蘇糍

摘 要 渦旋壓縮機屬于容積式壓縮機，和其他壓縮機相比，有結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，零件少，可靠性高，力矩變化小，平衡性好，振動噪音小，做功效率高等優(yōu)點，其缺點是：主要渦旋盤壁厚較薄，容易產(chǎn)生變形，匹配不當(dāng)引起振動噪音大，零部件精度要求高，不易形成批量生產(chǎn)。故渦旋盤質(zhì)量的好壞主要決定于如何加工出的高質(zhì)量的渦旋型線，本文從工藝設(shè)計、設(shè)備選擇、刀具選用、主要工裝設(shè)計計算闡述提高渦旋型線的加工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 容積式壓縮機;動渦旋盤;靜渦旋盤;型線

引言

渦旋壓縮機誕生于上世紀(jì)初，由于加工技術(shù)的局限，其理論無法在實踐中推廣應(yīng)用，數(shù)控技術(shù)的高速發(fā)展，尤其是近現(xiàn)代發(fā)展起來的加工中心，其高精度使得加工出來的零件尺寸公差接近于理論，其自動換刀裝置大大提升了加工效率，其批量生產(chǎn)的穩(wěn)定性，使得渦旋壓縮機大規(guī)模研發(fā)和加工制造得以迅速發(fā)展。

壓鑄出來的動定渦旋盤毛坯尺寸余量大，精密鑄造仍約有單邊0.5mm。渦旋盤的尺寸公差和形位公差要求高，如型線頂面和底面平行度，型線頂面和安裝基準(zhǔn)面的平行度均要求為0.01mm以內(nèi)，平面度和型線垂直度要求在0.005mm以內(nèi)，對基準(zhǔn)的型線輪廓度要求在0.02mm以內(nèi)。要達到這些精度并使生產(chǎn)過程能力穩(wěn)定，消除切削應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的變形，毛坯壓出后要經(jīng)過一道或多道機加工工序才能形成最終的裝配產(chǎn)品。合理的加工工藝是保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提條件。在制訂加工工藝時，要遵循基準(zhǔn)重合原則，需考慮機床設(shè)備，工裝夾具，刀具的選用和各工序間加工余量的留設(shè)。渦旋盤型線加工工藝流程擬確定為：毛坯-型線粗加工工序-型線背面加工工序-型線面精加工工序-工藝夾頭去除工序。型線粗加工工序主要去除毛坯堅硬的外皮材料、鑄造圓角，使余量一致，加工后單邊約留0.3mm余量，使后續(xù)型線精加工工序加工切削均勻，減小切削力，減小對精度的影響。其次是先完成型線背面加工工序，一是動渦旋盤背面有滑槽或孔和軸承孔，定渦旋盤背面為平面或臺和定位銷孔、螺紋孔，這些要素加工完后相對型線面的要素來說不容易產(chǎn)生變形;二是可為后面的型線面加工提供工藝裝夾基準(zhǔn)，如動渦旋盤使用裝配用的軸承孔和滑槽或其中一驅(qū)動銷孔定位，大平面為裝夾平面，定渦旋盤使用裝配大平面和兩銷孔定位定向，保證裝配基準(zhǔn)與裝夾基準(zhǔn)重合，減小累積誤差。三是型線面無定位孔和夾持點，壁比較薄，容易變形，不宜先加工。再就是型線面精加工工序。最后工序是去除工藝夾頭，裝夾時要注意防止夾傷、壓壞型線正面和背面基準(zhǔn)面各尺寸要素。故受力不得過大，經(jīng)切削試驗，驗證不變形才能按此壓力值做批量生產(chǎn)。經(jīng)過分析，擬定的加工工藝流程能滿足該要求的型線加工[1]。

眾多工序中，型線面精加工工序為關(guān)鍵工序，其加工質(zhì)量的好壞決定著渦旋壓縮機的性能，而又受到其前后工序的設(shè)定正確與否的影響，以下主要介紹型線面精加工工序為主。型線面精加工工序主要保證加工后型線精度質(zhì)量達到設(shè)計規(guī)范要求，特別是各面平面度、相對基準(zhǔn)平行度、型線垂直度、對基準(zhǔn)輪廓度和尺寸公差均要符合圖紙要求并使過程能力指數(shù)穩(wěn)定在規(guī)定值以上。為達到以上要求，該工序須分粗、半精、精三個工步，粗銑后側(cè)面和平面單邊均留0.08～0.12mm余量，半精銑單邊留0.02～0.04mm余量精銑。程序下刀點宜從零件外橫切入型線面，相對縱向下刀減少切削振動，降低進刀形成起級現(xiàn)像。如是封閉型腔，無法從外側(cè)下刀，選擇在非型腔處下刀以保證型線型腔精度。使用螺旋下刀，以減小切入受力，由于移動路線長，會降低加工效率。又由于精加工工序的余量不多，最多單邊切削量0.3mm，屬輕切削工序，可選擇快速直線下刀，按近切削余量2mm時再慢速下刀的方式，在程序編制時加上刀具補償，減少編程次數(shù)，防止因多次編程出錯漏，提高調(diào)整效率。

生產(chǎn)過程中，大多工序會有多把不同的刀具需求，如渦旋盤的型線精加工工序要求加工的有型面，密封槽，銷孔，還需分粗、半精、精加工。這要求加工設(shè)備能裝載多把刀具，實現(xiàn)自動換取不同刀具，加工中心便成為最佳選擇。合適的設(shè)備是保證渦旋盤質(zhì)量得以實現(xiàn)的重要條件。加工渦旋型線的方法有展成法和描點法。市面上使用較多的型線模型為圓漸開線，該型線的壓縮機具有結(jié)構(gòu)緊湊和良好的工作特性，便于測量和質(zhì)量監(jiān)控，對于連續(xù)大批量生產(chǎn)具有十分重要的意義。以圓漸開線為例，展成法加工同漸開線形成原理一樣，在平面上一固定圓做旋轉(zhuǎn)運動，從這個圓的任意半徑處拉出一條直線，則在線上任意的點，為漸開線的軌跡點，即渦旋線長度，這個半徑為此條漸開線的基圓半徑。使用的設(shè)備為專機或帶旋轉(zhuǎn)的四軸和五軸加工中心，此類設(shè)備價格昂貴、維修保養(yǎng)困難，又由于旋轉(zhuǎn)軸在長期加工中會有磨損誤差，即坐標(biāo)漂移波動現(xiàn)象，假設(shè)沿X軸和Y軸方向都漂移了0.01mm，則其基圓半徑方向會有0.014的半徑偏移，這對于使用展成法加工型線來說，基圓半徑一旦不準(zhǔn)，影響到整個渦旋結(jié)構(gòu)，從而影響壓縮機的性能參數(shù)。另外加工當(dāng)中X軸或Y軸與旋轉(zhuǎn)C軸空程返回時，其聯(lián)動速度是以旋轉(zhuǎn)軸的速度為主，拖慢了空返程速度，使加工效率變低。具有控制精度高、穩(wěn)定性好、專業(yè)性強、客戶參觀價值高。適合綜合大型企業(yè)或經(jīng)濟技術(shù)實力雄厚的企業(yè)。描點法是利用已在CAD上繪制好的理論渦旋漸開線，轉(zhuǎn)入編程軟件，生成加工程序進行加工的方法。加工精度取決于CAD理論曲線的繪制精度和加工中心的圓、直線插補精度。隨著CNC數(shù)控技術(shù)的突飛猛進，全數(shù)字控制伺服系統(tǒng)的應(yīng)用，許多設(shè)備廠家在三軸通用型加工中心上專門集成了渦旋漸開線加工模塊并使用閉環(huán)控制，用描點法加工出來的型線輪廓度已控制在0.005mm以內(nèi)。此類設(shè)備通用性強、穩(wěn)定性好、效率高，價格相比同等精度的專機、四軸、五軸加工中心低得多，但參觀價值低。是經(jīng)濟實力一般、剛起步的企業(yè)首選。設(shè)備定位精度和重復(fù)定位精度是選擇的兩個重要指標(biāo)。定位精度是機床運動精度，各運動部件在程序指令下直接反映加工零件能達到的精度。重復(fù)定位精度在多次的固定點往復(fù)運動中，測得該固定點值就是精度值，是保持大批量生產(chǎn)中質(zhì)量穩(wěn)定的參數(shù)。在購買時往往選擇定位精度和重復(fù)定位精度高，即誤差小的加工中心，但其價格也隨著變高。應(yīng)根據(jù)自身經(jīng)濟實力和設(shè)計的渦旋盤技術(shù)要求選取，在滿足加工質(zhì)量的前提下綜合考慮經(jīng)濟合理性，使企業(yè)在市場中保持競爭力。本公司采用三軸通用型加工中心作渦旋型線精加工，加工中心的定位精度要求在0.01mm以內(nèi)，重復(fù)定位精度要求在0.005 mm以內(nèi)，機床帶高精度光柵尺的全閉環(huán)控制，生產(chǎn)的產(chǎn)品符合壓縮機現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)的性能參數(shù)。

刀具是實現(xiàn)渦旋盤加工精度和提高效率的重要工具。選擇依據(jù)有渦旋盤材料、尺寸公差、型腔間距、型線高度或最大切削深度、渦旋面的最小內(nèi)圓弧半徑等方面。以鋁合金，型線壁厚3.8mm，尺寸公差要求都在0.01mm以內(nèi)，輪廓度誤差要求為0.005mm，型線高度22mm，粗糙度值在Ra1.6，最小內(nèi)圓弧半徑在修正圓弧處為R6.3mm為例。刀具材質(zhì)不能是高速鋼或工具鋼，該類刀具容易磨損，精度較差、更換刀具頻繁，不適合做表面粗糙度、形位尺寸精度要求高的產(chǎn)品和大量生產(chǎn)。刀具表面的涂層主要起耐磨作用，延長刀具壽命，適用于切削硬度高的鋼質(zhì)工件;但不適用表面要求高、切削塑性大、較軟的鋁合金。這是由于刀具切削刃有涂層時不鋒利，在切削鋁合金材料時刀刃與切削面易擠壓使薄壁變形和產(chǎn)生積屑瘤，故刀具不得帶涂層。盡可能選剛性好的刀具，即刀具直徑盡可能大，包括在裝夾刀具時在無干涉前提下盡量往刀柄里縮短刀具，使刀具在切削過程中具有較大剛性，受力穩(wěn)定?，F(xiàn)市面上的刀具魚龍混雜，刀具質(zhì)量參差不齊，極易買到假貨，這就要選擇品牌信譽好的刀具制造商。從上分析選擇材質(zhì)為硬質(zhì)合金、刀具半徑小于最小內(nèi)圓弧半徑、優(yōu)先選取容易得到的通用規(guī)格的、具有多年良好品牌口碑的刀具。規(guī)格為D12*D12*28*50-4T的通用型不涂層硬質(zhì)合金立銑刀[2]。

工裝夾具是渦旋盤質(zhì)量保證和提高效率的必備條件。本夾具的動力源宜采用液壓系統(tǒng)，主要優(yōu)點是：液壓運行平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊，受力穩(wěn)定，夾緊剛性高，控制位置精度高。如用氣壓做動力源，由于氣體壓縮時體積變化大，壓力易波動、不穩(wěn)定，控制誤差大，對于加工高精密的渦旋盤存在著較大不確定風(fēng)險。考慮前述尺寸、形位公差要求，壓緊力應(yīng)與裝夾面垂直，與主切削力垂直，徑向不受力，可有效抑制工件在切削受力時往上翹起，保證平面度，平行度等形位公差。夾具執(zhí)行結(jié)構(gòu)設(shè)定為單個油缸，利用油缸的伸縮實行壓爪上下運行，分三個力對工件夾緊和松開。按工件及裝夾厚度及所留裕度確度油缸的行程。其次計算油缸直徑，需要通過相關(guān)計算得出。據(jù)此和所加工的工件大小設(shè)計夾具體。

油缸參數(shù)計算如下，上例已選用直徑d=12mm作型線加工的刀具。從效率提升的角度來考慮，銑端面使用?80面銑刀，主偏角;選日本進口的SEET13T3AGFN-L型號合金刀片，機械式裝夾，裝6片。而大直徑刀具比小直徑刀具產(chǎn)生的切削力大，設(shè)計夾持力就以受最大負載的大直徑?80面銑刀刀具為主要考慮因素。在前道型線開粗工序完成后，一般單邊會預(yù)留有0.2～0.3 mm余量。

切削參數(shù)按選定的刀具說明書推薦和參考《機械零件切削加工工藝與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)實用手冊》表，表，取每齒進給為，銑削速度，銑削深度，銑削寬度，進給次數(shù)次，刃數(shù)，每轉(zhuǎn)進給，

計算轉(zhuǎn)速，按式，

結(jié)束語

渦旋盤的加工工藝流程為：毛坯-型線粗加工工序-型線背面加工工序-型線面精加工工序-工藝夾頭去除工序;使用采用三軸通用型加工中心作渦旋型線精加工，定位精度在0.01mm以內(nèi)，重復(fù)定位精度在0.005 mm以內(nèi)，帶光柵尺的全閉環(huán)系統(tǒng);選用規(guī)格為D12*D12*28*50-4T的通用型不涂層硬質(zhì)合金立銑刀;型線面精加工工序工裝設(shè)計采用液壓系統(tǒng)，單個油缸，缸內(nèi)徑尺寸和活塞桿外徑尺寸為63mm和28 mm，缸行程按工件及裝夾厚度計算，分三個分力點實現(xiàn)夾具對工件的夾緊和松開，壓緊力與切削方向垂直。以上是確保本例的渦旋型線精度質(zhì)量得以實現(xiàn)必須考慮的幾個主要方面，可作為其他企業(yè)在生產(chǎn)動、靜渦旋盤帶來參考作用。

參考文獻

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