双头椭圆螺旋转子R参数宏变量铣削技术

周升霞66

双头椭圆螺旋转子R参数宏变量铣削技术研究

Double elliptical spiral rotor parameters R macro variable milling technology research

摘要：双头椭圆螺旋转子螺旋曲面复杂、工作长度较大，在实际铣削加工中有较高难度。文章阐述了通过对双头椭圆螺旋转子截面特性分析及建立数学方程，并利用数控机床特性进行R参数宏变量编程铣削技术加工。
Abstract: Double elliptical spiral rotor screw surface complex, working length is bigger, has the high difficulty in the actual milling. Article elaborated through the double elliptical spiral rotor sectional characteristic analysis and mathematical equation, and use the features of the CNC machine tool R parameter the macro variables programming milling technology processing.
关键词： 椭圆螺旋   R参数   宏变量

Key words:   The elliptical spiral    R parameter   macro variables

一、 引言：
双头椭圆螺旋转子工作原理相同，但是转子齿形、螺旋角度及工作导程不同，工作长
度较大，并且螺旋曲面是不可展开的曲面；在实际加工中有较高难度、精度不易保证。
目前国内普遍采用包络铣削法加工双头椭圆螺旋转子，依靠X、Y、Z三个轴的联动来实现截面曲线和螺旋方向的包络运动，当一个包络面形成后铣刀沿螺旋线方向做进给运动，循环以上动作便可加工出复杂螺旋表面。此方法加工效率高、表面质量好；但数控程序的编制难度大。本文利用双头椭圆螺旋转子几何特性及数控加工设备的特性进行R参数的宏变量铣削编程，极大地简化编程，并使数控程序通用，加工效率得到大幅提升，具有较强的实际意义。

二、椭圆螺旋转子数学模型分析

1、转子实体图及二维图


图1转子实体图



图2转子二维图
由图1和图2可以看出转子在工作时，椭圆始终以中心为运动原点绕着外部的圆进行旋转工作并绕着圆心形成一个螺距为固定值的双头螺旋曲线；转子的任意一个截面都是椭圆。

三、数控机床铣削转子特性分析

目前各类先进的数控机床在加工螺旋转子时，由于机床行程及控制轴数限制不能更高效的完成转子铣削加工。



图3数控机床工作示意图
  利用图3改造后的数控铣削机床在加工时，以Y轴为分度轴，X轴和Z轴作为从动轴进行进给运动，主轴上安装可转度的刀盘进行旋转铣削加工；可以更好的解决椭圆螺旋转子在实际铣削加工中的问题，并且加工效率极高。

四、转子截面特性分析及数学方程

  以螺旋转子工作中心为基点O，使它绕O点进行旋转，每旋转180度为一个循环.如图4：

图4转子截面图
由图4分析椭圆在旋转工作中，每旋转180度为一个循环，共旋转两次可完成整个截面。利用这个特点在编制程序时需要调用两次截面子程序。
1、设定转子导程为T，螺距为P，总长为L， Z轴每螺距移动步数为S，Y轴每次旋转角度为Y，循环次数为F，进退到量为Q。
2、螺旋转子截面数学方程:

T导程=2﹡P  
   
S步数=P/Z步距  

Y角度=360/ S步数

F循环次数=(L/P)*360

R值= F循环次数+Q

五、R参数宏变量编程及实际加工
利用CAD/CAM软件把椭圆螺旋截面0度至180度，每旋转0.1度的节点坐标查找出来。
1、以图2为例编写R参数宏程序（SIEMENS 802D系统）
主程序：
SK206
G54
R1=1
M03 S240
M08
D1
G01 X=-(D/2) Z=0 F500
G54
D1
M03 S240
M08
G01 X=-(D/2) F500
N10 LA2061
L2061
M01
M03S240
G01 Y=IC(Y角度) Z=IC(Z步距) F500
R1=R1+1
IF R1<=R值  GOTOB LA
M09
M05
M30
主程序名
确定工件坐标系
设定宏变量值



确定刀具初始位置,H值为椭圆长轴半径。





加标记符LA:，并调用L2061子程序两次



Y轴以增量方式旋转角度，Z轴以增量移动量。
条件语句
条件判断语句，不满足则返回标记符LA:。
子程序：
L2061
G64
N1G01Y=IC(-0.1)X-32.6F800
N2G01Y=IC(-0.1)X-32.6
N3G01Y=IC(-0.1)X-32.6
N4G01Y=IC(-0.1)X-32.6
N5G01Y=IC(-0.1)X-32.599
N6G01Y=IC(-0.1)X-32.599
N7G01Y=IC(-0.1)X-32.598
N8G01Y=IC(-0.1)X-32.598
N9G01Y=IC(-0.1)X-32.597
N10G01Y=IC(-0.1)X-32.596
N11G01Y=IC(-0.1)X-32.595
N12G01Y=IC(-0.1)X-32.594
N13G01Y=IC(-0.1)X-32.592
.
.
.
.
N1792G01Y=IC(-0.1)X-32.597
N1793G01Y=IC(-0.1)X-32.598
N1794G01Y=IC(-0.1)X-32.598
N1795G01Y=IC(-0.1)X-32.599
N1796G01Y=IC(-0.1)X-32.599
N1797G01Y=IC(-0.1)X-32.6
N1798G01Y=IC(-0.1)X-32.6
N1799G01Y=IC(-0.1)X-32.6
N1800G01Y=IC(-0.1)X-32.6
REF
子程序名
连续切削指令


























子程序返回
3、数控机床铣削加工


4、加工完成后零件


在实际加工中只需要根据椭圆螺旋转子的参数，按照上述公式进行数据计算；将所得关键数据输入到此数控主程序，并将截面每旋转0.1度坐标查询出输入到子程序内即可进行铣削加工。

六、结语

双头椭圆螺旋转子在实际生产中，通过R参数宏变量铣削技术研究，具有实际意义有以下几个优点：
1、提高了双头椭圆螺旋转子在实际加工中的效率；
2、极大的扩展了数控系统及数控机床的功能；
3、并且利用该数学公式的R参数变量铣削方法，针对各种类型相似的双头椭圆螺旋转子，可以编制出具有“柔性”的加工程序，适用于各类双头椭圆螺旋转子。