內(nèi)螺旋曲面數(shù)控鏜削加工原理及工藝方法研究

劉合群LIU He-qun；王志滿WANG Zhi-man

（①咸寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院，咸寧 437100；②咸寧技師學(xué)院，咸寧 437100）

（①Xianning Vocational Technical College，Xianning 437100，China；②Xianning Technician College，Xianning 437100，China）

0 引言

單螺桿式水利機(jī)械是現(xiàn)階段下石油天然氣站中應(yīng)用范圍最廣的水利機(jī)械，在現(xiàn)代鉆采工作中發(fā)揮著十分重要的作用，在單螺桿式水利機(jī)械中，定子與轉(zhuǎn)子是其中的關(guān)鍵性部件，在社會(huì)的發(fā)展之下，生產(chǎn)對于內(nèi)螺旋孔加工技術(shù)提出了比之以往更高的要求，下面就從內(nèi)螺旋曲面數(shù)控鏜削加工原理與工藝方法來分析提升整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行有效性的措施。

1 內(nèi)螺旋曲面數(shù)控鏜削加工的原理

1.1 包絡(luò)法原理 從幾何角度來分析，零件加工表面都是一種母線沿著導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)的一種軌跡，在切削運(yùn)動(dòng)中，母線與導(dǎo)線是通過工件與刀具之間的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律就是零件表面的形狀。從這一層面而言，零件表面成型就是母線與導(dǎo)線的形狀。在曲線進(jìn)行等速運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以將其運(yùn)動(dòng)方式看做螺旋運(yùn)動(dòng)，形成母線可以使用展成法進(jìn)行分析，在使用該種分析方法時(shí)，需要保障工件與刀具形成一種合理的相對運(yùn)動(dòng)關(guān)系，兩者之間有著密切的關(guān)系。

1.2 切削速度的計(jì)算方式 切削速度就是在加工過程中選定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度，各個(gè)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度是不同的，在開展螺旋運(yùn)動(dòng)時(shí)，切削速度就是工件最大直徑位置的運(yùn)行速度，在采用螺桿轉(zhuǎn)子包絡(luò)法進(jìn)行加工時(shí)，刀具公轉(zhuǎn)合成運(yùn)動(dòng)即稱之為主運(yùn)動(dòng)。

1.3 切削過程的原理 從本質(zhì)上而言，金屬切削過程就是刀具與工件兩者相互作用的一個(gè)過程，要從中切除金屬，降低生產(chǎn)成本，提升生產(chǎn)效率，需要具備幾個(gè)條件：第一，刀具與工件時(shí)間需要具備相對運(yùn)動(dòng)；第二，刀具需要具備相應(yīng)的幾何參數(shù)，這就是切削角度；第三，刀具材料需要有良好的切削性能。

從類型上來分，切削運(yùn)動(dòng)可以分為主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)兩種不同的方式，主運(yùn)動(dòng)就是工件與刀具之間的相對運(yùn)動(dòng)，主運(yùn)動(dòng)速度快，但是也會(huì)消耗更多的功率；讓主運(yùn)動(dòng)可以繼續(xù)切除多余金屬的運(yùn)動(dòng)方式就是進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。在切削過程中，主運(yùn)動(dòng)會(huì)伴隨不同的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，對定子內(nèi)螺旋孔加工時(shí)，刀具螺桿轉(zhuǎn)子合成運(yùn)動(dòng)就是主運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)則是刀具的直線運(yùn)動(dòng)。為了更好地對材料進(jìn)行加工，需要科學(xué)合理地選擇刀具材料與幾何參數(shù)。

2 內(nèi)螺旋曲面數(shù)控鏜削加工工藝分析

2.1 機(jī)床布局分析 為了保障加工的準(zhǔn)確性，需要科學(xué)地設(shè)計(jì)動(dòng)力箱體，提升加工的熱變形能力、抗振性、噪聲水平與剛度，需要根據(jù)相關(guān)的工藝方法來確定相對運(yùn)動(dòng)方式，在遵循經(jīng)濟(jì)性與合理性的前提條件下，盡量簡化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，提升傳動(dòng)的效率與精度。此外，還要分析機(jī)床的通用化程度，方便機(jī)床的調(diào)整與操作。

2.2 加工設(shè)備運(yùn)作方式 加工設(shè)備包括床頭箱、內(nèi)撐動(dòng)力箱、輔助支撐、銑頭動(dòng)力箱幾個(gè)部分。在內(nèi)撐動(dòng)力箱之中，電機(jī)可以很好的帶動(dòng)花鍵軸的旋轉(zhuǎn)，花鍵軸使用單螺桿與定位裝置進(jìn)行連接，這樣就可以對工件進(jìn)行軸向定位，實(shí)現(xiàn)刀具與花鍵軸的同步運(yùn)轉(zhuǎn)。在床頭箱之中，電機(jī)可以為卡盤傳遞動(dòng)力，并實(shí)現(xiàn)刀具與工件的同軸，同時(shí)，卡盤還可以有效帶動(dòng)工件的運(yùn)轉(zhuǎn)；在銑頭與動(dòng)力箱中，電機(jī)可以為帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)提供充分的動(dòng)力，并有效帶動(dòng)萬向聯(lián)軸的旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了刀具的自轉(zhuǎn)。在進(jìn)行加工時(shí)，需要通過導(dǎo)軌滑動(dòng)來實(shí)施軸向進(jìn)給，在旋轉(zhuǎn)的過程中，單螺桿刀具外部具有調(diào)隙，在螺釘?shù)姆潘膳c緊固下刀具徑向位置會(huì)得到相應(yīng)的改變，這樣即可讓刀具獲取到偏心距，在偏心距的改變下即可完成整個(gè)加工過程。在內(nèi)支撐動(dòng)力箱之中，花鍵軸是連接油路的，外界能夠通過該種中心孔實(shí)現(xiàn)切削液的轉(zhuǎn)移，切削液可以轉(zhuǎn)移到加工位置中，此時(shí)，切削液是可以進(jìn)行循環(huán)利用的，而花鍵軸的旋轉(zhuǎn)也能夠?qū)崿F(xiàn)刀具與工件的同步運(yùn)轉(zhuǎn)，傳動(dòng)速度與刀具轉(zhuǎn)速相同。輔助支撐裝置可以有效提升系統(tǒng)加工的穩(wěn)定性與可靠性，絲杠可以提升裝置托架，只要再加入緊固螺絲就能夠?qū)崿F(xiàn)對輔助支撐系統(tǒng)的定位，只要可以進(jìn)行精準(zhǔn)的定位就可以取得理想的定位支撐效果。床頭箱是一種中空構(gòu)件，內(nèi)部有渦輪，渦輪在蝸桿的帶動(dòng)下來旋轉(zhuǎn)，主軸是與卡盤相連的，主軸可以有效帶動(dòng)卡盤的旋轉(zhuǎn)，在工件外部位置需要安裝好定位裝置，將其與凸出細(xì)部相連，這樣就能夠?qū)Φ毒咻S向進(jìn)行正確的定位，促進(jìn)單螺桿刀具與花鍵軸之間的同步轉(zhuǎn)動(dòng)，切削液則在銑削的時(shí)候排出。銑頭動(dòng)力箱與偏心夾盤直接進(jìn)行連接，自轉(zhuǎn)主要通過箱體主軸來帶動(dòng)。傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)屬于公轉(zhuǎn)，是與同步帶輪進(jìn)行連接的，在伺服電機(jī)的連接下，公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)即可完成，此外，還可以使用軟軸進(jìn)行連接。

在箱體的下端，與床鞍直接進(jìn)行連接，床鞍中的絲桿可以完成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，這樣即可實(shí)現(xiàn)工件加工流程。而單螺桿不是具有多個(gè)偏心距調(diào)整裝置的，使用螺釘可以改變刀具徑向位置，這樣能夠讓刀具獲取到相應(yīng)的偏心距，機(jī)床則是通過與絲桿之間的連接來完成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的，床身中安裝了應(yīng)有的導(dǎo)軌，導(dǎo)軌中有銑頭動(dòng)力箱與輔助支撐設(shè)備，兩者共同完成加工。

2.3 進(jìn)給機(jī)構(gòu)運(yùn)行工藝 進(jìn)給機(jī)構(gòu)直接與偏心夾盤連接，要完成刀具運(yùn)動(dòng)，需要采取科學(xué)合理的措施減少軸向距離，刀具的自轉(zhuǎn)需要由箱體齒型輪完成，齒型輪連接著系統(tǒng)的伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)自傳運(yùn)動(dòng)的控制作用。

刀具公轉(zhuǎn)是通過萬向聯(lián)軸節(jié)來負(fù)責(zé)，萬向聯(lián)軸節(jié)與齒形輪直接連接，這樣就可以很好地實(shí)現(xiàn)了公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在情況許可時(shí)，也可以采取軟軸連接法進(jìn)行連接。箱體下端則直接連接床鞍，其中滾珠絲桿負(fù)責(zé)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，在滾珠絲桿的作用下，刀具可以圍繞Z 軸進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。

2.4 同步鏜削裝置工藝 考慮到系統(tǒng)單螺桿刀具長度較長，為了防止出現(xiàn)偏心與工件內(nèi)腔振動(dòng)的情況，需要額外的增加同步鏜削裝置，在整個(gè)鏜削裝置中，是設(shè)置了內(nèi)孔的，這一內(nèi)孔可以幫助系統(tǒng)將冷卻液排出，這一裝置還直接連接冷卻液排出套管，為了便于拆卸，兩者需要使用花鍵進(jìn)行連接，防止出現(xiàn)裝置脫離的情況。

此外，為了防止刀具與鏜削裝置出現(xiàn)脫離的情況，需要在刀桿車削細(xì)端設(shè)置好圓槽，并設(shè)置好一定的螺孔，這樣，在刀具進(jìn)入鏜削裝置之后，即可使用圓柱將其固定起來，這樣即可防止刀具與鏜削裝置發(fā)生脫離。

3 結(jié)語

在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要對螺桿轉(zhuǎn)子刀具加工條件進(jìn)行深入的分析，充分的考慮到工件與刀具的形狀、尺寸與剛度，對這些因素進(jìn)行綜合分析，以此為基礎(chǔ)來確定好相關(guān)的刀具合計(jì)方案，分析出加工速度的影響因素，計(jì)算出設(shè)計(jì)的可行性范圍，這樣才能夠提升設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。

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