羅茨轉子的數字化加工裝備及其工藝分析

陳曉盼

（安徽省礦業機電裝備有限責任公司，安徽 淮北 235000）

真空設備是常用的現代電子器件。在我們海24組的施工工作中，真空設備是使用最多的電子器件之一。對真空設備技術指標影響最大的是真空設備的真空度，但是在使用中我們還是發現了現有真空設備的很多不足和需要改進的空間，在此基礎上，我海24組一直在堅持不懈地研究和改進。

羅茨兄弟在長期的研究實踐中發明了羅茨真空泵，羅茨真空泵的泵內有兩個葉形轉子，這兩個葉形轉子的方向相反，但是旋轉是同步的。葉形轉子是羅茨真空泵的關鍵部件，轉子弧面的精度和表面的光潔程度是直接影響真空泵的真空度等級的最重要的指標。這就決定了，在加工的時候，需要對葉形轉子進行非常精細的加工。顯然，這種加工無法在手工的機床上完成。因而，我海24#組合葵東1#組在長期的合作和加工實踐中，一致認為有必要開發一種可以進行更為精細加工的加工系統，而這種系統需要是數子控制化的。這種改造包括兩個方面，下文將具體論述。

一、系統硬件的改造

1.1 機械結構方面的改造

機械結構方面的改造，從機械的空間運動上著手。這空間運動包括三個方向，分別是：工件的左右運動；刀具的前后運動；刀具的上下運動。

海24井在實踐中發現，由于在刨床的加工過程中，刀具需要大驅動力進行驅動。因此，刀具的前后運動不需要進行改造加工，對施工刨床的加工改造應該從工件的左右運動和刀具的上下運動著手。

普通刨床主要是靠普通的絲桿進行機械傳動，工作臺和刀架的工作均依靠普通的絲桿進行。但是，葵東1組的研究發現，普通絲桿帶動的普通刨床只能滿足普通的加工要求。如果要進行真空泵轉子的加工，則顯得力不從心了。為了滿足真空泵轉子的加工需要更為精細的刨床。

我們把普通的絲杠改造加工為高精度的滾珠絲杠，2個滾珠絲杠鏈接一個減速器，再通過這個減速器與2個主驅動連接起來。這樣一來，我們就可以用電機的正、反方向的旋轉來控制工件的左右及上下運動，這樣的改造，不僅使得刨床有了更為高精度的加工條件，還增強了驅動力和加工速度。

1.2 電子數控系統的改造

海24組發現，僅對加工刨床進行改造雖然提高了刨床的高精度加工，但是控制系統也必須進行改造和提高，才能更有效率的進行轉子加工。

目前比較成熟和常用的PLC（可編程邏輯控制系統）和工控機（工業控制計算機）都可以運用到轉子的加工上。我們將2種控制系統都運用到加工中，發現，由于羅茨真空泵轉子的加工數字的計算非常復雜，計算量十分龐大，所以選擇工控機比較好。改裝圖如下：

但是，工控機還不能直接控制和驅動電機。我們必須在工控機和驅動電機之間安裝一定的驅動電路才可以控制工件和刀具的運動。我們將型號為PCL-839的控制卡安裝在工控機的內部，這個卡有2個獨立的控制通道。每個通道都可以各自輸出對應的電機驅動命令，就可以用來有效的控制刨床。

在實際的加工中，我們還需要選定轉子的定位基準，我們海24組一般采用的是轉軸外圓來作為定位基準。在刨床上對轉子的兩葉風葉進行一次性串接，這樣就可以提高加工效率。然后，我們就可以利用新的數控系統試切它的對刀功能。

二、型線的生成與加工改造

2.1 型線的選擇和改造

影響羅茨真空泵真空等級的關鍵部件的轉子，而影響轉子的關鍵部件是轉子的型線。所謂的轉子型線就是指轉子橫截面的外輪廓線。在羅茨泵工作的時候，轉子的表面之間是不接觸的，在保持不接觸的前提下，我們要使轉子面的間隙盡量減小。這就對轉子的型線提出很高的要求，可以說，型線決定了羅茨真空泵的市場競爭力。

我們認為，在實際中選用轉子型線應該考慮到以下條件：

（1）羅茨泵轉子占的體積要小，這樣就可以保證可以利用起來的容積大；

（2）好的羅茨轉子要有良好的對稱型，這樣才能保證轉子的運轉平穩，提高工作效率；

（3）轉子的強度要高，要大。這樣才能增長轉子的壽命；

在長期的實驗中，我海24-1組發現，通常使用的圓弧齒形、漸開齒形的轉子已經漸漸不能滿足現代化加工和生產的需要。因此，我們使用了東北大學研究人員發明的"圓弧形--漸開型--擺線"型的轉子，這種型的轉子氣阻更大，改善了羅茨泵在低壓下的高性能，提高了羅茨泵的效率，是良好的羅茨轉子線型。

2．2 轉子加工

對轉子的加工不能完全按照刀具的運行軌跡進行，因為在轉子的加工階段，我們發現如果刀具原有的運動軌跡進行的話，在初始階段和結尾的階段都可能出現巨大的誤差，這種誤差會引起很壞的影響。因為在工件的加工上，加工面和刀具幾乎成了平行的位置，這樣的情況使得加工的刀具會出現側面切削的情況。

因此，為了更有效的對羅茨真空泵進行改造，我們還必須對加工軌跡施以補償性措施，同時在加工過程中，我們把刀尖制成圓弧的形狀，對刀具的形狀也要進行規定和限定。我們一般采用機夾式的圓片刀具，這樣的圓片刀具，在一次調整后就不需要再次對刀。

羅茨真空泵的橫截面多為漸開線、圓弧型和直線等連接而成。各種規格和不同廠家的轉子型面都各部相同，但是我們可以用分段函數表示出來。在對型面進行加工的時候。我們可以利用CAD軟件方便的畫出轉子橫截面的曲線，再利用自動的變成軟件模擬出加工的軌跡。在生成加工軌跡的同時，我們不能忘記把刀具的半徑考慮進去，然后再屏幕上進行動態仿擬。

便于方便只管理解，我們列出某風葉的加工程序圖：

結語

海南24-1和葵東1井組緊密合作，在長期的加工實踐中，總結出了一套行之有效的改進方法。對傳統的刨床進行改進之后，新的數控化刨床具有以下優點：

（1）具有高自動化，加工靈活簡便；

（2）操作簡單；

（3）同時可以進行粗加工和精密加工。

[1]劉坤，圓弧型線在羅茨轉子型線中的設計和運用[J]，真空，2007（1）.

[2]王鳳蘭，雙向刨削扭頭刨床的機構創新設計[J]，機械設計，2007（1）.

[3]賈兆誠，羅茨真空泵圓弧短幅外擺線等移距線型轉子的工藝性[J]，真空，2007（1）.