CN102275001B - 一种用于制造采油螺杆泵偏心螺杆的可刃磨成型盘铣刀 - Google Patents

Abstract

一种用于加工偏心螺杆的成型铣刀，属于精密加工领域，目的在于解决采油螺杆泵中的核心零件螺杆的制造问题。其刀架1和刀头2采用分离设计，通过螺栓连接，且刀架1上的定位块3与刀头2的定位槽4紧密配合，确保刀头不产生滑移；刀头2的后刀面9采用恒后刀角设计，确保刀具刃磨后，刀刃7的曲线形状保持不变。本发明提供了一种刀头、刀架分离制造，锋利性和耐用度都很高的加工偏心螺杆专用成型铣刀，具有加工效率高，成本低，易于保证加工精度等优点。

Description

一种用于制造采油螺杆泵偏心螺杆的可刃磨成型盘铣刀

技术领域：

本发明涉及一种用于制造采油螺杆泵偏心螺杆的可刃磨成型盘铣刀，具体的说，本发明涉及一种用于采油螺杆泵的制造中，对采油螺杆泵关键零件偏心螺杆进行加工的可刃磨、耐用度高的专用成型盘铣刀。

背景技术：

随着科学技术的不断发展，各种自动化高能耗设备不断涌现，石油作为目前世界上的主要能源，其资源正在日趋枯竭。我国目前正在开采的几个大油田：大庆油田、华北油田、辽河油田，胜利油田、青海油田、新疆塔里木油田等，石油蕴藏量相对并不丰富。以大庆油田为例，由于长期开采使得地下石油油位和油压很低，目前只能采取向地下注水增压或是采用游梁抽油机进行采油。向地下注水的采油方式，水资源浪费极其严重，并且会破坏和污染我国深层地质资源结构。而游梁抽油机占地面积大、自身能耗高、有效工作效率低。目前国际采油业开始使用一种新型偏心螺杆泵采油技术，采油螺杆泵功率大、效率高、泵压高、体积小、成本低。然而，国外严格封锁这项新技术，更禁止我国引入这项技术。在这种背景下，我国开始自行研制偏心螺杆泵，其中的一项关键技术就是加工偏心螺杆成型盘铣刀的研制。

发明内容：

偏心螺杆是采油螺杆泵的核心部件，偏心螺杆的加工质量决定着螺杆泵的工作压力、额定流量、容积效率、振动噪声等技术性能指标。所以为了提高螺杆的加工精度，降低螺杆的生产成本，本发明提出了一种用于加工采油螺杆泵偏心螺杆的成型盘铣刀。

本发明采用以下技术方案：

一种用于制造采油螺杆泵偏心螺杆的可刃磨成型盘铣刀，其包括有刀架1和刀头2。刀架1沿圆周均匀分布有用于固定刀头2的凸起的定位块3和定位块之间开有的连接螺孔8；刀架1的中心具有用于与机床主轴连接并将主轴动力传递到刀具上的中心孔5和键槽6。刀头2的底部有用于刀架1与刀头2的连接和固定的与凸起的定位块3相配合的定位槽4和与连接螺孔8相配合的连接孔10。刀架1与刀头2一方面采用穿过螺孔8和连接孔10的螺栓连接，另一方面通过刀架1上的定位块3和刀头2上的定位槽4相配合连接。

根据螺杆泵偏心螺杆的螺旋曲面方程：

$\left\{\begin{array}{c}\\ X=R\cos \mathrm{\φ}+e\cos \mathrm{\θ}\\ Y=R\sin \mathrm{\φ}+e\sin \mathrm{\θ}\\ Z=\frac{T}{2\mathrm{\π}}\mathrm{\θ}\end{array}\right.$

和加工偏心螺杆的成型盘铣刀刀刃廓形方程：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_T=[(X-L)\cos \mathrm{\ρ}-Z\sin \mathrm{\α}\sin \mathrm{\ρ}+R{e}^{-\mathrm{\ξ}}-(X-L)]\cos \mathrm{\ξ}-[(X-L)\sin \mathrm{\ρ}+Z\sin \mathrm{\α}\cos \mathrm{\ρ}]\sin \mathrm{\ξ}\\ Y_T=[(X-L)\cos \mathrm{\ρ}-Z\sin \mathrm{\α}\sin \mathrm{\ρ}+{\mathrm{Re}}^{-\mathrm{\ξ}}-(X-L)]\sin \mathrm{\ξ}+[(X-L)\sin \mathrm{\ρ}+Z\sin \mathrm{\α}\cos \mathrm{\ρ}]\cos \mathrm{\ξ}\\ Z_T=(Z-T/2)\cos \mathrm{\α}\end{array}\right.$

式中：X_T、Y_T、Z_T分别是在刀具坐标系O_TX_TY_TZ_T下铣刀刀刃廓形的坐标；

X、Y、Z分别是在螺杆坐标系OXYZ下螺杆螺旋曲面的坐标；

R是螺杆横截面的半径；

e是螺杆横截面圆心的偏心距；

φ是MO₁与X₁轴的夹角，0°≤φ≤360°；

θ是OO₁与X轴的夹角；

T是螺杆的导程；

ρ是铣刀刀刃曲线绕刀轴的旋转角度，0°≤ρ≤30°；

ξ是刀具的后角；

L是刀具轴线和螺杆轴线的最短距离；

α是刀具轴线和螺杆轴线的夹角。

刀头的刀刃7的曲线形状能够保证在其运动过程中切削出螺杆螺旋曲面；刀头的后刀面9具有恒定不变的后角，在刀具磨损变钝时，经过刃磨后刀刃7的曲线形状依然保持不变。

本发明可以获得如下有益效果：本发明提出的成型盘铣刀，刀架1和刀头2采用分离设计，可以保证将优质高速钢用在刀刃上，降低刀具生产成本；在刀架1与刀头2的连接上，一方面采用螺栓连接，另一方面通过刀架1上的定位块3和刀头2上的定位槽4相配合，确保刀具沿轴向和切向均不产生相对滑动；刀具磨损在刃磨后，刀刃7依然具有恒定的曲线形状，保证了刀具的持久耐用。

附图说明：

图1是本发明的成型盘铣刀正视图；

图2是本发明的成型盘铣刀结构图；

图3是本发明的成型盘铣刀刀头主视图；

图4是本发明的成型盘铣刀刀头俯视图；

图5是本发明的成型盘铣刀刀架主视图；

图6是本发明的成型盘铣刀刀架侧视图；

图7是本发明的待加工螺杆横截面的坐标系图；

图8是本发明的待加工螺杆和成型铣刀的坐标系图；

图9是本发明的成型盘铣刀实用实例图。

图中1.刀架，2.刀头，3.定位块，4.定位槽，5.中心孔，6.键槽，7.刀刃，8.螺孔，9.后刀面，10.连接孔，11.螺杆。

具体实施方式：

下面结合附图及实施例对本发明的成型盘铣刀加工偏心螺杆过程进一步详细说明。

该实施例的成型盘铣刀主要包括刀架1、刀头2、待加工螺杆11。

根据待加工螺杆横截面的半径R、偏心距e和导程T，代入偏心螺杆螺旋曲面方程，将得到的偏心螺杆螺旋曲面方程和成型铣刀的相应参数再代入成型盘铣刀刀刃廓形方程，由得到的成型铣刀刀刃廓形设计出刀头2。将刀头2安装在刀架1上，刀架1上装有十二块刀头2，安装时刀头2的定位槽4与刀架1的定位块3相配合，确保加工时刀头2的位置相对刀架1不会产生滑移。同时刀头2的通孔10与刀架1的螺孔8相对应，通过螺栓将刀头2与刀架1连接紧固。刀架1安装在螺杆铣床的主轴上。所述刀架1通过中心孔5和键槽6与机床主轴相连接，两端通过主轴套筒固定位置。

在加工过程中，被加工的螺杆11缓慢旋转，而刀架1和刀头2则随机床主轴高速转动，同时随着螺杆每转动一周，刀架还要沿螺杆的轴向移动一个螺杆导程，这样就可以加工出所需的螺杆。

本发明提出的加工偏心螺杆成型盘铣刀，将刀架与刀头分开制造，节省了优质高速钢的用量，降低刀具的生产成本；并且刀头的后刀面采用恒定后角设计，使刀头在经过刃磨后刀刃曲线的形状依然保持不变，提高了刀具的锋刃度和耐用性，具有很高的实用价值。

Claims (1)

1.一种用于制造采油螺杆泵偏心螺杆的可刃磨成型盘铣刀，包括有刀架（1）和刀头（2）；其特征在于：刀架（1）沿圆周均匀分布有用于固定刀头（2）的凸起的定位块（3）和定位块之间开有的连接螺孔（8）；刀架（1）的中心具有用于与机床主轴连接并将主轴动力传递到刀具上的中心孔（5）和键槽（6）；刀头（2）的底部有用于刀架(1)与刀头(2)的连接和固定的与凸起的定位块(3)相配合的定位槽(4)和与连接螺孔(8)相配合的连接孔(10)；刀架(1)与刀头(2)一方面采用穿过螺孔(8)和连接孔(10)的螺栓连接，另一方面通过刀架(1)上的定位块(3)和刀头(2)上的定位槽(4)相配合连接；所述刀头(2)上的后刀面(9)具有恒定不变的后角；所述的加工偏心螺杆的成型盘铣刀刀刃廓形方程为：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_T=[(X-L)\cos \mathrm{\ρ}-Z\sin \mathrm{\α}\sin \mathrm{\ρ}+{\mathrm{Re}}^{-\mathrm{\ξ}}-(X-L)]\cos \mathrm{\ξ}-[(X-L)\sin \mathrm{\ρ}+Z\sin \mathrm{\α}\cos \mathrm{\ρ}]\sin \mathrm{\ξ}\\ Y_T=[(X-L)\cos \mathrm{\ρ}-Z\sin \mathrm{\α}\sin \mathrm{\ρ}+{\mathrm{Re}}^{-\mathrm{\ξ}}-(X-L)]\sin \mathrm{\ξ}+[(X-L)\sin \mathrm{\ρ}+Z\sin \mathrm{\α}\cos \mathrm{\ρ}]\cos \mathrm{\ξ}\\ Z_T=(Z-T/2)\cos \mathrm{\α}\end{array}\right.$

式中：X_T、Y_T、Z_T分别是在刀具坐标系O_TX_TY_TZ_T下铣刀刀刃廓形的坐标；

X、Y、Z分别是在螺杆坐标系OXYZ下螺杆螺旋曲面的坐标；

R是螺杆横截面的半径；

e是螺杆横截面圆心的偏心距；

T是螺杆的导程；

ρ是铣刀刀刃曲线绕刀轴的旋转角度，0°≤ρ≤30°；

ξ是刀具的后角；

L是刀具轴线和螺杆轴线的最短距离；

α是刀具轴线和螺杆轴线的夹角。

Images