摆线齿轮泵加工工艺设计VIP

I 摘 要 随着工业技术的发展 ， 摆线齿轮泵的 作用 愈来愈 明显， 在一些科技先进国家已经开始广泛应用。 本文对摆线齿轮泵做了基本的介绍，阐述了摆线齿轮泵的结构特点以及工作优缺点，并说明了齿轮泵的发展情况以及国内外的发展趋势。对摆线齿轮泵内转子工艺分析及工艺规程的设计做了详尽叙述，同时还设计出了粗铣齿廓工序的专用摆线成形铣刀以及数控精铣齿廓工序的专用夹具。另外，采用 成式外形设计模块对内转子进行参数化三维建模，用数字加工模块对内转子进行数控模拟加工并生成 40 关 键 词 ： 摆线齿轮内转子；工艺；摆线成型铣刀；专用夹具；数控程序。 of is in in of as a of a of C in In to to C NC of NC 录 摘 要 . I . 1 章 绪论 . 1 摆线齿轮泵概述 . 1 齿轮泵发展趋势 . 1 内转子设计的基本要求 . 2 第 2 章 内转子的加工工艺设计 . 4 零件的分析 . 4 零件的作用 . 4 零件工艺分析 . 4 工艺规程设计 . 5 确定毛坯的制造形式 . 5 基面的选择 . 5 制定工艺路线 . 5 机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸确定 . 7 确定切削用量 . 8 齿廓编程 . 12 第 3 章 加工摆线齿轮泵内转子铣刀设计 . 13 计算摆线齿轮铣刀的齿形曲 线 . 13 刀的结构及主要技术条件 . 15 铣刀有关的结构尺寸 . 15 技术条件 . 17 第 4 章 数控精铣齿形的专用夹具设计 . 18 题的提出 . 18 位基准的选择 . 18 六点定位原则 . 18 工件定位中可能出现的几种情况 . 18 位误差分析 . 19 具的简要操作说明 . 19 结 论 . 20 致 谢 . 21 附录 1 数控粗铣齿廓程序 . 22 附录 2 数控半精铣齿廓程序 . 34 附录 3 数控精铣齿廓程序 . 46 参考文献 . 136 V 要 . I . 1 章 绪论 .摆线齿轮泵概述 . 1 齿轮泵发展趋势 . 1 内转子设计的基本要求 . 2 第 2 章 内转子的加工工艺设计 .零件的分析 . 4 零件的作用 . 4 零件工艺分析 . 4 工艺规程设计 . 5 确定毛坯的制造形式 . 5 基面的选择 . 5 制定工艺路线 . 5 机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸确定 . 7 确定切削用量 . 8 廓编程 . 12 第 3 章 加工摆线齿轮泵内转子铣刀设计 .计算摆线齿轮铣刀的齿形曲线 . 13 刀的结构及主要技术条件 . 15 铣刀有关的结构尺寸 . 15 术条件 . 17 4 章 数控精铣齿形的专用夹具设计 .题的提出 . 18 位基准的选择 . 18 点定位原则 . 18 件定位中可能出现的几种情况 . 18 位误差分析 . 19 具的简要操作说明 . 19 结 论 . 谢 .录 1 数控粗铣齿廓程序 .录 2 数控半精铣齿廓程序 .录 3 数控精铣齿廓程序 .考文献 .1 第 1 章 绪论 摆线齿轮泵概述 摆线齿轮泵结构紧凑，自吸能力强，传动平稳。它与渐开线外啮合齿轮泵相比，具有结构少、体积小、单位面积排量大、噪声低、流量脉动小、自吸性能好、适于高转速等优点。 另外 摆线齿轮泵流体进、出窗口的面积及角度范围较大，使流体吸、排充分。又因流体是轴向吸入，在流体离心力的作用下有利于吸入流体充满齿间，不易产生“气穴”现象，且该特点在一定转速范围内，转速越高，吸入特性越好，容积效率越高。 随着现代科学技术和国民经济生产的发展对泵的条件越来越特殊，对特殊泵的需求越来越多，发展特殊泵 是泵类产品发展的一个主要趋势。近年来，为了提高齿轮泵的性能，国内外正在进行一些特殊齿形齿轮泵的研究，并已取得了一定的进展。但目前我国石化行业使用的高粘度齿轮泵多属于国外进口产品，为了研究开发适合我国石化生产条件的高粘度齿轮泵，对此类泵的进一步研究成为当前齿轮泵技术发展的一个重要课题。 国外对摆线齿轮泵及高参数聚合物输送用卤轮泵进行了大量的研究开发工作。美国、瑞士、德国、日本等国家先后开发出了各自的系列产品，齿轮泵以美国内啮合齿轮泵和日本大晃株式会社的外啮合齿轮泵比较著名。高参数聚合物输送用齿轮泵以美国的聚合 物设备公司和瑞士玛格公司的摆线齿轮的产品居国际领先水平 1。这些聚合物齿轮泵应用于高温、高压、高粘度的液体物料的输送 2目前国内生产的特殊齿轮泵主要有 内啮合齿轮泵、 型特殊齿形高粘度齿轮泵以及 外啮合齿轮泵 4。但国内产品性能与国外同类产品相比，还有不小的差距。 开发新的摆线齿轮泵，以提高摆线齿轮泵的性能，更好的满足啮合和输送介质的要求，也是促进摆线齿轮泵的发展、满足现代工业的需要。而我国摆线齿形齿轮泵转子的型线设计原则、啮合特性的分析、制造加工技术等还没有建立较为完善的 理论体系。所以这些方面的研究对提高我国摆线齿轮泵设计制造水平具有重要意义。 齿轮泵发展趋势 齿轮技术的历史可追溯到 3000 5000 年前，而作为齿轮在工业中应用的 2 一种重要装置 齿轮泵的雏形只能追溯到 16 世纪，但它是所有类型泵中最古老的一种 5通常将抽吸、输送液体和使液体压力增加的机器统称为泵 7，齿轮泵是其中容积式回转泵的一种，它是一种使用非常广泛的流体机械。齿轮泵在高速、低速甚至手摇时，都能可靠地进行抽吸液体 8，因此它广泛应用于机床、轻工、农林、冶金、矿山、建筑、船舶、飞机、汽车 、石化机械等行业，特别是输送粘度较大的液体，例高粘度聚合物、润滑油、燃烧油等。例如齿轮泵在液压泵中占 9。而且齿轮泵的使用领域还在不断扩大，许多过去用轴向柱塞泵的液压设备也已改用齿轮泵 (如工程起重机等 )10。 齿轮泵借助于一对齿轮副轮齿脱开啮合侧和进入啮合侧在密封壳体内形成的工作容积的周期性变化来实现液体的输送。根据齿轮传动形式的不同，可以把齿轮泵分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵两大类；按齿轮泵的用途不同分为普通泵和特殊泵，普通泵大多用于输送油类液体或用于液压传动系统，常称为油泵或液压泵，特殊 泵则多用于石油、化工等输送粘稠物料的行业；按齿轮泵转子线型不同可分为普通渐开线型线和特殊型线齿轮泵。 典型齿轮泵的结构如图 11示，主要由两转子，以及容纳它们的泵体和前后泵盖所组成。特殊结构的泵有非对称渐开线多齿泵 11三齿轮外啮合齿轮泵 13、复合齿轮泵 14，这些泵克服了普通齿轮泵的流量和压力脉动大、噪声大、径向力不平衡、轴承磨损严重等缺点，使泵的流量成倍增加，寿命大幅度提高，具有设计先进、结构新颖、性能优越、效率高等优点，为变革传统的二齿轮式齿轮泵提供了一种创新思路。 近十几年来，齿轮泵行业取得了长足的发展。很多新型齿廓齿轮泵的相继出现使齿轮泵的性能得到了很大的改善，齿轮泵的工作压力有了很大提高，产品结构有了不少改进，变量泵的研究也在进行。齿轮泵技术正朝着设计多样化、进一步推广 术和发展无密封泵等方向发展；生产朝多品种、小批量发展；产品发展以控制泄漏、减少污染、减少能耗和降低成本为方向 26。 内转子设计的基本要求 摆线齿轮泵结构紧凑，自吸能力强，传动平稳。在采煤机液压回路中，主要应用在辅助供油系统回路中。摆线齿轮泵内、外转子工作时最高压力为25kg/低压工作。考虑瞬时启动及停车等情况产生的液压冲击，对内、 3 外转子造成一定的短时高压力。所以摆线齿轮在工艺上应在提高齿形表面硬度的同时提高内、外转子的综合机械性能。 4 第 2 章 内转子的加工工艺设计 零件的分析 零件的作用 题目所给定的零件是 170 型双滚筒采煤机液压牵引部中辅助油泵的内转子。在辅助油泵中，内转子为主动轮，外转子为从动轮，内外转子转速比 N=2=6/7，在油泵工作中内转子的一个齿转过一周时出现一个工作循环，即吸排油各一次，对于六个齿的内转子 将出现六个工作循环，即吸排油各六次。内转子的作用主要是与外转子配合完成吸排油，孔与轴接触配合，表面粗糙度为 转子两侧面与泵腔之间间隙很小，以防泄露。因此两端面粗糙度要求为 此可见整个内转子的尺寸精度、形状精度及表面质量的要求都很高。 零件工艺分析 摆线齿轮泵的内转子在进行齿形加工时要以内孔及端面定位，因为内转子的齿形与内孔和端面有很高的位置要求。如图 2 2转子零件图 要求表面渗碳深度 淬 火硬度 62，曲面母线对端面 5 (垂直度公差 内孔 19+平行度公差为 的等分公差 4 ，周节累计误差小于 6，齿面对 19+径向跳动公差为 工艺规程设计 确定毛坯的制造形式 内转子材料为 20碳合金钢，渗碳淬火硬度 62，毛坯选轧制棒料，对提高生产率、节约材料、保证加工精度也是有力的。因此其制齿工艺路线如下： 粗切齿热处理 (渗碳淬火 )精切齿 粗铣是采用“过两齿峰顶夹一 齿谷”的曲线段之成形铣刀，在万能铣床上粗铣齿，这样保证了生产效率，也保证了之后精加工 (数控铣削 )留量 基面的选择 基面的选择是工艺规程设计中的一项重要工作，基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，提高劳动生产率，降低生产成本，否则会使加工工艺过程中问题百出，更有甚者还会造成零件大批量报废，使生产无法进行。 对于内转子，选用外圆为粗基准车外圆，钻内孔，以及端面。这也符合粗基准的选用原则：若零件上每个表面都要加工，则应该以加工余量最小的表面作为粗基面，使这个表面在以后 的加工中不会留下毛坯表面而造成废品。 精基准的选择：选用内转子一端面及内孔为精基准，在加工齿形时可保证位置精度。 制定工艺路线 制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求，能得到合理的保证。在生产纲领已确定为成批生产时，可以考虑用通用机床配以专用夹具，必要时也可选用数控机床，并使工序尽量集中，从而提高劳动生产率，同时要考虑经济效果，使生产成本尽量降低。 1. 工艺路线方案一 工序：切断。 工序：钻内孔，粗车外圆，粗车两端面 6 工序：半精车内外圆、两端面 工序： 磨两端面 工序：粗铣齿形 工序：磨两端面 工序：钳工去刺 工序：热处理 工序：磨两端面 工序：磨内孔 工序：磨齿形 工序：割键槽 工序 ：研磨两端面 工序： 研齿 2. 工艺路线方案二 工序：下料 工序：粗车外圆，平两端面，钻内孔 工序：半精车内外圆、两端面 工序：磨两端面 工序：粗铣齿形 工序：钳工去毛刺 工序：热处理 工序：磨两端面 工序：磨内孔 工序：精铣齿形 工序：割键槽 工序：磨两端面 3. 工序、工艺路线分析 工艺方案一，完全采用传统机械加工，虽然能够保证精度 ，但其效率低，劳动强度大。方案二，在满足精度要求的同时，生产效率高，且生产自动化程度高，减轻了劳动者的劳动强度。所以，通过对两个工艺路线的比较，最后确定工艺路线如下： 7 工序 1：下料 工序 2：钻内孔到 16+糙度 车外圆到 糙度为 车两端面，车成 27 糙度 外圆为粗基准，选用 床 工序 3：半精车内孔，车成 18 粗糙度 精车外圆，车成 糙度 精车两端面，车成 25 糙度为 用 床 工序 4：磨两端面，厚磨成 糙度 用 面磨床 工序 5：粗铣齿形，直径留余量 糙度 用 床 工序 6：钳工去毛刺 工序 7：渗碳、 淬火 、清理 工序 8：磨两端面，厚磨成 糙度 用 面磨床 工序 9：按端面和内孔找正公差 孔磨成 19+用 床 工序 10：精铣齿形 工序 11：割键槽，选线切割机 工序 12：磨两端面，磨成 22+糙度 机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸确定 内转子材料为 20度为 62，毛坯重量为 产类型为中批生产。 根据上 述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下： 参照机械加工工艺手册 27 表 1工艺手册表 13定工序尺寸及余量为： 毛坯： 45车： 2Z=精车： 2Z=8 19+参照机械加工工艺手册 27及工艺手册制定工序尺寸及余量为： 钻内孔： 16 半精车： 2Z=内孔： 19 2Z= 参照机械加工工艺手册 27 表 1 1工艺手册制定工序尺寸及余量为： 毛坯： 30车两端面： 2Z=精车： 2Z=两端面： 2Z=磨两端面 ： 2Z=磨两端面： 22+ 2Z= 毛坯： 45车： 2Z=精车： 2Z=粗铣齿形：仿形加工 数控精铣齿形： 2Z=割：达到图纸要求 确定切削用量 工序 1：切断成 30口 刀具：锯 工序 2：钻内孔，车外圆，车两端面 刀具： 头 夹角： =116 118 查机械加工工艺手册 27表 3表 3： f=r， 9 v= 0 3 .5 r / m 1 4 2 5 . 31 0 0 01 0 0 0s d 按机床取 75r/v=削工时：加工长度 L=27具的切入长度 具的超出长度 3 5 1 . 55 . 027s 210 n.f 车外圆 刀具： 质合金车刀 =30 查机械加工工艺手册 27得： f=r ， v=210m/ 7 3 . 6 r / m . 53 . 1 4 2 1 01 0 0 01 0 0 0s d 按机床取 587r/际切削速度 v=212m/削工时：切削长度 L=27入长度 出长度 2 m 20 . 7 1 . 03 . 527s 210 n.f 查机械加工工艺手册 27得： f=r， v=179m/ 3 4 r / m . 53 . 1 4 1791 0 0 01 0 0 0s d 按机床取 26r/v=168m/削工时： 2 2 513 64 2 . 53212 10 (查得， ， ) 0 . 4 5 m 0 82 2 . 7 50 iT 工序 3：半精车内、外圆，半精车两端面 查机械加工工艺手册 27得： f=r， v=51m/ 7 3 r / m 8 . 63 . 1 4 511 0 0 01 0 0 0s d 按机床取 97r/v=削工时： 734321 其中查得： L=27， ， 0 . 8 7 5 m 13 4 . 70 iT 查机械加工工艺手册 27得： f=r， v=106m/ 1 5 r / m . 53 . 1 4 1 0 61 0 0 01 0 0 0s d 按机床取 00r/v=104m/削工时：查得 L=27， m 00 . 1 5 1 . 02 . 727s 210 n.f 查机械加工工艺手册 27得： f=r ， v=180m/ 3 8 1 r / m . 53 . 1 4 1 8 01 0 0 01 0 0 0s d 按机床取 260r/v=164m/削工时：查得 ， 1 7 311 8 . 64 1 . 53212 1 0 . 5 8 m 0 71 7 . 1 50 iT 工序 刀具：棕刚玉磨轮 工作台单行程横向进给量： 35程 磨削深度进给量： s=1500r/削工时： L=0=61.5 b=h=k=v=6m/ . 9 2 m 00561000 1. 02. 261 . 541 . 5 刀具： 刀 查机械加工工艺手册 27得： f=r， v=58m/ 4 5 r / m . 53 . 1 4 581 0 0 01 0 0 0s d 按机床取 50r/v=削工时： L= fM=n=6450=432m 2 21 1 . 32 4 . 8M 210 f T=6工序 磨轮宽度 B=63作台单行程横向进给量： 5程 工作台单行程磨削深度进给量： 程 机床 500r/削时间： L=0=b=41mm h=k=v=12m/12 0 . 0 5 m 03121000 1. 00. 24161. 5 工序 工件回转速度： v=s 1 r / m 1 4 0 0 01 0 0 0s d 按机床取 51r/v=削时间： L=41h=n=351r/1 =行程 0 m 0 0 1 5313 5 1 1 . 00 . 1 5412双 h 采用 成式外形设计模块对内转子进行参数化三维建模，用数字加工模块对内转子进行数控模拟加工并生成 40 D 数控程序，采用 三轴联动数控铣床精铣齿廓。 工序 工作台单行程横进给量： 0程 工作台单行程磨削深度进给量： 程 按机床取： 500r/削时间： L=40+21=61b=41h=v=6m/ . 1 3 4 m 023061000 1. 00. 24161 廓编程 见附录 13 第 3 章 加工摆线齿轮泵内转子铣刀设计 根据零件图，已知内转子齿数 ，外转子齿数 ，偏心距 A=线齿轮齿根圆半径 =顶圆半径 =形圆半径 成半径 R=27 计算摆线齿轮铣刀的齿形曲线 a 的变化范围 0变化到 36012360 67 =420 由于其齿形于 y 轴对称，故计算时只需计算半个齿形，即 计算范围为 0 210， 下列值： 0、 10、 20、 30、 40、 50、 60、 75、90、 105、 120、 135、 150、 165、 180、 195、 210。 2计算齿形坐标 已知铣刀曲线方程为： 11 i n i i n (X C o s o o s (Y 其中 1 可由下列计算得： 1 A C o s/ZC o Z/A S i n/ZS i 代入已知参数： 1 81 / 727 S i n S i n)S i n (X 1 4 52 727 1 C o s C o o s (Y 72 7 / 72 72 7 / 7 C o sC o s/S i nS i 计算结果如表 3 表