內螺旋曲面數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咸寧職業技術學院，咸寧 437100；②咸寧技師學院，咸寧 437100）

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

0 引言

單螺桿式水利機械是現階段下石油天然氣站中應用范圍最廣的水利機械，在現代鉆采工作中發揮著十分重要的作用，在單螺桿式水利機械中，定子與轉子是其中的關鍵性部件，在社會的發展之下，生產對于內螺旋孔加工技術提出了比之以往更高的要求，下面就從內螺旋曲面數控鏜削加工原理與工藝方法來分析提升整個系統運行有效性的措施。

1 內螺旋曲面數控鏜削加工的原理

1.1 包絡法原理 從幾何角度來分析，零件加工表面都是一種母線沿著導線運動的一種軌跡，在切削運動中，母線與導線是通過工件與刀具之間的運動來實現，其運動規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線的形狀。在曲線進行等速運動時，可以將其運動方式看做螺旋運動，形成母線可以使用展成法進行分析，在使用該種分析方法時，需要保障工件與刀具形成一種合理的相對運動關系，兩者之間有著密切的關系。

1.2 切削速度的計算方式 切削速度就是在加工過程中選定點的運動速度，各個點運動速度是不同的，在開展螺旋運動時，切削速度就是工件最大直徑位置的運行速度，在采用螺桿轉子包絡法進行加工時，刀具公轉合成運動即稱之為主運動。

1.3 切削過程的原理 從本質上而言，金屬切削過程就是刀具與工件兩者相互作用的一個過程，要從中切除金屬，降低生產成本，提升生產效率，需要具備幾個條件：第一，刀具與工件時間需要具備相對運動；第二，刀具需要具備相應的幾何參數，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，切削運動可以分為主運動與進給運動兩種不同的方式，主運動就是工件與刀具之間的相對運動，主運動速度快，但是也會消耗更多的功率；讓主運動可以繼續切除多余金屬的運動方式就是進給運動。在切削過程中，主運動會伴隨不同的進給運動，對定子內螺旋孔加工時，刀具螺桿轉子合成運動就是主運動，進給運動則是刀具的直線運動。為了更好地對材料進行加工，需要科學合理地選擇刀具材料與幾何參數。

2 內螺旋曲面數控鏜削加工工藝分析

2.1 機床布局分析 為了保障加工的準確性，需要科學地設計動力箱體，提升加工的熱變形能力、抗振性、噪聲水平與剛度，需要根據相關的工藝方法來確定相對運動方式，在遵循經濟性與合理性的前提條件下，盡量簡化設計結構，提升傳動的效率與精度。此外，還要分析機床的通用化程度，方便機床的調整與操作。

2.2 加工設備運作方式 加工設備包括床頭箱、內撐動力箱、輔助支撐、銑頭動力箱幾個部分。在內撐動力箱之中，電機可以很好的帶動花鍵軸的旋轉，花鍵軸使用單螺桿與定位裝置進行連接，這樣就可以對工件進行軸向定位，實現刀具與花鍵軸的同步運轉。在床頭箱之中，電機可以為卡盤傳遞動力，并實現刀具與工件的同軸，同時，卡盤還可以有效帶動工件的運轉；在銑頭與動力箱中，電機可以為帶輪的轉動提供充分的動力，并有效帶動萬向聯軸的旋轉，實現了刀具的自轉。在進行加工時，需要通過導軌滑動來實施軸向進給，在旋轉的過程中，單螺桿刀具外部具有調隙，在螺釘的放松與緊固下刀具徑向位置會得到相應的改變，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加工過程。在內支撐動力箱之中，花鍵軸是連接油路的，外界能夠通過該種中心孔實現切削液的轉移，切削液可以轉移到加工位置中，此時，切削液是可以進行循環利用的，而花鍵軸的旋轉也能夠實現刀具與工件的同步運轉，傳動速度與刀具轉速相同。輔助支撐裝置可以有效提升系統加工的穩定性與可靠性，絲杠可以提升裝置托架，只要再加入緊固螺絲就能夠實現對輔助支撐系統的定位，只要可以進行精準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件，內部有渦輪，渦輪在蝸桿的帶動下來旋轉，主軸是與卡盤相連的，主軸可以有效帶動卡盤的旋轉，在工件外部位置需要安裝好定位裝置，將其與凸出細部相連，這樣就能夠對刀具軸向進行正確的定位，促進單螺桿刀具與花鍵軸之間的同步轉動，切削液則在銑削的時候排出。銑頭動力箱與偏心夾盤直接進行連接，自轉主要通過箱體主軸來帶動。傳動軸的轉動屬于公轉，是與同步帶輪進行連接的，在伺服電機的連接下，公轉運動即可完成，此外，還可以使用軟軸進行連接。

在箱體的下端，與床鞍直接進行連接，床鞍中的絲桿可以完成進給運動，這樣即可實現工件加工流程。而單螺桿不是具有多個偏心距調整裝置的，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的偏心距，機床則是通過與絲桿之間的連接來完成進給運動的，床身中安裝了應有的導軌，導軌中有銑頭動力箱與輔助支撐設備，兩者共同完成加工。

2.3 進給機構運行工藝 進給機構直接與偏心夾盤連接，要完成刀具運動，需要采取科學合理的措施減少軸向距離，刀具的自轉需要由箱體齒型輪完成，齒型輪連接著系統的伺服電機，實現自傳運動的控制作用。

刀具公轉是通過萬向聯軸節來負責，萬向聯軸節與齒形輪直接連接，這樣就可以很好地實現了公轉運動，在情況許可時，也可以采取軟軸連接法進行連接。箱體下端則直接連接床鞍，其中滾珠絲桿負責進給運動，在滾珠絲桿的作用下，刀具可以圍繞Z 軸進行運動。

2.4 同步鏜削裝置工藝 考慮到系統單螺桿刀具長度較長，為了防止出現偏心與工件內腔振動的情況，需要額外的增加同步鏜削裝置，在整個鏜削裝置中，是設置了內孔的，這一內孔可以幫助系統將冷卻液排出，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行連接，防止出現裝置脫離的情況。

此外，為了防止刀具與鏜削裝置出現脫離的情況，需要在刀桿車削細端設置好圓槽，并設置好一定的螺孔，這樣，在刀具進入鏜削裝置之后，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生脫離。

3 結語

在進行設計時，需要對螺桿轉子刀具加工條件進行深入的分析，充分的考慮到工件與刀具的形狀、尺寸與剛度，對這些因素進行綜合分析，以此為基礎來確定好相關的刀具合計方案，分析出加工速度的影響因素，計算出設計的可行性范圍，這樣才能夠提升設計的準確性。

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