多圆柱非等长铣削包络的单螺杆压缩机齿面型线构成方法

摘要

本发明公开了一种多圆柱非等长铣削包络的单螺杆压缩机齿面型线构成方法，采用不同方位的多圆柱铣刀对螺杆转子的同一个齿面母线进行重复切削，实现多圆柱包络型线，其特征是：在星轮齿面与螺杆转子齿面的一个啮合周期内，星轮齿面型线上至少有三分之二的区域能与螺杆转子齿面型线接触，即螺杆转子齿面上的一条完整的母线是由星轮齿面型线上多点包络而成的组合型线。采用圆柱铣刀的铣削可以完成这种型线的螺杆转子齿面加工。这种非等长多圆柱包络的螺杆转子与星轮型线可以保证星轮齿面能均匀地与螺杆转子齿面滑动啮合，特别是能够实现星轮齿在啮合出口区形成很小的泄露三角形，使单螺杆压缩机在排气过程中的气体泄露大幅减小。

主权项

1.一种多圆柱非等长铣削包络的单螺杆压缩机齿面型线构成方法，其特征在于，按下列步骤进行：(1)按照螺杆转子与其共轭啮合的星轮的运动几何原理，仿照星轮齿面工作时作圆周运动的形式来移动圆柱铣刀的轴线，对螺杆转子齿槽后侧面进行非等长三圆柱包络铣削：对任意一个螺杆齿槽的后侧面加工，先确定第一个工位的铣刀方位，即中间方位铣刀轴线的坐标，取中间方位铣刀的铣削长度与星轮齿长度相同，对螺杆齿槽后侧面实施第一次走刀加工；将第一次走刀完毕的铣刀停止，沿星轮旋转轴线方向抬高铣刀轴线，确定第二个工位的铣刀方位，同时把铣刀沿铣刀轴线方向缩回一段距离，使参与螺杆齿槽二次铣削的长度达到第一次铣削长度的2/3～1/3内，实施第二次铣削；将第二次走刀完毕的铣刀停止，沿星轮旋转轴线方向降低铣刀轴到第一次走刀位置下方，确定第三个工位的铣刀方位，同时把铣刀沿铣刀轴线方向缩回一段距离，使参与螺杆齿槽切铣削的铣刀长度达到第一次铣削长度的3/4～2/3范围内，实施第三次铣削过程；结束后，一个螺杆齿槽后侧面加工完成；圆柱铣刀的方位按以下数学关系式设定：对螺杆转子取圆柱坐标系(R，Z，θ)，圆柱坐标系的Z轴与螺杆转子轴线同轴，Z轴的正方向取星轮齿沿螺杆转子轴向移动的方向，Z轴的零点选取在螺杆转子轴线与星轮轴线垂直连线处；圆柱坐标系中的矢径R取螺杆转子的径向；圆柱坐标系中的矢径R位置角θ的零点值取在螺杆转子齿槽最深的位置，即星轮齿正对着螺杆转子轴线的位置时，螺杆转子圆柱体被星轮中性面所切割的纵向截面上，对于同一个齿槽两侧的齿面型线，其起始角θ₀相同；于是，由一个圆柱铣刀顶端的切削点，对螺杆转子齿槽铣削加工所形成的母线方程组可表达为：由圆柱铣刀根端处的铣削点，对单螺杆转子铣削包络所形成的母线型 线的方程为：上述(1)式和(2)式中：A表示星轮轴心到螺杆转子轴心的距离；θ₀为起始角；a_j表示圆柱铣刀切削点的位置参数，是设计螺杆转子和星轮时选取的，如果对于n个方位的圆柱铣刀加工形成的组合单螺杆转子母线，方程中的位置参数就分别为a₁，a₂，a₃，…a_j，…a_n；r表示星轮齿面上任意一点的回转半径，对于螺杆转子齿面型线的确定，只要分别选取星轮齿根的半径r₀和齿顶的半径r_t处星轮齿面型线上一组点对单螺杆转子齿面包络的母线即可；β_j表示在星轮旋转平面中，星轮齿面上的点与该齿面中线的夹角，单位为deg，对于一组母线方程，β_j是常量；ε表示星轮齿数与单螺杆转子齿数之比；按照式(1)，对于不同的a_j，可以构造n个方程组，即得到齿顶处n个啮合点所对应的n条母线型线，齿顶处的n条母线中各自其中的一段或两段顺次连接，就构成了螺杆转子组合齿顶母线；按式(2)，对于不同的a_j，同样可以构造n个方程组，得到齿根处n个啮合点所对应的n条母线型线；齿根处的n条母线中各自其中的一段或两段顺次连接，就构成了螺杆转子组合齿根母线；由于螺杆转子的加工采用圆柱铣刀，控制了铣刀两端母线的型线，那么，单螺杆转子齿面中间部分的任意一条型线也必然是n条母线型线的各自中的一段或两段的顺次连接所形成的；(2)与螺杆齿槽后侧面相适配的星轮齿型面构成按螺杆转子齿槽后侧面进行非等长三圆柱包络铣削的铣刀方位确定方法，通过计算机数值模拟记录步骤(1)中圆柱铣刀的三个空间位置，在四坐标或五坐标数控机床上进行星轮齿型面加工，获得与螺杆齿面相适配的星轮齿型面构成如下：将星轮齿沿径向依次从外向内作三个截面，在第一截面处，星轮齿面 型线由一个圆弧段和两个直线段连接构成；在第二截面处，星轮齿面型线由两个圆弧段和三个直线段连接构成，在第三截面处，星轮齿面型线由三个圆弧线段和四个直线段构成。