CN102837056A - 一种多头深孔光滑廓形内螺旋曲面刨削加工方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种多头深孔光滑廓形内螺旋曲面刨削加工方法及装置，包括步骤如下：1、安装刀具；2、确定工作点；3、开始一个工作行程的螺旋线刨削；4、回程；5、逐层加工，直到切除整个待加工区域。该加工装置包括刀具和刀杆两部分；其中刀具安装在刀杆的端部，刀杆连接液压或机械机构。本发明的优点：通过采用多头深孔光滑廓形内螺旋曲面刨削加工方法及装置，突出特点是切削稳定，加工精度和加工效率高，通过此方法可以对任意型线的多头深孔光滑廓形内螺旋曲面进行加工。

Description

一种多头深孔光滑廓形内螺旋曲面刨削加工方法及装置

技术领域：

本发明属于机械加工技术领域，特别涉及一种多头深孔光滑廓形内螺旋曲面刨削加工方法及装置。

背景技术：

目前广泛应用的传统结构螺杆钻具或螺杆马达定子内腔的内螺旋曲面都是在圆形钢管内压注橡胶制成的，这种不等壁厚橡胶定子的橡胶厚度不均匀，且厚度相差甚大。制造时，在压注和硫化这种不等壁厚橡胶套过程中，会在圆周的不同厚度处产生不同的橡胶收缩量，降低了胶套定子的几何形状精度，定子的这种形状误差影响着其啮合性能、效率和使用寿命，并且橡胶配方、橡胶主辅原料的品牌、注胶工艺参数等因素都对其有较大的影响；在使用中，当钢质螺杆转子与定子胶套较厚处的内腔啮合时，胶套产生的较大弹性变形导致了介质的内泄，这一结构问题是限制单螺杆钻具工作压力及效率提高的最主要因素。

发明内容：

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种多头深孔光滑廓形内螺旋曲面刨削加工方法及装置。

本发明技术方案是这样实现的：本发明采用的刨刀杆加工装置如图1所示，包括刀具和刀杆两部分；其中刀具安装在刀杆的端部，刀杆连接液压或机械机构，刀杆通过液压或机械机构驱动产生进给运动，实现刀具的刨削加工，而刨削工件的螺旋运动则由工件的旋转运动与刨刀杆的进给运动合成。

多头深孔光滑内螺旋曲面的刨削成形加工依靠三个运动方向来完成，如图2所示，主运动为刨刀杆的往复直线运动Z，另外一个为刨刀杆与工件形成的相对旋转运动C，径向进给运动为刀具沿X方向的运动，当进程运动时，刀具在沿+X方向进给一个定值后锁紧，刨刀杆沿+Z和+C两个方向同时运动来实现螺旋刨削。当回程运动时，有两种情况，一种是刀具在取消锁紧后沿-X自动退刀，并沿-Z和-C方向运动，顺着原加工螺旋路线返回，不产生切削加工；另一种是刀具保持现状，沿-Z和-C方向运动，顺着原加工螺旋路线返回，产生切削加工。

采用上述加工装置进行加工的方法，包括步骤如下：如图3所示，

步骤一、安装刀具；

步骤二、在同一个加工层中，先确定刀具加工位置点，即每次加工的固定位置点；

从图4中可看出，整个多头深孔光滑廓形内螺旋曲面刨削区上加工刀具的分布可分为两部分：确定最终螺旋曲面轮廓的刀具的位置，它们的中心点连成的曲线abc；另外一部分为确定切除中间其他部位的刀具的位置，因此，从以下这两个部分分别进行刨削加工位置的确定；

（1）确定加工最终轮廓曲线的刀具位置

螺杆马达定子的内腔螺旋曲面轮廓只要满足转子与定子的啮合特征即可，因此其型线为任意的光滑曲线，不同设计单位描述的形式也是多样的，有的用型线方程描述，有的用廓形数据点描述。无论哪种描述形式，所有加工最终轮廓曲线的刀具中心所连成的曲线abc都可以很近似的看成是该内螺旋曲面光滑曲线的等距线，这两种曲线的等距距离相差值恰为刀片半径r，如图5所示。

根据已知点的坐标参数和曲线上与此点相邻的两点的坐标值，通过插补函数得到此点对应的极角θ，就可确定此次加工刀具的位置。

（2）确定中间其它刀具的加工位置

在加工过程中刀具在中间其它的加工位置是通过控制刨刀杆与工件的相对转角Δθ来确定的。每次加工摆过的角度Δθ可以用公式（1）由给定弧长Δl确定，其中l为所加工层的总弧长，Δl为事先给定的加工段弧长。

$\mathrm{\Δ\θ}=\frac{\mathrm{l\π}/(l/\mathrm{\Δl})}{180}---\left(1\right)$

步骤三、在此加工位置点开始一个工作行程的螺旋线刨削；

步骤四、回程，然后开始同层中的下一个位置点的刨削；依次类推，按螺旋槽的头数从1到N个逐次加工，直到刨刀杆与工件相对旋转一周后，此层加工结束；

步骤五、在刀具沿径向方向进给一个特定值后，再顺次开始第二层的刨削加工，依此方法逐层加工，直到切除整个待加工区域，多头深孔光滑廓形内螺旋曲面内螺旋孔加工完成。

本发明的优点：通过采用多头深孔光滑廓形内螺旋曲面刨削加工方法及装置，突出特点是切削稳定，加工精度和加工效率高，通过此方法可以对任意型线的多头深孔光滑廓形内螺旋曲面进行加工。

附图说明：

图1本发明多头深孔光滑廓形内螺旋曲面刨削加工装置结构原理图；

图2本发明多头深孔光滑廓形内螺旋曲面刨削加工装置加工原理图；

图3本发明采用多头深孔光滑廓形内螺旋曲面刨削加工装置包络刨削原理图；

图4本发明采用多头深孔光滑廓形内螺旋曲面刨削加工装置刨削区域划分原理图；

图5本发明采用多头深孔光滑廓形内螺旋曲面刨削加工装置定子内螺旋曲面型线和等距线图。

图中：1、刀具，2刀杆。

具体实施方式：

本发明多头深孔光滑廓形内螺旋曲面刨削加工方法及装置结合实施例和附图加以说明。

本实施例中，对多头螺杆马达定子内腔进行加工，其中定子内腔的螺旋槽头数选为6个。

本发明采用的刨刀杆加工装置如图1所示，包括刀具1、刀杆2；其中刀具1安装在刀杆2的端部，刀杆2通过液压或机械机构驱动产生进给运动，实现刀具1的刨削加工，而刨削工件的螺旋运动则由工件的旋转运动与刨刀杆的进给运动合成。

多头深孔光滑内螺旋曲面的刨削成形运动依靠三个运动方向来完成，如图2所示，主运动为刨刀杆的往复直线运动Z，另外一个为刨刀杆与工件形成的相对旋转运动C，径向进给运动为刀具沿X方向的运动，当进程运动时，刀具在沿+X方向进给一个定值后锁紧，刨刀杆沿+Z和+C两个方向同时运动来实现螺旋刨削。当回程运动时，有两种情况，一种是刀具在取消锁紧后沿-X自动退刀，并沿-Z和-C方向运动，顺着原加工螺旋路线返回，不产生切削加工；另一种是刀具保持现状，沿-Z和-C方向运动，顺着原加工螺旋路线返回，产生切削加工。

采用上述加工装置进行加工的方法包括步骤如下：如图3所示，

步骤一、在刀杆2上安装刀具1；

步骤二、在定子的同一个加工层中，先确定刀具1加工位置点，即每次加工的固定位置点；

从图4中可看出，整个多头深孔光滑廓形内螺旋曲面刨削区上加工刀具的分布可分为两部分：确定最终螺旋曲面轮廓的刀具的位置，它们的中心点连成的曲线abc；另外一部分为确定切除中间其他部位的刀具的位置，因此，从以下这两个部分分别进行刨削加工位置的确定；

（1）确定加工最终轮廓曲线的刀具位置

螺杆马达定子的内腔螺旋曲面轮廓只要满足转子与定子的啮合特征即可，因此其型线为任意的光滑曲线，不同设计单位描述的形式也是多样的，有的用型线方程描述，有的用廓形数据点描述。无论哪种描述形式，所有加工最终轮廓曲线的刀具中心所连成的曲线abc都可以很近似的看成是该内螺旋曲面光滑曲线的等距线，这两种曲线的等距距离相差值恰为刀片半径r，如图5所示。

根据已知点的坐标参数和曲线上与此点相邻的两点的坐标值，通过插补函数得到此点对应的极角θ，就可确定此次加工刀具的位置。

（2）确定中间其它刀具的加工位置

在加工过程中刀具在中间其它的加工位置是通过控制刨刀杆与工件的相对转角Δθ来确定的。每次加工摆过的角度Δθ可以用公式（1）由给定弧长Δl确定，其中l为所加工层的总弧长，Δl为事先给定的加工段弧长。

$\mathrm{\Δ\θ}=\frac{\mathrm{l\π}/(l/\mathrm{\Δl})}{180}---\left(1\right)$

步骤三、在此加工位置点开始一个工作行程的螺旋线刨削；

步骤四、回程，然后开始同层中的下一个位置点的刨削；依次类推，按螺旋槽的头数从1到6个逐次加工，直到刨刀杆1与工件相对旋转一周后，此层加工结束；

步骤五、在刀具沿径向方向进给3mm后，再顺次开始第二层的刨削加工，依此方法逐层加工，直到切除整个待加工区域，定子内螺旋孔加工完成。

Claims (3)

1.一种多头深孔光滑廓形内螺旋曲面刨削加工方法，其特征在于：包括步骤如下：

步骤一、安装刀具；

步骤二、在同一个加工层中，先确定刀具加工位置点，即每次加工的固定位置点；

步骤三、在此加工位置点开始一个工作行程的螺旋线刨削；

步骤四、回程，然后开始同层中的下一个位置点的刨削；依次类推，按螺旋槽的头数从1到N个逐次加工，直到刨刀杆与工件相对旋转一周后，此层加工结束；

步骤五、在刀具沿径向方向进给一个特定值后，再顺次开始第二层的刨削加工，依此方法逐层加工，直到切除整个待加工区域，多头深孔光滑廓形内螺旋曲面内螺旋孔加工完成。

2.根据权利要求1所述的多头深孔光滑廓形内螺旋曲面刨削加工方法，其特征在于：所述的步骤二、在同一个加工层中，先确定刀具加工位置点，即每次加工的固定位置点，方法如下：

整个多头深孔光滑廓形内螺旋曲面刨削区上加工刀具的分布可分为两部分：确定最终螺旋曲面轮廓的刀具的位置，它们的中心点连成的曲线abc；另外一部分为确定切除中间其他部位的刀具的位置，从以下这两个部分分别进行刨削加工位置的确定；

（1）确定加工最终轮廓曲线的刀具位置

螺杆马达定子的内腔螺旋曲面轮廓只要满足转子与定子的啮合特征即可，其型线为任意的光滑曲线，所有加工最终轮廓曲线的刀具中心所连成的曲线abc都看成是该内螺旋曲面光滑曲线的等距线，这两种曲线的等距距离相差值恰为刀片半径r；

根据已知点的坐标参数和曲线上与此点相邻的两点的坐标值，通过插补函数得到此点对应的极角θ，就可确定此次加工刀具的位置；

（2）确定中间其它刀具的加工位置

在加工过程中刀具在中间其它的加工位置是通过控制刨刀杆与工件的相对转角Δθ来确定的，每次加工摆过的角度Δθ用公式（1）由给定弧长Δl确定，其中l为所加工层的总弧长，Δl为事先给定的加工段弧长，

$\mathrm{\Δ\θ}=\frac{\mathrm{l\π}/(l/\mathrm{\Δl})}{180}---\left(1\right)$

3.权利要求1所述的多头深孔光滑廓形内螺旋曲面刨削加工方法所采用的加工装置，其特征在于：包括刀具和刀杆两部分；其中刀具安装在刀杆的端部，刀杆连接液压或机械机构。

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