基于优化变间距法的变截面涡旋盘的数控加工

摘要

涡旋压缩机作为一种容积式流体机械，具有效率高，可靠性强，噪声低，重量轻和尺寸小等特点，已经被运用到空调、制冷、各种气体压缩、发动机增压以及用作真空泵等领域。涡旋压缩机的主要零件包括动静涡旋盘、曲轴、平衡铁、机架、轴承和防自转机构等。而涡旋盘作为涡旋压缩机的核心部件，其加工质量好坏直接关系到涡旋压缩机的性能和可靠性。
　　近年来，研究人员对单一型线的等截面涡旋盘进行了改进，提出了以组合型线作为涡旋盘型线的变截面涡旋压缩机，在提高涡旋压缩机工作性能的同时也增加了涡旋盘的加工难度。组合型线的变截面涡旋盘生成配备专门的生产线，高成本的生产使得当今市面上的涡旋压缩机一般都是采用单一型线构成的等截面涡旋盘，这对高性能涡旋压缩机推广造成阻碍。本文针对这一背景，进行组合型线的变截面涡旋盘的设计，并采用数值逼近法实现了组合型线涡旋盘在普通数控机床上的加工，具体内容有以下四方面：
　　（1）涡旋盘型线方程的设计。依据法向等距线理论和组合型线的设计思路，选取了圆渐开线—高次曲线—圆弧这一组合型线作为涡旋盘型线，该种组合型线构成的涡旋盘压缩比高，性能优于单一型线构成的涡旋盘。设定组合型线的参数，完成变截面涡旋盘的型线设计。
　　（2）三维模型的建立及其虚拟加工的实现。利用Pro/E软件建立圆渐开线—高次曲线—圆弧构成的涡旋盘的三维实体模型，并且利用该软件中的虚拟制造模块对涡旋盘的整体进行粗加工。
　　（3）采用优化变间距法拟合该涡旋型线。基于普通数控机床只有直线和圆弧两种插补的情况，提出了一种变间距直线拟合涡旋型线的方法，按照该优化的变间距法，对设计的组合型线进行拟合。按照计算所得的节点坐标进行涡旋盘的精加工。用该优化的变间距法拟合涡旋型线，在保证拟合精度的前提条件下，拟合点坐标的数目与等间距法相比减少近三分之一，提高了加工效率。
　　（4）涡旋盘精度的测量。借助三坐标测量仪和粗糙度仪对加工所得的涡旋盘精度进行检测。检测结果表明涡旋盘的形位公差符合要求，关键部位的尺寸误差不超过2μm，各点处的表面粗糙度Ra均在0.8μm以下。

目录

声明

插图索引

附表索引

第1章 绪 论

1.1 涡旋压缩机的发展与应用

1.2 涡旋盘研究现状

1.3 课题的来源与研究意义

1.4 课题的主要研究内容

第2章 涡旋压缩机的基本概述

2.1 涡旋压缩机的基本结构

2.2 涡旋压缩机工作原理和特点

2.3 涡旋盘精度对涡旋压缩机性能的影响

2.4 本章小结

第3章 变截面涡旋盘的型线方程的确定

3.1 涡旋型线啮合理论

3.2 涡旋型线的生成

3.3 组合型线的概述

3.4 组合型线的设计

3.5 型线的齿头修正

3.6 涡旋齿型线的确定

3.7 本章小结

第4章 变截面涡旋盘的虚拟制造

4.1 涡旋盘的加工方法

4.2 涡旋盘的精度要求

4.3 加工过程中影响涡旋盘精度的因素

4.4 变截面涡旋盘的加工流程

4.5 变截面涡旋盘的虚拟制造

4.6 小结

第5章 基于优化变间距法的型线拟合

5.1 拟合型线的方法概述

5.2 传统等间距拟合算法

5.3 优化的变间距法

5.4 优化方法拟合涡旋型线

5.5 本章小结

第6章 变截面涡旋盘的实体加工和精度检测

6.1 变截面涡旋盘加工过程中的注意事项

6.2 变截面涡旋盘的加工工艺

6.3 变截面涡旋盘的加工

6.4 变截面涡旋盘的精度检测

6.5 小结

总结

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文

附录B 拟合数据的计算程序