螺杆制造工艺分析与仿真PC型单螺杆压缩机螺槽两侧和底而是不可展螺旋曲而.并且屈于薄壁类零件.一 般机床无法完成螺憎这种杂曲浙轨迹加工.结合其包络啃合型线的特点和儿何形状. 采用DMU80T五轴联动加工中心侧浙铳削加工成型,5153'.为控制螺朴孑加工要索的相 互位置精度.提高零件的表而质量和加工效率.螺杆毛坯采用CK16140数控车床加工. 目前.PC型单螺杆压缩机螺杆制造工艺和核心制造技术国内外没有公开的文献资料. 本课题探索性的研究螺朴数控制造工艺技术.制造流程如图5・1所示图5・1螺杆制造流程图5.1螺杆加工工艺分析5.1.1几何形状分析PC型单螺杆压缩机螺杆整体扁平.成圆惟形.由6条复杂曲面组成的螺槽, 螺槽的两侧面和底而都是不可展的空间螺旋Illi Ifll，两侧面分别由星轮的圆柱母面 和m锥母面包络得到•底而是两条包络螺旋线按对应参数点生成的直纹面•其几 何特点：沿z轴的螺槽型術特征是连续变化的.间距不断小.螺槽最小处宽度14 毫米.深度3()亳米.螺槽而要求仃良好的光顺性和密封性W是一种典熨复朵 螺旋曲而组成的薄瓏类零件5.1.2加工工艺分析PC熨单螺杆压缩机的压缩原理是电动机通过联轴器帶动螺卄高速旋转•星轮齿在 螺槽中连续滑动压缩气体。
为了增大乐强.提高螺槽的容积效率.螺槽的空何螺旋角 収值比较人.通常情况卜.螺槽的起点到终端绕螺什轴的螺旋角人于比()度由此可见.螺槽的加工需要五轴联动机床.并且机床c轴转角大于180度以上•螺杆相邻两 螺槽Z间的槽壁较薄.厚度为2亳米到5毫米Zfujo螺椚深度是螺杆最大半径的45% 左右，螺槽底佃虽窄处仅14亳米，因此.螺椚在加工过程中很容易发生干涉、欠切和 过切现象.螺槽两侧而是由圆锥和圆柱面包络得到.为保证加匸精度和防止包络误差, 选用直径与包络@111、M锥相同的立铳刀，利用五轴机床对其不可展M锥和M11：包络 面加工.5.1.3选择加工毛坯PC型单螺杆压缩机螺杆毛坯通常是铸造成型或者机械加E得到,选用铸造毛坯. 需要制造专用铸型.制造出具何粗略螺旋槽的螺杆毛坯,铸件在后续粗加工中去 除材料少，机械切削加匸效率高，适合企业规模化生产选用机械加工方法.常 用方案是乍削大于螺朴最人直衿的阿钢棒材，紂到没仃螺旋槽的螺H•毛坯为了 降低零件的误差，集中工序.提髙加工效率.车削毛坯一股在数控车床上完成 本课题采用机械加工毛坯方法，选用材质熨号35号钢，直栓2()0亳米.长度14() 毫米的圆钢棒材.在CK16140数控车床加工出符合尺寸要求和表Ifti粗糙度的螺H 毛坯，再进行五轴联动加工.35号钢是一种具有良好韧性和耐磨性的优质碳素结 构钢.工艺强度性能较好.符合螺杆加工工艺要求.螺杆毛坯如图5・2所示.I图・2螺杆毛坯图5.1.4工装夹具的选用工装夹具是机械加工中定位工件的装置,使加工刀具、工件毛坯、机床Z间建立 正确的空间坐标关系•机床类熨和工艺流程的不同需要选用打其相匹配的工装夹具和 定位方法.PC型单螺杆压缩机螺杆毛坯在车床上加工时.使用乍床门带的三爪瓦盘装 夹定位•五轴联动机床加匸时，为了保证螺槽的加工精度和星轮啮合剛的装配粘度. 必须保证螺H•毛坯在机床匸作台上正确定位.以方便数控加工时正确定义匸件原点和程序原点.在五轴联动机床加工螺槽时.采用芯轴定位方式■芯轴卜端固定在专用的 圆柱形夹具上,放入螺杆毛坯后，上端加上叠片用螺帽紧固定位.便螺杆毛坯在机床 工作台上压紧夹牢。
芯轴定位如图5-3所示，螺杆毛坯在五轴联动机床工作台上定位如 图5-4所示.图5-3芯轴定位 图5-4螺杆毛坯装夹于五轴联动机床上5.15加工刀具的选用在数控车床上选用外圆车刀粗.精加工PC型单螺杆压缩机螺杆毛坯时.用于粗车 加工的外圆车刀的刀峰需要研磨得比较尖锐.因为粗车时需要切削大址的多余材料• 使几何形状接近螺杆毛坯的尺寸要求,其表面粗糙度不是重点考虑对象•用于耕车加 工的外圆车刀刀刃一般用油石砺光.因为精车加工主要关注毛坯表面粗糙度.便毛坯 具有圆滑的表面光度.符合螺杆毛坯的尺寸要求•根据螺杆毛坯在数控机床加工时芯 轴定位装夹的需要,螺杆毛坯第削加工成型后.沿毛坯Z轴方向加匸一个中心几，中 心孔深度超过130毫米.需使用深孔钻刀.综上所述，在CK16140数控车床上加工螺 杆毛坯所有刀具列表如表5・1所示茨5・1 CKI6140数控车床加I.螺杆毛坯刀具表刀具名刀具号转速/r. min进给ffi/mm. min 1加匸内容备注外圆车刀T010160050毛坯粗车主偏角90度外18车刀T020280050毛坏祐t上偏角90度深孔钻刀T030380030钻中心孔刀具直径8mm五轴联动数控包络et削加工螺槽.依据复杂曲面加工原则•多选用模具铳刀.螺 槽圆柱包络面加工选择和包络呦柱直径相同的芷铳刀•而圆惟包络面加工选用锥度. 直径、形状与包络圆惟相同的锥铳刀。
如此同时，刀具的选择不仅要考虑工艺方案的 合理性.还要考虑工件材料、刀具材料.以及加工工艺的性质等多方而的因素.螺什 工作环境决定螺H材质具仃较强的耐烧性和防腐蚀性，所以螺H加工刀具材料常用高 速钢(HSS)或换质合金.高速钢刀具比普通刀具要坚韧.更容易切削材料•还具仃耐惦、 抗鳶性良好等特点.在螺杆加工中不会因刀具JK动产生加工误差.由耐腐蚀难熔金届 碳化钙、碳化认等化合物和粘结金属合成的硕质合金刀具的高駛度和咐烧性非常适合 螺杆的精加工.但是.高速钢刀具切削过程中的温度不能太高.否则容易烧刀;硬质 合金刀具咐高温的优点.但抗慫性能不强，价格比较昂贵螺H：在单件样品试制时. 粗加工选择高速钢刀具•精加工常采用硬质合金防止因刀具抖动产生制造误差.刀具 长度和切削刃长度由切削深度决定,螺杆螺槽深30亳米,螺槽槽底是直纹面.因此选 用刀具刃长必须大于35亳米综上所述.DMU80T五轴联动加工中心铳削螺槽所用刀 具的列表如表5・2所示1< 5-2 DMU80T五轴联动加匸螺巒刀具衣刀具名刀具号直径/mm刃 K/mm刀 ti/mm转速/r. min 1加工内容岡林铳刀011040704000IH柱侧面粗加工、Hi柱 側面粘加工.岡锥铳刀026 (小端直径》40704000开槽.團锥侧面粗加匸、祜加工.锥角10度。
圆柱铳刀03440704000螺僧淸根5.1.6制订加工工序为了保证PC型单螺杆压缩机螺杆的加工质量.提高加工效率.将螺杆的加工划分 为2个阶段:螺杆毛坯加工和铳削螺槽.螺杆毛坯加工的主要任务根据毛坯的加工方 案.最大程度接近零件形状.主要包括粗车、粽车、钻中心孔等工步.螺什螺椚加工 的主要任务是得到符合几何精度和表面质虽.主要包括螺槽开槽.圆柱包络ifii粗加工、 圆锥包络面粗加工.圆惟和圆柱包络面精加工.螺槽清根加工等工步5.2刀位轨迹计算刀位轨迹由刀位点和刀轴欠呈來描述，根据PC盘单螺什压缩机螺H制造工艺分析 的结果计算螺槽加工过用的刀位轨迹螺♦«五轴联动加工程序的编吗分为刀位轨迹计算和后置处理两个阶段，刀位轨迹计算的结果形成刀位源文件.经过后置处理和调试, 得到能够直接在机床匕使用的螺楷程序一般來说.刀位点是指在机械加工过程中刀 具相对于T件、机床的相对位置进行刀位轨迹定位的基准点,对于螺槽加工的立铳JJ 而言.取刀具轴线与底端而圆心的交点:对于外圆车刀.取为刀尖:钻刀则取为钻尖. 刀轴欠fit分为固定刀轴欠址和可变刀轴欠fit. PC型单螺杆压缩机螺槽是空间曲而•居 于可变刀轴欠a加工范閑・可变刀轴欠s在不同的刀位点是不同的.所以在模拟或正 式加T.像螺槽这样的口杂空间螺旋曲而零件Z前，先建龙计算刀位轨迹的的数学模型。
521圆锥包络面刀位轨迹计算根据PC型单螺杆压缩机螺槽的唯合型线和几何特征,计算加工过程中刀具相对F 工件的位置和姿态,生成非线性离散数据点，再由IE线性离散数据点形成刀位轨迹. 由螺杆«合副型线的数学推导.可以得知螺槽的刀位轨迹能形成连续的接触轨迹卜叫 由包络原理和螺槽的加工工艺.可以建立包络圆惟和圆柱的中心轴运动轨迹的数学模 型首先讨论螺杆圆锥包络而刀位轨迹.建立螺杆与包络恻锥的坐标关系，选择和包 络圆锥小端直径、锥角、儿何形状等参数相同的刀具.在充分考虑走刀步长、合理选 择进刀参数的基础上列出锥铳刀M环ifii的特性方程.并尽虽减少切削行Z间的残留髙 度•根据特性方程和刀具相对于螺杆的位置关系.建立锥铳刀的数学表达式.结合啮 介原理、空间运动关系.推&螺槽恻锥包络面加工刀位紈迹的数学方程具体步骤是: 先求出包络®1锥中心轴线上的点位置坐标值，即不同路傥的刀位点：再根抑;中心轴两 点计算刀轴欠虽.将各JJ位点和刀轴欠址组合保存到刀位源文件中.得到刀位轨迹. JJ位轨迹数学建模参考螺朴哦合副型线设计.包络恻锥中心轴上的点在坐标系亠中的 数学模型为：rcos 0 + M、(5-1)将式(5・1)经坐标变换后得到锥铳刀刀位点在螺椚中的轨迹方程:・斤=.1； (cos(f\ cos 02 — sin g sin (p. sin , sin
螺槽锥铳刀刀位轨迹数学模型计算緊杂.刀位点比较％.将其数学模型 在MATLAB软件中利用变虽悄数编程求解.直接生成锥铳刀运动轨迹的刀位源文件5.2.2圆柱包络面刀位轨迹计算同理螺杆圆锥包络面刀位轨迹计算方法•螺杆圆柱包络而刀位点是圆柱母而的轴 线和闕Ml平面101心的交点.由岡柱包络型线设H-方法得到恻柱铳)}刀位点在坐标系亠 中的数学模型为：4 f■ ■x2 = r cos^ + JZ,■ y 产心 (5-3)Z；="将式(5・1)经坐标变换后变换后得到圆柱立铳刀刀位点在螺楙中的轨迹方程：・片=x(cos^ coke》-sin sin(p: sin (p)+ v2(cosp} sin(p: + sin p cos(p: sin炉)一 ® sincos (p+ Asin 叭 cos® - Pcostp.«)\ = {(sin® cos輕 +cos® sin(i?2 sin^t?) (5・4)+ i;(sin (p. sin©： -cos他 cos^?, sin (p)+ z2cos(p, cos©一 A cos W] cos (p -尸sin(p}J - .1； cossin(p: - r2 cos(pcos(p: - z2 sin /Isin (p同理根据螺槽的加工工艺和鬪柱立铳刀的儿何参数.収力= 3()时.立铳刀中心轴上 的点的是刀具的刀位点.计算出力=0和力=30两点的坐标.由向呈运算法则可以求出 関柱铳刀的刀轴欠虽。
将圆柱立铳刀刀位轨迹的数学模型在MATLAB软件中编程求 解.直接生成立铳刀刀位源文件5.2.3刀位轨迹优化。