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特種雙（shuāng）螺杆泵螺杆軸零件（jiàn）多軸加工技術研究

2021-3-16 來源：包頭職業技術學院鄂爾多斯（sī）生（shēng）態環境作者：王利全祁欣

摘要: 螺（luó）杆軸零件是雙螺杆泵設備（bèi）的重要組成部件，決定了雙螺杆泵工作的精密性和靈敏度。螺杆軸零件結構複雜、尺寸（cùn）精度和配合精度要求高，加（jiā）工難度比較大。文章以特種雙螺杆泵（bèng）螺杆軸零（líng）件為例，對其多軸聯（lián）動數控（kòng）機床加工技術進行研究。

關鍵詞: 螺（luó）杆（gǎn）軸; 多軸加工; 研究

雙螺杆泵是一種（zhǒng）廣泛用於油田、造船等行業的容積式泵體，工作原理主要是由主從動軸上相互齧合的螺杆軸( 螺旋（xuán）轉子) 和泵（bèng）體或襯套( 定子（zǐ）) 間形（xíng）成一個容積恒（héng）定的密封腔室，工作中介質隨（suí）螺杆軸的轉動分別被送到泵體中間，兩者匯合（hé）在一起，最終送達泵的出口，從而實現螺旋杆輸送介質（zhì）的目的。

為避免在工作過程中有（yǒu）介質（zhì）從（cóng）間隙中倒流（liú），雙螺杆泵（bèng）在結構設計上就要保證泵內吸入室與排出室嚴密地隔開（kāi）且密（mì）閉，即要求（qiú）兩個螺杆軸之間、螺杆軸（zhóu）與泵體相（xiàng）互形成密封腔。因此，這也決定了螺（luó）杆軸之間高的配合精度和良好的動態（tài）性能。

本文以如（rú）圖 1所示的一種特種雙螺杆（gǎn）泵螺杆軸零件為例研究螺杆軸零件多軸加工技術。

圖1 特種雙螺杆泵螺（luó）杆軸模型示意圖

該特種雙螺杆泵螺杆軸零件的主要參數如表 1。

表 1 特種雙（shuāng）螺杆泵螺杆軸零件主要參數

1、螺杆軸（zhóu）零件加工機床的選擇

根據特種雙螺杆泵螺杆軸零件結構特點和技術要求，可以采（cǎi）用高速（sù）四（sì）軸聯動數控機床進行零件的加工。對於四軸聯動數控機（jī）床來講，同（tóng）樣角度誤在加（jiā）工過程中工件不同半徑位置處所產生的線性誤差是不同的，半徑越大（dà）的位置處線性（xìng）誤差越大。因此，旋（xuán）轉軸的角度精（jīng）度對零件的加工精度影響顯得尤為明顯，所以在機床精度選擇時要根據（jù）零件外徑處允許的最大誤差值來考慮機床特（tè）別是第四（sì）軸的精（jīng）度要求。

與此同時，在進行數控機床選擇在考慮機（jī）床本身幾何精度的同時（shí），一定要綜合考（kǎo）慮到加工刀具、切削方式等加工工藝條件的影響因素。由於（yú）螺杆軸（zhóu）零件最大加工誤差≤0. 02mm，因此可以選擇旋轉軸最大線性誤差為 0. 01mm 的高速四軸聯動（dòng）數控（kòng）機床。已知（zhī）螺杆（gǎn）軸零件的外徑為 79( 取（qǔ）整按照（zhào） 80 計算，半徑為 40) ，設角度（dù）允（yǔn）差為 α，則旋轉軸允許的最大角（jiǎo）度誤差 α 為:α = arctg( 0. 01 /40) = 0. 0143° = 51. 566″由（yóu）此得（dé）出，機床第（dì）四軸分度轉台的角度的定位、重（chóng）複定位精度必須小於 51. 566″。同時考慮到（dào）第四（sì）軸轉台一般為（wéi）蝸輪蝸杆傳動結構，存在一定的反向間隙，因此還需稍提（tí）高些精度（dù）。我們選擇第四軸轉台的分度精度要達到 40″以內（nèi）的機床。

2 、螺杆軸零件加工工藝方案的製定

螺杆軸（zhóu）零（líng）件材料為 5A05 鋁鎂合金，具有（yǒu）密低、抗拉強度高、延伸（shēn）率高、抗蝕性好等優點，同時（shí）5A05 鋁鎂合金具（jù）有熱容量和較高的熱（rè）膨脹性，在高溫切削（xuē）時產生的碎屑容易引燃、產生的切削力使鎂合金工件變形，加工（gōng）精度降低。因此，在加工過程中（zhōng）可以采用高速切削的方（fāng）式進行，可以有效地（dì）減小切削力，降低切削溫度。

螺杆軸零件結（jié）構複雜、主要由截麵曲率半徑變化比較大的螺旋曲麵組成，因此加工過程中要保證零件足夠的剛性，選擇合理裝夾方式，以降低加工變形。通過對（duì）螺杆軸零件結構、性能等工藝性分析，螺杆軸零件加工工藝分析結果如表 2。

表 2 螺杆軸零（líng）件加（jiā）工工藝分析

3 、螺杆軸零件加工程序（xù）的編製

螺杆軸零件結構複雜、精度要（yào）求較高，采用在高速四軸聯動數控機床上加工完成。加工刀路的設置及 DNC 程序采用 NX10. 0 完成。加工程序的編製過程中，由於零件表麵形狀（zhuàng）複雜，外徑和底徑曲率半徑變化較大，因此在刀路設置中驅動麵選取尤為重要，否則加工過程中會發生幹涉和過切現象。因此在設置中可以把驅動麵（miàn）的驅動路徑投影到部（bù）件上，形成部件的刀具路徑同（tóng）時使用驅動麵（miàn）來控（kòng）製刀軸，以避免幹涉和過切現象（xiàng）的產（chǎn）生。驅動麵選擇如圖 2 所（suǒ）示（shì）。

圖 2 螺杆軸零件驅動麵的選（xuǎn）取

3． 1 螺杆軸零件（jiàn）粗加工刀路的設置

螺杆軸零件按照先粗（cū）後精的（de）加工方式進行，在進行粗加工刀路設置的主（zhǔ）要（yào）參數（shù）如表 3。

表 3 螺杆軸零件粗（cū）加（jiā）工刀路設置（zhì）主要參數（shù）

螺杆軸零件粗加工刀路如圖 3 所示（shì）。

圖 3 螺杆軸零件粗加工刀路示意圖

3． 2 螺杆軸（zhóu）零件半精加工刀路的設置

螺杆軸零件半精加工刀（dāo）路設置的（de）主要參數如表 4。

表 4 螺杆軸零件半精加工刀路設（shè）置主要參數

螺杆軸零件半精加工刀路如圖 4 所示。

圖 4 螺（luó）杆軸零件精加（jiā）工（gōng）刀（dāo）路示意圖

3． 3 螺杆（gǎn）軸零件精加工刀路（lù）的設置

零件精加工采取的切削（xuē）方式和主要參（cān）數除設置如表 5。

表 5 螺杆軸零件（jiàn）精加工加工刀路設置主要參數

螺杆軸零件精加工刀路如圖 5 所示。

圖 5 螺杆軸零件精加工刀路示意圖

3． 4 螺杆軸零件加工程序的編製（zhì）

根據螺杆軸零件生成的加工刀路，針對所選用高速四（sì）軸聯動數控機床生成 DNC 程序，生（shēng）成粗加工、精加工的部分加工程序如下。

M30

在高速（sù）四軸聯動數（shù）控機床上（shàng）加工完成的螺杆軸零件如圖（tú） 6 所示。

圖 6 加工完成的螺（luó）杆軸零件

通過對螺杆軸零件結構工藝性分析和工藝方（fāng）案的製定，選（xuǎn）擇（zé）合適（shì）的數控機（jī）床，選擇合理驅動麵和切削參數及路徑，高質量、高效率的保證了螺杆軸零件的加工精度、表麵粗糙度等（děng）要（yào）求，完（wán）全滿足了零件在雙螺杆泵設（shè）備正（zhèng）常工作要求，保證了雙螺杆泵工作的精密性和靈敏度。

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