專利名稱：一種螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子型面激光自動熔覆的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種螺桿壓縮機的修復方法，特別是涉及一種螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子型面激光自動熔覆的方法。
背景技術：
螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子的精度等級高，制造工藝復雜，生產(chǎn)成本較高、制造周期較長，特別是它的型面，是由多種空間曲線合并成型線，再將型線通過導程及分度角度構成的螺旋齒面，因此，螺桿壓縮機的型面修復是整個轉(zhuǎn)子修復的難點，也是能否修復成功的關鍵。螺桿壓縮機按運行方式的不同，分為無油螺桿壓縮機和噴油螺桿壓縮機，無油螺桿多用于氣體的壓縮，由于壓縮介質(zhì)存在雜質(zhì)或具有腐蝕性，會造成轉(zhuǎn)子型面腐蝕等損傷； 而噴油螺桿是依靠陰陽轉(zhuǎn)子的嚙合來進行傳動的，因此，陰陽轉(zhuǎn)子型面會造成磨損等損傷， 以上這些損傷情況都會導致陰陽轉(zhuǎn)子嚙合間隙變大，使其整機性能大幅降低。傳統(tǒng)的螺桿型面激光熔覆方法是將轉(zhuǎn)子人工搬起一個角度，使陰陽轉(zhuǎn)子型面局部損傷位置與光筒成法線方向垂直后，利用手工預置送粉進行激光熔覆，待此部位熔覆結(jié)束后，再重新調(diào)整其它損傷型面部位與光筒的角度，再進行熔覆，直至轉(zhuǎn)子整個型面熔覆結(jié)束。這種傳統(tǒng)激光熔覆方法完全是手工操作，因此工作效率極低，熔覆質(zhì)量難以控制，對操作人員技術水平要求高，并且這種分塊熔覆方法，易在每塊之間的搭接處出現(xiàn)夾雜、氣孔、 裂紋等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術難于修復螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子型面的問題，通過反復研究改進，給出了一種新的螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子型面激光自動熔覆的方法。本發(fā)明與傳統(tǒng)的螺桿型面激光熔覆方法相比，具有操作簡單、適應性強、熔覆質(zhì)量好和工作效率高的特點，在螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子修復中具有巨大的應用價值。本發(fā)明給出的技術方案是這種螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子型面激光自動熔覆的方法，其特征在于利用四軸四聯(lián)動的激光數(shù)控加工機床，通過計算機軟件繪制型面曲線，并在曲線上取等線段距離點后編制激光加工型面程序，同時采用同步送粉裝置送粉，對螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子型面進行激光自動熔覆，其中所述四軸四聯(lián)動激光數(shù)控加工機床由三個形式相同、相互垂直的X軸、Y軸、Z軸和一個轉(zhuǎn)動軸A軸構成，其A軸轉(zhuǎn)動軸線與X軸平行，并與Y軸、Z軸垂直，X、Y、Z軸由絲杠和導軌組成，導軌控制運動方向，絲杠與伺服電機相連提供運動動力，A軸由伺服電機通過變速齒輪帶動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動；所述X、Y、Z軸的絲杠與伺服電機連接，將伺服電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為光斑在相應軸的直線運動，A軸通過伺服電機連接變數(shù)齒輪帶動主軸轉(zhuǎn)動，使其工件旋轉(zhuǎn)，其中X、Y、Z 軸任意兩軸同時運動構成光斑在平面內(nèi)的曲線運動，而X、Y、Z軸三軸或其中任意一軸與A 軸同時運動構成光斑的空間曲線運動，光筒固定在Z軸的端部；
激光自動熔覆型面時，首先，將螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子一端裝夾在A軸夾盤上，另一端用尾座頂尖頂起，對其進行圓周找正，跳動值應在小于或等于0. 05mm，然后分別確定X、Y、Z軸坐標零點，將X軸零點確定在靠近尾座一側(cè)螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子端面的邊緣，Y軸零點確定在螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子軸徑Y(jié)方向中點，Z軸零點是根據(jù)加工時光斑的直徑，確定光筒下邊緣到軸心距離，距離一般為140 160mm，是用光筒下邊緣到軸徑表面距離再加上對應軸徑半徑的方法來計算出的；最后，通過計算機軟件編制的數(shù)控程序?qū)β輻U壓縮機轉(zhuǎn)子型面進行激光熔覆，熔覆過程中，光筒始終與所熔螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子型面部分保持垂直，并沿X軸方向做直線運動，同時螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子沿A軸轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)X軸與A軸的實時聯(lián)動，從而達到空間曲線的熔覆，在每條熔覆完畢后Y、Z軸做動作，將光筒移動到新的起光點繼續(xù)下一條的熔覆，直至光筒與熔覆型面不垂直，Z軸抬起，A軸轉(zhuǎn)螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子的螺旋齒的分度角度，熔覆下一個螺旋齒型面相同的部位，將所有螺旋齒此部位的型面熔覆結(jié)束后，按程序A軸轉(zhuǎn)一個角度，X、Y軸移動，將光筒移動到新的起光點，并與下一個熔覆型面部位仍然保持垂直，再按上述方法繼續(xù)熔覆，直至螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子型面全部熔覆結(jié)束。本發(fā)明利用計算機軟件繪制型面曲線，并在曲線上取等線段距離點后編制激光加工型面程序，其方法為首先，利用螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子在修復過程中，采用數(shù)控加工中心采集的型線數(shù)據(jù)點及導程，在計算機中繪制與熔覆時X、Y、Z軸原點位置相同的螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子型線，并在曲線上等線段距離取點，線段距離為1. 5 2. 0mm，然后，再把繪制的型線在計算機中分割成若干段，將每段分別繞X軸旋轉(zhuǎn)成與Z軸成垂直方向的位置，并記錄其旋轉(zhuǎn)角度，最后，將每段曲線上所取的點的坐標輸出，留作編程時使用。根據(jù)以上在計算機中獲得的數(shù)據(jù)，編制螺桿型面激光自動熔覆程序，然后將編制好的程序傳至四軸四聯(lián)動激光數(shù)控加工機床控制臺中，待熔覆時使用。本發(fā)明所采用同步送粉裝置對熔覆中的螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子型面進行送粉。同步送粉裝置利用可調(diào)電機控制圓盤轉(zhuǎn)速，進而調(diào)節(jié)送粉量。料斗粉末落在圓盤上，當轉(zhuǎn)到刮板位置處被刮下，落在接料斗中。利用高壓的氮氣或氬氣作為粉料輸送的動力，通過軟管將粉末送至噴嘴，噴射到指定的位置。因此，此裝置適合激光熔覆各種曲面，包括螺桿壓縮機的空間曲面的熔覆。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是改變了傳統(tǒng)激光熔覆螺桿型面的笨重、煩瑣的手工熔覆方式，使螺桿型面熔覆變的簡單，可操作性強，并且大大提高工作效率，節(jié)約成本，熔覆質(zhì)量也得到顯著提高。


圖1為四軸四聯(lián)動激光數(shù)控加工機床結(jié)構示意圖；圖2為圖1的側(cè)視圖；圖3為本發(fā)明螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子型面激光自動熔覆程序流程；圖4為同步送粉裝置連接示意圖。圖中標記1. X軸，2. Y軸，3. Z軸，4. A軸，5.光筒，6.頂尖，7.工作臺，8.料斗， 9.圓盤，10.電機，11.刮板，12.接料斗，13.軟管，14.高壓氮氣或氬氣，15.噴嘴。
具體實施方式
如圖1 圖2所示，這種螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子型面激光自動熔覆的方法，利用四軸四聯(lián)動的激光數(shù)控加工機床，對螺桿壓縮機陰陽轉(zhuǎn)子的復雜型面進行激光自動熔覆。其中四軸四聯(lián)動激光數(shù)控加工機床由三個形式相同、相互垂直的X軸1、Y軸2、Z軸3和一個轉(zhuǎn)動軸 A軸4構成，其A軸4轉(zhuǎn)動軸線與X軸1平行，并與Y軸2、Z軸3垂直。X、Y、Z(1、2、3)軸由絲杠和導軌組成，導軌控制運動方向，絲杠與伺服電機相連提供運動動力。A軸4是由伺服電機通過變速齒輪帶動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。所述的X軸1、Υ軸2、Ζ軸3的絲杠與伺服電機連接，將伺服電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為光斑在相應軸的直線運動。A軸4是通過伺服電機連接變數(shù)齒輪帶動主軸轉(zhuǎn)動，使其工件旋轉(zhuǎn)。其中X軸1、Y軸2、Z軸3任意兩軸同時運動構成光斑在平面內(nèi)的曲線運動，而X軸
1、Y軸2、Z軸3三軸或其中任意一軸與A軸4同時運動構成光斑的空間曲線運動。光筒5 固定在Z軸2的端部。自動熔覆型面時，首先，將螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子一端裝夾在A軸4夾盤上，另一端用尾座頂尖6頂起，對其進行圓周找正，跳動值應在小于等于0. 05mm ；然后，分別確定X、Y、Z(1、
2、3)軸坐標零點，將X軸1零點確定在靠近尾座一側(cè)轉(zhuǎn)子端面的邊緣，Y軸2零點確定在轉(zhuǎn)子軸徑Y(jié)方向中點，Z軸3零點是根據(jù)加工時光斑的直徑，確定光筒下邊緣到軸心距離，距離一般為140 160mm，是用光筒下邊緣到軸徑表面距離再加上對應軸徑半徑的方法來計算出的；最后，通過計算機軟件編制的數(shù)控程序?qū)β輻U壓縮機轉(zhuǎn)子型面進行激光熔覆，熔覆過程中，光筒始終與所熔螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子型面部分保持垂直，并沿X軸1方向做直線運動，同時螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子沿A軸4轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)X軸1與A軸4的實時聯(lián)動，從而達到空間曲線的熔覆，在每條熔覆完畢后Y、Z(2,3)軸做動作，將光筒移動到新的起光點繼續(xù)下一條的熔覆， 直至光筒與熔覆型面不垂直，Z軸3抬起，A軸4轉(zhuǎn)螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子的陰陽螺桿螺旋齒的分度角度，熔覆下一個螺旋齒型面相同的部位，將所有螺旋齒此部位的型面熔覆結(jié)束后，按程序A軸4轉(zhuǎn)一個角度，X軸1、Y軸2移動，將光筒移動到新的起光點，并與下一個熔覆型面部位仍然保持垂直，再按上述方法繼續(xù)熔覆，直至螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子的陰陽螺桿型面全部熔覆結(jié)束。如圖3所示，為本發(fā)明螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子型面激光自動熔覆程序流程，本發(fā)明利用計算機軟件繪制螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子型面曲線，并在曲線上取等線段距離點后編制激光加工型面程序。首先，利用螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子在修復過程中，采用數(shù)控加工中心采集的型線數(shù)據(jù)點及導程，在計算機中繪制與熔覆時X、Y、Z軸原點位置相同的螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子型線，并在曲線上等線段距離取點，線段距離為1. 5 2. 0mm，然后，再把繪制的型線在計算機中分割成若干段，將每段分別繞X軸1旋轉(zhuǎn)成與Z軸3成垂直方向的位置，并記錄其旋轉(zhuǎn)角度，最后，將每段曲線上所取的點的坐標輸出，留作編程時使用。然后根據(jù)以上在計算機中獲得的數(shù)據(jù)，按照圖3所示流程圖編制螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子型面激光自動熔覆程序，再將編制好的程序傳至四軸四聯(lián)動激光數(shù)控加工機床控制臺中， 待熔覆時使用。給出的螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子型面激光自動熔覆程序有下列步驟(1).開始進行激光自動熔覆；O).移動到起始加工點；(3).開光閘；
(4).按導程沿型面激光加工；(5).判斷是否加工到型面長度結(jié)果為是，則進入下一步驟；結(jié)果為否，則返回步驟(3)開光閘的開始端；(6).閉光閘；(7).快速返回到起光點；(8).判斷光筒是否垂直型面，結(jié)果為是，則改變點的坐標值返回步驟(2)移動到起始加工點的開始端，結(jié)果為否，則進入下一步驟；(9).旋轉(zhuǎn)螺桿轉(zhuǎn)子分度值；(10).判斷分度值的和是否為360° 結(jié)果為是，則進入下一步驟；結(jié)果為否，則返回步驟(1)開始進行激光自動熔覆的開始端；(11).結(jié)束激光自動熔覆。如圖4所示，同步送粉裝置利用可調(diào)電機10控制圓盤9轉(zhuǎn)速，進而調(diào)節(jié)送粉量。料斗8粉末落在圓盤上，當轉(zhuǎn)到刮板11位置處被刮下，落在接料斗12中。利用高壓的氮氣或氬氣14作為粉料輸送的動力，通過軟管13將粉末送至噴嘴15，噴射到指定的位置。此裝置適合激光熔覆各種曲面，包括螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子的空間曲面的熔覆。實施例1直徑Φ 408mm螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子陰轉(zhuǎn)子重約0. 6噸，陽轉(zhuǎn)子重約0. 7噸，型面長度613mm，最大回轉(zhuǎn)直徑Φ408πιπι， 材質(zhì)為45#鋼，由于設計制造的問題，陰陽轉(zhuǎn)子實際間隙比設計間隙大0. 2mm 0. 4mm，整機性能指標達不到使用要求。因此，需對陰陽轉(zhuǎn)子型面分別進行激光熔覆，首先將其裝夾在四軸四聯(lián)動激光數(shù)控機床上，圓周找正后跳動值為0. 05mm，熔覆時光斑直徑6mm，光筒到軸心的距離為160mm，利用在計算機中制作的轉(zhuǎn)子型線數(shù)據(jù)，將陰螺桿型線分為三段，陽螺桿型線分為三段，分別將每段型線繞X軸旋轉(zhuǎn)成與Z軸成垂直方向的位置，并記錄其旋轉(zhuǎn)角度， 并分別在上面取線段距離為2. Omm的點，分別提取其坐標值編制激光自動熔覆程序，采用同步送粉裝置送粉，分別對陰陽轉(zhuǎn)子型面自動激光熔覆。熔覆后，表面平整，經(jīng)無損探傷檢測，無裂紋、夾雜、氣孔等缺陷。實施例2直徑Φ 255mm螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子陰轉(zhuǎn)子重約0. 25噸，陽轉(zhuǎn)子重約0. 3噸，型面長度430mm，最大回轉(zhuǎn)直徑Φ 255mm， 材質(zhì)為45#鋼，由于此轉(zhuǎn)子壓縮氣體具有腐蝕性，陰陽轉(zhuǎn)子型面整體成坑形損傷，最深處達 2mm之多，整機性能指標達不到使用要求，因此，需對陰陽轉(zhuǎn)子型面分別進行激光熔覆。將其裝夾在四軸四聯(lián)動激光數(shù)控機床上，圓周找正后跳動值為0. 03mm，熔覆時光斑直徑4mm，光筒到軸心的距離為140mm，利用在計算機中制作的轉(zhuǎn)子型線數(shù)據(jù)，將陰螺桿型線分為三段， 陽螺桿型線分為四段，分別將每段型線繞X軸旋轉(zhuǎn)成與Z軸成垂直方向的位置，并記錄其旋轉(zhuǎn)角度，并分別在上面取線段距離為1. 7mm的點，分別提取其坐標值編制激光自動熔覆程序，采用同步送粉裝置送粉，分別對陰陽轉(zhuǎn)子型面自動激光熔覆。熔覆后，表面平整，經(jīng)無損探傷檢測，無裂紋、夾雜、氣孔等缺陷。
權利要求
1.一種螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子型面激光自動熔覆的方法，其特征在于利用四軸四聯(lián)動的激光數(shù)控加工機床，通過計算機軟件繪制型面曲線，并在曲線上取等線段距離點后編制激光加工型面程序，同時采用同步送粉裝置送粉，對螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子型面進行激光自動熔覆，其中所述四軸四聯(lián)動激光數(shù)控加工機床由三個形式相同、相互垂直的X軸、Y軸、Z軸和一個轉(zhuǎn)動軸A軸構成，其A軸轉(zhuǎn)動軸線與X軸平行，并與Y軸、Z軸垂直，X軸、Y軸、Z軸由絲杠和導軌組成，導軌控制運動方向，絲杠與伺服電機相連提供運動動力，A軸由伺服電機通過變速齒輪帶動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動；所述X軸、Y軸、Z軸的絲杠與伺服電機連接，將伺服電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為光斑在相應軸的直線運動，A軸通過伺服電機連接變數(shù)齒輪帶動主軸轉(zhuǎn)動，使其工件旋轉(zhuǎn)，其中X、Y、 Z軸任意兩軸同時運動構成光斑在平面內(nèi)的曲線運動，而X、Y、Z軸三軸或其中任意一軸與 A軸同時運動構成光斑的空間曲線運動，光筒固定在Z軸的端部；激光自動熔覆型面時，首先，將螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子一端裝夾在A軸夾盤上，另一端用尾座頂尖頂起，對其進行圓周找正，跳動值應在小于或等于0. 05mm，然后分別確定X軸、Y軸、Z軸的坐標零點，將X軸坐標零點確定在靠近尾座一側(cè)螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子端面的邊緣，Y軸坐標零點確定在螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子軸徑Y(jié)方向中點，Z軸坐標零點是根據(jù)加工時光斑的直徑，確定光筒下邊緣到軸心距離，距離一般為140 160mm ；最后，通過計算機軟件編制的數(shù)控程序?qū)β輻U壓縮機轉(zhuǎn)子型面進行激光熔覆，熔覆過程中，光筒始終與所熔螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子型面部分保持垂直，并沿X軸方向做直線運動，同時螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子沿A軸轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)X軸與A軸的實時聯(lián)動，從而達到空間曲線的熔覆，在每條熔覆完畢后Y軸、Z軸做動作，將光筒移動到新的起光點繼續(xù)下一條的熔覆，直至光筒與熔覆型面不垂直，Z軸抬起，A軸轉(zhuǎn)螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子的螺旋齒的分度角度，熔覆下一個螺旋齒型面相同的部位，將所有螺旋齒此部位的型面熔覆結(jié)束后，按程序A軸轉(zhuǎn)一個角度，X軸、Y軸移動，將光筒移動到新的起光點，并與下一個熔覆型面部位仍然保持垂直，再按上述方法繼續(xù)熔覆，直至螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子型面全部熔覆結(jié)束。
2.根據(jù)權利要求1所述螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子型面激光自動熔覆的方法，其特征在于利用計算機軟件繪制螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子型面曲線，并在曲線上取等線段距離點后編制激光加工型面程序，即首先，利用螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子在修復過程中，采用數(shù)控加工中心采集的型線數(shù)據(jù)點及導程，在計算機中繪制與熔覆時X軸、Y軸、Z軸原點位置相同的螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子型線，并在曲線上等線段距離取點，線段距離為1. 5 2. 0mm，然后，再把繪制的型線在計算機中分割成若干段，將每段分別繞X軸旋轉(zhuǎn)成與Z軸成垂直方向的位置，并記錄其旋轉(zhuǎn)角度，最后， 將每段曲線上所取的點的坐標輸出，留作編程時使用；根據(jù)以上在計算機中獲得的數(shù)據(jù)，編制螺桿型面激光自動熔覆程序，然后將編制好的程序傳至四軸四聯(lián)動激光數(shù)控加工機床控制臺中，待熔覆時使用。
3.根據(jù)權利要求2所述螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子型面激光自動熔覆的方法，其特征在于給出的螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子型面激光自動熔覆程序有下列步驟(1).開始進行激光自動熔覆；(2).移動到起始加工點；(3).開光閘；(4).按導程沿型面激光加工；(5).判斷是否加工到型面長度結(jié)果為是，則進入下一步驟；結(jié)果為否，則返回步驟 (3)開光閘的開始端；(6).閉光閘；(7).快速返回到起光點；(8).判斷光筒是否垂直型面，結(jié)果為是，則改變點的坐標值返回步驟(2)移動到起始加工點的開始端，結(jié)果為否，則進入下一步驟；(9).旋轉(zhuǎn)螺桿轉(zhuǎn)子分度值；(10).判斷分度值的和是否為360°結(jié)果為是，則進入下一步驟；結(jié)果為否，則返回步驟(1)開始進行激光自動熔覆的開始端；(11).結(jié)束激光自動熔覆。
全文摘要
一種螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子型面激光自動熔覆的方法，其特征在于利用四軸四聯(lián)動的激光數(shù)控加工機床，通過計算機軟件繪制型面曲線，并在曲線上取等線段距離點后編制激光加工型面程序，同時采用同步送粉裝置送粉，對螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子的復雜型面進行激光自動熔覆。本發(fā)明改變了傳統(tǒng)激光熔覆螺桿型面的笨重、煩瑣的手工熔覆方式，使螺桿型面熔覆變的簡單，可操作性強，并且大大提高工作效率，節(jié)約成本，熔覆質(zhì)量也得到顯著提高。
文檔編號B23K26/34GK102453907SQ201010528260
公開日2012年5月16日 申請日期2010年11月2日 優(yōu)先權日2010年11月2日
發(fā)明者張靜波, 李運強 申請人:沈陽大陸激光技術有限公司