CN110303306B - 单螺旋金属螺杆泵定子加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种螺杆泵定子加工方法，尤其是单螺旋金属螺杆泵定子加工方法，包括以下步骤：S1、加工金属圆棒的外圆面和两个端面；S2、加工螺杆孔，所述螺杆孔为通孔；S3、将定子固定在数控加工中心的工作台上，所述定子的轴线与工作台垂直；S4、粗加工，沿定子的轴线加工出直螺旋面或锥螺旋面；S5、使用圆形的成型刀沿螺旋面分层往复加工，加工过程中，所述成型刀的刀尖始终与直螺旋面或锥螺旋面相切。本发明提供的单螺旋金属螺杆泵定子加工方法能够有效提高加工精度和表面粗糙度，锥度控制精确，同时能够加工不同导程直锥螺旋曲面和锥螺旋曲面，适合进行批量生产、生产效率高。

Description

单螺旋金属螺杆泵定子加工方法
技术领域
本发明涉及一种螺杆泵定子加工方法，尤其是单螺旋金属螺杆泵定子加工方法。
背景技术
螺杆泵是石油、化工、造纸等行业应用于输送粘稠液体或带颗粒的液体普遍采用的装置，定子则是这种装置的主要部件之一。
目前，国内外所使用的螺杆泵定子主要是橡胶浇铸成型，这种定子在输送含有机物的液体，特别是在开采含H2S、SO2等稠油时很容易产生溶胀现象，使螺杆泵失效。针对这种情况，金属螺杆泵定子在油田现场应用日渐增多；但是，金属螺杆泵定子的加工却有着相当大的难度。国内目前对于金属螺杆泵定子的加工方法主要是用改装的车床来镗削内孔。镗削内孔只能用于加工直槽螺旋。锥面螺旋由于空间狭小刀具无法展开，锥度无法精确控制，目前没有有效的加工方法。
如图1至图5所示，为一单螺杆泵定子，定子1的内螺旋面2的横断面轮廓是两个半径为R(等于螺杆转子断面半径)的半圆和两个长度为2α(α为转子断面中心与定子中心线的偏心距)的直线段组成的腰圆形。定子的内螺旋面2就是由上述横断面绕定子的轴线O-O以角速度W旋转的同时，按一定的线速度沿轴线方向运动所形成的。如图3所示，以角速度W完成旋转一周所通过的轴向距离称为一个导程，当角速度和沿轴线的线速度均不变时形成直面螺旋；如图2所示，轴线O-O以可变角速度W旋转的同时，A到B的尺寸(螺旋面2的横断面轮廓)在随着导程变化而缩小形成锥螺旋面。
由于镗削的内孔精度低，镗削时容易出现不可控制的锥度，内螺旋的曲面也不能满足要求，严重影响到了金属螺杆泵的工作效率；同时螺杆泵内表面粗糙度不能达到要求，镗削的表面粗糙度在Ra3.2-6.3，即使采用分段组合定子的方法也不能保证内螺旋曲面的连贯和尺寸精度，这种加工方法也不适合批量生产。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种适合批量生产、加工精度高、适用直螺旋面或锥螺旋面加工，且能准确控制锥螺旋面的锥度，同时表面粗糙度好的单螺旋金属螺杆泵定子加工方法，具体技术方案为：
单螺旋金属螺杆泵定子加工方法，包括以下步骤：
S1、加工金属圆棒的外圆面和两个端面；
S2、加工螺杆孔，所述螺杆孔为通孔；
S3、将定子固定在数控加工中心的工作台上，所述定子的轴线与工作台垂直；
S4、粗加工，沿定子的轴线加工出直螺旋面或锥螺旋面；
S5、使用圆形的成型刀沿螺旋面分层往复加工，加工过程中，所述成型刀的刀尖始终与直螺旋面或锥螺旋面相切。
通过采用上述技术方案，
通过成型刀具上下往复运动来控制螺旋面的大小，导程及锥度差。圆形的成型刀能够保证刀尖始终与直螺旋面或锥螺旋面接触，并且相切，从而实现连续的加工，能保证表面粗糙度和加工精度。
由于采用连续的加工，不需要每加工一条螺旋线后再次对刀，方便控制尺寸精度，从而使加工精度高，并且能够控制锥度，不仅适用直螺旋面的加工，同时适用锥螺旋面的加工，而采用车床只能加工直螺旋面，无法加工锥螺旋面。
优选的，所述步骤S1中金属圆棒的外圆面和两个端面进行精加工。
通过采用上述技术方案，精加工金属圆棒的外圆面和端面能够保证后续加工的精度。
优选的，所述步骤S4和S5均包括调头加工。
通过采用上述技术方案，当定子分段的长度较长时，刀杆的强度不够，为了保证加工精度，从一端加工好后，再从另一端进行加工，避免刀具振动或刀杆变形导致加工精度和锥度不满足要求。
优选的，所述步骤S4中包括在定子的两端分别加工外凸台和内凹台，所述外凸台与内凹台相匹配。
通过采用上述技术方案，外凸台和内凹台均为腰形，外凸台和内凹台用于分段的定子最终连接在一起时进行定位，同时也方便加工过程中的定位。
优选的，所述步骤S5中的分层往复加工包括螺旋面粗加工、螺旋面半精加工和螺旋面精加工，所述螺旋面粗加工、螺旋面半精加工和螺旋面精加工的加工步距依次减小。
通过采用上述技术方案，通过多次加工实现尺寸精度和表面粗糙度，表面粗糙度能达到Ra1.6，后续无需研磨。
优选的，所述成型刀包括圆刀和刀杆，所述圆刀固定在刀杆上，所述圆刀的切削刃的半径与刀杆的半径之差大于螺旋曲面的轴线与定子的轴线之间的距离。
通过采用上述技术方案，在螺旋切削时刀具不会产生干涉。
与现有技术相比本发明具有以下有益效果：
本发明提供的单螺旋金属螺杆泵定子加工方法能够有效提高加工精度和表面粗糙度，锥度控制精确，同时能够加工不同导程直锥螺旋曲面和锥螺旋曲面，适合进行批量生产、生产效率高。
附图说明
图1是定子的俯视图；
图2是沿图1中A-A线的剖视图，且图2为锥螺旋面；
图3是沿图1中A-A线的剖视图，且图3为直螺旋面；
图4是定子的左视图；
图5是沿图4中C-C线的剖视图；
图6是定子安装在夹具上，成型刀准备进行加工的结构示意图；
图7是螺旋面粗加工的刀具的路径示意图；
图8是图7的局部放大结构示意图；
图9是螺旋面半精加工的刀具的路径示意图；
图10是图9的局部放大结构示意图；
图11是螺旋面精加工的刀具的路径示意图；
图12是图11的局部放大结构示意图。
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步说明。
实施例一
如图1至图12所示，单螺旋金属螺杆泵定子加工方法，包括以下步骤：
S1、精加工金属圆棒的外圆面和两个端面；
S2、加工螺杆孔，所述螺杆孔为通孔；
S3、将定子1固定在夹具3上，夹具3固定在数控加工中心的工作台上，所述定子1的轴线与工作台垂直；
S4、粗加工，沿定子1的轴线加工出直螺旋面或锥螺旋面；
S5、使用圆形的成型刀沿螺旋面分层往复加工，加工过程中，所述成型刀的刀尖始终与直螺旋面或锥螺旋面相切，分层往复加工包括螺旋面粗加工、螺旋面半精加工和螺旋面精加工，所述螺旋面粗加工、螺旋面半精加工和螺旋面精加工的加工步距依次减小。
精加工金属圆棒的外圆面和端面能够保证后续加工的精度。
通过成型刀具上下往复运动来控制螺旋面的大小，导程及锥度差。圆形的成型刀能够保证刀尖始终与直螺旋面或锥螺旋面接触，并且相切，从而实现连续的加工，能保证表面粗糙度和加工精度。
由于采用连续的加工，不需要每加工一条螺旋线后再次对刀，方便控制尺寸精度，从而使加工精度高，并且能够控制锥度，不仅适用直螺旋面的加工，同时适用锥螺旋面的加工，而采用车床只能加工直螺旋面，无法加工锥螺旋面。
通过分层加工实现尺寸精度和表面粗糙度，表面粗糙度能达到Ra1.6，后续无需研磨。
分层加工时，控制螺旋面余量和残余高度，残余高度是指两条刀具路径(两条刀具之间的距离称为步距)切削后残留材料的高度来实现精度、锥度和表面粗糙度的控制。每条刀具运动轨迹中刀具始终与螺旋面相切，上下往复运动切削。此方法不受导程大小约束，能够加工多种导程。
成型刀包括圆刀4和刀杆5，所述圆刀4固定在刀杆5上，所述圆刀4的切削刃的半径与刀杆5的半径之差大于螺旋曲面的轴线与定子1的轴线之间的距离α。在螺旋切削时刀具不会产生干涉。
尺寸及导程通过数控技术来控制，批量生产时精度能得到有效的保证。同时也大大提高了工作效率，也增强了操作的安全性。
实施例二
当分段的定子1长度较长时，所述步骤S4和S5均包括调头加工。其中，所述步骤S4中包括在定子1的两端分别加工外凸台和内凹台，所述外凸台与内凹台相匹配。
可以把采油用很长的单螺旋锥面定子1分成若干段加工，然后通过上下凸凹槽装配焊接完成。当定子1分段的长度较长时，刀杆的强度不够，为了保证加工精度，从一端加工好后，再从另一端进行加工，避免刀具振动或刀杆变形导致加工精度和锥度不满足要求。外凸台和内凹台均为腰形，外凸台和内凹台用于分段的定子1最终连接在一起时进行定位，同时也方便加工过程中的定位。

Claims (4)

1.单螺旋金属螺杆泵定子加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、加工金属圆棒的外圆面和两个端面；
S2、加工螺杆孔，所述螺杆孔为通孔；
S3、将定子固定在夹具上，夹具固定在数控加工中心的工作台上，所述定子的轴线与工作台垂直；
S4、粗加工，沿定子的轴线加工出直螺旋面或锥螺旋面；
S5、使用圆形的成型刀沿螺旋面分层往复加工，加工过程中，所述成型刀的刀尖始终与直螺旋面或锥螺旋面相切；
其中，所述分层往复加工包括螺旋面粗加工、螺旋面半精加工和螺旋面精加工，所述螺旋面粗加工、螺旋面半精加工和螺旋面精加工的加工步距依次减小，所述成型刀上下往复运动来控制螺旋面的大小，导程及锥度差；
所述成型刀包括圆刀和刀杆，所述圆刀固定在刀杆上，所述圆刀的切削刃的半径与刀杆的半径之差大于螺旋曲面的轴线与定子的轴线之间的距离。
2.根据权利要求1所述的单螺旋金属螺杆泵定子加工方法，其特征在于，
所述步骤S1中金属圆棒的外圆面和两个端面进行精加工。
3.根据权利要求1所述的单螺旋金属螺杆泵定子加工方法，其特征在于，
所述步骤S4和S5均包括调头加工。
4.根据权利要求3所述的单螺旋金属螺杆泵定子加工方法，其特征在于，
所述步骤S4中包括在定子的两端分别加工外凸台和内凹台，所述外凸台与内凹台相匹配。
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