趙永強,趙升噸,魏偉鋒,侯紅玲

(1.西安交通大學(xué)機械工程學(xué)院,710049,西安;2.陜西理工學(xué)院機械工程學(xué)院,723000,陜西漢中)

?

螺桿轉(zhuǎn)子磨削及計算機數(shù)控砂輪修整

趙永強1,2,趙升噸1,魏偉鋒2,侯紅玲2

(1.西安交通大學(xué)機械工程學(xué)院,710049,西安;2.陜西理工學(xué)院機械工程學(xué)院,723000,陜西漢中)

為了實現(xiàn)異形螺桿轉(zhuǎn)子在數(shù)控螺桿轉(zhuǎn)子磨床SK7032的磨削加工,并對螺桿轉(zhuǎn)子的磨削精度進(jìn)行評測,提出了一種分段的計算機數(shù)控(CNC)砂輪修整方法和確定分段間隔的方法。依據(jù)砂輪回轉(zhuǎn)面與被磨削螺桿轉(zhuǎn)子螺旋面的相切條件,推導(dǎo)了二者的空間接觸線方程,用接觸線方程計算了磨削螺桿轉(zhuǎn)子所需的砂輪截型。采用不同的安裝角和中心距對同一螺桿轉(zhuǎn)子型線所對應(yīng)的砂輪截型進(jìn)行計算,計算結(jié)果對比表明,安裝角是機床的敏感參數(shù),中心距變化1 mm引起的砂輪截形誤差小于1 μm。由此也得到了分段CNC砂輪修整方法所對應(yīng)的合理分段計算間隔,即相鄰兩次計算砂輪截型的中心距差值應(yīng)小于1 mm。將某型螺桿空壓機的陰轉(zhuǎn)子在SK7032轉(zhuǎn)子磨床上進(jìn)行磨削,磨削后的轉(zhuǎn)子型線檢測結(jié)果顯示:與理論型線相比,采用分段的CNC砂輪修整方法磨削后的型線誤差在±10 μm以內(nèi)。該研究可為SK7032數(shù)控螺桿轉(zhuǎn)子磨床的功能實現(xiàn)和螺桿轉(zhuǎn)子的磨削提供參考。

螺桿壓縮機;螺桿泵;螺桿轉(zhuǎn)子;轉(zhuǎn)子磨削

螺桿壓縮機因其結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、動力平衡性好、適應(yīng)性強和工作可靠等優(yōu)點,在制冷、礦山、化工、冶金、空氣動力及各種工藝流程中得到了廣泛應(yīng)用[1]。盡管人們了解螺桿壓縮機的工作原理有120多年,但是壓縮機在近40年內(nèi)才被廣泛應(yīng)用,其主要原因是其效率低、轉(zhuǎn)子的加工成本高。螺桿轉(zhuǎn)子作為壓縮機的核心零件,直接影響壓縮機的效率、轉(zhuǎn)子間的功率傳遞和噪聲等,而螺桿泵轉(zhuǎn)子加工依然是制約螺桿泵行業(yè)發(fā)展的瓶頸。

提高螺桿壓縮機效率的根本方法是進(jìn)行轉(zhuǎn)子型線的設(shè)計。近年來,國內(nèi)外學(xué)者在轉(zhuǎn)子型線設(shè)計方面做了諸多探索:文獻(xiàn)[2]提出了一種基于輪齒嚙合的用于Wankel發(fā)動機的內(nèi)擺線輪齒的生成方法,可以避免型線之間的干涉;文獻(xiàn)[3]提出了三螺桿泵轉(zhuǎn)子型線設(shè)計與成形磨削的加工方法,并推導(dǎo)了成形砂輪的計算方法;文獻(xiàn)[4]開發(fā)了一種螺桿空壓機轉(zhuǎn)子專用軟件包,克服了傳統(tǒng)設(shè)計方法周期長、計算準(zhǔn)確度差的缺點;文獻(xiàn)[5]提出將陰、陽轉(zhuǎn)子齒面沿接觸線法向間隙作為齒間間隙,為轉(zhuǎn)子之間齒間間隙分布規(guī)律獲取和量化提供了解決方法;文獻(xiàn)[6]提出了通過嚙合線分析形成轉(zhuǎn)子型線的方法,即只需給定轉(zhuǎn)子軸距、轉(zhuǎn)子齒數(shù)和嚙合線就可以生成轉(zhuǎn)子型線;文獻(xiàn)[7]提出了基于流體流動和熱力學(xué)過程的一種雙螺桿壓縮機的優(yōu)化設(shè)計方法,使壓縮機的轉(zhuǎn)子型線,壓縮速度和進(jìn)口溫度等都有改善;文獻(xiàn)[8]針對直線共軛內(nèi)嚙合齒輪泵,給出了由嚙合線求滑動率、嚙合角和壓力角的方法,解決了內(nèi)嚙合齒輪泵的型線設(shè)計;文獻(xiàn)[9]采用齒廓線法,逐步演示螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子型線的設(shè)計過程,為螺桿轉(zhuǎn)子型線的解析法設(shè)計提供了一種更優(yōu)方法。以上在螺桿轉(zhuǎn)子型線設(shè)計、優(yōu)化方面的研究成果為提高壓縮機、泵、發(fā)動機等的效率奠定了基礎(chǔ)。

提高螺桿轉(zhuǎn)子壓縮機效率的核心是精密加工螺桿轉(zhuǎn)子,這也是轉(zhuǎn)子型線設(shè)計得以實現(xiàn)的重要保證[10]。無論采用指狀銑刀還是盤形銑刀進(jìn)行銑削,都很難保證轉(zhuǎn)子型面的質(zhì)量,而立方氮化硼(CBN)砂輪磨削在轉(zhuǎn)子加工的表面質(zhì)量、型線一致性和加工效率等方面具有突出的優(yōu)勢,但同時也存在很大的局限性[11]。銑刀和CBN砂輪都屬于成形刀具,一把銑刀或一種規(guī)格的CBN砂輪僅適合加工某一種規(guī)格的螺桿轉(zhuǎn)子,而且轉(zhuǎn)子的最終加工精度完全取決于銑刀和CBN砂輪本身的精度,加工后的螺桿轉(zhuǎn)子型線誤差無法進(jìn)行修正。

計算機數(shù)控(CNC)砂輪修整技術(shù)作為一種高效精密加工方法,已在蝸桿、螺旋齒輪、滾珠絲杠等零件加工中得到廣泛應(yīng)用[12-13]。該技術(shù)在螺桿轉(zhuǎn)子加工中的應(yīng)用也是逐步展開的,英國HOLROYD公司生產(chǎn)的TG350E數(shù)控螺紋磨床,采用了CNC砂輪修整技術(shù)并配備了在線測量,可以實現(xiàn)被加工表面超差和砂輪局部破損的實時檢測與誤差補償,使螺桿的型線誤差控制在±5 μm之內(nèi)[14]。

我國的螺桿壓縮機是從20世紀(jì)70年代開始逐漸發(fā)展起來的。陜西漢江機床有限公司于2011年在第十二屆中國國際機床展覽會上首次推出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)控螺桿轉(zhuǎn)子磨床SK7032。以該機床為基礎(chǔ)的高精度螺紋加工技術(shù)及設(shè)備得到了國家專項的重大支持,重點解決了SK7032在磨削工藝、砂輪修整、機床精度保持和可靠性驗證等方面存在的諸多難題。

本文針對SK7032所涉及的關(guān)鍵技術(shù)——修整CNC砂輪和實現(xiàn)轉(zhuǎn)子磨削精度而進(jìn)行的研究工作。

1 螺桿轉(zhuǎn)子的磨削理論

對螺桿轉(zhuǎn)子的等升距螺旋槽的磨削需要解決兩個問題,一個是磨削砂輪與螺桿轉(zhuǎn)子之間的空間螺旋運動,另一個是砂輪截型與螺桿螺旋槽的截型相對應(yīng)。因此,螺桿轉(zhuǎn)子的磨削加工采用無瞬心包絡(luò)法,即傾斜的砂輪繞自身軸線旋轉(zhuǎn),螺桿轉(zhuǎn)子相對砂輪作螺旋進(jìn)給運動[15-16]。

1.1 螺桿轉(zhuǎn)子磨削的空間坐標(biāo)系

圖1 螺桿轉(zhuǎn)子磨削的空間關(guān)系

轉(zhuǎn)子磨削的空間坐標(biāo)系如圖1所示[17]:oxyz是轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系,z為轉(zhuǎn)子軸線;ouxuyuzu是砂輪坐標(biāo)系,zu為砂輪回轉(zhuǎn)軸線。轉(zhuǎn)子的yoz平面和砂輪的yuouzu平面相互平行,兩平面之間的距離記為中心距Ac。轉(zhuǎn)子軸線z和砂輪軸線zu之間的夾角記為砂輪的安裝角φ。在轉(zhuǎn)子磨削過程中,砂輪的安裝角φ相對固定,而中心距Ac隨著磨削深度的變化和砂輪修整量的累加而變化。因此,Ac和φ是螺桿磨削中兩個重要工藝參數(shù)。

1.2 螺桿磨床的坐標(biāo)系和運動定義

螺桿轉(zhuǎn)子磨床的運動關(guān)系如圖2所示,其中砂輪架的旋轉(zhuǎn)方向為B,安裝在砂輪架上的金剛輪的兩個直線進(jìn)給方向分別為V和W,砂輪沿工件徑向的進(jìn)給方向為X,螺桿的轉(zhuǎn)動方向為C,轉(zhuǎn)子的軸向進(jìn)給方向為Z,工作臺面的整體回轉(zhuǎn)方向為S[18]。

圖2 螺桿轉(zhuǎn)子磨床的坐標(biāo)系定義

螺桿轉(zhuǎn)子數(shù)控磨床SK7032的數(shù)控系統(tǒng)采用西門子840D,其5個運動控制通道分別定義為tZ、tX、tV、tW和tC。轉(zhuǎn)子的螺旋進(jìn)給方向采用tZ和tC通道控制,砂輪的進(jìn)給方向采用tX通道控制,金剛輪的兩個進(jìn)給運動采用tW和tV通道控制。

1.3 螺桿轉(zhuǎn)子曲面方程和法線方程

螺桿轉(zhuǎn)子的螺旋面是由端面型線作螺旋運動而形成的,螺桿轉(zhuǎn)子的磨削成形過程可以看作砂輪的回轉(zhuǎn)面與螺桿轉(zhuǎn)子的螺旋曲面之間的空間嚙合運動。螺桿轉(zhuǎn)子磨削的關(guān)鍵是根據(jù)已知的螺桿轉(zhuǎn)子的端面型線求解砂輪的精確截形。以下將以右旋螺桿轉(zhuǎn)子為例,探討砂輪截形求解的方法和步驟[4]。

在空間坐標(biāo)系oxyz中,某一曲線繞軸線oz作右旋螺旋運動,當(dāng)轉(zhuǎn)過τ角時所形成的右旋螺旋面方程為

(1)

(2)

1.4 螺桿轉(zhuǎn)子磨削的接觸線方程

如圖1所示的螺桿轉(zhuǎn)子磨削的空間位置關(guān)系.當(dāng)轉(zhuǎn)子螺旋面為右旋時,砂輪坐標(biāo)系ouxuyuzu與轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系oxyz之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為[14]

(3)

當(dāng)砂輪的回轉(zhuǎn)面和螺桿轉(zhuǎn)子的螺旋曲面空間嚙合時,轉(zhuǎn)子曲面與砂輪回轉(zhuǎn)面之間形成一條空間位置固定的接觸線。該接觸線繞砂輪軸線回轉(zhuǎn)一周即形成砂輪的回轉(zhuǎn)面,該接觸線繞轉(zhuǎn)子軸線作螺旋運動形成轉(zhuǎn)子的螺旋曲面[13,15]。

(4)

圖3 轉(zhuǎn)子磨削的接觸條件

砂輪的回轉(zhuǎn)面在M點的切線T的表達(dá)式為

(5)

聯(lián)合式(1)～式(5),推導(dǎo)出右旋螺桿轉(zhuǎn)子磨削的接觸線方程為

(6)

1.5 求解螺桿轉(zhuǎn)子磨削的接觸線方程

在實際運算過程中,螺桿轉(zhuǎn)子的端面型線以離散點的形式出現(xiàn),各離散點處一階導(dǎo)數(shù)表示為

(7)

由于接觸線方程在各離散點處一階連續(xù),此處采用一階導(dǎo)數(shù)為參數(shù)的三次樣條函數(shù)法進(jìn)行求解[6]。

當(dāng)求解離散點處的一階導(dǎo)數(shù)之后,式(4)變換成關(guān)于參變量τ的三角超越方程。為了提高計算速度,可采用數(shù)值法求其近似解。

1.6 螺桿轉(zhuǎn)子磨削用砂輪的截形計算

在設(shè)計螺桿轉(zhuǎn)子的端面型線時,通常采用直線、圓弧、橢圓弧、擺線等拼接和包絡(luò)而成,并以離散點的形式存儲,后續(xù)計算針對離散點數(shù)據(jù)進(jìn)行[12,14]。

如圖4所示,在砂輪坐標(biāo)系中,由Ru-Zu曲線表示的砂輪軸向截形中任意一點的坐標(biāo)方程為

(8)

圖4 砂輪軸向截形示意圖

2 砂輪截型的計算實例

以某一規(guī)格的螺桿空壓機中陰轉(zhuǎn)子的磨削加工為例,給出磨削用砂輪截形的計算過程和計算結(jié)果。陰轉(zhuǎn)子的基本參數(shù)如表1所示,其端面單齒槽型線的部分?jǐn)?shù)據(jù)如表2所示。

根據(jù)表2所列的陰轉(zhuǎn)子的端面型線數(shù)據(jù),繪制單齒槽型線。將單齒槽截型繞坐標(biāo)點(0,0)旋轉(zhuǎn),得到的陰轉(zhuǎn)子的整體端面型線如圖5所示。

按照前面所述的螺桿轉(zhuǎn)子和砂輪的空間嚙合理論,根據(jù)陰轉(zhuǎn)子的單齒槽型線數(shù)據(jù),利用MATLAB編程計算砂輪的軸向截形。設(shè)定初始計算參數(shù):中心距為245 mm,砂輪安裝角為43°,初始相位角為190°。計算的砂輪截形部分?jǐn)?shù)據(jù)如表3所示。

表1 陰轉(zhuǎn)子的基本參數(shù)

表2 陰轉(zhuǎn)子單齒槽截形的部分?jǐn)?shù)據(jù)

圖5 陰轉(zhuǎn)子端面型線

表3 砂輪截形的部分?jǐn)?shù)據(jù)

3 砂輪軸向截形的影響因素

3.1 砂輪安裝角

理論上,砂輪安裝角直接采用螺桿轉(zhuǎn)子的螺旋角或螺旋角的余角即可。在工程實際中,由于受機床的進(jìn)給精度的影響,砂輪的實際安裝角與理論值之間必然存在誤差。

在中心距為250 mm、初始相位角為130°的前提下,僅改變砂輪的安裝角得到的砂輪軸向截型如圖6所示。圖6中的3條曲線F42.9、F42.95和F43分別對應(yīng)的砂輪安裝角為42.9°、42.95°、43°,3者之間相差0.05°。

(a)安裝角相差0.05°

(b)T1區(qū)放大圖

(c)P1區(qū)放大圖

將圖6a中的3個區(qū)域T1、P1、Q1放大后,如圖6b～圖6d所示。其中圖6b中F42.9與F42.95之間偏差為0.5 μm,而F42.95與F43之間的偏差為0.4 μm;圖6c中F42.9與F42.95之間偏差為5 μm,而F42.95與F43之間的偏差為4 μm;圖6d中F42.95與F43之間的偏差達(dá)到23 μm。對除此3個區(qū)域之外的曲線偏差分析可見:不同區(qū)域的偏差均不一樣,靠近T1區(qū)域的偏差小,而在P1和Q1附近的偏差大。

(d)Q1區(qū)放大圖圖6 不同砂輪安裝角對應(yīng)的砂輪截形

砂輪安裝角變化0.05°引起的砂輪截型曲線各處的偏差變化都很大。因此,砂輪安裝角是砂輪截型計算的一個敏感參數(shù),也是SK7032磨床調(diào)整中必須嚴(yán)格控制的一個工藝參數(shù)。如何準(zhǔn)確調(diào)整和準(zhǔn)確測量此參數(shù)的實際值,對于砂輪軸向截型的計算非常關(guān)鍵。

3.2 中心距

從圖1可見,中心距Ac定義為螺桿轉(zhuǎn)子的齒根圓半徑和砂輪軸向截型的最大半徑之和,其中螺桿轉(zhuǎn)子的齒根圓半徑相對固定,砂輪軸向截型中的最大半徑值隨著砂輪的修整而逐漸變小。

(a)3種中心距對應(yīng)的砂輪截形

(b)平移后的3條砂輪截形

(c)T2區(qū)放大圖

(d)P2區(qū)放大圖

在砂輪安裝角為42°、初始相位角為130°時,只改變中心距,計算得到的砂輪軸向截型如圖7所示,其中D251、D252、D253三條曲線所對應(yīng)的中心距分別為251、252和253 mm。

(e)Q2區(qū)放大圖圖7 不同中心距對應(yīng)的砂輪截型

將圖7a中D251曲線向下移動1 mm,D253向上移動1 mm,平移后的3條曲線近似重合,見圖7b。將圖7b中的T2、P2、Q23個區(qū)域放大后如圖7c～圖7e所示。T2區(qū)中D251與D252曲線之間的偏差小于0.1 μm,D251與D252曲線之間的偏差小于0.2 μm;P2區(qū)中D252與D251、D253之間的偏差相近,都小于0.5 μm;Q2區(qū)D251和D252之間的偏差為0.4 μm,D251和D252之間的偏差為0.7 μm。此3條曲線上的差異源于中心距的變化,即中心距變化會使砂輪的截型數(shù)據(jù)產(chǎn)生變化。因此,只要有效控制中心距的變化量,就可以控制由此而引起的砂輪截型誤差。

在轉(zhuǎn)子磨削過程中,砂輪磨損后必須及時修整,每次修整之后,砂輪的半徑都會變小。砂輪修整的單次進(jìn)給量很小,約為0.005～0.02 mm,若要將已經(jīng)破損、磨損的部分修整完全,必須經(jīng)過多次修整。多次修整后,砂輪半徑減小的累加值便不容忽視。

由圖7可見,當(dāng)中心距差值為1 mm時,所計算的砂輪截形偏差小于1 μm。因此,在砂輪修整過程中,將砂輪半徑減小的累積量作為一個工藝參數(shù),砂輪每修整一次,此參數(shù)被修正一次,當(dāng)該值超過1 mm時,需重新設(shè)定中心距并計算新的砂輪截型數(shù)據(jù),這是螺桿轉(zhuǎn)子磨削中砂輪分段修整方法的實現(xiàn)過程。

4 螺桿轉(zhuǎn)子的磨削試驗

為了驗證由螺桿轉(zhuǎn)子端面型線計算的砂輪截型數(shù)據(jù)的精度,特別是螺桿轉(zhuǎn)子磨床加工的精度,在SK7032上對某型陰轉(zhuǎn)子進(jìn)行磨削試驗,并對磨削之后的陰轉(zhuǎn)子進(jìn)行檢測,評定磨削加工的精度。

4.1 螺桿轉(zhuǎn)子的磨削加工

在轉(zhuǎn)子磨削之前,首先保證機床參數(shù)、轉(zhuǎn)子與砂輪的基本參數(shù)之間的一致性,然后計算砂輪的截型數(shù)據(jù),并對砂輪進(jìn)行修整,最后利用修整后的砂輪對螺桿轉(zhuǎn)子進(jìn)行磨削。

為了提高螺桿轉(zhuǎn)子中多個齒槽截型的一致性,盡量使用一次修整后的砂輪對各個齒槽進(jìn)行磨削。當(dāng)每個齒槽都被磨削一次后,進(jìn)行砂輪的二次修整和轉(zhuǎn)子的二次磨削。重復(fù)以上步驟,直到轉(zhuǎn)子齒面磨削完整。

在SK7032數(shù)控螺桿轉(zhuǎn)子磨床上進(jìn)行螺桿轉(zhuǎn)子磨削和磨削后工件如圖8所示。

(a)在SK7032上的磨削

4.2 螺桿轉(zhuǎn)子的齒形檢測

利用P65齒輪檢測儀對加工后的陰轉(zhuǎn)子型線進(jìn)行檢測,檢測結(jié)果如圖9所示,圖中的陰影部分為偏差值。

(a)陰轉(zhuǎn)子總體檢測誤差

(b)1齒槽的誤差圖9 陰轉(zhuǎn)子的檢測數(shù)據(jù)

由圖9a可見,陰轉(zhuǎn)子端面型線的6個齒槽偏差值較均勻,每個齒槽最大誤差出現(xiàn)的位置和數(shù)值很相近,其中1齒槽的測量型線如圖9b所示。檢測結(jié)果顯示各齒槽的檢測值和理論值偏差小于±10 μm。

4.3 陰轉(zhuǎn)子型線檢測值分析

在三坐標(biāo)測量機上,對在SK7032上磨削后的5個不同陰轉(zhuǎn)子的一個齒槽端面型線進(jìn)行測量。將5組測量的齒槽型線數(shù)據(jù)和理論型線數(shù)據(jù)進(jìn)行比對,結(jié)果如圖10所示。

(a)測量型線與理論型線對比

(b)T3區(qū)放大圖

(c)P3區(qū)放大圖

(d)Q3區(qū)放大圖圖10 陰轉(zhuǎn)子測量型線與理論型線的對比

從圖10b～圖10d所示的所有曲線上的3處放大圖可以看出,5條測量曲線在P3區(qū)中的相互偏差在10 μm左右,在T3區(qū)中的偏差相差較大,在Q3區(qū)中的差異更大。這與圖9b中看到的齒槽對應(yīng)位置處的偏差一致。造成誤差變大的原因是拐點位置測量頭的接觸條件變差。

另外,在P3、T3和Q3區(qū)中理論型線與測量型線的相對偏差較大,這主要是由于測量型線與理論型線的初始位置不統(tǒng)一而引起的,可以通過調(diào)整理論型線的初始位置而靠近測量型線,這樣的調(diào)整具有隨機性。

從圖10中讀出測量型線與理論型線之間的偏差及其位置,可以通過調(diào)整砂輪截型數(shù)據(jù)使誤差減小。這種誤差補償方式是CNC砂輪修整技術(shù)的一個突出優(yōu)勢,也是提高轉(zhuǎn)子型線磨削精度的有效方法,將作為后續(xù)研究工作的重要方面。

5 結(jié) 論

本文對異形螺桿轉(zhuǎn)子數(shù)控磨削中的分段CNC砂輪修型方法進(jìn)行了理論和試驗研究,通過計算發(fā)現(xiàn),砂輪的安裝角相對于中心距對砂輪的截型影響較大,安裝角變化0.05°所引起的砂輪截形誤差最大達(dá)到23 μm,而中心距變化1 mm引起的砂輪截型誤差小于1 μm。在砂輪的安裝角一定的前提下,采用1 mm的中心距間隔分段CNC砂輪修型方法對某陰轉(zhuǎn)子在SK7032上進(jìn)行磨削試驗后,P65齒輪檢測儀的測量結(jié)果顯示最終型線誤差在±10 μm以內(nèi)。因此,在復(fù)雜螺桿轉(zhuǎn)子的數(shù)控磨削時,更應(yīng)注重機床中砂輪安裝角的調(diào)整和中心距間隔的選取。

[1] 邢子文, 吳華根, 束鵬程. 螺桿壓縮機設(shè)計理論與關(guān)鍵技術(shù)的研究和開發(fā) [J]. 西安交通大學(xué)學(xué)報, 2007, 41(7): 755-763, 810. XING Ziwen, WU Huagen, SHU Pengcheng. Research and development on design theory and key technology of screw compressors [J]. Journal of Xi’an Jiaotong University, 2007, 41(7): 755-763, 810.

[2] LITVIN F L, FENG P H. Computerized design and generation of cycloidal gearings [J]. Mech Mach Theory, 1996, 31(7): 891-911.

[3] MIMMI G, PENNACCHI P. Determination of tool profile for the milling of three-screw pump rotor [J]. Mechanica, 1997, 32(4): 363-377.

[4] 邢子文, 彭學(xué)院, 束鵬程. 螺桿壓縮機設(shè)計計算軟件的研究與開發(fā) [J]. 西安交通大學(xué)學(xué)報, 1999, 33(11): 1-7. XING Ziwen, PENG Xueyuan, SHU Pengcheng. Software package for design of twin screw compressors [J]. Journal of Xi’an Jiaotong University, 1999, 33(11): 1-7.

[5] 熊偉, 馮全科. 雙螺桿壓縮機齒間間隙分布的計算 [J]. 西安交通大學(xué)學(xué)報, 2004, 38(7): 682-685. XIONG Wei, FENG Quanke. Calculation to inter-lobe clearance distribution of twin-screw compressor [J]. Journal of Xi’an Jiaotong University, 2004, 38(7): 682-685.

[6] ZAYTSEV D, FERREIRA C I. Profile generation method for twin screw compressor rotors based on the meshing line [J]. International Journal of Refrigeration, 2005, 28(5): 744-755.

[7] KWON S M, KANG H S, SHIN J H. Rotor profile design in a hypogerotor pump [J]. Journal of Mechanical Science and Technology, 2009, 23(2): 3459-3470.

[8] 魏偉鋒, 張廣鵬, 杜真一, 等. 參數(shù)化直線共軛內(nèi)嚙合泵齒廓設(shè)計方法 [J]. 機械工程學(xué)報, 2014, 50(3): 49-55. WEI Weifeng, ZHANG Guangpeng, DU Zhenyi, et al. Design method of internal rotary gear pump by parameterized line conjugated tooth profile [J]. Journal of Mechanical Engineering, 2014, 50(3): 49-55.

[9] 徐健, 余賓宴, 余小玲, 等. 螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子型線設(shè)計方法 [J]. 壓縮機技術(shù), 2012(2): 1-6, 14. XU Jian, YU Binyan, YU Xiaoling, et al. Study on rotor profile design of screw compressors [J]. Compressor Technology, 2012(2): 1-6, 14.

[10]張元勛, 唐倩, 江振偉, 等. 基于嚙合間隙的螺桿齒形設(shè)計與成形加工方法 [J]. 機械工程學(xué)報, 2014, 50(9): 48-57. ZHANG Yuanxun, TANG Qian, JIANG Zhenwei, et al. Design of screw tooth profile based on backlash and design method of forming cutter [J]. Journal of Mechanical Engineering, 2014, 50(9): 48-57.

[11]WEI J, ZHANG G A. Precision grinding method for screw rotors using CBN grinding wheel [J]. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2010, 48(5/6/7/8): 495-503.

[12]吳寶海, 張娟, 楊建華, 等. 螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子成形砂輪刃形計算 [J]. 機械工程學(xué)報, 2012, 48(19): 192-198. WU Baohai, ZHANG Juan, YANG Jianhua, et al. Calculation method for edge shape of forming wheel for screw rotors machining [J]. Journal of Mechanical Engineering, 2012, 48(19): 192-198.

[13]STOSIC N, SMITH I K, KOVACEVIC A, et al. Geometry of screw compressor rotors and their tools [J].

Journal of Zhejiang University-Science A, 2011, 12(4): 310-326.

[14]周斌, 魏偉鋒. 國內(nèi)外螺桿轉(zhuǎn)子精密加工設(shè)備綜述 [J]. 制造技術(shù)與機床, 2011(12): 66-70. ZHOU Bin, WEI Weifeng. The special reports of domestic and foreign screw rotor precision processing equipment [J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2011(12): 66-70.

[15]吳序堂. 齒輪嚙合原理: 2版 [M]. 西安: 西安交通大學(xué)出版社, 2009: 77-105.

[16]邢子文. 螺桿壓縮機: 理論、設(shè)計及應(yīng)用 [M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2000: 50-67.

[17]LYASHKOV A A, PANCHUK K L. Computer modeling of a pump screw and disc tool cross shaping process [J]. Procedia Engineering, 2015, 113: 174-180.

[18]侯紅玲, 趙永強. 雙螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子磨削參數(shù)的精確計算 [J]. 機械設(shè)計, 2014, 31(10): 72-76. HOU Hongling, ZHAO Yongqiang. Calculation of grinding parameters of twin-screw compressor rotor [J]. Journal of Machine Design, 2014, 31(10): 72-76.

(編輯 杜秀杰)

Screw Rotor Grinding and Computer Numerical Control Grinding Wheel Dressing

ZHAO Yongqiang1,2,ZHAO Shengdun1,WEI Weifeng2,HOU Hongling2

(1. School of Mechanical Engineering, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China; 2. School of Mechanical Engineering, Shaanxi University of Technology, Hanzhong, Shaanxi 723000, China)

To grind special-shaped screw rotor and evaluate the grinding precision of rotor ground, a method of segmented computer numerical control (CNC) grinding wheel dressing is proposed, and the segmented interval determining scheme is given. According to the tangent condition between grinding wheel surface and rotor helical surface, the contact line equation is deduced. The grinding wheel profile can be calculated by the condition line equation and rotor profile. Several grinding wheel profiles are obtained by different installation angle and center distance on the same rotor profile. The results show that the installation angle is a sensitive parameter and the error within 1 μm results from changed center distance of 1 mm. The reasonable center distance interval of segmented CNC grinding wheel dressing method ought to be less than 1 mm. The test is carried out on a SK7032 grinder for a female rotor, and the machining error can be controlled within ±10 μm with the method of grinding wheel segmented dressing.

screw compressor; screw pump; screw rotor; screw rotor grinding

10.7652/xjtuxb201608002

2015-12-24。 作者簡介:趙永強(1976—),男,博士生;趙升噸(通信作者),男,教授,博士生導(dǎo)師。 基金項目:國家自然科學(xué)基金資助項目(51305378);陜西省科學(xué)技術(shù)研究發(fā)展計劃工業(yè)攻關(guān)計劃資助項目(2014k06-45)。

時間:2016-05-18

http:∥www.cnki.net/kcms/detail/61.1069.T.20160518.1515.002.html

TH455

A

0253-987X(2016)08-0006-09