加工分子泵涡轮转子的高速五轴联动加工中心结构研究

摘要

磁悬浮分子泵是微电子行业的重要真空获取设备,整体涡轮转子是磁悬浮分子泵中最关键的零件。目前国内对于涡轮转子的加工现状很不理想,由于具有空间曲面的叶型加工问题没有解决,现在的涡轮转子叶片只好设计为平面形状,用四轴机床两轴插补加工完成,而采用高速小型五轴联动机床加工整体涡轮转子则可以很好地解决这些问题。
　　本课题来源于国家科技重大专项“高档数控机床与基础制造装备”,专项项目名称为“加工硬铝合金整体涡轮转子的XKR50五轴联动加工中心”(NO.2010ZX04001-042),此课题是配合“〇二科技重大专项”应用设备需求而研发的。本文结合课题研究了五轴联动加工中心的所有结构的优缺点,并且运用CAD和CAE软件对XKR50高速小型五轴联动加工中心进行了设计分析。基于此分析结果又提出了一种全新的适合于加工涡轮转子的高速五轴联动加工中心,并与XKR50高速小型五轴联动加工中心进行对比。具体研究内容如下:
　　①对国内外现有的五轴联动加工中心的结构布局进行了归纳,总结出各种结构的优缺点,从中选出适合于高速加工的小型五轴联动加工中心的结构形式,证明XKR50小型高速五轴联动加工中心结构的合理性。
　　②计算出 XKR50高速小型五轴联动加工中心各部件的参数,通过Pro/ENGINEER建立其三维模型与虚拟样机,并通过有限元分析软件 ANASYS Workbench计算其静态刚度与动态特性,为后续的设计制造提供理论依据。
　　③根据 XKR50高速小型五轴联动加工中心的有限元分析结果,针对其所存在的不足,提出了一种全新的适合于加工涡轮转子的高速五轴联动加工中心——YXZ型双框结构高速小型五轴联动加工中心。运用Pro/ENGINEER建立其三维模型,有限元分析软件 ANASYS Workbench计算其动静态特性,并与 XKR50高速小型五轴联动加工中心的结构进行对比,论证其优越性。
　　研究结果表明,XKR50高速小型五轴联动加工中心的结构布局合理,满足加工涡轮转子的设计要求。而采用全焊接结构的YXZ型双框结构高速小型五轴联动加工中心具有更好的静态特性和固有频率分布,重量更轻,具有更好的动态特性,可缩短零件加工时间,且运行更节能,运行成本低,符合绿色制造的要求。