大型螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的分段磨削方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于機(jī)械加工方法技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大型螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的分段磨 削方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，由于螺桿壓縮機(jī)具有平穩(wěn)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)、多相混輸、排氣量幾乎不受排氣壓 力影響及易于操作維護(hù)等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、化工、冶金、建筑、礦山、航天等工 業(yè)領(lǐng)域中，作為其核心部件的螺桿轉(zhuǎn)子的加工問(wèn)題得到了廣泛的關(guān)注。
[0003] 隨著成形磨削技術(shù)的日益成熟，成形磨削被越來(lái)越多的用到復(fù)雜曲面的精加工 中，空氣壓縮機(jī)用螺桿轉(zhuǎn)子的精加工常采用成型砂輪磨削加工法。但在成形砂輪磨削加工 的過(guò)程中也出現(xiàn)了很多亟待解決的問(wèn)題，伴隨著機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，在礦山、建筑、航空等 領(lǐng)域被廣泛使用的螺桿壓縮機(jī)日益大型化，與其配套使用的螺桿轉(zhuǎn)子也隨之變大，對(duì)螺旋 轉(zhuǎn)子的加工提出了更高的要求，螺旋面較大的齒槽寬度使砂輪成形磨削面臨著巨大的挑 戰(zhàn)，如要將砂輪一次修整成與轉(zhuǎn)子型線(xiàn)相配合的成形砂輪，就要增大砂輪厚度，于是就出現(xiàn) 了以下問(wèn)題：隨著砂輪厚度的增大，勢(shì)必使砂輪質(zhì)量增大，磨削面積增大、磨削力增大；砂 輪的質(zhì)量增加對(duì)機(jī)床床身的剛度提出更高的要求，增大機(jī)床尺寸，增加電機(jī)負(fù)載；大型砂輪 的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)引起機(jī)床較為強(qiáng)烈的振動(dòng)，影響加工精度，勢(shì)必對(duì)機(jī)床制造提出更高要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種大型螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的分段磨削方法，能夠?qū)崿F(xiàn)普通 砂輪在普通螺桿轉(zhuǎn)子磨床上對(duì)大型螺桿轉(zhuǎn)子進(jìn)行磨削，避免了通過(guò)提高機(jī)床尺寸、砂輪尺 寸等方法所需的高成本的投入，可以實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)有小規(guī)格機(jī)床上磨削加工。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種大型螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的分段磨削方法，具體包 括如下步驟：
[0006] 第一步，修整圓弧砂輪
[0007] 通過(guò)砂輪修整裝置將平行砂輪修整為外圓半徑為r的圓弧砂輪；
[0008] 第二步，依據(jù)初始分段行距選取轉(zhuǎn)子型線(xiàn)型值點(diǎn)
[0009] 根據(jù)第一步確定的圓弧砂輪外圓半徑1以及通過(guò)加工精度要求確定的切削殘留 高度h，通過(guò)如下公式確定初始分段行距1 :
[0010]
[0011] 再根據(jù)上述初始分段行距1，通過(guò)三次參數(shù)樣條插值法確定轉(zhuǎn)子型線(xiàn)型值點(diǎn)；
[0012] 第三步，計(jì)算圓弧砂輪加工轉(zhuǎn)子的包絡(luò)路徑；
[0013] 第四步，分段加工螺旋槽，直至分別完成每一個(gè)螺旋槽的整體加工；即可完成大型 螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的分段磨削加工。
[0014] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案的特點(diǎn)還在于，
[0015] 第一步中圓弧砂輪的外圓半徑r與平行砂輪的寬度d的比例關(guān)系為0.5:1~ 0. 7:1〇
[0016] 第三步中計(jì)算圓弧砂輪加工轉(zhuǎn)子的包絡(luò)路徑的具體為：
[0017] 將第二步中選取的轉(zhuǎn)子型值點(diǎn)作為圓弧砂輪回轉(zhuǎn)面與待加工工件螺旋面的接觸 點(diǎn)，在任一接觸點(diǎn)M處有公共的法線(xiàn)矢量n，可得如下公式（2)~（5):
[0022] 通過(guò)上述⑵~（5)公式求解0、a、(J)，再根據(jù)9、a、(J)以及公式（6)、（7)分 別求接觸點(diǎn)M點(diǎn)在工件坐標(biāo)系和砂輪坐標(biāo)系中的坐標(biāo)Ms (x，y，z)和Mg (X，Y，Z);
[0025] 再根據(jù)公式（8)求得對(duì)應(yīng)于接觸點(diǎn)M的砂輪中心0點(diǎn)在工件坐標(biāo)系的坐標(biāo) 0 (xg,yg,zg)：
[0026]
[0027] 假設(shè)只有砂輪運(yùn)動(dòng)，對(duì)于轉(zhuǎn)子端截形的不同型值點(diǎn)可通過(guò)（2)~⑶式 求得砂輪分段磨削轉(zhuǎn)子時(shí)的系列砂輪中心點(diǎn)，構(gòu)成刀位軌跡坐標(biāo)〇i(Xgi，ygi，Zgi)，故還需通 過(guò)根據(jù)式（9)將砂輪刀位軌跡轉(zhuǎn)化為機(jī)床的運(yùn)動(dòng)軌跡，得到轉(zhuǎn)子工件調(diào)整相對(duì)位置時(shí)砂輪 與轉(zhuǎn)子的中心距a和轉(zhuǎn)子工件調(diào)整相對(duì)位置時(shí)的旋轉(zhuǎn)角度S:
[0028]
[0029] 以上的一系列（a，S)代表了分段磨削轉(zhuǎn)子時(shí)砂輪相對(duì)工件的位置參數(shù)，從而構(gòu) 成了圓弧砂輪加工轉(zhuǎn)子的包絡(luò)路徑；
[0030] 其中：
[0031] nM:轉(zhuǎn)子螺旋面的法線(xiàn)矢量；
[0032] n'M:砂輪回轉(zhuǎn)面在工件坐標(biāo)系中的法線(xiàn)矢量；
[0033] nx:轉(zhuǎn)子螺旋面法線(xiàn)矢量的x向分量；
[0034] ny:轉(zhuǎn)子螺旋面法線(xiàn)矢量的y向分量；
[0035] nz:轉(zhuǎn)子螺旋面法線(xiàn)矢量的z向分量；
[0036] p:螺旋參數(shù)為型線(xiàn)繞z軸轉(zhuǎn)過(guò)單位角度時(shí)，沿軸線(xiàn)方向移動(dòng)的距離，
[0037] x(s):轉(zhuǎn)子型值點(diǎn)x坐標(biāo)；
[0038] y(s):轉(zhuǎn)子型值點(diǎn)y坐標(biāo)；
[0039] x' (s):轉(zhuǎn)子型值點(diǎn)x對(duì)其對(duì)應(yīng)弦長(zhǎng)的偏導(dǎo)；
[0040]y' (s):轉(zhuǎn)子型值點(diǎn)y對(duì)其對(duì)應(yīng)弦長(zhǎng)的偏導(dǎo)；
[0041] 0 :參變數(shù)，表示型線(xiàn)從起始繞z軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度，順著z軸看去，以順時(shí)針?lè)较驗(yàn)?正；
[0042] nx:砂輪回轉(zhuǎn)面法線(xiàn)矢量的X向分量；
[0043] nY:砂輪回轉(zhuǎn)面法線(xiàn)矢量的Y向分量；
[0044] nz:砂輪回轉(zhuǎn)面法線(xiàn)矢量的Z向分量；
[0045] a:砂輪坐標(biāo)系中接觸點(diǎn)M與其所在圓弧圓心連線(xiàn)與XOY平面的夾角；
[0046] 巾：砂輪坐標(biāo)系中接觸點(diǎn)M與其回轉(zhuǎn)圓心連線(xiàn)與XOZ平面的夾角；
[0047] R:砂輪坐標(biāo)系中圓弧中心軌跡圓半徑；
[0048] n'x:砂輪回轉(zhuǎn)面在工件坐標(biāo)系中的法線(xiàn)矢量的x向分量；
[0049] n'y:砂輪回轉(zhuǎn)面在工件坐標(biāo)系中的法線(xiàn)矢量的y向分量；
[0050] n'z:砂輪回轉(zhuǎn)面在工件坐標(biāo)系中的法線(xiàn)矢量的z向分量；
[0051] 2 :砂輪轉(zhuǎn)子安裝角；
[0052] xjs):工件螺旋面上任一點(diǎn)在工件坐標(biāo)系中的x坐標(biāo)；
[0053] yjs):工件螺旋面上任一點(diǎn)在工件坐標(biāo)系中的y坐標(biāo)；
[0054] k:參變數(shù)，k= 1表示轉(zhuǎn)子為右旋，k= -1表示轉(zhuǎn)子為左旋。
[0055] 第四步加工螺旋槽的具體步驟為：
[0056] 4. 1、通過(guò)對(duì)刀將待加工的轉(zhuǎn)子放置于分段磨削裝置的初始加工位；
[0057] 4. 2、根據(jù)第三步獲得的包絡(luò)路徑，通過(guò)砂輪進(jìn)給軸X軸進(jìn)給實(shí)現(xiàn)中心距a的調(diào)整； 通過(guò)工件旋轉(zhuǎn)軸C軸旋轉(zhuǎn)角度S實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子加工位置調(diào)整；
[0058] 4. 3、依靠螺桿轉(zhuǎn)子磨床的Z軸、C軸聯(lián)動(dòng)做螺旋運(yùn)動(dòng)，加工第一段螺旋槽，然后轉(zhuǎn) 子反向螺旋運(yùn)動(dòng)退刀至本次加工初始位；
[0059] 4. 4、再次通過(guò)機(jī)床X軸和C軸調(diào)整砂輪與工件的相對(duì)位置，重復(fù)步驟4. 3實(shí)現(xiàn)第 二段螺旋槽的加工；
[0060] 4. 5、多次循環(huán)步驟4. 4,完成第一個(gè)螺旋槽的整體加工；
[0061] 4. 6、根據(jù)待加工轉(zhuǎn)子的螺旋槽的頭數(shù)，將待加工轉(zhuǎn)子分次放置于該螺旋槽分段磨 削的初始加工位，每次均重復(fù)步驟4. 2-4. 5,直至分別完成每一個(gè)螺旋槽的整體加工；即可 完成大型螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的分段磨削加工。
[0062] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的大型螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的分段磨削方法只需要使用 現(xiàn)有普通砂輪和普通螺桿轉(zhuǎn)子磨床，就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)大型螺桿轉(zhuǎn)子的磨削加工，設(shè)備體積及 負(fù)載要求不大，磨具方便修形且修形量小，加工精度高，生產(chǎn)成本低，因而具有很好的推廣 應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0063] 圖1是本發(fā)明采用的分段磨削裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0064]圖2是本發(fā)明中轉(zhuǎn)子與砂輪空間位置關(guān)系圖；
[0065] 圖3是本發(fā)明中砂輪回轉(zhuǎn)面的坐標(biāo)系圖；
[0066]圖4是本發(fā)明中轉(zhuǎn)子螺旋面坐標(biāo)系圖；
[0067]圖5是本發(fā)明中分段磨削的砂輪軌跡示意圖。
[0068] 圖中，1.床身，2.導(dǎo)軌，3.砂輪架，4.凸臺(tái)，5.砂輪，6.工作臺(tái)，7.頭架，8.轉(zhuǎn)子工 件，9.滑槽，10.尾架，11.頂尖。
【具體實(shí)施方式】
[0069] 下面結(jié)合附圖以及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0070] 本發(fā)明采用的分段磨削裝置，結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括床身1，床身1上分別設(shè)置有橫 向?qū)к?和縱向滑槽9,橫向?qū)к?和縱向滑槽9相互垂直；縱向滑槽9上設(shè)置有砂輪架3， 砂輪架3能夠沿著縱向滑槽9運(yùn)動(dòng)；砂輪架3的一側(cè)設(shè)置有凸臺(tái)4,凸臺(tái)4的一側(cè)設(shè)置有砂 輪5;橫向?qū)к?上設(shè)置有工作臺(tái)6,工作臺(tái)6能夠沿著導(dǎo)軌2運(yùn)動(dòng)；工作臺(tái)6上設(shè)置有相互 平行的頭架7和尾架10,頭架7上設(shè)置有用于夾裝轉(zhuǎn)子工件8的轉(zhuǎn)子夾裝頭，尾架10上設(shè) 置有用于夾緊轉(zhuǎn)子工件8的頂尖11。導(dǎo)軌2的方向設(shè)為Z軸方向，滑槽9的方向設(shè)為X軸 方向，轉(zhuǎn)子工件8轉(zhuǎn)動(dòng)的方向設(shè)置為C軸方向。
[0071] 本發(fā)明提供了一種大型螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的分段磨削方法，以加工四頭螺桿轉(zhuǎn)子為 例，具體包括如下步驟：
[0072] 第一步，修整圓弧砂輪
[0073] 通過(guò)砂輪修整裝置將平行砂輪修整為外圓半徑為r的圓弧砂輪；
[0074] 第二步，依據(jù)初始分段行距選取轉(zhuǎn)子型線(xiàn)型值點(diǎn)
[0075] 根據(jù)第一步確定的圓弧砂輪外圓半徑1以及通過(guò)加工精度要求確定的切削殘留 高度h，通過(guò)如下公式確定初始分段行距1 :
[0076]
[0077] 再根據(jù)上述初始分段行距1，通過(guò)三次參數(shù)樣條插值法確定轉(zhuǎn)子型線(xiàn)型值點(diǎn)；
[0078] 第三步，計(jì)算圓弧砂輪加工轉(zhuǎn)子的包絡(luò)路徑
[0079] 將第二步中選取的轉(zhuǎn)子型值點(diǎn)作為圓弧砂輪回轉(zhuǎn)面與待加工工件螺旋面的接觸 點(diǎn)，在任一接觸點(diǎn)M處有公共的法線(xiàn)矢量n，可得如下公式（2)~（5):
[0084] 通過(guò)上述⑵~（5)公式求解9、a、巾，再根據(jù)9、a、巾以及公式（6)、（7)分 別求接觸點(diǎn)M點(diǎn)在工件坐標(biāo)系和砂輪坐標(biāo)系中的坐標(biāo)Ms (x，y，z)和Mg (X，Y，Z);
[0087] 再根據(jù)公