通過(guò)對(duì)旋風(fēng)切削理論的研究，確定了該方法對(duì)螺桿加工的可行性，并應(yīng)用該理論對(duì)135型螺桿泵螺桿的旋風(fēng)切削加工進(jìn)行研究，分析各參數(shù)的關(guān)系及相互影響的因素，在此基礎(chǔ)上獲得135型螺桿外旋風(fēng)切削加工的參數(shù)關(guān)系方程，同時(shí)討論了三螺桿泵螺桿的材料選擇及制造工藝，為螺桿加工提供了有參考價(jià)值的加工方案，也為高精度螺桿制造的進(jìn)一步研究，提供了有力的技術(shù)參考。

　　螺桿泵轉(zhuǎn)子螺桿為擺線形成的成型螺旋面，如何快速準(zhǔn)確地加工出螺桿的螺旋面是螺桿加工工藝中最為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。這一環(huán)節(jié)也決定了螺桿泵整體的運(yùn)行效果。在對(duì)螺桿加工的研究上，更多的是集中在用于傳動(dòng)的絲桿或用于水泵上的異形螺桿的加工，這類(lèi)螺桿要么精度高但形狀簡(jiǎn)單，要么形狀復(fù)雜但精度要求低。其研究角度也多以成型加工為主，也有部分文獻(xiàn)是研究傳動(dòng)絲桿旋風(fēng)切削加工方法的。但傳動(dòng)用絲桿截面相對(duì)簡(jiǎn)單，多以矩形，梯形、圓弧形為主，并且槽深有限，切削加工余量并不是非常大，通過(guò)成型刀具車(chē)削或是旋風(fēng)切削的方式都可獲得較高效率，較好質(zhì)量的加工產(chǎn)品，但是三螺桿泵螺桿本身截面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為多段擺線組成，且槽的深度大，導(dǎo)程也比較長(zhǎng)，普通車(chē)削加工難度非常大，因此在實(shí)際生產(chǎn)中多以專(zhuān)用機(jī)床及成型銑的方式進(jìn)行加工，但這類(lèi)加工有一個(gè)很大的弊端就是成本高，一把刀具只能加工一種螺桿。因此真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.lalazzu.cn/)認(rèn)為研究應(yīng)用普通刀具對(duì)螺桿進(jìn)行成型加工是非常必要的，為提高加工效率，將普通刀具的數(shù)量增加，并將切削速度提高，這種加工方法稱為旋風(fēng)切削方法。

1、旋風(fēng)切削基本原理

　　旋風(fēng)切削為在普通機(jī)床上加動(dòng)力頭，通過(guò)動(dòng)力頭帶動(dòng)刀盤(pán)上安裝的普通刀具進(jìn)行高速切削。旋風(fēng)切削特點(diǎn)：刀具可用普通刀具代替成型刀具進(jìn)行切削，刀具重復(fù)刃磨次數(shù)多，擴(kuò)大了對(duì)象的加工范圍，切削速度高，且可以安裝多把，切削效率高，旋風(fēng)切削加工螺桿原理如圖1所示。

圖1 切削原理

　　由圖1知，任意時(shí)刻刀具回轉(zhuǎn)在零件表面留下切削線，當(dāng)機(jī)床相對(duì)工件做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)，相當(dāng)于這一切削線在沿著工件軸線做螺旋運(yùn)動(dòng)，在工件表面就形成了螺旋加工面，實(shí)現(xiàn)螺旋槽型面加工。旋風(fēng)切削在加工螺桿泵擺線螺桿時(shí)，為獲得比較好的加工精度，兩者要滿足如下條件：

　　(1)為獲得根部的圓柱形面(齒根圓形面)，刀具的尖部要與螺桿根部圓弧相切；

　　(2)為獲得螺旋面頂部與外圓柱面的空間廓形線，旋風(fēng)切削用刀具刀尖要通過(guò)外部螺旋線。

2、旋風(fēng)切削參數(shù)

　　根據(jù)兩者的加工關(guān)系建立刀具和螺桿件的空間位置關(guān)系，按此關(guān)系建立如圖2的坐標(biāo)體系。

圖2 工件刀具坐標(biāo)系

　　根據(jù)圖1及圖2可以得出，要應(yīng)用旋風(fēng)切削，必須確定刀盤(pán)的半徑MF，刀盤(pán)的安裝角度α、β。設(shè)刀盤(pán)半徑為R，因此R、α、β與原螺桿截面方程的關(guān)系就是決定旋風(fēng)切削應(yīng)用的關(guān)鍵參數(shù)數(shù)據(jù)。

3、135型螺桿泵螺桿旋風(fēng)切削參數(shù)關(guān)系計(jì)算

　　按圖2方式建立工件、刀具形成的切削面的用戶坐標(biāo)系，設(shè)旋風(fēng)切削形成的坐標(biāo)體系的3個(gè)基本向量為L(zhǎng)1、L2、L3。則根據(jù)圖2所示有

　　F點(diǎn)是刀具切削刃與工件加工面的共有點(diǎn)，設(shè)F在螺桿坐標(biāo)系的坐標(biāo)為(f，0，0)，由圖1及圖2，根據(jù)坐標(biāo)變換式子可得F點(diǎn)在刀盤(pán)坐標(biāo)系下與F點(diǎn)在螺桿坐標(biāo)系下的坐標(biāo)關(guān)系式為

　　如圖3所示為刀盤(pán)所在坐標(biāo)平面XMY。按圖可得，刀尖的切削圓方程為

　　由圖3有S點(diǎn)到圓心M的距離為

　　正交坐標(biāo)變換下，距離不變所以在螺桿坐標(biāo)系下SF的距離有

　　將式(5)與135型螺桿型面上P點(diǎn)的方程聯(lián)立(見(jiàn)圖1)就可以獲得旋風(fēng)切削下，刀盤(pán)的安裝參數(shù)與螺桿截面曲線的關(guān)系，設(shè)135型螺桿型面P點(diǎn)參數(shù)方程為x=rcosψ、y=rsinψ、z=P(ψ-φr)。聯(lián)立式(5)有

　　式中r———螺桿的頂圓半徑；φr———端截面點(diǎn)所在位置角度值。

　　由式(6)將切削圓半徑R及切削面安裝角α、β與被加工螺桿螺旋面上的點(diǎn)P對(duì)應(yīng)的角度ψ聯(lián)系起來(lái)，通過(guò)式(6)確定旋風(fēng)切削加工時(shí)安裝參數(shù)α、β與螺旋型面參數(shù)ψ之間的關(guān)系。

圖3 切削圓

　　式(6)中ψ的確定對(duì)α、β有關(guān)鍵性的作用，確定好ψ后，再帶入式(6)求出α、β，如果先確定β或α中的任何一個(gè)，再求解其他2個(gè)參數(shù)都是比較困難的。下面來(lái)確定ψ，由刀具切削圓軸向看，刀具切削通過(guò)軌跡如圖3所示，式(6)確定的依據(jù)是，假定旋風(fēng)切削時(shí)，刀尖切出的軌跡通過(guò)F、P點(diǎn)，而ψ正是在P點(diǎn)時(shí)的切削軌跡線所對(duì)應(yīng)的角度。從加工過(guò)程分析，P點(diǎn)的位置，是受刀具回轉(zhuǎn)半徑以及切削平面相對(duì)加工工件傾斜角度所決定的，也就是R及β所決定。因此初設(shè)R及β，用式(6)中式①來(lái)定ψ值，再重新計(jì)算α、β，由此就可以合理確定旋風(fēng)切削加工時(shí)刀盤(pán)的安裝角度。

4、應(yīng)用旋風(fēng)切削的工藝過(guò)程分析

　　對(duì)于三螺桿泵的主從螺桿，因?qū)С梯^一般螺桿大，齒槽寬且深，切削量大，因此建議的加工流程是先用指狀銑刀對(duì)螺桿進(jìn)行粗銑，然后用旋風(fēng)切削進(jìn)行精加工，這樣刀具的使用壽命長(zhǎng)，在刀的設(shè)置上建議應(yīng)用4把刀，對(duì)稱分布，兩前、兩后，前刀粗加工后刀精加工，受力平衡，對(duì)工件造成的變形量小，提升加工精度。在螺桿的材料選擇上，傳統(tǒng)的選擇是45鋼或40Cr，這2種材料在熱處理工藝中，材料穩(wěn)定性差，變形量大，表面滲氮處理后合格率低，需經(jīng)校形處理，工藝復(fù)雜性增加，質(zhì)量穩(wěn)定性受到很大影響。20CrMnTi、40CrNiMo，38CrMoAl、40Cr4種材料經(jīng)各自熱處理及表面處理工藝要達(dá)到使用要求顯示，20CrMnTi的變形量最小，180長(zhǎng)，直徑27的桿件徑向變形不超過(guò)5μm，經(jīng)磨削處理后，可達(dá)使用要求。因此建議采用20CrMnTi，材料費(fèi)用上無(wú)差別，機(jī)加工后進(jìn)行滲碳處理，硬度可以達(dá)到HRC58，耐磨性極大增強(qiáng)，變形小，工件心部強(qiáng)度高。20CrMnTi屬低碳鋼，材料韌、塑性強(qiáng)，切削加工性差，因此在機(jī)加工時(shí)，應(yīng)選用硬度較高的硬質(zhì)合金牌號(hào)的刀具，增強(qiáng)因材料韌、塑性而帶來(lái)的對(duì)刀具的磨損，從而提高刀具的使用壽命。

5、結(jié)語(yǔ)

　　通過(guò)對(duì)135型螺桿旋風(fēng)切削的理論研究，合理確定135型螺桿旋風(fēng)切削時(shí)的加工參數(shù)，確保能正確應(yīng)用該方法加工螺桿。旋風(fēng)切削從機(jī)理上講是一種近似切削的方法，對(duì)從桿及小螺距的主桿有非常好的近似加工效果。旋風(fēng)切削可以通過(guò)普通機(jī)床添加動(dòng)力頭的方式改造實(shí)現(xiàn)，因其高的切削速度，可以使螺桿的加工效率得到較大的提升，設(shè)備與專(zhuān)用的螺桿加工設(shè)備比較，價(jià)格低廉，因此大大降低螺桿整體制造成本。如此看來(lái)，對(duì)于小螺桿應(yīng)推廣應(yīng)用旋風(fēng)切削法進(jìn)行加工。當(dāng)前數(shù)控技術(shù)飛速發(fā)展，在設(shè)備改造中，通過(guò)數(shù)控方式的引入，會(huì)進(jìn)一步簡(jiǎn)化加工操作過(guò)程的復(fù)雜性，提升加工的精確性，提高應(yīng)用該方法加工螺桿的質(zhì)量穩(wěn)定性�？偟膩�(lái)說(shuō)更好的研究、應(yīng)用旋風(fēng)切削加工螺桿，對(duì)中小加工企業(yè)提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低加工成本、獲得穩(wěn)定的產(chǎn)品意義重大。