内螺旋曲面数控镗削加工原理及工艺方法研究

刘合群LIU He-qun；王志满WANG Zhi-man

（①咸宁职业技术学院，咸宁 437100；②咸宁技师学院，咸宁 437100）

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

0 引言

单螺杆式水利机械是现阶段下石油天然气站中应用范围最广的水利机械，在现代钻采工作中发挥着十分重要的作用，在单螺杆式水利机械中，定子与转子是其中的关键性部件，在社会的发展之下，生产对于内螺旋孔加工技术提出了比之以往更高的要求，下面就从内螺旋曲面数控镗削加工原理与工艺方法来分析提升整个系统运行有效性的措施。

1 内螺旋曲面数控镗削加工的原理

1.1 包络法原理 从几何角度来分析，零件加工表面都是一种母线沿着导线运动的一种轨迹，在切削运动中，母线与导线是通过工件与刀具之间的运动来实现，其运动规律就是零件表面的形状。从这一层面而言，零件表面成型就是母线与导线的形状。在曲线进行等速运动时，可以将其运动方式看做螺旋运动，形成母线可以使用展成法进行分析，在使用该种分析方法时，需要保障工件与刀具形成一种合理的相对运动关系，两者之间有着密切的关系。

1.2 切削速度的计算方式 切削速度就是在加工过程中选定点的运动速度，各个点运动速度是不同的，在开展螺旋运动时，切削速度就是工件最大直径位置的运行速度，在采用螺杆转子包络法进行加工时，刀具公转合成运动即称之为主运动。

1.3 切削过程的原理 从本质上而言，金属切削过程就是刀具与工件两者相互作用的一个过程，要从中切除金属，降低生产成本，提升生产效率，需要具备几个条件：第一，刀具与工件时间需要具备相对运动；第二，刀具需要具备相应的几何参数，这就是切削角度；第三，刀具材料需要有良好的切削性能。

从类型上来分，切削运动可以分为主运动与进给运动两种不同的方式，主运动就是工件与刀具之间的相对运动，主运动速度快，但是也会消耗更多的功率；让主运动可以继续切除多余金属的运动方式就是进给运动。在切削过程中，主运动会伴随不同的进给运动，对定子内螺旋孔加工时，刀具螺杆转子合成运动就是主运动，进给运动则是刀具的直线运动。为了更好地对材料进行加工，需要科学合理地选择刀具材料与几何参数。

2 内螺旋曲面数控镗削加工工艺分析

2.1 机床布局分析 为了保障加工的准确性，需要科学地设计动力箱体，提升加工的热变形能力、抗振性、噪声水平与刚度，需要根据相关的工艺方法来确定相对运动方式，在遵循经济性与合理性的前提条件下，尽量简化设计结构，提升传动的效率与精度。此外，还要分析机床的通用化程度，方便机床的调整与操作。

2.2 加工设备运作方式 加工设备包括床头箱、内撑动力箱、辅助支撑、铣头动力箱几个部分。在内撑动力箱之中，电机可以很好的带动花键轴的旋转，花键轴使用单螺杆与定位装置进行连接，这样就可以对工件进行轴向定位，实现刀具与花键轴的同步运转。在床头箱之中，电机可以为卡盘传递动力，并实现刀具与工件的同轴，同时，卡盘还可以有效带动工件的运转；在铣头与动力箱中，电机可以为带轮的转动提供充分的动力，并有效带动万向联轴的旋转，实现了刀具的自转。在进行加工时，需要通过导轨滑动来实施轴向进给，在旋转的过程中，单螺杆刀具外部具有调隙，在螺钉的放松与紧固下刀具径向位置会得到相应的改变，这样即可让刀具获取到偏心距，在偏心距的改变下即可完成整个加工过程。在内支撑动力箱之中，花键轴是连接油路的，外界能够通过该种中心孔实现切削液的转移，切削液可以转移到加工位置中，此时，切削液是可以进行循环利用的，而花键轴的旋转也能够实现刀具与工件的同步运转，传动速度与刀具转速相同。辅助支撑装置可以有效提升系统加工的稳定性与可靠性，丝杠可以提升装置托架，只要再加入紧固螺丝就能够实现对辅助支撑系统的定位，只要可以进行精准的定位就可以取得理想的定位支撑效果。床头箱是一种中空构件，内部有涡轮，涡轮在蜗杆的带动下来旋转，主轴是与卡盘相连的，主轴可以有效带动卡盘的旋转，在工件外部位置需要安装好定位装置，将其与凸出细部相连，这样就能够对刀具轴向进行正确的定位，促进单螺杆刀具与花键轴之间的同步转动，切削液则在铣削的时候排出。铣头动力箱与偏心夹盘直接进行连接，自转主要通过箱体主轴来带动。传动轴的转动属于公转，是与同步带轮进行连接的，在伺服电机的连接下，公转运动即可完成，此外，还可以使用软轴进行连接。

在箱体的下端，与床鞍直接进行连接，床鞍中的丝杆可以完成进给运动，这样即可实现工件加工流程。而单螺杆不是具有多个偏心距调整装置的，使用螺钉可以改变刀具径向位置，这样能够让刀具获取到相应的偏心距，机床则是通过与丝杆之间的连接来完成进给运动的，床身中安装了应有的导轨，导轨中有铣头动力箱与辅助支撑设备，两者共同完成加工。

2.3 进给机构运行工艺 进给机构直接与偏心夹盘连接，要完成刀具运动，需要采取科学合理的措施减少轴向距离，刀具的自转需要由箱体齿型轮完成，齿型轮连接着系统的伺服电机，实现自传运动的控制作用。

刀具公转是通过万向联轴节来负责，万向联轴节与齿形轮直接连接，这样就可以很好地实现了公转运动，在情况许可时，也可以采取软轴连接法进行连接。箱体下端则直接连接床鞍，其中滚珠丝杆负责进给运动，在滚珠丝杆的作用下，刀具可以围绕Z 轴进行运动。

2.4 同步镗削装置工艺 考虑到系统单螺杆刀具长度较长，为了防止出现偏心与工件内腔振动的情况，需要额外的增加同步镗削装置，在整个镗削装置中，是设置了内孔的，这一内孔可以帮助系统将冷却液排出，这一装置还直接连接冷却液排出套管，为了便于拆卸，两者需要使用花键进行连接，防止出现装置脱离的情况。

此外，为了防止刀具与镗削装置出现脱离的情况，需要在刀杆车削细端设置好圆槽，并设置好一定的螺孔，这样，在刀具进入镗削装置之后，即可使用圆柱将其固定起来，这样即可防止刀具与镗削装置发生脱离。

3 结语

在进行设计时，需要对螺杆转子刀具加工条件进行深入的分析，充分的考虑到工件与刀具的形状、尺寸与刚度，对这些因素进行综合分析，以此为基础来确定好相关的刀具合计方案，分析出加工速度的影响因素，计算出设计的可行性范围，这样才能够提升设计的准确性。

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