CN114473083A - 变螺距螺杆转子的加工方法 - Google Patents

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袁皓
吴凯
施逢委
张渊
李伟
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Shanghai Marine Diesel Engine Research Institute
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SHANGHAI QIYAO EXPANDER CO Ltd
Shanghai Marine Diesel Engine Research Institute
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    • B23G5/08—Thread-cutting tools; Die-heads with means for adjustment

Abstract

一种变螺距螺杆转子的加工方法，其特点在于，采用变螺距刀具加工变螺距转子，在加工时变螺距刀具和变螺距转子的轴向位置均保持固定，变螺距刀具的中心轴线与变螺距转子的中心轴线彼此交错，变螺距刀具与变螺距转子按照固定的转速啮合运动，变螺距刀具与变螺距转子的转速比为：ωc/ωr=zr/zc，ωc为变螺距刀具的转速，ωr为变螺距转子的转速，zc为变螺距刀具的齿数，zr为变螺距转子的齿数。与现有技术相比，本发明提高了加工效率，降低了加工成本。

Description

变螺距螺杆转子的加工方法
技术领域
本发明涉及变螺距螺杆转子的加工方法。
背景技术
双螺杆机包括双螺杆压缩机、双螺杆膨胀机等。其中，螺杆膨胀机是利用气体压力能发电，可提高能源利用效率。采用变螺距转子的螺杆膨胀机替代常规等螺距转子的螺杆膨胀机，可以将最大可用内容积比从目前的4.0~6.0提高到14.0左右，理论上能够提高膨胀机的效率10%到15%，从而能够较大地提高产品竞争力。但是，变螺距的螺杆转子当前通常采用五轴机床或车铣复合机床加工，加工效率较低，生产成本较高，对转子尺寸的限制较大。
另一方面，采用范成法即滚削或滚磨加工等螺距转子时，会用到滚刀或滚轮，滚刀指滚削法加工时切削用的刀具，滚轮指滚磨法加工时磨削用的砂轮，使用到的加工机床相应称为滚齿机和滚磨机。现有的滚削法技术仅能加工定螺距转子，无法加工变螺距转子。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种变螺距螺杆转子的加工方法，与现有技术相比，其提高了加工效率，降低了加工成本。
根据本发明实施例的变螺距螺杆转子的加工方法，其特点在于，采用变螺距刀具加工变螺距转子，在加工时变螺距刀具和变螺距转子的轴向位置均保持固定，变螺距刀具的中心轴线与变螺距转子的中心轴线彼此交错，变螺距刀具与变螺距转子按照固定的转速啮合运动，变螺距刀具与变螺距转子的转速比为：ωc/ωr=zr/zc，ωc为变螺距刀具的转速，ωr为变螺距转子的转速，zc为变螺距刀具的齿数，zr为变螺距转子的齿数。
本发明实施例的变螺距螺杆转子的加工方法至少具有以下优点：
1.本发明实施例对现有的滚削法技术进行了拓展，采用变螺距刀具进行范成法加工变螺距转子，配合简单的齿轮加工机床即可完成变螺距转子的加工，能够极大地提升加工效率，降低生产成本，拓展加工尺寸；
2. 本实施例因采用滚削法加工，不需要轴向运动，因此降低了对机床的要求，从而可进一步降低加工成本。
附图说明
图1示出了采用变螺距刀具加工变螺距阴转子的侧视示意图。
图2示出了采用变螺距刀具加工变螺距阴转子的俯视示意图。
图3示出了根据本发明一具体应用实例的变螺距阴转子与变螺距阳转子的导程变化示意图。
图4示出了根据本发明一具体应用实例的采用变螺距刀具加工变螺距阳转子的俯视示意图。
具体实施方式
请参考图1和图2。根据本发明一实施例的变螺距螺杆转子的加工方法采用了变螺距刀具1加工变螺距转子2，在加工时变螺距刀具1和变螺距转子2的轴向位置均保持固定（没有轴向进给运动），变螺距刀具1的中心轴线与变螺距转子2的中心轴线彼此交错，变螺距刀具1与变螺距转子2按照固定的转速啮合运动，变螺距刀具1与变螺杆转子2的转速比为：ωc/ωr=zr/zc，ωc为变螺距刀具1的转速，ωr为变螺距转子2的转速，zc为变螺距刀具的齿数，zr为变螺距转子的齿数。
本实施例所述的变螺距螺杆转子包括双螺杆机的变螺距阴转子与变螺距阳转子，双螺杆机可以是双螺杆膨胀机、双螺杆压缩机等。
在本实施例中，变螺距刀具1为变螺距滚刀或变螺距滚轮。变螺距滚刀安装于滚齿机，变螺距滚轮安装于滚轮机。本实施例的加工过程类似滚削加工等螺距齿轮，但是坐标系的运动上存在区别。加工等螺距齿轮时，工件各截面螺距相同，相应的刀具各截面刃形相同，同一个刀具截面可以加工出所有的工件截面，因此可以通过轴向进给形成相对运动，轴向进给可以单独加在刀具或者工件上，也可以同时加在两者上。但对变螺距转子和对应的变螺距刀具而言，工件各截面螺距不同，相应的刀具各截面刃形不同，每一个刀具截面只能加工相应的一个（或几个相同螺距的）工件截面，因此不能通过轴向进给进行切削。实际加工的时候，轴向位置保持相对固定，工件与刀具按照固定的转速啮合运动，工件曲面的点与刀具曲面的点一一对应，对刀具曲面的完整性要求较高。因此理论上精加工只能通过滚轮滚磨加工，滚刀通过布置刀片形成的刀具曲面不完整，只能进行粗加工。但是增大滚刀的齿数（且与工件齿数不相同），将滚刀各个齿的刀片布置位置错开，便能够形成更高精度的近似包络，滚刀齿数达到5以上时，近似包络的精度已经可以满足工程需要。
变螺距刀具1在加工前按照以下步骤进行安装：
按照预设的刀具安装角Φc对变螺距刀具的安装角度进行定位；
按照预设的轴向对刀高度Lc对变螺距刀具进行轴向定位；
按照预设的变螺距刀具与变螺距转子的中心距Ac调整变螺距刀具与变螺距转子的中心距。
刀具安装角Φc是指变螺距刀具1的中心轴线与变螺距转子2的中心轴线之间的交角，可取为0°～90°，具体取值取决于待加工变螺距转子的导程变化范围，通常取为10°～30°。特别地，当Φc等于0时，刀具实际为待加工转子的共轭转子，即阴转子的刀具为一种特殊的阳转子，阳转子的刀具为一种特殊的阴转子。刀具安装角自由度（记为A轴）与其他自由度完全独立，A轴仅在加工前用于安装刀具时调节，加工过程中与机床其他轴系不联动。A轴可用手动调节的、数控调节的、或者固定不可调节的。优选为手动调节的，可以安装不同的刀具，适用不同转子的加工。
轴向对刀高度Lc是指变螺距刀具的中心轴线与变螺距转子的中心轴线的最小空间距离在转子坐标系下与变螺距转子端面的轴向距离。具体取值取决于所加工转子的导程变化范围。轴向对刀高度Lc通常设为待加工变螺距螺杆转子的长度Lr的0.3～0.7倍。
变螺距刀具与变螺距转子的中心距Ac是指变螺距刀具的中心轴线与变螺距转子的中心轴线之间的最小空间距离，通常可设为待加工的变螺距阴转子与变螺距阳转子的中心距Ar的1～2倍。中心距调整自由度（记为D轴），D轴可固定在转子上，即通过转子运动调整中心距，也可固定在刀具上，即通过刀具运动调整中心距，优选地固定在刀具上。D轴加工过程中需要与其他轴系联动，因此需要采用数控调节。加工前安装时，中心距最大，此时刀具外径与转子外径接触。继续加工，中心距逐步减少。加工完成时中心距最小，此时刀具外径与转子底径接触。
变螺距刀具的齿在任意横截面下按设计齿数均匀分布。变螺距刀具的齿数通常设为1～10，变螺距刀具的齿数zc可设为与变螺距转子的齿数zr相同或不同。
变螺距转子在加工时与变螺距刀具做啮合旋转运动，其中包括刀具旋转自由度（记为E轴）和工件旋转自由度（记为F轴）。E轴、F轴加工过程中相互联动。E轴、F轴可选两种联动方式：机械式或数控式。采用机械式联动时，E轴或F轴其一通过电机驱动，E轴、F轴之间通过齿轮箱联动，E轴和F轴的转速比取决于齿轮箱的速比，成本最低但是有加工限制。采用数控调节的，E轴或F轴通过电机驱动，E轴F轴之间通过电子齿轮箱联动（即E轴、F轴均采为数控轴系），E轴和F轴的转速比可以数控调节，成本较高但是加工能力更强。
在一个具体的应用实例中，待加工的变螺距阴转子与变螺距阳转子的参数如下：阳转子齿数z1=3，阴转子齿数z2=5，转子中心距Ar=120 mm，阳转子外径D1=160 mm，阴转子外径D2=160 mm。变螺距阴转子与变螺距阳转子的导程变化如图3所示。加工变螺距阴转子与变螺距阳转子的刀具参数如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE002A
图4示出了根据本发明一具体应用实例的采用阳转子的变螺距刀具3加工变螺距阳转子4的俯视示意图。
本发明实施例对现有的滚削法技术进行了拓展，采用变螺距刀具进行范成法加工变螺距转子，配合简单的齿轮加工机床即可完成变螺距转子的加工，能够极大地提升加工效率，降低生产成本，拓展加工尺寸。

Claims (8)

1.一种变螺距螺杆转子的加工方法，其特征在于，采用变螺距刀具加工变螺距转子，在加工时所述变螺距刀具和所述变螺距转子的轴向位置均保持固定，变螺距刀具的中心轴线与变螺距转子的中心轴线彼此交错，变螺距刀具与变螺距转子按照固定的转速啮合运动，变螺距刀具与变螺距转子的转速比为：ωc/ωr=zr/zc，ωc为变螺距刀具的转速，ωr为变螺距转子的转速，zc为变螺距刀具的齿数，zr为变螺距转子的齿数。
2.根据权利要求1所述的变螺距螺杆转子的加工方法，其特征在于，所述变螺距刀具为变螺距滚刀或变螺距滚轮。
3.根据权利要求2所述的变螺距螺杆转子的加工方法，其特征在于，所述变螺距滚刀安装于滚齿机，所述变螺距滚轮安装于滚轮机。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的变螺距螺杆转子的加工方法，其特征在于，所述变螺距刀具在加工前按照以下步骤进行安装：
按照预设的刀具安装角Φc对变螺距刀具的安装角度进行定位；
按照预设的轴向对刀高度Lc对变螺距刀具进行轴向定位；
按照预设的变螺距刀具与变螺距转子的中心距Ac调整变螺距刀具与变螺距转子的中心距。
5.根据权利要求4所述的变螺距螺杆转子的加工方法，其特征在于，预设的刀具安装角Φc为0°～90°。
6.根据权利要求4所述的变螺距螺杆转子的加工方法，其特征在于，预设的轴向对刀高度Lc为待加工变螺距螺杆转子的长度的0.3～0.7倍。
7.根据权利要求4所述的变螺距螺杆转子的加工方法，其特征在于，预设的变螺距刀具与变螺距转子的中心距Ac为待加工的变螺距阴转子与变螺距阳转子的中心距Ar的1～2倍。
8.根据权利要求1所述的变螺距螺杆转子的加工方法，其特征在于，所述变螺距刀具的齿数与所述变螺距转子的齿数不同。
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