大型螺桿壓縮機轉子的分段磨削方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于機械加工方法技術領域，具體涉及一種大型螺桿壓縮機轉子的分段磨 削方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，由于螺桿壓縮機具有平穩(wěn)的高速運轉、多相混輸、排氣量幾乎不受排氣壓 力影響及易于操作維護等特點，被廣泛應用于機械、化工、冶金、建筑、礦山、航天等工 業(yè)領域中，作為其核心部件的螺桿轉子的加工問題得到了廣泛的關注。
[0003] 隨著成形磨削技術的日益成熟，成形磨削被越來越多的用到復雜曲面的精加工 中，空氣壓縮機用螺桿轉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 的過程中也出現(xiàn)了很多亟待解決的問題，伴隨著機械制造業(yè)的發(fā)展，在礦山、建筑、航空等 領域被廣泛使用的螺桿壓縮機日益大型化，與其配套使用的螺桿轉子也隨之變大，對螺旋 轉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子型線相配合的成形砂輪，就要增大砂輪厚度，于是就出現(xiàn) 了以下問題：隨著砂輪厚度的增大，勢必使砂輪質量增大，磨削面積增大、磨削力增大；砂 輪的質量增加對機床床身的剛度提出更高的要求，增大機床尺寸，增加電機負載；大型砂輪 的轉動會引起機床較為強烈的振動，影響加工精度，勢必對機床制造提出更高要求。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種大型螺桿壓縮機轉子的分段磨削方法，能夠實現(xiàn)普通 砂輪在普通螺桿轉子磨床上對大型螺桿轉子進行磨削，避免了通過提高機床尺寸、砂輪尺 寸等方法所需的高成本的投入，可以實現(xiàn)在現(xiàn)有小規(guī)格機床上磨削加工。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術方案是：一種大型螺桿壓縮機轉子的分段磨削方法，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子型線型值點
[0009] 根據(jù)第一步確定的圓弧砂輪外圓半徑1以及通過加工精度要求確定的切削殘留 高度h，通過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，通過三次參數(shù)樣條插值法確定轉子型線型值點；
[0012] 第三步，計算圓弧砂輪加工轉子的包絡路徑；
[0013] 第四步，分段加工螺旋槽，直至分別完成每一個螺旋槽的整體加工；即可完成大型 螺桿壓縮機轉子的分段磨削加工。
[0014] 本發(fā)明所采用的技術方案的特點還在于，
[0015] 第一步中圓弧砂輪的外圓半徑r與平行砂輪的寬度d的比例關系為0.5:1~ 0. 7:1〇
[0016] 第三步中計算圓弧砂輪加工轉子的包絡路徑的具體為：
[0017] 將第二步中選取的轉子型值點作為圓弧砂輪回轉面與待加工工件螺旋面的接觸 點，在任一接觸點M處有公共的法線矢量n，可得如下公式（2)~（5):
[0022] 通過上述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M點在工件坐標系和砂輪坐標系中的坐標Ms (x，y，z)和Mg (X，Y，Z);
[0025] 再根據(jù)公式（8)求得對應于接觸點M的砂輪中心0點在工件坐標系的坐標 0 (xg,yg,zg)：
[0026]
[0027] 假設只有砂輪運動，對于轉子端截形的不同型值點可通過（2)~⑶式 求得砂輪分段磨削轉子時的系列砂輪中心點，構成刀位軌跡坐標〇i(Xgi，ygi，Zgi)，故還需通 過根據(jù)式（9)將砂輪刀位軌跡轉化為機床的運動軌跡，得到轉子工件調整相對位置時砂輪 與轉子的中心距a和轉子工件調整相對位置時的旋轉角度S:
[0028]
[0029] 以上的一系列（a，S)代表了分段磨削轉子時砂輪相對工件的位置參數(shù)，從而構 成了圓弧砂輪加工轉子的包絡路徑；
[0030] 其中：
[0031] nM:轉子螺旋面的法線矢量；
[0032] n'M:砂輪回轉面在工件坐標系中的法線矢量；
[0033] nx:轉子螺旋面法線矢量的x向分量；
[0034] ny:轉子螺旋面法線矢量的y向分量；
[0035] nz:轉子螺旋面法線矢量的z向分量；
[0036] p:螺旋參數(shù)為型線繞z軸轉過單位角度時，沿軸線方向移動的距離，
[0037] x(s):轉子型值點x坐標；
[0038] y(s):轉子型值點y坐標；
[0039] x' (s):轉子型值點x對其對應弦長的偏導；
[0040]y' (s):轉子型值點y對其對應弦長的偏導；
[0041] 0 :參變數(shù)，表示型線從起始繞z軸轉過的角度，順著z軸看去，以順時針方向為 正；
[0042] nx:砂輪回轉面法線矢量的X向分量；
[0043] nY:砂輪回轉面法線矢量的Y向分量；
[0044] nz:砂輪回轉面法線矢量的Z向分量；
[0045] a:砂輪坐標系中接觸點M與其所在圓弧圓心連線與XOY平面的夾角；
[0046] 巾：砂輪坐標系中接觸點M與其回轉圓心連線與XOZ平面的夾角；
[0047] R:砂輪坐標系中圓弧中心軌跡圓半徑；
[0048] n'x:砂輪回轉面在工件坐標系中的法線矢量的x向分量；
[0049] n'y:砂輪回轉面在工件坐標系中的法線矢量的y向分量；
[0050] n'z:砂輪回轉面在工件坐標系中的法線矢量的z向分量；
[0051] 2 :砂輪轉子安裝角；
[0052] xjs):工件螺旋面上任一點在工件坐標系中的x坐標；
[0053] yjs):工件螺旋面上任一點在工件坐標系中的y坐標；
[0054] k:參變數(shù)，k= 1表示轉子為右旋，k= -1表示轉子為左旋。
[0055] 第四步加工螺旋槽的具體步驟為：
[0056] 4. 1、通過對刀將待加工的轉子放置于分段磨削裝置的初始加工位；
[0057] 4. 2、根據(jù)第三步獲得的包絡路徑，通過砂輪進給軸X軸進給實現(xiàn)中心距a的調整； 通過工件旋轉軸C軸旋轉角度S實現(xiàn)轉子加工位置調整；
[0058] 4. 3、依靠螺桿轉子磨床的Z軸、C軸聯(lián)動做螺旋運動，加工第一段螺旋槽，然后轉 子反向螺旋運動退刀至本次加工初始位；
[0059] 4. 4、再次通過機床X軸和C軸調整砂輪與工件的相對位置，重復步驟4. 3實現(xiàn)第 二段螺旋槽的加工；
[0060] 4. 5、多次循環(huán)步驟4. 4,完成第一個螺旋槽的整體加工；
[0061] 4. 6、根據(jù)待加工轉子的螺旋槽的頭數(shù)，將待加工轉子分次放置于該螺旋槽分段磨 削的初始加工位，每次均重復步驟4. 2-4. 5,直至分別完成每一個螺旋槽的整體加工；即可 完成大型螺桿壓縮機轉子的分段磨削加工。
[0062] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的大型螺桿壓縮機轉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子磨床，就能夠實現(xiàn)對大型螺桿轉子的磨削加工，設備體積及 負載要求不大，磨具方便修形且修形量小，加工精度高，生產成本低，因而具有很好的推廣 應用價值。
【附圖說明】
[0063] 圖1是本發(fā)明采用的分段磨削裝置的結構示意圖；
[0064]圖2是本發(fā)明中轉子與砂輪空間位置關系圖；
[0065] 圖3是本發(fā)明中砂輪回轉面的坐標系圖；
[0066]圖4是本發(fā)明中轉子螺旋面坐標系圖；
[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.導軌，3.砂輪架，4.凸臺，5.砂輪，6.工作臺，7.頭架，8.轉子工 件，9.滑槽，10.尾架，11.頂尖。
【具體實施方式】
[0069] 下面結合附圖以及【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細說明。
[0070] 本發(fā)明采用的分段磨削裝置，結構如圖1所示，包括床身1，床身1上分別設置有橫 向導軌2和縱向滑槽9,橫向導軌2和縱向滑槽9相互垂直；縱向滑槽9上設置有砂輪架3， 砂輪架3能夠沿著縱向滑槽9運動；砂輪架3的一側設置有凸臺4,凸臺4的一側設置有砂 輪5;橫向導軌2上設置有工作臺6,工作臺6能夠沿著導軌2運動；工作臺6上設置有相互 平行的頭架7和尾架10,頭架7上設置有用于夾裝轉子工件8的轉子夾裝頭，尾架10上設 置有用于夾緊轉子工件8的頂尖11。導軌2的方向設為Z軸方向，滑槽9的方向設為X軸 方向，轉子工件8轉動的方向設置為C軸方向。
[0071] 本發(fā)明提供了一種大型螺桿壓縮機轉子的分段磨削方法，以加工四頭螺桿轉子為 例，具體包括如下步驟：
[0072] 第一步，修整圓弧砂輪
[0073] 通過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子型線型值點
[0075] 根據(jù)第一步確定的圓弧砂輪外圓半徑1以及通過加工精度要求確定的切削殘留 高度h，通過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，通過三次參數(shù)樣條插值法確定轉子型線型值點；
[0078] 第三步，計算圓弧砂輪加工轉子的包絡路徑
[0079] 將第二步中選取的轉子型值點作為圓弧砂輪回轉面與待加工工件螺旋面的接觸 點，在任一接觸點M處有公共的法線矢量n，可得如下公式（2)~（5):
[0084] 通過上述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M點在工件坐標系和砂輪坐標系中的坐標Ms (x，y，z)和Mg (X，Y，Z);
[0087] 再根據(jù)公