提出一種在四軸數控加工中心上用展成法加工羅茨真空泵螺旋轉子的方法。著重闡述某新型圓弧擺線型羅茨真空泵三葉螺旋轉子型線曲線數學參數化模型的建立、三維實體參數化造型、數控銑削自動編程與加工的技術方法。考慮轉子型面的型線特點，借用CAM軟件，利用流線型加工方式，用平刀和球頭刀進行加工，通過控制表面殘留高度降低表面粗糙度，從而達到表面加工精度的要求。可以高效加工螺旋轉子，在實際加工中，取得了較好的經濟和社會效益。

　　在航空航天、大型動力、石油化工及其空氣分離等設備中需要大抽氣速率的真空泵組合機組。但目前國內外生產的部分機組在做地面模擬試驗以及其他工作過程中存在巨大噪聲，限制了該種類無油真空機組在上述行業中的應用。筆者針對上述問題開發了一種新型低噪聲羅茨真空泵，該真空泵采用螺旋轉子，新產品經測試取得了較好的降噪效果。

　　轉子是羅茨真空泵的核心零/部件，其性能直接影響到羅茨真空泵的工作性能。轉子按其頭數可分為兩葉轉子、三葉轉子和多葉轉子，其中，由于加工的復雜性，多葉轉子應用較少；按其形狀可分為直葉轉子與螺旋轉子(又稱扭葉轉子)。兩葉轉子均為直葉，兩葉以上轉子有直葉和螺旋兩種形狀。常見的轉子如圖1所示。就工作性能而言，三葉優于兩葉，螺旋優于直葉。但因加工條件的限制，在羅茨真空泵領域螺旋轉子在實際中很少應用，筆者新開發的產品是第一次應用。

　　螺旋轉子在其他小型泵中已有應用。目前在國外，考慮到技術保密和加工效率的因素，螺旋轉子一般都采用成形銑刀來加工。但成形銑刀設計制造比較困難，且磨損后很難進行刀具補償，一種型號的產品須配備一種型號的成形銑刀，不能滿足單件小批量生產模式。在我國，由于進口成形刀的價格很高，而國產成形刀受精度和材料的限制，特別是羅茨真空泵轉子體積和重量都比較大，使得螺旋轉子加工變得十分困難，且制造成本很高。為此，筆者考慮在數控銑床上采用平底刀和球頭刀代替成形刀加工轉子。與成形刀相比，標準球頭刀有良好的性價比。但是，數控銑床在用普通銑刀加工螺旋轉子前，必須先求出加工輪廓軌跡線或進行CAD造型后才能自動生成數控代碼。由于螺旋轉子輪廓曲面復雜，致使三維實體精確造型和數控編程加工較為困難本文以某新型羅茨真空泵三葉螺旋轉子為研究對象，探討其三維數學建模及CAD/CAM技術。

圖1 常見的轉子

1、轉子型線分析

　　轉子型線曲線一般由圓弧、漸開線和擺線組合而成。在螺旋轉子精確實體造型前，首先要分析曲線形成原理，建立型面曲線方程。以圓弧擺線型轉子為例，轉子型面型線理論上由圓弧與共軛曲線組成，即由頂面為圓弧、根切線為擺線的曲線段組成，理論型線如圖2所示。

　　式中：U為轉子理論型線峰頂角；n為轉子葉數；R為轉子節圓半徑；Rm為轉子理論型線頂面半徑；a為轉子理論型線之半；b為轉子峰圓心O3至轉子中心O2的距離；rn為轉子理論型線峰半徑。除U以外，只要給出兩個參數，就能求出其他參數，但設計時，一般給出轉子節圓半徑R和轉子理論型線頂面半徑Rm。理論型線圓弧c1c2段方程為：

　　式中：x1、y1為圓弧c1c2上點的坐標。理論型線擺線(根切線)c2p段實際上是一條內擺線，可以通過該曲線的形成原理來求得曲線方程：

結語

　　三葉螺旋轉子三維實體的精確建模和加工一直限制該類型羅茨真空泵的應用，筆者介紹的參數化三維建模方法很好地解決了羅茨真空泵螺旋轉子三維實體精確建模問題，使利用展成法加工原理和球頭銑刀在四軸銑削加工中心上加工螺旋轉子成為可能。在新產品的實際調試生產中，該方法將復雜的問題簡單化，同時也提高了加工精度，縮短了制造周期，取得了較好的經濟和社會效益。此類螺旋轉子相當于大模數、小齒數的螺旋齒輪，該加工方法也可以推廣到此類齒輪加工中。