华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I摘摘 要要 罗茨鼓风机是在工业领域应用十分广泛的重要设备。随着经济的发展，罗茨鼓风机尤其是三叶扭叶罗茨鼓风机的需求量不断增长。转子作为罗茨鼓风机重要的部件，其传统的范成加工和仿形加工方法已很难满足要求。将数控技术应用到罗茨鼓风机加工行业，可显著提高加工效率，降低企业成本。 本文在分析罗茨鼓风机扭叶转子的加工工艺的基础上，提出了数控刨削的加工方法。探讨了数控刨削过程中的控制技术，并完成了罗茨鼓风机扭叶转子专用数控刨削系统的开发。本文主要研究内容如下： 从两个方面选择最优的罗茨鼓风机转子类型。一方面，建立三种罗茨鼓风机转子端面型线的数学模型，进行分析，选择合适的端面型线；另一方面，绘制直叶转子和扭叶转子的进排气流量图，进行比较，选择合适的转子形状。 对零件进行工艺分析；比较了几种可能的数控加工方法，从而选择数控刨削加工工艺。同时分析了数控刨削过程中的精度控制问题。 根据现有罗茨鼓风机生产厂家的技术条件和设备情况，确定数控刨削的总体方案。包括机床结构的改进，运动控制和位置控制方式等。 在华中“世纪星”数控平台上，开发实现专用数控刨削系统。介绍了数控刨削系统的软硬件结构及基于 API 的加工功能的实现。对调试和加工中的一些实际问题，提出了具体可行的解决方法。 关键词：关键词：罗茨鼓风机 扭叶转子 数控刨削 运动控制 工艺卡编程 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 IIAbstract Roots blowers are important manufacturing equipments widely used in industrial field. With the development of economy, the need of Roots blower, especially twisted impeller Roots blower, is increasing fast. Impeller is the most important part of Roots blower. Traditional machining methods such as profiling and generating are unable to meet the requirements of market. The application of NC technology in impeller machining field can greatly improve the production efficiency and decrease the cost. By analyzing the structure of twisted impeller, a machining method with NC shaping machine is proposed. Some control technologies during the cutting process are discussed. And a specific NC shaping system is developed successfully. The dissertation focuses on following aspects: The optimum kind of impeller of Roots blower is selected from two sides. On one hand, the mathematic models of three impellers profile are built. Through analyzing, a right profile is chosen. On the other hand, a comparison is made between the cylinder impeller and twisted impeller by drawing the curve of the air inward and outward flux of them. Thus, the proper impeller shape is selected. The twisted impellers processing is analyzed. By comparing several possible NC machining methods, the method of NC shaping is proposed. Furthermore, the problem of accuracy controlling during cutting process is discussed in detail. According to the technologies and equipments conditions of the manufacturer of Roots blower, the general solution for the NC shaping is presented, including the modification of mechanical structure, the motion control, and the position control of the shaping machine. A specific NC system is developed on the open NC platform of “Huazhong century star ”. The software and the hardware structure of this special system are introduced. All functions are realized by using API. Some feasible and effective measures are proposed to solve the application problems. Key words: Roots blower Twisted impeller CNC shaping machining Motion controlling Technology card programming 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密 ，在_年解密后适用本授权书。 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本论文属于 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 11 绪论绪论 1.1 引言引言 刨削加工是传统的加工方法之一，具有刀具制造简单，生产准备时间短的特点。在加工窄而长的表面时，若采用强力刨削及宽刃刨刀精刨平面，可以得到较高的生产效率和较好的表面质量。并且，对不通孔或有障碍台肩的孔内键槽，刨削加工几乎是唯一的加工方法。因此，在实际生产中，尤其是在单件生产中，刨削加工占有较高的比例1。 数控技术作为现代制造业的基础，被应用在刨削加工中，给这一传统的生产模式带来了深刻的革命性的变化。数控刨削的加工方法，不仅可用于简单平面的加工，还可以加工象连铸机结晶槽、耐火砖模具、汽轮机叶片等这样复杂的异形零件以及象罗茨鼓风机扭叶转子这类具有回转轴螺旋形零件2。 这些都大大拓宽了刨削加工原有的适用范围，为这一传统加工工艺注入了新的活力。 1.2 罗茨鼓风机的国内外发展概况及发展趋势罗茨鼓风机的国内外发展概况及发展趋势 1.2.1 罗茨鼓风机的发展概况罗茨鼓风机的发展概况 罗茨鼓风机是一种典型的气体增压与输送机械，具有工作稳定，机械效率高，结构简单，操作方便等优点，被广泛应用于很多领域。自从 1854 年，美国人弗朗西斯和菲兰德.罗茨（Francis 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 41/参数：mask:命令轴屏蔽字 / pinc:九个轴的增量 / speed:移动的速度 /功能：将mask指定的轴以speed的速度插补直线段 运动控制模块的软件开发模式如下： void Auto_Machining( ) do xcutdistance=*(ch_data_ptrCurrentChannel.pos_actl2)/(1000l*pulse_per_um); /读入 X 轴的位置反馈值； MYpinc3=(long)(xcutdistance*K*1000l*pulse_per_md)-MYoldpinc3; /计算 A 轴的转角度数； axes_line(8,MYpinc,spead); /控制 A 轴以速度 spead 运动上面计算的位移量； rtn = ActualMachineCtrl();/加工过程中的监控函数； if(rtn=-1) return; MYoldpinc3+=MYpinc3; get_pmc_var(R,71); /检测接近开关（反向开关）的信号； if(get_pmc_var(R,71)=1) Fan_direction=1; Zhen_direction=0; break; while(Fan_direction!=1); 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 425.3.3 刨削控制回路逻辑关系及辅助功能的刨削控制回路逻辑关系及辅助功能的 API 实现实现 由于整个数控刨削加工过程牵涉到很多的机械动作，而且动作之间要求很好的配合。因此其电路控制部分的逻辑关系相当繁琐。在程序编写中采用M代码和PLC相结合的方式，以实现机床的辅助功能。 1）M代码的调用 调用函数int exec_m_code(int code)，其中code为编程人员根据机床的实际加工情况，对机械动作或其他功能进行的编号。其函数原型为： int exec_m_code(int code) int i; if(output_mst(code,-1,-1,-1)0) return 1; for(i=0;i20;i+) GetKey(); Delay_me(10); Return 1; 其中output_mst(code,-1,-1,-1)为系统API包中用参数指定值输出M、S、T、B代码的函数，其定义为： int output_mst(int m,int t,int s,int b);