分析了三種實(shí)際應(yīng)用較為廣泛的，分別帶有阿基米德線、漸開(kāi)線、余擺線的螺桿真空泵螺桿轉(zhuǎn)子型線，具體比較了三種型線組成曲線嚙合特性和型線的優(yōu)劣。詳細(xì)闡述了螺桿的車削加工方法，分別建立了帶有刀位點(diǎn)的三種螺桿車削加工模型，并且給出了車削刀具的選取依據(jù)。最后，簡(jiǎn)單地介紹了一種高效的螺桿銑削螺桿加工方法，并提供了一種實(shí)用的螺桿加工精度測(cè)量方法。

　　干式螺桿真空泵屬于非接觸型干式泵，核心元件是一對(duì)相互嚙合的螺桿轉(zhuǎn)子，泵腔內(nèi)沒(méi)有金屬與金屬間的接觸，抽氣腔元件無(wú)摩擦，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，易損件少，真空度高，使用壽命長(zhǎng)，能耗低，無(wú)油污染，使用場(chǎng)地小等優(yōu)點(diǎn)而廣泛使用，而且螺桿真空泵的各級(jí)泵之間無(wú)內(nèi)部通道，而是直接將氣體從吸氣側(cè)推送至排氣側(cè)，因此在抽除可凝性氣體、帶有粉塵及顆粒物的氣體時(shí)不易堵塞且清洗方便。由于其優(yōu)越的性能，在歐美和日本已經(jīng)成為微電子、半導(dǎo)體、制藥、精密加工、太陽(yáng)能光伏、LED 等行業(yè)首選真空獲得設(shè)備，可廣泛替代旋片式真空泵，滑閥式真空泵，水環(huán)式真空泵，水噴射真空泵，往復(fù)式真空泵，羅茨水環(huán)真空機(jī)組等。

　　目前，單頭、爪形的螺桿轉(zhuǎn)子型線是國(guó)內(nèi)外廠商最為常用的一種型線，其綜合性能優(yōu)秀，密封性能良好，面積利用系數(shù)大，且解決了轉(zhuǎn)子的齒面干涉問(wèn)題，故為廣泛采用，這種螺桿采用基圓半徑相等、旋向相反、端面曲線相同的型線。型線的設(shè)計(jì)中，齒根圓弧與齒頂圓弧過(guò)渡一般采用阿基米德線及其共軛曲線、漸開(kāi)線及其共軛曲線、圓弧及其共軛曲線或擺線及其共軛曲線，不同的過(guò)渡形式，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.13house.cn/)認(rèn)為對(duì)成對(duì)螺桿的間隙設(shè)計(jì)、螺桿的加工方法選取及與之對(duì)應(yīng)的加工效率各不相同。本文主要分析帶有阿基米德曲線、漸開(kāi)線和擺線過(guò)渡線的三種常見(jiàn)的型線嚙合特性，并且以其為基礎(chǔ)探討螺桿的加工方法，以便根據(jù)不同的型線和加工設(shè)備，為選取最合適、高效的螺桿加工方法提供參考。

1、三種常見(jiàn)型線分析

1.1、帶有阿基米德端面型線分析

　　目前螺桿真空泵市場(chǎng)上常用的型線是由阿基米德曲線及其包絡(luò)曲線、大小兩段圓弧、外余擺線五段線組成，國(guó)外Rietschle、KINNY、TAIKO、VPS等公司采用類似結(jié)構(gòu)的型線。如圖1 所示，該端面型線由阿基米德曲線e1a1、其包絡(luò)線d1e1、小圓弧c1d1 和大圓弧a1b1、外余擺線b1c1 組成，由于阿基米德曲線的嚙合特性，阿基米德曲線a2 點(diǎn)的包絡(luò)點(diǎn)是f 點(diǎn)，無(wú)法達(dá)到d1 點(diǎn)，大圓弧a1 點(diǎn)的包絡(luò)點(diǎn)也無(wú)法達(dá)到d1 點(diǎn)，這個(gè)小區(qū)域無(wú)法完全嚙合，需要修齒形，形成三角區(qū)域a2d1f，該區(qū)域形成氣體的滯留區(qū)，影響抽氣效率。這類型線在一個(gè)導(dǎo)程內(nèi)存在不完全嚙合區(qū)，形成的螺桿在1 個(gè)導(dǎo)程內(nèi)無(wú)法排除介質(zhì)，文獻(xiàn)采用該型線的螺桿至少設(shè)計(jì)成1.5個(gè)以上導(dǎo)程，實(shí)際應(yīng)用中，螺桿一般設(shè)計(jì)成4.5 個(gè)導(dǎo)程，才能達(dá)到比較好的抽氣性能要求。

圖1 帶阿基米德曲線的螺桿轉(zhuǎn)子端面型線

　　這種型線設(shè)計(jì)，在確定了中心距、齒根半徑和齒頂半徑后，面積利用率不固定，可以根據(jù)阿基米德線生成圓半徑、初始相角和展開(kāi)角而變化，具體的變化需要結(jié)合加工方式。表1 是螺桿轉(zhuǎn)子端面型線組成曲線及特性。

表1 帶阿基米德曲線的螺桿轉(zhuǎn)子端面型線的組成曲線

1.2、帶有漸開(kāi)線端面型線

　　漸開(kāi)線也是螺桿端面型線常選用的基本型線，漸開(kāi)線有自共軛的特性，不需推導(dǎo)共軛曲線，漸開(kāi)線及其共軛曲線用可以一段漸開(kāi)線表示[5]，是理想的共軛嚙合曲線。如圖2 所示，但若漸開(kāi)線與根部圓弧直接相連，會(huì)形成一定的泄露區(qū)e2d2f，故漸開(kāi)線和根部圓弧采用擺線e2d2 過(guò)渡[6]。德國(guó)Busch 公司采用類似的型線。

圖2 帶有漸開(kāi)線的螺桿轉(zhuǎn)子端面型線

　　該端面型線有五段曲線，分別由齒頂圓弧a1b1、外余擺線b1c1、齒根圓弧c1d1、過(guò)渡擺線d1e1 和漸開(kāi)線e1a1 組成，螺桿轉(zhuǎn)子端面型線組成曲線及特性如表2 所示。過(guò)渡擺線d1e1 的存在，即能保證成對(duì)螺桿嚙合的密封性，又使得螺桿轉(zhuǎn)子在齒根和齒廓之家形成平滑過(guò)渡，構(gòu)成一個(gè)具有共同加工可能性的平滑曲面，可以明顯提高加工效率。

3、結(jié)論

　　螺桿轉(zhuǎn)子端面型線是螺桿真空泵的關(guān)鍵技術(shù)核心，本文列舉了實(shí)際使用最廣泛的三種端面型線，通過(guò)分析端面型線曲線組成，給出了每種型線組成曲線嚙合特性，根據(jù)嚙合特性，指出了螺桿設(shè)計(jì)過(guò)程中的需要注意的實(shí)際問(wèn)題。

　　螺桿車削加工中，需要在帶有C 軸功能的車削中心完成，這樣才能保證加工精度，螺桿加工關(guān)鍵的是刀位點(diǎn)的計(jì)算，本文分別給出了三種螺桿車削加工模型。螺桿銑削加工是另一種高效加工的加工手段，銑削加工方法靈活多樣，需要結(jié)合型線和加工設(shè)備靈活選取。螺桿的加工精度快速檢測(cè)一直是個(gè)難題，本文提出的“光電對(duì)刀儀點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)量方法”可以有效地解決這個(gè)難題。

　　當(dāng)然，型線及成對(duì)螺桿的配合間隙如何設(shè)計(jì)是一體工程，限于篇幅如何合理設(shè)計(jì)成對(duì)螺桿間隙沒(méi)有涉及，這個(gè)問(wèn)題及具體的加工方法在后續(xù)的文章中詳細(xì)闡述。