电动涡旋式压缩机涡旋盘零件精密高效加工方法和系统与流程

1.本发明涉及铣削加工技术领域，具体地，涉及一种电动涡旋式压缩机涡旋盘零件精密高效加工方法和系统。


背景技术：

2.涡旋式压缩机是靠动、静涡旋盘的相对转动将气体进行压缩，为了减少气体的泄漏并形成有效的压缩过程，对动、静涡旋盘的加工精度特别是涡旋壁面的形位公差有很高的要求。电动涡旋压缩机通常在大约600rpm到10,000rpm的范围内运行，尤其是在制冷剂回路的运行模式下，这需要压缩机的高转速运行，从而对涡旋盘零件加工精度提出了更为严苛的要求：壁面轮廓精度《12微米。
3.涡旋盘涡旋型线目前加工方法包括x、y轴插补加工和x、c轴插补加工。x、y轴插补加工一般将工件安装在普通加工中心的xy工作台上，加工渐开线等圆弧形状时，在切换坐标象限时，会因滚珠丝杠的齿隙而产生倒置误差。为了减少这种反转误差，必须降低切削速度，而无法高速高精度地加工渐开线等圆弧形状。
4.采用x、c轴插补加工涡旋壁面时，如附图1(a)所示，通常刀具使刀具移动到加工开始位置，接着，使旋转工作台c轴绕r1方向旋转，刀具沿-x方向移动，如图1(b)、(c)；当刀具移动到工件涡旋壁中心部位折回点时，使旋转工作台c轴绕r2方向旋转，同时刀具沿+x方向移动，如图1(d)、(e)、(f)，直到到达加工终点，完成涡旋壁加工。其特征在于，刀具在涡旋内壁面和外壁面加工时接触涡旋壁面的方向是相反的。这将导致，如图2a和图2b所示，当在刀具一个壁面加工过程中出现过度切削时，在另一壁面加工过程中出现切削不足，加工误差δt的大小影响涡旋壁厚，并反映在两侧加工的轮廓误差上。为了测量这种旋转方向的形状偏差，并且要获得为减少这种加工误差而进行校正所需的数据，需要使用三坐标测量等昂贵的装置进行复杂的工作，给加工过程及测量过程带来了诸多困难。同时，采用x、c轴插补加工时，通常涡旋工件中心与旋转工作台的中心存在几个微米的装夹偏心误差(例如，如果工件在卡盘上的设置位置有误差等，或者如果卡盘本身的旋转中心有偏差)，由于该偏心误差，涡旋壁的内壁面及外壁面在加工过程中将偏离设计值。因此，采用该方法难以实现高精度，高效的加工出设计要求的涡旋型线。
5.专利文献cn101961828a(申请号：cn201010289226.x)公开了一种涡旋压缩机涡旋盘的加工成型方法及利用该方法加工的涡旋盘。一种涡旋盘的成型方法，所述涡旋盘由涡旋型线和涡旋端盖两部分组成，其包括如下步骤：1、按照涡旋型线的结构参数成型涡旋型线；2、按照涡旋端盖的结构参数成型涡旋端盖；3、将所述涡旋型线和所述涡旋端盖配合固定安装，得涡旋盘。然而该专利无法满足本发明的需求。


技术实现要素：

6.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种电动涡旋式压缩机涡旋盘零件精密高效加工方法和系统。
7.根据本发明提供的电动涡旋式压缩机涡旋盘零件精密高效加工方法，包括：
8.步骤1：将刀具的中心相对于渐开曲线的基圆的中心沿机床y轴负方向相对移动ro，ro值为基圆的半径，此时刀具从涡旋盘内壁开始接触工件；
9.步骤2：保持刀具在y轴方向上的相对位置不变，利用机床c轴使工件向顺时针方向旋转，旋转中心通过渐开线基础圆的中心，刀具在x轴负方向相对移动中心壁面的涡旋盘内壁面的半径减少量；
10.步骤3：刀具从工件渐开线弯曲内壁面接近中心壁面，进而加工中心壁面的区域；
11.步骤4：当到达中心壁面的终点时，刀具相对于基圆的中心沿y轴正方向定位，即自动定位在y正方向偏离基圆半径ro的位置，从该状态开始，刀具在y轴方向上的相对位置不变，工件绕c轴逆时针方向连续旋转，同时刀具仅沿x轴与工件相对移动，涡旋盘外壁面从中心向外侧径向移动可连续完成加工。
12.优选的，所述步骤1包括：从接触点通过刀具中心点的矢量与x轴负方向一致，定义该矢量为工件接触点的切削法向矢量；使刀具与涡旋形壁的最外端的预定位置接触，同时通过机床x轴和c轴的移动对其进行加工。
13.优选的，所述步骤2包括：工件内壁面与刀具之间的接触点的法线方向始终与x轴负方向一致，通过x、c轴之间的插补运动，涡旋盘内壁面从外侧向中心径向移动可连续完成铣削加工。
14.优选的，所述步骤3包括：此时除刀具沿x轴方向相对移动和工件绕c轴旋转外，刀具和工件还在y轴方向上相对移动，以使中心壁面的切削法向矢量方向始终保持在x轴负方向。
15.优选的，所述步骤4包括：对于涡旋壁上的任意加工点，刀具始终从同一侧与加工点接触，此时加工点的切削法线方向始终保持在x轴方向，通过旋转工件进行从内壁面、中心壁面、外壁面的连续加工。
16.根据本发明提供的电动涡旋式压缩机涡旋盘零件精密高效加工系统，包括：
17.模块m1：将刀具的中心相对于渐开曲线的基圆的中心沿机床y轴负方向相对移动ro，ro值为基圆的半径，此时刀具从涡旋盘内壁开始接触工件；
18.模块m2：保持刀具在y轴方向上的相对位置不变，利用机床c轴使工件向顺时针方向旋转，旋转中心通过渐开线基础圆的中心，刀具在x轴负方向相对移动中心壁面的涡旋盘内壁面的半径减少量；
19.模块m3：刀具从工件渐开线弯曲内壁面接近中心壁面，进而加工中心壁面的区域；
20.模块m4：当到达中心壁面的终点时，刀具相对于基圆的中心沿y轴正方向定位，即自动定位在y正方向偏离基圆半径ro的位置，从该状态开始，刀具在y轴方向上的相对位置不变，工件绕c轴逆时针方向连续旋转，同时刀具仅沿x轴与工件相对移动，涡旋盘外壁面从中心向外侧径向移动可连续完成加工。
21.优选的，所述模块m1包括：从接触点通过刀具中心点的矢量与x轴负方向一致，定义该矢量为工件接触点的切削法向矢量；使刀具与涡旋形壁的最外端的预定位置接触，同时通过机床x轴和c轴的移动对其进行加工。
22.优选的，所述模块m2包括：工件内壁面与刀具之间的接触点的法线方向始终与x轴负方向一致，通过x、c轴之间的插补运动，涡旋盘内壁面从外侧向中心径向移动可连续完成
铣削加工。
23.优选的，所述模块m3包括：此时除刀具沿x轴方向相对移动和工件绕c轴旋转外，刀具和工件还在y轴方向上相对移动，以使中心壁面的切削法向矢量方向始终保持在x轴负方向。
24.优选的，所述模块m4包括：对于涡旋壁上的任意加工点，刀具始终从同一侧与加工点接触，此时加工点的切削法线方向始终保持在x轴方向，通过旋转工件进行从内壁面、中心壁面、外壁面的连续加工。
25.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
26.(1)加工误差δt的大小可以通过测量壁厚的简单操获取数据，并以此为基础对涡旋盘零件加工误差进行修正，即根据上述加工方法可实现涡旋壁轮廓加工误差的快速测量及补偿修正，具有能够简化加工后的加工误差补偿、提升并维持高的加工精度的效果；
27.(2)刀具运动轨迹表明，刀具在x轴方向上的移动得以最小化，本加工方法具有简化切削运动的效果，从而简化加工设备的轴运动，另外工件运动也是通过c轴的简单的回转运动完成，因此，本加工方法相对于x,y轴插补加工，加工过程中可采用更快的进给速度和切削参数完成涡旋壁面铣削加工，从而大大提高加工效率；
28.(3)通过所述加工方法可连续完成涡旋盘零件内壁—中心壁—外壁的铣削加工，通过执行x,y,c轴运动控制，使工件20的壁面相对于刀具18的进给速度保持恒定，加工过程不中断，可进一步改进所有壁面加工精度，提高加工效率。
附图说明
29.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
30.图1a～图1c是x,c轴插补加工涡旋盘零件内壁面的加工状态主视图；图1d～图1f是x,c轴插补加工涡旋盘零件中心壁面及外壁面的加工状态主视图；
31.图2a、图2b是x,c轴插补加工涡旋盘零件壁面发生过切和切削不足时涡旋壁实际壁厚与目标壁厚的状态关系图；
32.图3a～图3c是本发明x,y,c轴插补方法加工涡旋盘零件内壁面的加工状态主视图；图3d～图3f是本发明x,y,c轴插补方法加工涡旋盘零件外壁面的加工状态主视图；
33.图4a～图4f是本发明x,y,c轴插补方法加工涡旋盘零件中心壁面加工过程状态的主视图；
34.图5a、图5b是本发明x,y,c轴插补方法加工涡旋盘零件壁面发生过切和切削不足时涡旋壁实际壁厚与目标壁厚的状态关系图；
35.图6是本发明x,y,c轴插补方法加工涡旋盘零件壁面x,y轴运动过程状态图；
36.图7a～图7f是本发明具体实施例加工过程主视图。
37.附图标记说明：
38.bc-渐开线基圆；r
o-基圆半径；cv-切削法向矢量；t-设计壁厚；t
0-实际壁厚；δt-加工误差；18-刀具；20-涡旋盘工件；24-中心壁面；25-外壁面；26-内壁面；30-加工中心工作台。
具体实施方式
39.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
40.实施例1：
41.本发明提供了一种适应于涡旋式压缩机涡旋盘零件涡旋壁面的切削加工方法，进行x、y、c轴联动插补，使刀具与涡旋壁面的接触点与刀具中心连线始终保持在x轴方向上，刀具和涡旋壁在x轴方向和y轴方向上相对移动形成进给运动，内壁面、中心壁面、外壁面依次沿同一切向进给方向进行连续加工，使整个加工型线过程中的切削量不产生变化，大大地提高型线的加工精度和效率。
42.首先，如图3(a)所示，刀具18的中心相对于渐开曲线的基圆bc的中心沿y轴负方向相对移动ro，ro值为基圆的半径。此时，刀具18从涡旋盘内壁开始接触工件，且从接触点通过刀具中心点的矢量(定义该矢量为工件接触点的切削法向矢量cv)与x轴负方向一致。此时，也可以使刀具与涡旋形壁的最外端的预定位置接触，同时通过x轴和c轴的移动对其进行加工。
43.接着，从该状态开始，刀具18在y轴方向上的相对位置不变，利用机床c轴使工件20向顺时针方向旋转，旋转中心通过渐开线基础圆bc的中心，刀具18在x轴负方向相对移动内工件24的涡旋内壁面26的半径减少量。通过这样的操作，如图3(b)和3(c)所示，工件内壁面26与刀具18之间的接触点的法线方向始终与x轴负方向一致。通过x、c轴之间的插补运动，涡旋盘内壁面26从外侧向中心径向移动可连续完成铣削加工。
44.随着这样的加工进行，如图4a～图4f所示，刀具18从工件渐开线弯曲内壁面26接近中心部壁面24，进而加工中心部24的区域。此时，除了刀具沿x轴方向的相对移动和工件绕c轴的旋转之外，刀具18和工件20还在y轴方向上相对移动，以使中心部24的壁面的切削法向矢量方向始终保持在x轴负方向。
45.当中心部24的加工以这种方式进行时，当到达中心部24的终点时，刀具18相对于基圆的中心沿y轴正方向定位，如图3(d)所示，即自动定位在y正方向偏离基圆半径ro的位置。从该状态开始，如图3(d)至3(f)所示，刀具18在y轴方向上的相对位置不变，工件20绕c轴逆时针方向连续旋转，同时刀具18仅沿x轴与工件20相对移动，涡旋盘外壁面25从中心向外侧径向移动可连续完成加工。
46.即，在该方法中，对于涡旋壁上的任意加工点，刀具18始终从同一侧与加工点接触，此时加工点的切削法线方向始终保持在x轴方向。通过旋转工件20，可以进行从内壁表面26，中心壁面24，外壁表面25的连续加工。
47.需要说明的是，所述方法无论涡旋盘零件壁面的形状是否为渐开线，都可以使用相同的控制原理进行铣削加工；另外，当工件装夹中心与旋转工作台的中心存在几个微米的装夹偏心误差时，通过进行x、y、c轴插补控制，也可以实现相同的控制原理进行铣削加工。加工过程中，刀具中心在平面上的运动轨迹如图6所示。
48.有益效果：
49.(1)由于在加工过程中，刀具18总是从同一侧(图中左侧)作用于壁面，即内壁和外
壁的加工误差方向相同。即在内壁面切不足方向出现加工误差δt时，外壁面切不足方向也出现加工误差δt，加工后的壁中发生加工误差δt，如图5a和图5b所示，加工后的实际壁厚t比目标壁厚to小2δt。因此，加工误差δt的大小可以通过测量壁厚的简单操获取数据，并以此为基础对涡旋盘零件加工误差进行修正。即，根据上述加工方法可实现涡旋壁轮廓加工误差的快速测量及补偿修正，具有能够简化加工后的加工误差补偿、提升并维持高的加工精度的效果。
50.(2)在加工内壁面26，中心壁面24和外壁面25时，从切削开始至切削结束，如图6所示，刀具18和工件20在x轴方向上的相对移动方向是相同的方向，并且始终沿x轴负方向。刀具运动轨迹表明，刀具在x轴方向上的移动得以最小化，本加工方法具有简化切削运动的效果，从而简化加工设备的轴运动，另外工件运动也是通过c轴的简单的回转运动完成。因此，本加工方法相对于x,y轴插补加工，加工过程中可采用更快的进给速度和切削参数完成涡旋壁面铣削加工，从而大大提高加工效率。
51.(3)通过所述加工方法可连续完成涡旋盘零件内壁—中心壁—外壁的铣削加工。通过执行x,y,c轴运动控制，使工件20的壁面相对于刀具18的进给速度保持恒定，加工过程不中断，可进一步改进所有壁面加工精度，提高加工效率。
52.实施例2：
53.实施例2为实施例1的优选例。
54.针对涡旋盘工件，本发明具体实施例中选取的工件为新能源车用电动涡旋压缩机动盘零件。
55.针对刀具，本具体实施例中选取的刀具为圆柱侧刃棒铣刀，用于实现涡旋盘零件壁面的铣削加工，优选地可选择4刃硬质合金立铣刀，刀具直径d:9mm，切削速度：250m/min，进给速度：2500mm/min。
56.针对加工插补运动，本具体实施例中选取立式四轴(带c轴)加工中心为加工设备，用于实现x,y,c轴插补加工运动。如附图7(a)所示，将工件20装夹在加工中心c轴工作台30上，可带动工件绕c轴工作台中心旋转运动及沿y轴方向做进给运动，刀具18安装于机床主轴上，带动刀具做沿x轴方向的进给运动。
57.按照本发明所述加工方法，刀具与工件通过x,y,c轴插补运动，可依次完成涡旋盘零件内壁面，中心壁面，外壁面的连续铣削加工，加工过程状态主视图如图7(a)-(f)所示。
58.实施例3：
59.实施例3为实施例1的优选例。
60.针对刀具，优选地选择6刃pcd立铣刀，刀具直径d：9.5mm，切削速度：750m/min，进给速度：8500mm/min。
61.针对加工插补运动，优选地选取卧式四轴(带c轴)加工中心为加工设备，用于实现x,y,c轴插补加工运动。
62.按照本发明所述加工方法，刀具与工件通过x,y,c轴插补运动，可依次完成涡旋盘零件内壁面，中心壁面，外壁面的连续铣削加工。
63.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须
具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
64.本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
65.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

技术特征：
1.一种电动涡旋式压缩机涡旋盘零件精密高效加工方法，其特征在于，包括：步骤1：将刀具的中心相对于渐开曲线的基圆的中心沿机床y轴负方向相对移动r
o
，r
o
值为基圆的半径，此时刀具从涡旋盘内壁开始接触工件；步骤2：保持刀具在y轴方向上的相对位置不变，利用机床c轴使工件向顺时针方向旋转，旋转中心通过渐开线基础圆的中心，刀具在x轴负方向相对移动中心壁面的涡旋盘内壁面的半径减少量；步骤3：刀具从工件渐开线弯曲内壁面接近中心壁面，进而加工中心壁面的区域；步骤4：当到达中心壁面的终点时，刀具相对于基圆的中心沿y轴正方向定位，即自动定位在y正方向偏离基圆半径r
o
的位置，从该状态开始，刀具在y轴方向上的相对位置不变，工件绕c轴逆时针方向连续旋转，同时刀具仅沿x轴与工件相对移动，涡旋盘外壁面从中心向外侧径向移动可连续完成加工。2.根据权利要求1所述的电动涡旋式压缩机涡旋盘零件精密高效加工方法，其特征在于，所述步骤1包括：从接触点通过刀具中心点的矢量与x轴负方向一致，定义该矢量为工件接触点的切削法向矢量；使刀具与涡旋形壁的最外端的预定位置接触，同时通过机床x轴和c轴的移动对其进行加工。3.根据权利要求1所述的电动涡旋式压缩机涡旋盘零件精密高效加工方法，其特征在于，所述步骤2包括：工件内壁面与刀具之间的接触点的法线方向始终与x轴负方向一致，通过x、c轴之间的插补运动，涡旋盘内壁面从外侧向中心径向移动可连续完成铣削加工。4.根据权利要求1所述的电动涡旋式压缩机涡旋盘零件精密高效加工方法，其特征在于，所述步骤3包括：此时除刀具沿x轴方向相对移动和工件绕c轴旋转外，刀具和工件还在y轴方向上相对移动，以使中心壁面的切削法向矢量方向始终保持在x轴负方向。5.根据权利要求1所述的电动涡旋式压缩机涡旋盘零件精密高效加工方法，其特征在于，所述步骤4包括：对于涡旋壁上的任意加工点，刀具始终从同一侧与加工点接触，此时加工点的切削法线方向始终保持在x轴方向，通过旋转工件进行从内壁面、中心壁面、外壁面的连续加工。6.一种电动涡旋式压缩机涡旋盘零件精密高效加工系统，其特征在于，包括：模块m1：将刀具的中心相对于渐开曲线的基圆的中心沿机床y轴负方向相对移动r
o
，r
o
值为基圆的半径，此时刀具从涡旋盘内壁开始接触工件；模块m2：保持刀具在y轴方向上的相对位置不变，利用机床c轴使工件向顺时针方向旋转，旋转中心通过渐开线基础圆的中心，刀具在x轴负方向相对移动中心壁面的涡旋盘内壁面的半径减少量；模块m3：刀具从工件渐开线弯曲内壁面接近中心壁面，进而加工中心壁面的区域；模块m4：当到达中心壁面的终点时，刀具相对于基圆的中心沿y轴正方向定位，即自动定位在y正方向偏离基圆半径r
o
的位置，从该状态开始，刀具在y轴方向上的相对位置不变，工件绕c轴逆时针方向连续旋转，同时刀具仅沿x轴与工件相对移动，涡旋盘外壁面从中心向外侧径向移动可连续完成加工。7.根据权利要求6所述的电动涡旋式压缩机涡旋盘零件精密高效加工系统，其特征在于，所述模块m1包括：从接触点通过刀具中心点的矢量与x轴负方向一致，定义该矢量为工件接触点的切削法向矢量；使刀具与涡旋形壁的最外端的预定位置接触，同时通过机床x轴
和c轴的移动对其进行加工。8.根据权利要求6所述的电动涡旋式压缩机涡旋盘零件精密高效加工系统，其特征在于，所述模块m2包括：工件内壁面与刀具之间的接触点的法线方向始终与x轴负方向一致，通过x、c轴之间的插补运动，涡旋盘内壁面从外侧向中心径向移动可连续完成铣削加工。9.根据权利要求6所述的电动涡旋式压缩机涡旋盘零件精密高效加工系统，其特征在于，所述模块m3包括：此时除刀具沿x轴方向相对移动和工件绕c轴旋转外，刀具和工件还在y轴方向上相对移动，以使中心壁面的切削法向矢量方向始终保持在x轴负方向。10.根据权利要求6所述的电动涡旋式压缩机涡旋盘零件精密高效加工系统，其特征在于，所述模块m4包括：对于涡旋壁上的任意加工点，刀具始终从同一侧与加工点接触，此时加工点的切削法线方向始终保持在x轴方向，通过旋转工件进行从内壁面、中心壁面、外壁面的连续加工。

技术总结
本发明提供了一种电动涡旋式压缩机涡旋盘零件精密高效加工方法和系统，包括：步骤1：将刀具的中心相对于渐开曲线的基圆的中心沿机床Y轴负方向相对移动r


技术研发人员：文亮 李超 唐水龙
受保护的技术使用者：上海交大智邦科技有限公司
技术研发日：2023.05.17
技术公布日：2023/9/12