CN108445841A - 一种用于加工单螺杆压缩机螺杆的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于加工单螺杆压缩机螺杆的装置及方法，该加工方法通过车铣复合机床五轴运动配合来完成切削过程，其使加工铣刀相对于加工坐标系原点偏置，并且使得铣刀绕原点旋转同时整把铣刀做一定规律的回转运动，此时螺杆毛坯按照一定的转速进行旋转，由铣刀的运动及螺杆的旋转运动配合完成一次切削过程，铣刀沿其旋转运动径向做进给运动并完成上述切削过程完成螺杆槽成型。在整个加工运动当中需具有以下关系：首先螺杆转动角速度及铣刀绕原点旋转角速度之比应等于两者设计传动比，其次铣刀在运动过程当中加工坐标系原点到其轴线距离需为偏置值，最后，整个加工过程铣刀与螺杆的相对运动等同于星轮与螺杆的啮合过程，加工过程为展成加工。

Description

一种用于加工单螺杆压缩机螺杆的装置及方法
技术领域
本发明涉及机械加工技术领域用于加工单螺杆压缩机螺杆的装置及方法。
背景技术
单螺杆压缩机由一个圆柱螺杆和两个对称布置的平面星轮组成啮合副，装在机壳内。螺杆螺槽、机壳(气缸)内壁和星轮齿构成封闭容积。动力传到螺杆轴上，由螺杆带动星轮旋转。气体由吸气腔进入螺槽内，经压缩后通过排气孔口和排气腔排出。当星轮齿在螺槽内相对运动时，封闭容积逐渐减小，气体受到压缩。所以单螺杆压缩机中，螺杆是最重要的部件之一。
现有的新型型线单螺杆压缩机制造技术多用专用机床进行加工，这种加工方法通用性较差，即在此种加工机床上仅能加工出此类型型线的单螺杆压缩机螺杆，限制了型线的调整，同时无法在此种机床上加工通用件，现急需发明出一种可在通用车铣复合机床上加工此种型线的单螺杆压缩机螺杆的加工方法，改善其经济性及通用性。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种通用性好、成本低的用于加工单螺杆压缩机螺杆的装置及方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于加工单螺杆压缩机螺杆的装置，该装置包括：
水平旋转轴：水平设置，用于固定螺杆毛坯的两端，并带动螺杆毛坯绕轴线旋转；
铣刀回转台：其底端中央设有绕着轴心旋转的柱形铣刀，并带动柱形铣刀的上端面在竖直平面内按弧形轨迹移动；
控制器：用于测量水平旋转轴的相对旋转角，并控制铣刀回转台在竖直平面内的运动。
所述的弧形轨迹如下：
xB＝A-R·cos(B+B0)-d·sinB+L·cosB；
yB＝i；
zB＝L·sinB-R·sin(B+B0)+d·cosB；
B0＝arcsin((w+d)/R)；
其中，A为单螺杆压缩机转子的设计中心距，R为单螺杆压缩机星轮的半径，d为柱形铣刀的半径，L为柱形铣刀上端面到螺杆毛坯轴心的距离，w为柱形铣刀初始位置时底部轴心与原点坐标的距离，i为一常数即型线在Y轴方向设计值，A、R、d、L、w、i均为已知值，B为柱形铣刀轴线与竖直方向所成的角度，B0为偏置角度，xB为柱形铣刀端面轴心在竖直方向上的坐标，yB为柱状回转台铣刀端面在垂直于加工平面上的坐标，zB为柱状回转台的上端面轴心在沿螺杆毛坯绕轴线方向上的坐标，所述原点为机床固有加工坐标系原点。
所述的B通过以下公式由控制器计算确定：
B＝P·C；
其中，C为水平旋转轴的相对于初始位置的相对旋转角，P为单螺杆压缩机的螺杆星轮传动比。
所述的柱形铣刀在初始时的轴线呈竖直方向，且柱形铣刀的轴线与螺杆毛坯的轴线相交。
所述的装置设有Y向轨道，所述铣刀回转台滑动连接在Y向轨道上，所述Y相轨道垂直于竖直平面。
所述的控制器为PLC控制器。
一种采用如上所述装置进行单螺杆压缩机螺杆的方法，包括以下步骤：在控制器中输入单螺杆压缩机转子的设计中心距A、单螺杆压缩机星轮的半径R、柱形铣刀的半径d、柱形铣刀上端面到螺杆毛坯轴心的距离L以及柱形铣刀初始位置时底部轴心与原点坐标的距离w，然后将柱形铣刀调整至竖直，开启装置，由控制器测量水平旋转轴的相对旋转角，并控制铣刀回转台在竖直平面内沿着弧形轨迹运动，完成切削。
此方法使螺杆毛坯按照一定的转速进行旋转，同时使得柱形铣刀绕轴线旋转，同时整把柱形铣刀做一定规律的移动，由两者运动配合完成切削运动。
为达到上述目的，本发明提出一种利用控制器和铣刀回转台控制柱形铣刀轨迹的方法，即由螺杆毛坯旋转的每个分度值C得到对应时刻柱形铣刀在坐标系内位置，这样由两者运动配合完成切削过程。
为达到上述目的，本发明利用一种坐标系转换的方法得到铣刀回转轨迹曲线，即通过加工坐标系旋转，并保持柱形铣刀相对于变换后坐标系内相对位置不变这一特性得到铣刀回转轨迹曲线。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几方面：
(1)由于本发明的装置是通过螺杆毛坯旋转的每个分度值C得到对应时刻柱形铣刀在坐标系内位置，然后控制器控制铣刀回转台及柱形铣刀的运动轨迹，从而适用于不同尺寸的螺杆加工；
(2)装置的结构简单，成本低。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图；
图2为本发明装置中铣刀回转台的运动轨迹示意图。
其中，1为螺杆毛坯，2为柱形铣刀，3为弧形轨迹。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
一种用于加工单螺杆压缩机螺杆的装置，其结构如图1所示，包括：
水平旋转轴：水平设置，用于固定螺杆1毛坯的两端，并带动螺杆毛坯1绕轴线旋转；
铣刀回转台：其底端中央设有绕着轴心旋转的柱形铣刀2，并带动柱形铣刀2的上端面在竖直平面内按弧形轨迹3移动；
控制器：用于测量水平旋转轴的相对旋转角，并控制铣刀回转台在竖直平面内的运动。
其中，弧形轨迹的计算方法如下：
xB＝A-R·cos(B+B0)-d·sinB+L·cosB；
yB＝i；
zB＝L·sinB-R·sin(B+B0)+d·cosB；
B0＝arcsin((w+d)/R)；
B＝P·C；
其中，A为单螺杆压缩机转子的设计中心距，R为单螺杆压缩机星轮的半径，d为柱形铣刀的半径，L为柱形铣刀上端面到螺杆毛坯轴心的距离，w为柱形铣刀初始位置时底部轴心与原点坐标的距离，i为一常数即型线在Y轴方向设计值，A、R、d、L、w、i均为已知值，B为柱形铣刀轴线与竖直方向所成的角度，B0为偏置角度，xB为柱形铣刀端面轴心在竖直方向上的坐标，yB为柱状回转台铣刀端面在垂直于加工平面上的坐标，zB为柱状回转台的上端面轴心在沿螺杆毛坯绕轴线方向上的坐标，C为水平旋转轴的相对于初始位置的相对旋转角，P为单螺杆压缩机的螺杆星轮传动比，具体如图2所示。
采用上述装置加工一个直径为310mm的新型型线螺杆
由设计可确定星轮半径R为155mm，中心距A为248mm，铣刀半径d为14mm，L为铣刀端面至螺杆毛坯轴线的距离，此值由机床铣刀位置尺寸确定，值为325mm。型线包络圆柱位置值i为-3.488mm，该指为设计值，w为13.328mm。
在开始加工前通过设计值试切对刀，然后将柱形铣刀和螺杆毛坯移至初始位置，整个加工过程由水平旋转轴C的分度值驱动，主要运动为螺杆毛坯1的绕水平旋转轴的旋转及柱形铣刀2绕轴心旋转同时沿弧形轨迹的回转运动，由柱形铣刀2的运动及螺杆毛坯1的运动两者配合完成。
由将上述值带入铣刀回转中心轨迹曲线方程
xB＝A-R·cos(B+B0)-d·sinB+L·cosB，zB＝L·sinB-R·sin(B+B0)+d·cosB，yB＝i，B＝P·C
可得五轴运动数学模型，即可通过控制器检测到的C值，来驱动xB、yB、zB、B的数值。这样就可用数学模型来描述出机床运动规律。随着水平旋转轴旋转，模拟出柱形铣刀与螺杆毛坯的相对运动，则螺杆齿槽即可展成。

Claims (7)

1.一种用于加工单螺杆压缩机螺杆的装置，其特征在于，该装置包括：
水平旋转轴：水平设置，用于固定螺杆毛坯的两端，并带动螺杆毛坯绕轴线旋转；
铣刀回转台：其底端中央设有绕着轴心旋转的柱形铣刀，并带动柱形铣刀的上端面在竖直平面内按弧形轨迹移动；
控制器：用于测量水平旋转轴的相对旋转角，并控制铣刀回转台在竖直平面内的运动。
2.根据权利要求1所述的一种用于加工单螺杆压缩机螺杆的装置，其特征在于，所述的弧形轨迹如下：
xB＝A-R·cos(B+B0)-d·sinB+L·cosB；
yB＝i；
zB＝L·sinB-R·sin(B+B0)+d·cosB；
B0＝arcsin((w+d)/R)；
其中，A为单螺杆压缩机转子的设计中心距，R为单螺杆压缩机星轮的半径，d为柱形铣刀的半径，L为柱形铣刀上端面到螺杆毛坯轴心的距离，w为柱形铣刀初始位置时底部轴心与原点坐标的距离，i为一常数即型线在Y轴方向设计值，A、R、d、L、w、i均为已知值，B为柱形铣刀轴线与竖直方向所成的角度，B0为偏置角度，xB为柱形铣刀端面轴心在竖直方向上的坐标，yB为柱状回转台铣刀端面在垂直于加工平面上的坐标，zB为柱状回转台的上端面轴心在沿螺杆毛坯绕轴线方向上的坐标，所述原点o为机床加工坐标系原点。
3.根据权利要求2所述的一种用于加工单螺杆压缩机螺杆的装置，其特征在于，所述的B通过以下公式由控制器计算确定：
B＝P·C；
其中，C为水平旋转轴的相对于初始位置的相对旋转角，P为单螺杆压缩机的螺杆星轮传动比。
4.根据权利要求2所述的一种用于加工单螺杆压缩机螺杆的装置，其特征在于，所述的柱形铣刀在初始时的轴线呈竖直方向，且柱形铣刀的轴线与螺杆毛坯的轴线相交。
5.根据权利要求1所述的一种用于加工单螺杆压缩机螺杆的装置，其特征在于，所述的装置设有Y向轨道，所述铣刀回转台滑动连接在Y向轨道上，所述Y相轨道垂直于竖直平面。
6.根据权利要求1所述的一种用于加工单螺杆压缩机螺杆的装置，其特征在于，所述的控制器为PLC控制器。
7.一种采用如权利要求1～6任一所述装置进行单螺杆压缩机螺杆的方法，其特征在于，包括以下步骤：在控制器中输入单螺杆压缩机转子的设计中心距A、单螺杆压缩机星轮的半径R、柱形铣刀的半径d、柱形铣刀上端面到螺杆毛坯轴心的距离L以及柱形铣刀初始位置时底部轴心与原点坐标的距离w，然后将柱形铣刀调整至竖直，开启装置，由控制器测量水平旋转轴的相对旋转角，并控制铣刀回转台在竖直平面内沿着弧形轨迹运动，完成切削。
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