内螺旋曲面铣削加工方法及加工装置研究.pdf

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1、第４期（总第２０３期）机械工程与自动化Ｎｏ．４２０１７年８月ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ＆ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＡｕｇ．文章编号：１６７２６４１３（２０１７）０４０１２６０２内螺旋曲面铣削加工方法及加工装置研究王斌１，江雪２（１．沈阳工业大学辽阳校区工程实践中心，辽宁辽阳１１１００３；２．沈阳工业大学辽阳校区石油化工学院，辽宁辽阳１１１００３）摘要：目前常规螺杆泵定子的加工方法是在圆柱形钢管内壁浇铸橡胶，使其形成螺旋曲面的内表面。这种方法得到的橡胶薄厚不均，致使螺杆泵定子的寿命、

2、工作性能、适用范围及效益不能很好地满足市场要求。针对这一问题，对螺杆泵定子曲线进行分析，得到满足密封性要求的螺杆泵线型方程和曲面方程，在分析得到加工内螺旋曲面方法的基础上，制定了其基本的加工方案。关键词：螺杆泵；内螺旋曲面；铣削；加工装置中图分类号：ＴＧ５４文献标识码：Ａ０引言为圆心、以等距半径狉为半径的圆弧；②以每一点为圆为了适应不断发展的采油工艺技术，出现了很多心、半径为狉的圆作滚动所得到的包络曲线。结构形式的螺杆泵［１］。等壁厚定子螺杆泵以其寿命长、启动力矩小、应用范围广等优点而具有广泛的市

3、场前景［２］。与普通螺杆泵相比，等壁厚螺杆泵的显著结构特点是螺杆泵定子内孔为可与转子相匹配的螺旋曲线，只在定子内腔周围的金属表面保留一层薄的橡胶［３］。因此，本文将螺杆泵的定子壳体的光滑内壁加图１内螺旋曲线的形成图工成螺旋形，再用橡胶做成的螺旋型衬套与转子进行１．２普通内摆线方程连接，延长了橡胶衬套寿命，提高了螺杆泵性能［４－５］。如图２所示，以内摆线作为转子曲线时采用无包１分析确立定子曲线方程心法成型，得到普通内摆线方程：动的条定件子—，即转定子子形和成转的子运的动曲副线能啮够合保后证，密能封将

4、和工向作下副移横｛狓＝（犣－１）犲ｓｉｎφ１－犲ｓｉｎ［（犣－１）φ１］］．（１）狔＝（犣－１）犲ｃｏｓφ１＋犲ｃｏｓ［（犣－１）φ１断面上的液体流经区域分隔成独立的密闭空间，同时其中：犣为转子的头数；犲为偏心距；φ１为自变量。在轴向形成链式密闭腔［６］。定子与转子产生相对运动时，其液体流经区域分隔成的独立密闭空间能产生由大到小和由小到大的变化，且循环反复，使密闭腔产生轴向运动［７］。１．１内摆线的形成定子曲线就是（犖＋１）头普通内摆线。如图１（犪）所示，当滚圆（半径为狉）沿导圆（半径为犚）做滚动

5、时，滚圆上的某一点犃所产生的运动轨迹即一段弧线，把犃点从离开导圆表面到下一次与导圆表面接触的时间作为滚圆运动的一个周期，当滚圆完成犖＋１个运动周期后，点犃的运动轨迹曲线就是定子的曲线。转子曲线做行图星２运动内摆时线产的生形的成包络线就是啮合定图１（定ｂ）子所曲示线，形以成定后子，曲建线立上其各外点等为距圆线心型、共用轭半副径。为如狉子曲线。经分析计算证明：定子曲线为犣＋１条普通的圆作滚动，得到其外包络曲线即定子型线。用这种内摆线。方法所形成的等距曲线有两部分：①以内摆线的尖点１．３普通内摆线外等距

6、曲线的形成普通内摆线外等距曲线的形成如图３所示，外等收稿日期：２０１７０１０４；修订日期：２０１７０５１０作者简介：王斌（１９８６），男，辽宁辽阳人，工程师，硕士，研究方向：复杂曲面加工制造。２０１７年第４期王斌，等：内螺旋曲面铣削加工方法及加工装置研究·１２７·距圆的半径为狉，τ、τ１为两等距曲线的切线。转子曲旋曲线。现针对螺杆泵螺旋线的特征，提出具备可行线的外等距曲线由齿顶圆弧段和摆线等距曲线两部分性的铣削加工方案。组成。如图５所示，本机床的重要结构包含床身、进给机构、跟刀架、中心架

7、、供油系统、排屑系统等。图４二轴联动控制方案图３普通内摆线外侧等距曲线齿顶圆弧段方程式为：图５机床结构示意图｛狓＝犣犲ｓｉｎφ犽＋狉ｓｉｎ（φ犽－δ１））．（２）由于定子的内径小，且长度大，因此机床设计时应狔＝犣犲ｃｏｓφ犽＋狉ｃｏｓ（φ犽－δ１满足下列要求：其中：φ犽为φ１＝２狀π／犣与狀为０～（犣－１）时某个值对（１）加工方法：铣削。应的角度；δ１为φ犽＝２狀π／犣线与该圆弧半径线沿逆时（２）主轴的运转速度：１ｒ／ｍｉｎ～６０ｒ／ｍｉｎ；刀具进针方向的夹角，δ１＝［－９０°，９０°］。给长度：

8、４．２ｍ；加工件最长：４ｍ；机床总长：１０ｍ。摆线等距曲线段方程式为：（３）刀具的最大加工速度：３０００ｍｍ／ｍｉｎ。烄狓＝（犣－１）犲ｓｉｎφ１－犲ｓｉｎ［（犣－１）φ１］＋（－１）犽＋１狉ｃｏｓ［（犣－２２）φ１］（４）工件加工时定位精度：ＩＳＯ犣：０．０５ｍｍ；犆：烅狔＝（犣－１）犲ｃｏｓφ１＋犲ｃｏｓ［（犣－１）φ１］＋（－１）犽＋１狉ｓｉｎ［（犣－２）φ１］．（３）０．０５ｍｍ。烆２（５）工件初内孔Φ１０７ｍｍ，长度４ｍ。犽＝１时，得到φ１，余下依次类推。将式（２）和４结