数控加工罗茨鼓风机扭叶转子的几何模型研究_毕业论文(编辑修改稿)

数控加工罗茨鼓风机扭叶转子的几何模型研究_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

圆点，摆线螺旋曲面上 K＞ 0， 所有点为椭圆点。 因此仅需要根据曲面的凹向最小主曲率半径选择刀具参数，防止走刀步长内的干涉；而根据凸向的最小主曲率半径确定切削行距 等参数，在保证加工精度的前提下，以获得最高的加工效率。 为此， 设各个不同曲面的最大主曲率为 1jK ，最小主曲率为 2jK ，得出整个螺旋曲面上的最大主曲率 K1和最小主曲率 K2，因此可得：   1122m a x ( 1 , 2 , 3...6 )m i njjKK j   (13) 南通农业职业技术学院学生毕业论文 张泽：罗茨鼓风机扭叶转子的数控加工 正文第 11 页 共 33 页 11 于是可以求得整个螺旋曲面的最小主曲率半径为 112211R KR K   (14) 式中 R1为转子曲面凹向的最小主曲率半径 ； R2为转子曲面凸向的最小主曲率半径。 球头铣刀的半径选择依据 球面的特征决定了球面铣刀的任一方向法曲率都是其半径的倒数， 故用球面铣刀铣削转子螺旋曲面时，数控加工仅需三轴联动。 球面铣刀的半径 R应当满足： R＜ R1 （ 15） 当然确定刀具半径时还要考虑刀具规格和被加工面的边缘残留高度等情况。 把实例中的数据带入公式，可以得球头铣刀的半径为 8mm。 球头铣刀对应的步长 在用球头铣刀来加工螺旋曲面的时候，铣刀对应步长的确定要分两种情况来定。 对于图2a所示的凹向螺旋面，因为凹向螺旋面的端面曲线为内圆弧，所以曲 面 沿步长方向的法曲率半径为 R1，所以步长应该满足 [78]： 南通农业职业技术学院学生毕业论文 张泽：罗茨鼓风机扭叶转子的数控加工 正文第 12 页 共 33 页 12    221 1 1 12L R R R R e    凹 (16) 同 理 对 于 图 2b 所 示 的 凸 向 螺 旋 面 ， 可 以 求 得 步 长 应 当 满 足 ：   221 1 1 12L R e R R R    凸 (17) 因此实际的综合步长取值应为  1 1 1m in ,L L L 凹 凸 (18) 把实例中的数据带入公式，可以算出球头铣刀对应的步长为。 球头铣刀对应的行距 在进行螺旋曲面加工而确定行距时，要分为凸曲面和凹曲面。 如图 3所示，加工曲面的曲率就是螺旋面的主曲率，由已定刀具半径为 R，给定许用加工误差值为 h，这 样可以计算出切 (a) 凸曲面 （ b）凹曲面 图 3 球头刀行距 (a) 凹曲面 （ b）凸曲面 图 2 球头刀步长 南通农业职业技术学院学生毕业论文 张泽：罗茨鼓风机扭叶转子的数控加工 正文第 13 页 共 33 页 13 削行距 2L [9]为 凹曲面的球头铣刀行距： 22 222 RL hR RR 凹 (19) 凸曲面的球头铣刀行距： 22 222 RL hR RR 凸 (20) 当给定最大允 许误差 h后，由上式可以求出行距 2L凹 ， 2L凸 当然实际行距值必须满足：  22m inL L L 凹 凸， (21) 至此已全部给出了方案实施中对应的全部模型。 综上， 用 Matlab编程计算出 R1和 R2，运用前述模型可求得有关参数见表 1。 表 1 扭叶转子螺旋曲面数控 加工的刀具参数、步长、行距及其误差 R1， R2 刀具 刀具半径/㎜ 步长 /㎜ 步长误差 /㎜ 行距 /㎜ 行间残留高度 /㎜ R1=㎜ R2=㎜ 球头铣刀 8 2 3扭叶转子的加工 南通农业职业技术学院学生毕业论文 张泽：罗茨鼓风机扭叶转子的数控加工 正文第 14 页 共 33 页 14 扭叶转子，顾名思义，就是将直叶转子的前后两个端面相对扭转过一个角度。 我 们也可以将它看成是圆弧斜齿轮，只是这个斜齿轮的齿数较少，只有 3 个齿。 扭叶转 子上的螺旋槽，在第二章己分析过了，实际上就是圆柱螺旋面，它是由扭叶转子的端 截面上的转子型线在沿着转子轴线前进形成柱面的同时，绕着转子轴线旋转过一个角 度而综合而成的圆柱螺旋面。 具体的螺旋面方程及其上的法向量，己经在第四章给出 了。 本章讨论刀具设计及加工方法。 在生产实践中具有螺旋面的工件很多 :螺纹、蜗杆、螺旋齿轮 (斜齿轮 )、螺旋 泵、及各类螺旋齿刀具 (钻头、螺旋绞刀、铣刀、拉刀 )等。 这些工件的螺旋面都有 一个共同的特点，即 :螺旋面的螺旋参数 从上式可以看出，对于 P=常数的螺旋面来说，在不同半径 (ry,)的圆柱面上的螺纹 升角 (BY)是不相同的。 因此，加工这类螺 旋面的刀具 (盘状铣刀或指状铣刀 )与被加 工螺旋面的接触线不可能是平面曲线，而只能是一条空间曲线。 因而刀具的刃形与螺 旋面的任一截面 (哪怕是法截面 )的截形都不相同，必须重新计算【 321】 在本次设计中，决定采用盘形铣刀来加工出扭叶转子，即 :利用万能铣床能用来 加工螺旋面这一性能，设计出一把盘状铣刀，加工出所需的扭叶转子。 盘型刀具的刃型设计 要设计出所需的盘状刀具，得到正确的刀具刃形，必须要建立如图 3 一 1 所示的 坐标系，并利用前面的螺旋面形成原理，研究盘状刀具加工螺旋面的原理，进而设计 出所需的刀具。 坐标系的建立 用盘形刀具加工圆柱螺旋曲面时，刀具与工件 (指待加工的螺旋曲面 )的相对位置如图 51所示。 工件在右手坐标系 0 一 x, y, z 中，其轴心线与 z轴重合。 刀具在右手坐标 系 O一 X,Y,Z 中，其回转轴轴心线与 Z轴重合。 ox, y,z 坐标系的 x 轴与 O一 X,Y,Z 坐标系的 X轴重合，且方向一致。 刀具轴心线与工件轴心线之间的夹 角 (又称刀具安装角 )为 E，两轴心线的最短距离 (又称中心距 )为 a。 上述两个坐 标系的空间位置是固定的，不随工件和刀具的相对运动而改变‘ 331。 这两个坐标系的坐 南通农业职业技术学院学生毕业论文 张泽：罗茨鼓风机扭叶转子的数控加工 正文第 15 页 共 33 页 15 标变换关系为 : 图 31 加工示意图 X=a 一 x Y=ycos∑ }zsin∑ Z=y sin∑ +z cos∑ 和 X=ax Y=Y cos∑ Z sin ∑ Z=Y sin∑ +Z cos∑ 啮合原则 在加工过程中，刀具绕自身轴线作回转运动，同时，工件绕自身轴线作参数为 P 的螺旋运动，从而加工出螺旋面来。 假设工件上己经有了正确的螺旋面，刀具的原始 刀具面己形成，则在相对运动的任一瞬间，工件螺旋面与刀具原始刀具面将 沿某一空 间曲线相切接触。 当工件作螺旋运动时，该空间曲线上面的每一个点都沿通过该点的 螺旋线运动，因此这个工件螺旋面在空间就好像没有运动一样。 而刀具作回转运动， 原始刀具面是回转面，当它绕自身轴线转动时，这个回转面在空间的位置也是不变的。 因此，工件螺旋面与原始刀具面可以看成是空间相切接触的两“固定”曲面，它们沿 某一空间曲线相接触 (相切 )，这条空间曲线既在工件螺旋曲面上，又在刀具回转面 南通农业职业技术学院学生毕业论文 张泽：罗茨鼓风机扭叶转子的数控加工 正文第 16 页 共 33 页 16 上，称为接触线。 刀具与工件的运动都不影响这条接触线的形状和位置，接触线的形 状和空间位置是相对不变的。 与齿轮的空间啮合原 理相似，在接触线上，两曲面必定 遵循以下啮合原则【 34】 (1)接触线上的各点均为两曲面的公共点。 (2)曲面在各接触点均相切。 (3)过某一接触点的的两曲面的公法线与两曲面任一方向上的切线相垂直。 如果这条接触线能求出，则令它绕工件轴线作参数为 P 的螺旋运动，就能得到工 件螺旋面，它是该接触线在与工件相固连的坐标系中的运动轨迹面。 令该接触线绕刀 具轴线作回转运动，就形成原始刀具面，它是该接触线在与刀具相固连的坐标系中的 运动轨迹面。 所以盘状刀具加工螺旋面的问题就可以归结为求这一条在空 间的位置固 定不变的接触线的问题。 因此可把加工 (造型 )时，工件的螺旋运动看成是进给运动，而只把刀具绕其自身轴线的回转运动看成是造型运动，这样可以大大简化计算，但不影响造型的实质【 3p36】 3. 2. 3 接触条件式 综上所述，可以将圆柱螺旋曲面的成 形铣削加工工艺过程用图 52 所示的向量关系来归纳表示，图中所示的 M 点是工件螺旋曲面与刀具回转面的一个接触点。 它相对于两坐标原点的径矢分别为 : 南通农业职业技术学院学生毕业论文 张泽：罗茨鼓风机扭叶转子的数控加工 正文第 17 页 共 33 页 17  2 2 21 c o s ( ) , s in ( ) , s ins inSSn p p rD pr          设刀具回转的角速度为 W，工件回转的角速度为田，螺旋参数为 P，工件上的 M 点与刀具上的 M点的相对运动速度为 I IIv 可求得如下 : M点沿螺旋线运动时的线速。