CN108971588A - 一种螺旋槽加工刀片及制造方法、使用该刀片的铣刀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺旋槽加工刀片及制造方法、使用该刀片的铣刀，其制造方法包括如下步骤：S1：根据压缩机中被加工的阴螺杆确定其螺旋槽端面型线；S2：求出螺旋面方程和螺旋参数；S3：旋依据螺旋面法线与铣刀轴线相交条件求出接触点和接触线；S4：求接触线上各点到铣刀轴线的距离和刀片的廓形；S5：根据步骤S4中求得的Z_u‑R_u曲线。该刀片上设有压片槽、安装孔和拔模斜面。该铣刀包括刀体、刀片和楔型块。本发明采用逆向设计的数字化建模方法提高了刀具设计的效率，设计精度也得到很大的提高。采用盘状刀体加精度刀片的刀具结构设计，简化了螺旋槽的加工工艺，提高了加工精度，并且刀片磨损方便更换，提高了刀具使用寿命。

Description

一种螺旋槽加工刀片及制造方法、使用该刀片的铣刀

技术领域

本发明涉及铣刀技术领域，具体涉及一种螺旋槽加工刀片及制造方法、使用该刀片的铣刀。

背景技术

近些年来，螺旋槽面类零件在空气压缩机、冷冻机、工业泵、塑料机械中应用越来越广泛，其制造质量直接影响其设备的技术性能和工作效率。我国的螺旋槽面制造技术与国际先进水平相比有较大差距，这严重制约了这几大类产品在市场上的竞争力。

螺旋槽面是不规则的图形，加工起来相对比较困难，传统上的加工方法主要有试切法和指状铣刀或盘状成形铣刀铣削法，试切法是通过划线，用不同的加工方法和工艺手段，达到划线的位置，制定出整个加工工艺路线，缺点是精度、效率都相对较低，不能满足相关要求。指状铣刀或盘状成形铣刀铣削法主要是通过刀具铣削到划线位置，缺点是刀具容易磨损，需要经常更换刀具，成本较高。并且采用传统的设计方法对成形铣刀进行设计，工作人员需要做大量工作，不仅设计周期长，而且设计质量不能得到保证。为此，本文采用逆向设计原理，即在加工螺旋槽时，螺旋面和刀具回转面在相对运动的任一瞬时，两表面之间总有一条相切线，它在空间的位置是不变的，我们称其为接触线。接触线绕转子轴线作螺旋运动，得到螺杆螺旋面；接触线绕刀具轴线作回转运动，得到铣刀回转面。但是，接触线既不在铣刀轴向剖面内，也不在工件的端面内，因而给设计铣刀廓形带来了一定的困难。但有一个性质很重要：用盘状铣刀加工螺旋槽时，铣刀回转面与螺旋槽的任一接触点的公法线必然与铣刀轴线相交，基于此原理本发明提供了一种螺旋槽加工刀片及制造方法、使用该刀片的铣刀。

发明内容

针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种螺旋槽加工刀片及制造方法、使用该刀片的铣刀，针对现有技术中存在的如下问题：刀具存在精度和效率相对较低，不能满足相关要求，刀具容易磨损，需要经常更换刀具，成本较高，工作人员需要做大量工作，不仅设计周期长，而且设计质量不能得到保证。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种螺旋槽加工刀片的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：根据压缩机中被加工的阴螺杆确定其螺旋槽端面型线；其中阴螺杆端面型线由以下曲线组成；

1)摆线fg，它的形成过程是从f点开始，以阴螺杆节圆半径的一半为圆，f点所得轨迹，

2)圆弧gh，

3)摆线hi，其是由阴螺杆节圆在阳螺杆节圆上滚动，圆内一点所形成的轨迹，

4)摆线ij，其是以阴螺杆节圆半径的一半为滚圆所得轨迹，

5)圆弧jf，其是阳螺杆节圆的一部分；

S2：求出螺旋面方程(即各个曲线的方程)和螺旋参数；将阴螺杆端面型线沿螺杆轴线作螺旋运动，所形成的曲面，即为螺杆螺旋面；在右手坐标系中，坐标逆时针旋转θ角，最后得到阴螺杆实际螺旋面方程，具体如下，

1)摆线fg

2)圆弧gh

3)摆线hi

4)摆线ij

5)圆弧jf

T＝2.7D0

其中，D0为阴螺杆公称直径，R1为阴螺杆节圆半径，R2为与阴螺杆啮合的阳螺杆节圆半径，r1为齿高半径A为螺杆啮合中心距，ρ₁ρ₂由坐标系确定，ρ为参变量，T为螺旋参数；

S3：旋依据螺旋面法线与铣刀轴线相交条件求出接触点和接触线；其中阴螺杆螺旋面的接触线方程为：

分别将(1)、(2)、(3)、(4)、(5)式代入(6)式，就可以得阴螺杆实际接触方程，在方程中，除ρ和θ外，其它参数已知，在每个线段接触方程都是超越方程，计算获得ρ和θ的数组，把获得的ρ和θ的数组带入螺旋面方程，获得接触点的相关坐标(X,Y,Z)；

S4：求接触线上各点到铣刀轴线的距离即刀片的转动半径，求出刀片的廓形；盘状铣刀在加工螺杆时，必定与工件齿槽相切，设工件坐标系为OXYZ，铣刀坐标系为O_uX_uY_uZ_u，全部采用右手坐标系，OX轴与O_uX_u轴重合，O_uZ_u与铣刀轴线重合，O_uZ_u与OZ相交一定角度，对于阴螺杆(左旋)，工件坐标系OXYZ及铣刀坐标系O_uX_uY_uZ_u间的变换式为：

式中：ψ_A为铣刀的安装角，Ac为铣刀安装的中心距，R_u为刀片的转动半径，安装角和中心距依据实际的铣刀安装条件进行确定；

把获得接触点的相关坐标(X,Y,Z)代入式(7)中，得到刀片坐标系，得到(X_u,Y_u,Z_u)，利用得到刀片的廓形坐标(R_u,Z_u)，并绘出Z_u-R_u曲线；

S5：根据步骤S4中求得的Z_u-R_u曲线，在Z_u-R_u曲线两端采用直线连接成封闭图形，使用SolidWorks软件进行建模，即可获得刀片的实体结构。

一种利用上述方法制备得到的刀片，所述刀片上开设有压片槽和两个用于安装的安装孔，所述刀片远离所述压片槽的端部设置有用于排屑的拔模斜面。

一种使用上述刀片的铣刀，包括刀体，多个所述刀片沿周向均匀的安装在所述刀体上，对应的所述刀体上开设有供所述刀片安装的刀槽，所述刀片通过所述安装孔内的螺栓固定设置在所述刀体上，所述刀体上还通过螺栓固定安装有楔型块，所述楔形块抵紧在所述刀片上。

本发明的有益效果在于：采用逆向设计的数字化建模方法提高了刀具设计的效率，设计精度也得到很大的提高。采用盘状刀体加精度刀片的刀具结构设计，简化了螺旋槽的加工工艺，提高了加工精度，并且刀片磨损方便更换，提高了刀具使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的的制造方法的流程图；

图2为阴螺杆端面型线图；

图3为Z_u-R_u曲线；

图4为刀片的立体图；

图5为刀片的平面图；

图6为铣刀的立体图；

图7为铣刀的爆炸图。

附图标记说明：

1-刀体，2-刀片，21-压片槽，22-安装孔，23-拔模斜面，3-楔型块，4-螺栓。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种螺旋槽加工用的成形铣刀，其特征在于，包括如下步骤：

S1：根据压缩机中被加工的阴螺杆确定其螺旋槽端面型线和螺旋参数；其中阴螺杆端面型线由以下曲线组成；如图2所示，

1)摆线fg，它的形成过程是从f点开始，以阴螺杆节圆半径的一半为圆，f点所得轨迹，

2)圆弧gh，

3)摆线hi，其是由阴螺杆节圆在阳螺杆节圆上滚动，圆内一点所形成的轨迹，

4)摆线ij，其是以阴螺杆节圆半径的一半为滚圆所得轨迹，

5)圆弧jf，其是阳螺杆节圆的一部分；

S2：求出螺旋面方程；将阴螺杆端面型线沿螺杆轴线作螺旋运动，所形成的曲面，即为螺杆螺旋面；在右手坐标系中，坐标逆时针旋转θ角，最后得到阴螺杆实际螺旋面方程，具体如下，

1)摆线fg

2)圆弧gh

3)摆线hi

4)摆线ij

5)圆弧jf

T＝2.7D0

其中，D0为阴螺杆公称直径，R1为阴螺杆节圆半径，R2为与阴螺杆啮合的阳螺杆节圆半径，r1为齿高半径A为螺杆啮合中心距，ρ₁为点f与o点连线与水平方向组成的夹角，ρ₂为点j与o点连线与水平方向组成的夹角，ρ为参变量，T为螺旋参数；

S3：旋依据螺旋面法线与铣刀轴线相交条件求出接触点和接触线；其中阴螺杆螺旋面的接触线方程为：

分别将(1)、(2)、(3)、(4)、(5)式代入(6)式，就可以得阴螺杆实际接触方程，在方程中，查阅阴螺杆相关资料经过简单计算可知(其属于现有资料，本申请不过多的描述)，除ρ和θ外，其它参数已知，每个线段接触方程都是超越方程，计算获得ρ和θ的数组，把获得的ρ和θ的数组带入螺旋面方程，获得接触点的相关坐标(X,Y,Z)；

S4：求接触线上各点到铣刀轴线的距离即刀片的转动半径，求出刀片的廓形；盘状铣刀在加工螺杆时，必定与工件齿槽相切，设工件坐标系为OXYZ，铣刀坐标系为O_uX_uY_uZ_u，全部采用右手坐标系，OX轴与O_uX_u轴重合，O_uZ_u与铣刀轴线重合，O_uZ_u与OZ相交一定角度，对于阴螺杆(左旋)，工件坐标系OXYZ及铣刀坐标系O_uX_uY_uZ_u间的变换式为：

式中：ψ_A为铣刀的安装角(铣刀进行加工安装的角度)，Ac为铣刀安装的中心距(指铣刀到被加工的螺杆转动轴线)，R_u为刀片的转动半径，安装角和中心距依据实际的铣刀安装条件进行确定；

把获得接触点的相关坐标(X,Y,Z)代入式(7)中，得到刀片坐标系，得到(X_u,Y_u,Z_u)，利用得到刀片的廓形坐标(R_u,Z_u)，并绘出Z_u-R_u曲线，如图3所示；

S5：根据步骤S4中求得的Z_u-R_u曲线，在Z_u-R_u曲线两端采用直线连接成封闭图形，使用SolidWorks软件进行建模，即可获得刀片的实体结构。

一种利用上述方法制备得到的刀片，如图4和图5所示，所述刀片2上开设有压片槽21和两个用于安装的安装孔22，所述刀片2远离所述压片槽21的端部设置有用于排屑的拔模斜面23。

一种使用上述刀片的铣刀，如图6和图7所示，包括刀体1，多个所述刀片2沿周向均匀的安装在所述刀体1上，对应的所述刀体1上开设有供所述刀片安装的刀槽，所述刀片2通过所述安装孔22内的螺栓4固定设置在所述刀体1上，所述刀体1上还通过螺栓4固定安装有楔型块3，所述楔形块3抵紧在所述刀片2上。

本发明采用逆向设计的数字化建模方法提高了刀具设计的效率，设计精度也得到很大的提高。采用盘状刀体加精度刀片的刀具结构设计，简化了螺旋槽的加工工艺，提高了加工精度，并且刀片磨损方便更换，提高了刀具使用寿命。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (3)

1.一种螺旋槽加工刀片的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：根据压缩机中被加工的阴螺杆确定其螺旋槽端面型线；其中阴螺杆端面型线由以下曲线组成，

1)摆线fg，它的形成过程是从f点开始，以阴螺杆节圆半径的一半为圆，f点所得轨迹，

2)圆弧gh，

3)摆线hi，其是由阴螺杆节圆在阳螺杆节圆上滚动，圆内一点所形成的轨迹，

4)摆线ij，其是以阴螺杆节圆半径的一半为滚圆所得轨迹，

5)圆弧jf，其是阳螺杆节圆的一部分；

S2：求出螺旋面方程(即各个曲线的方程)和螺旋参数；将阴螺杆端面型线沿螺杆轴线作螺旋运动，所形成的曲面，即为螺杆螺旋面；在右手坐标系中，坐标逆时针旋转θ角，最后得到阴螺杆实际螺旋面方程，具体如下，

1)摆线fg

2)圆弧gh

3)摆线hi

4)摆线ij

5)圆弧jf

其中，D0为阴螺杆公称直径，R1为阴螺杆节圆半径，R2为与阴螺杆啮合的阳螺杆节圆半径，r1为齿高半径A为螺杆啮合中心距，ρ₁为点f与o点连线与水平方向组成的夹角，ρ₂为点j与o点连线与水平方向组成的夹角，ρ为参变量，T为螺旋参数；

S3：旋依据螺旋面法线与铣刀轴线相交条件求出接触点和接触线；其中阴螺杆螺旋面的接触线方程为：

分别将(1)、(2)、(3)、(4)、(5)式代入(6)式，就可以得阴螺杆实际接触方程，在方程中，除ρ和θ外，其它参数已知，在每个线段接触方程都是超越方程，计算获得ρ和θ的数组，把获得的ρ和θ的数组带入螺旋面方程，获得接触点的相关坐标(X,Y,Z)；

S4：求接触线上各点到铣刀轴线的距离即刀片的转动半径，求出刀片的廓形；盘状铣刀在加工螺杆时，必定与工件齿槽相切，设工件坐标系为OXYZ，铣刀坐标系为O_uX_uY_uZ_u，全部采用右手坐标系，OX轴与O_uX_u轴重合，O_uZ_u与铣刀轴线重合，O_uZ_u与OZ相交一定角度，对于阴螺杆(左旋)，工件坐标系OXYZ及铣刀坐标系O_uX_uY_uZ_u间的变换式为：

式中：ψ_A为铣刀的安装角，Ac—铣刀安装的中心距，R_u为刀片的转动半径，安装角和中心距依据实际的铣刀安装条件进行确定；

把获得接触点的相关坐标(X,Y,Z)代入式(7)中，得到刀片坐标系，得到(X_u,Y_u,Z_u)，利用得到刀片的廓形坐标(R_u,Z_u)，并绘出Z_u-R_u曲线；

S5：根据步骤S4中求得的Z_u-R_u曲线，在Z_u-R_u曲线两端采用直线连接成封闭图形，使用SolidWorks软件进行建模，即可获得刀片的实体结构。

2.一种利用权利要求1所述的方法制备得到的刀片，其特征在于，所述刀片上开设有压片槽和两个用于安装的安装孔，所述刀片远离所述压片槽的端部设置有用于排屑的拔模斜面。

3.一种使用权利要求2所述的刀片的铣刀，其特征在于，包括刀体，多个所述刀片沿周向均匀的安装在所述刀体上，对应的所述刀体上开设有供所述刀片安装的刀槽，所述刀片通过所述安装孔内的螺栓固定设置在所述刀体上，所述刀体上还通过螺栓固定安装有楔型块，所述楔形块抵紧在所述刀片上。