面测量点误差。2．2试验设备与方法。2．2．1试验设备。测量螺杆直线度采用DEA桥式数控三坐标测量机。该仪器的组成包括工作台、移动桥架、中央滑架、Z轴、测头、电子系统等。测量行程范围(x/y/z)460mm×710mm×420mm，显示分辨率测量速度0.001mm，计算机系统分辨率760mm•s－1，电源要求220V±10%，50Hz±2%，气源要求最小压力0.6MPa，耗气量24L•min－1，环境温度使用要求(20±2)℃，环境湿度使用要求60%。2．2．2试验方法。为方便定位对于细长螺杆的测量，一般采用轴截面测量。本实验的测量选择接触式测量方法对螺杆轴截面表面误差进行测量。(1)选择图3所示零件型面黑色曲线位置作为被测特征，测量时测头容易出现跳跃现象，选择转子上的凸缘位置几个关键位置的测量有助于保证测量精度。在一个螺距200mm范围内，选择27个点，并测量点的坐标。(2)在坐标系统内定义工件基准。测量基准采用数控加工基准，以此保证数控加工基准与测量基准的一致。(3)固定转子使轴向垂直于测量平台，以转子的轴向为z轴方向，取向上为正，以测量平台为xoy平面，面对测量平台时，以向右方向为x正方向，向前方向为y正方向。为了获得较高的测量精度，使测头的中心点与测量点的矢量方向与螺杆曲面测量点的法线方向趋于一致。(4)对测头进行标定，然后进行型线坐标点的测量，并记录测量结果。2．3试验结果与分析。按照上面的操作步骤，测量数据点的坐标可以直接读入计算机，得出测量结果，由最后测量结果可以看到，螺杆型线上各测量点的误差值均在允许范围内。即数控加工编程正确合理，加工零件产品合格。

3结果与讨论

(1)通过论述了螺杆数控仿真加工的一般流程，对螺杆的加工工艺进行了选择和设计，并对螺杆的数控加工进行了分析，完善了螺杆的加工模型，综合考虑其形状特点，选择合适加工参数，从而确定数控加工区域，规划加工工艺路线;利用计算机辅助设计与制造软件对螺杆的数控加工流程进行了规划，对三维数字模型进行了仿真加工，最终生成数控加工程序，在数控加工中心上制造螺杆。(2)利用DEA桥式数控三坐标测量对螺杆型线坐标进行测量，并将测量结果与数模进行对比分析。分析结果表明各项指标均在误差值允许范围内，即数控加工编程正确合理，加工零件产品合格。

作者:李京远 单位:辽宁职业学院