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使用CBN砂轮对螺杆转子进行精密磨削的方法
摘要： 针对高精度加工螺杆转子，这篇论文介绍了利用立方氮化硼（CBN砂轮）对螺杆转子进行精密磨削的加工方法。首先，使用小型电镀CBN砂轮磨削螺杆转子。精确的CBN砂轮轴向轮廓的模型是在齿轮啮合理论的基础上建立开发的。考虑到螺杆转子和涂层厚度之间的间隙，主动砂轮的修整引入了CBN的砂轮的设计方法。主动砂轮的形状采用低速电火花线切割技术（低速走丝线切割机）进行加工线CBN主动砂轮的成形车刀采用低速走丝机切割机进行加工。CBN螺杆转子砂轮采用本文提出的原理进行有效性和正确性的验证。电镀CBN砂轮对螺杆转子进行加工，同时进行机械加工实验。在实验中获得的数据达到GB10095-88五级认证。
关键词： CBN砂轮 精密磨削 螺杆转子 砂轮外形修整
专业术语目录：
P 螺杆转子的参数 H 螺杆转子的直径 Σ 砂轮和转子的安装角度 Au 砂轮和转子的中心距
8 螺旋转子接触点的旋转角 x1, y1, z1:转子在σ系统中的位置 x, y, z: 砂轮端面的位置
xu ,yu ,zu: x, x y z轴的法向量
nx ,ny ,nz :X Y Z轴的端面法向量 nu , nu , nu:砂轮的角速度的矢量 :砂轮模块的角速度 wu :螺旋转子的角速度
w1 螺旋转子模块的角速度 转子接触点的角速度 转子表面接触点的初始速度 砂轮表面接触点的角速度 砂轮表面接触点的初始速度 l砂轮的理论半径 砂轮轴的理想位置 砂轮表面的修改半径 砂轮轴的修改位置 砂轮表面的法向量
1.引言
螺旋转子是螺杆压缩机、螺钉、碎纸机以及螺杆泵的关键部分。转子的加工精度决定了机械性能。一般来说，铣刀用于加工螺旋转子。许多研究者，如肖等人[ 1 ]和姚等人[ 2 ]，对用铣刀加工螺旋转子做了大量的工作。该方法可以提高加工效率。然而，加工精度低和表面粗糙度不高是其主要缺点。随着高新技术的发展，一些新的加工技术被用来制造螺旋转子。英国霍尔罗伊德行业[ 3 ]在1997年提出的成形磨削方法针对成型磨削支线，螺旋，蜗杆传动等等提供了一个新的整形系统。[ 4 ]该系统使用组合滚刀来加工螺杆转子。这里还介绍了一些加工螺杆转子的其他方法[ 5，6 ]。
作为一种有效的精密磨削方法，（CBN）砂轮在过去的几十年已广泛应用于行业之中，并产生很好的效果。卡格拉和伊万斯[ 7 ]和乌帕德希雅[ 8 ]以及帕维尔和斯里瓦斯塔瓦[ 9 ]分析这种技术的优点如下：
（1）CBN砂轮车轮有精度高，一致性，和高耐磨电阻以及砂轮在整个磨削过程中不需要进行修整。
（2）对于一个工件具有高精度的轮廓。
（3）具有优良的磨削性能，有效地避免了齿面烧伤或裂纹。（4）具有较高的生产率，研磨机的结构非常简单。对CBN磨削砂轮，在整个磨削过程中不需要经行砂轮修整和磨削补偿。根据国家高效磨削状态的检验数据，使用高效磨粒可以获得高的磨削素的。在大多数CBN成型磨削的研究中 [ 11，12 ]注重材料的性能。为了避免工件的热损伤和开发新型立方氮化硼砂轮，谭少傅等人[ 13 ] 基于工件表面磨削参数开发了一种温度模型来预测残余应力。杰克逊等人[ 14 ]研究了基本机制和针对高速磨削技术的专用CBN砂轮。他们提出的发展高速切削的相关技术，研磨机和研磨工具还需要适应高速加工以及加工工件中的影响。丁等人[ 15 ]开发了一种新的技术使用单层钎焊CBN磨削工具来加工难加工材料。基于齿轮啮合理论，Y等人[ 16 ]建立了一个数学模型来收集CBN砂轮的数据， 在CBN砂轮设计中引入了齿轮齿形的修整原理。
随着高速、高精度的要求加工技术，在本文中介绍了一种使用CBN砂轮加工磨削螺杆转子的方法。小型电镀CBN砂轮首次被应用到磨削螺杆转子加工中。在磨削的过程中，磨削的精度直接取决于砂轮的位置精度。正确、合适的主动轮间隙是电镀CBN砂轮的先决条件。为了保证加工CBN砂轮的精度，建立了一个数学模型来解救如何设计CBN砂轮的轴向卫视。该模型是建立在齿轮啮合原理基础之上。
2 CBN砂轮的形状设计
2.1 CBN砂轮形的齿面方程
基于齿轮啮合理论,李特文和富恩特斯[17]建立了关于圆柱形蠕虫加工和介绍接触磨削轮蜗杆表面的方程坐标系统。同样,螺旋面螺杆转子也可以被视为一个相对运动的砂轮和螺旋形工件。坐标系统定义如下: σ坐标系统 固定的位于中心的部分的螺旋转子。 σu坐标系统 固定的中心的砂轮。
σ1移动的坐标系统 固定在螺旋转子表面。
砂轮是被认为在加工过程中产生的,转子执行螺旋运动和螺杆参数p,（p = H / 2π）;砂轮的轴和转子交叉形成了安装角Σ。Au是螺杆转子和砂轮之间的中心距。图1显示了砂轮和螺杆转子的几何关系。
在磨削过程中,砂轮围绕它的轴进行旋转,但磨削速度只和它的旋转速度有关，当考虑数学模型的影响时该速度可以忽略不记。接触点M的半径在坐标系统σ1和σu中是r, ru,。σ和σu之间和σ和σ1可以表示为方程式1和2 [17]。图2显示了砂轮和螺杆转子之间的运动关系。
2.2 CBN砂轮的轴向截面理论
CBN砂轮表面是一个旋转截面。因此,知道CBN砂轮轴向几何截面就可以推测出砂轮的旋转表面。根据图形1和2,接触点M的半径在坐标系统σ1和σu可以表达为 Eq. 3:
（砂轮）
（螺杆转子）
（a）
砂轮在坐标系中的位置
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