1、 66 国内外螺杆转子精密加工设备综述周斌魏伟锋(陕西汉江机床有限公司螺磨所，陕西 汉江 723003)The special reports of domestic and foreign screw rotor precision processing equipmentZHOU Bin，WEI Weifeng(Hanjiang Machine Tool Co，Ltd，Hanjiang 723003，CHN)CIMT2011 中国数控机床展览会于 4 月 1116 日在北京召开，本届展会是世界机床制造业最新、最高技术成果的展示。各参展企业广泛交流企业自主研发的最新技术和产品、深入探讨行业发
2、展的趋势和方向、细致了解并尽量满足用户行业的最新需求。在转子精密加工设备方面，国内外相关企业如英国 HOLROYD 公司、德国 KLINGELNBERG 公司、德国 KAPP 公司、陕西汉江机床有限公司均展示了其在异型转子精密加工设备领域的最新产品。现结合其各自的技术特点，予以综述。1英国 HOLROYD 公司的 TG350E 数控螺纹磨床英国 HOLROYD 公司是一家历史悠久的螺杆制造及机床公司，年产各种精密螺杆转子十几万副，其高精度螺杆转子均为磨制螺杆，在生产精密螺杆转子的基础上，近年开发了新一代数控螺杆转子磨床(图 1)。该机床的推出很好地满足了现代工业发展对丝杠、蜗杆、转子等多种型面
3、加工方面的需求。这些要求主要有:高精、高效;能快速满足市场产量的需求，降低对操作者技能的要求;加工设备要有柔性以满足市场对多品种的需求以及降低生产成本等。TG350E 主要由机械系统、控制系统、砂轮修整系统、在线检测系统、液压系统、集中润滑系统、过滤系统和冷却系统等组成。该机床最大的特点是配备了在线测量系统。另外，床身采用原转子铣床的斜床身，提高了机床的刚性，使机床可以实现从棒料上直接磨出螺纹，而无需先进行粗铣加工。机床砂轮修整系统由配有一个两轴数控的机构组成。以金刚石滚轮为刀具，可实时修整砂轮。在加工过程中，当检测系统检测到被加工表面超差时，机床自动计算出当前砂轮的形状，控制砂轮修整系统工作
4、。当砂轮局部破损时，为了把破损部位完全修整掉，机床上配备了检测装置。在修整工作过程中，超声检测装置将进行监测，直到修整系统工作发出的声音是完全连续为止(图 2)。2005，10(5):49 51 9王文成 基于单片机的粮仓多点温度监测系统设计J 农机化研究，2010，7(7):90 92 10刘玮婧，魏学业，谢涛 分布式环境监测系统中的温度监测设计J 铁道通信信号，2005，11(11):50 52作者:邹显圣，男，1972 年生，副教授，硕士，主要从事智能控制研究。(编辑宋业钧)(收稿日期:2011 05 14)文章编号:111219如果您想发表对本文的看法，请将文章编号填入读者意见调查表中
5、的相应位置。67 砂轮主轴配备了全自动砂轮平衡系统，此系统可以平衡 1 200 gcm 的偏心质量，根据 HOLROYD 公司的经验，此系统可处理几乎所有的新砂轮，砂轮主轴具有过载保护功能。CNC 系统采用 HOLROYD 的 TG8 八轴 CNC 系统。触摸屏界面，操作十分方便;CNC 控制器与计算机化的型线管理系统集成于一体;型线扫描系统，采用在线工件测量，误差反馈及砂轮修正计算。数据输入，有工件轴向数据输入、径向数据输入和全菜单驱动数据输入，工件和砂轮型线可在屏幕上显示。TG350E 配备了一套三坐标自动检测系统(图 3)，能实现实时在线检测，主要用于工件径向跳动测量、齿槽定位、齿根直径
6、检测、型线及导程测量和误差反馈等。通过编程可实现如下功能，工件向左或向右运动的过程均可进行磨削加工，可在工件左端、右端及两端分度，CNC 系统可进行线性导程误差补偿，对粗加工、精加工可选不同的进给量，砂轮可实现恒线速度，全自动可编程控制工作循环，包括:砂轮修正、修正补偿，螺纹磨削，工件检测，砂轮自动定位到要求的磨削角度，双导程螺杆的磨削，磨削中凹蜗杆，工件锥度修正。所有的 CNC 轴均为数字驱动，结合最新的光纤串行实时通讯系统，用于数字闭环反馈，并与各驱动轴集成为一体。所有直线轴安装光学传感器，分辨率为0.01 m。光学旋转传感器直接安装在工件轴和砂轮摆动轴上，其分辨率为0.04。工件分度采用
7、静压回转CNC 轴，加工丝杠头数从 1 99。进给轴为静压轴。TG350E 是一种先进的螺纹加工机床，能高效高精度地实现螺纹表面的加工。其型线加工的最大统计学误差小于 4 m，导程加工误差小于 2 m。加工用时短，具有较高柔性，对操作者的技能要求不高。2德国 KLINGELNBERG 公司 HN35 系列数控螺杆转子磨床德国 KLINGELNBERG 公司是一家专业的螺纹磨床生产厂家，近年也成功开发了 HN35 系列数控螺杆转子磨床。HN35 直接强力磨削各类异型转子而无需粗加工，机床可与 P 系列齿轮测量中心相联，评估已磨型线的测量结果，检测经校正后的型线的可磨性，测量机与磨床的数据交换通过
8、联网或软盘进行(图 4)。该机床适用范围宽广，几乎所有圆柱蜗杆和螺旋面的工件都能强力成形磨削加工，可直接从原材料磨削可磨螺旋面工件，型线深度可达 100 mm，砂轮最大宽度达 120 mm(图 5)。机床外形充分考虑良好的人机关系，其中包括工作区域带有很宽的滑动门的全防护装置，电子空气过滤器及头、尾架调整气动装置。工件上下料可手动进行，也可配龙门式上料机构全自动上下料，使机床适用于大批量生产使用。砂轮采用 32 kW 或 60 kW 大功率电动机驱动。采用大气孔砂轮，大容量高效冷却过滤系统，带有 3 个独立的冷却泵循环(图 6)，冷却系统容量达 8 m3或 11m3，38 kW制冷循环系统，上
9、下冷却喷嘴压力为1.5 68 MPa，保证了机床具备高效强力磨削成型复杂螺旋面的功能。机床为八轴数控，各轴上都应用精密的增量传感系统保证机床在精度和重复性方面达到很高的要求。机床配有数控砂轮型线修整器，由两个高精度的金刚石修整轮进行砂轮修整。修整轮的形状已存入机床，型线的数据可以在机床上直接输入或通过上位机输入，转子型线可按轴截面或端截面齿形输入，根据这些数据，并考虑到砂轮当前的外径，自动计算出砂轮型线。机床还可以与 KLINGELNBERG 的 P 系列测量机连接，形成网络，ROTCOR 软件可通过图形校正转子和螺杆泵的型线，自动进行金刚滚轮的几何形状校正，评估已磨型线的测量结果，检测经校正
10、后的型线的可磨性及校正后的型线。测量机和机床的数据交换可通过互联网和软盘进行(图 7、图 8)。KLINGELNBERG 公司依据其专业生产螺纹磨床、齿轮磨床及其测量设备的优势，可成套提供转子精密加工设备，HN35 转子磨床是一款高精度、高效率的螺旋面磨床。3德国 KAPP 公司 KAPP RJ59 型数控螺杆转子磨床德国 KAPP 公司生产的 KAPP RJ59 型数控螺杆转子磨床采用成型 CBN 砂轮高速磨削。先进的设计理念，使机床加工转子时有更高的效率和精度。高速、高效、高精度的先进制造技术已经在螺杆转子精密加工设备上应用(图 9)。RX 系列转子磨床用于粗磨和精磨铸铁或钢材的转子，既用
11、于中小批量加工，更适合大批量生产。磨削的工件包括螺杆压缩机转子，旋转活塞，螺杆泵和轴等。可加工的工件外径为 320 mm，型线长度最大为850 mm，工件长度最大为 1 650 mm。机床加工时用不需修整的 KAPP CBN 磨轮进行硬磨削加工。直接驱动的工具轴上同时装上两个 CBN 磨轮，两个磨轮按程序进入工作位置，可以粗磨和精磨工件一次装夹完成(图 10)。69 RX 系列转子磨床采用 SIEMENS 840D 作为控制系统，操作界面是 KAPP 公司为用户编写。机床具有如下功能:(1)采用无接触的测量探头找准工件，可以测单齿槽或者所有齿槽;(2)用换档式 RENISHAW 测量头精密找准
12、工件;(3)用换档式 RENISHAW 测量头抵消温度的影响;(4)采用测量圆周跳动确定并检测尾座的位置。安装在机床上的测量头可以直接获取所有的工件外形尺寸，数控系统根据这些信息计算出修整数据，经控制系统处理后显示在屏幕上，因而缩短了加工新工件的装机时间和提高加工精度，也可以在生产过程中简便地抽样测量，保证机床批量生产的加工精度(图11)。RX 系列转子磨床采用最新的设计理念及最先进的技术，代表着大批量高速、高精度生产转子零件的先进技术，机床主轴转速 2 000 8 000 r/min 之间，最大传动功率可达 46 kW，粗磨时可以真正实现无铣削加工。机床特别适合批量生产。4陕西汉江机床有限公
13、司 SK7032 系列数控螺杆转子磨床螺杆转子精密加工设备 系列数控螺杆转子磨床，我国以前还不能生产，更没有成熟的产品供应市场，相关企业的产品需求完全依赖进口。近年来汉机公司致力于精密、复杂型面螺纹加工领域的研究，突破以下技术难点:(1)复杂空间曲面的数学建模、修整软件及误差自动补偿技术;(2)高精度双导程蜗杆轴向消隙技术;(3)适用于大螺旋角转子磨削的砂轮架结构设计技术;(4)热变形及其误差补偿技术;(5)精密传动链设计技术。SK7032 系列数控螺杆转子磨床填补了国产空白，是国内首台套精密转子加工设备，目前已有近十台机床交付用户使用，加工效率和精度达到或接近国外进口机床，部分指标如加工零件
14、表面质量超过进口机床，获得业内人士的高度评价，用户反映很好(图 12)。机床由 SIEMENS 840D 系统控制实现八轴三联动(包括砂轮主轴回转、修整器主轴回转两个 SP 轴)。SIEMENS 交流伺服电动机驱动头架主轴回转运动，工作台纵向运动，砂轮架拖板横向进给运动，CNC砂轮表 1主要参数对比项目英国 HOLROYTG350E德国 KLINGELNBERGH35R汉江机床SK7032 系列德国 KAPPRJ59最大安装直径/mm350350320320最大顶尖距/mm1 6611 055750/1 2001 650最大螺旋升角/()60606060工作台最大行程/mm1 16066055
15、0/1 000850头架主轴转速/(r/min)0 100 无级0 3 52 无级05 50 无级砂轮主轴最大转速/(r/min)3 0003 6002 7508 000最大砂轮直径/mm500500500CBN 砂轮最大工件重量/kg500400350自动化程度高高高高 70 表 2主要功能对比功能英国 HOLROYDTG350E德国 KLINGELNBERH35R汉江机床SK7032德国 KAPPRX59砂轮修整量自动进给+无修整量补偿+无单程、双程磨削+径向、轴向分度+径向、轴向磨削进给+从螺纹型面退刀并回至起点+各类圆柱蜗杆磨削+螺杆转子磨削+在线测量功能有无无有始终保持砂轮线速度+电
16、子齿轮箱异形齿面修整功能有有有不修整异形齿面修整误差补偿功能有有有不修整高压大流量冷却有有有有强力切削功能有有有有+为自动化功能*为螺纹磨专用功能修整器 V、W 两个方向的运动。砂轮主轴螺旋升角回转运动。由头架 C 轴(工件旋转轴)与工作台纵向(Z轴)联动，实现精确的电子螺纹插补运动。输入导程参数，确定 C 轴、Z 轴定比运动速度参量，实现精确的电子挂轮功能，通过电子挂轮，给定比运动的Z轴附加一个速度增量，又可完成电子对线功能。对于磨削螺杆转子，可实现砂轮架自动进给，修整器自动进给、自动修整、修整量自动补偿等功能。在一次装夹中完成粗磨、半精磨、精磨。图 13 为转子加工的关键技术。机床磨削螺杆
17、转子指标为:螺杆的导程精度(e300):0 009齿形偏差:0 0105国内外同类机床性能指标对比机床主要参数对比见表 1，主要功能对比见表 2。(编辑谭弘颖)(收稿日期:2011 05 10)文章编号:111220如果您想发表对本文的看法，请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。书讯机械安全速查手册王健石主编，2009 年 9 月出版邮购价:94 80 元本手册全面系统地介绍了机械安全标准 59 项，绝大部分是强制性国家标准和行业标准。手册共 7 章，分别为机械安全防护、切削机床安全防护、木工机床安全、建筑机械安全、起重机械与输送机械安全、矿用机械安全、锻压机械与铸造机械安全。手册可供广
18、大机械行业负责安全的管理者、技术人员使用，也可供安全监督、安全检查等各类安全人员使用。同时可供高等院校机械专业广大师生参考。英汉现代机电小词典王锡麟主编，2009 年 10 月出版邮购价:88 80 元本词典是一部机电类综合性双语词典，主要供从事机电专业的在校专科以上的学生和研究生、科研和工程技术人员、翻译人员学习和在阅读和翻译有关书刊、文献资料时查阅。收词范围主要包括机械、电工电子、仪器仪表三大部分，涉及产品、设计、制造、材料、工艺、使用、维修等。收词以名词术语和相应的复合词为主。本词典收词近 6 4 万条。本词典收录了部分新词，以满足广大读者在使用中解惑释疑的要求。来款请寄:北京市朝阳区望京路 4 号，机床杂志社收，邮编:100102。
