CN104874866A - 一种单螺杆空气压缩机星轮齿磨床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单螺杆空气压缩机星轮齿磨床，包括床身、砂轮、砂轮驱动组件、星轮及星盘固定组件，其中，上述砂轮驱动组件及星盘固定组件设置在床身上，砂轮驱动组件连接砂轮，并驱动砂轮纵向运动，星盘固定组件连接星轮，并驱动星轮横向运动，砂轮与星轮相互配合以便打磨星轮。本发明解决了国内星轮加工的技术瓶颈，生产效果好。

Description

一种单螺杆空气压缩机星轮齿磨床

技术领域

本发明涉及单螺杆空气压缩机生产设备，特别指一种单螺杆空气压缩机星轮齿磨床。

背景技术

单螺杆空气压缩机关键零件有螺杆、星轮和机壳。CP型单螺杆空气压缩机由一水平主轴组件放置机壳内，安置1或2件圆柱螺杆和2或4件水平中心对称布置的星轮组件组成单螺杆空气压缩机1个主机。螺杆1或2件，每件有6条螺旋槽、机壳内壁、星轮2或4件，每件有11个齿的星轮片下上密封面其下上齿两侧低高约1mm处，在沿齿高h方向上的长直母线l及其上、下两包络曲面构成封闭基元容积,动力传到螺杆上，由螺杆螺旋槽带动2或4件星轮片齿转动，使空气通过螺杆倒角端面进入吸气腔后，被转动的2或4个星轮片齿封闭，压缩至设计压力时，额定压力热空气由开在机壳内壁的2或4个相同或2种不同中心对称的特殊直角三角形排气孔口，经排气通道向上集中顺畅排出。

CP型单螺杆空气压缩机螺杆头数Z1＝6、星轮片齿数Z2＝11、齿高h、齿宽b、齿片厚△＝5―8.5mm、啮合副中心距A、轮心杆径距a、传动比i＝11/6。

1.目前较先进的是用高分度精度数控液压11等分工作台单齿分度星轮，用伺服电机驱动纵向直线移动装置和立铣动力头高速旋转，数控模拟法联动伺服电机联动模拟圆柱立铣刀按编程旋转、摆动及直线移动合成或仅转动待星轮齿分度完成，再分别合成加工星轮齿侧型线及齿根。转台上星轮片齿逆时针分度每次一齿，两齿对称为163.63636°的不同前、后齿侧面，采用双立铣动力头分别带动直径Φ为3-5mm的圆柱铣刀,原始位置圆柱铣刀垂直向下，端面低于星轮安装基准面1-3mm,铣刀中心线与转台中心 距A原为铣刀半径R刀加星轮半径R2再加上间隙Z，前后侧铣刀中心分别偏离齿宽b，为铣刀半径R刀，开始加工时，铣刀都逆时针旋转，绕铣刀中心线和高出星轮加工基准面1mm的齿宽b直母线交点0前、0后快速顺时针摆动至星轮齿顶最大啮合角β顶位置后，数控铣刀联动沿齿宽b+R刀直母线0前、0后分别向转台中心平行移动，同时分别绕齿宽b直母线0前、0后按各自斜率(β顶—β根或α顶—α根)程序摆动加工0前、0后1mm上、下齿侧平面直线二次包络曲面型线,直到中心距A返＝acos16.36°-0.5mm齿根时，停止向前加工，快速摆动加工出至较小啮合角齿根α根后，再联动返回加工另一较小啮合角α齿两侧1mm下、上两齿侧平面直线二次包络曲面型线，超过α顶，停止在原位空转约2s，待数控液压11等分工作台逆时针分度一齿后，再开始重复前述过程，连续加工下一齿，直到11齿全部结束，停机更换产品和毛坯，加工下一件星轮齿毛坯，型线有理论误差，啮合面积仅约为齿侧总面积F的F/5—F/8.5，分度精度和效率尚可，实践证明国外著明公司产品可以满足工况要求。

2.在同一高分度精度数控螺杆―星轮机床上，用刀杆轴取代螺杆，中部开有平行且垂直于刀杆轴线的长方刀杆通槽，槽上下两面及杆右端面设有螺钉通孔,安装标准齿宽b块对称于转台中心线，两侧水平安装由1条长直母线l刀刃和顶端1条短垂直线t大于1mm的顶刃组成左、右端面成形铣刀(图1)，刀刃与刀杆轴线在同一水平面上，低于转台上星轮片齿上平面约1mm，顶刃回转半径R刀＝A-acos16.36°+(0.5～1)mm，距星轮片齿外径间隙Z，左铣刀左端装一对调整垫块组件、右铣刀右端装一压块、压柱、压紧螺钉。加工前刀杆轴距转台中心距为A+R刀+Z，左右端面铣刀相当于螺杆上一条螺旋槽中唯一的1个在水平面上垂直于螺杆的直线刀刃截面,均分星轮齿宽b余量约1mm,加工时铣刀向下与星轮按传动比i＝6/11都逆时针旋转,对星轮片齿连续径向匀速进刀.每转进刀量S2,进行第二次平面直线包络展成加工,直至到中心距A,停止进刀即时夹紧可移动刀杆轴中 心距A部件，继续光刀11个齿,确保星轮齿侧型线和齿根无理论误差和光洁,刀离开星轮后刀垂直向下停止加工，放松移动进刀部件后快速退刀至原位，拆装工件准备加工下一星轮齿毛坯。

展成加工的星轮与螺杆啮合后可见星轮片厚△上，沿齿高h方向有1条距星轮密封面约1mm的大于齿高h的长直母线l,及其上下两包络曲面全部都参与啮合,啮合面积达最大理想状况。所以高分度精度平面直线刀刃展成加工出的第一次螺杆和第二次用相同高分度精度平面直线刀刃包络展成加工出的星轮齿侧型线无理论误差，啮合面积达最大，生产出的单螺杆空气压缩机产品排气量大、泄漏噪音低、压强小即：产品节能低碳、静音环保、长寿可靠。唯一不足是生产效率低，需连续每转进刀量S2小,连续进刀距离需大于齿高h＝25―105mm,直至中心距A后，还要继续光刀11个齿,即转台还须相应转6转生产效率低(图2)。已被国内几家大公司放弃采用。而星轮齿侧型线及齿根采用高速自转特制小啮含角<2a、小芯r、大直径Φ圆柱铣刀或金刚石砂轮(图3)，采用我发表的专利技术，选用选用当今检测展成分度精度最高±2.5〞的小功率恒扭矩的力矩电机，设计制作节能高效全闭环数控零传动星轮齿展成机床,是当今高效率、高精度、高表面质量节能的平面直线二次包络型线，无理论误差，加工一件星轮齿侧型线和齿根仅需5分钟，因专机造价太高尚无公司选用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种生产效率高，节约能耗的单螺杆空气压缩机星轮齿磨床。

本发明采取的技术方案如下：一种单螺杆空气压缩机星轮齿磨床，包括床身、砂轮、砂轮驱动组件、星轮及星盘固定组件，其中，上述砂轮驱动组件及星盘固定组件设置在床身上，砂轮驱动组件连接砂轮，并驱动砂轮纵向运动，星盘固定组件连接星轮，并驱动星轮横向运动，砂轮与星轮相互配合以便打磨星轮。

优选地，所述的砂轮驱动组件包括固定底板、纵向导轨、滚珠丝杆、纵向伺服电机、纵向滑板、支架、摆动伺服电机、伺服减速机、摆动支架、砂轮伺服电机及砂轮，其中，上述固定底板固定设置在床身上，纵向导轨及纵向滑板设置在固定底板上；上述的支架与纵向滑板连接，并可沿纵向滑板滑动；上述摆动支架与纵向导轨连接，并可沿纵向导轨滑动。

优选地，所述的纵向滑板的下部设有滚珠丝杆，滚珠丝杆的外端通过数控纵向移动组件连接纵向伺服电机，纵向伺服电机通过数控纵向移动组件驱动滚珠丝杆转动，从而带动纵向滑板来回运动。

优选地，所述的支架的上部固定设有摆动伺服电机，摆动伺服电机的内端连接伺服减速机，伺服减速机与摆动支架连接，摆动伺服电机驱动摆动支架来回摆动以调整打磨角度。

优选地，所述的砂轮伺服电机连接通过皮带连接磨头，磨头下端连接砂轮，砂轮伺服电机通过磨头驱动砂轮，以便打磨星轮。

优选地，所述的伺服减速机的转轴连接摆动心轴，摆动心轴与摆动架连接，摆动架与磨头连接，伺服减速机通过摆动心轴驱动磨头来回摆动，以便调整砂轮的打磨角度；上述摆动心轴的一侧设有配重块。

优选地，所述的磨头连接砂轮轴，砂轮轴外部套有垫圈套，垫圈套32外部通过调整垫圈固定砂轮。

优选地，所述的星轮固定组件包括固定垫板、横向导轨、横向滑板、等分工作台及夹座，其中，上述固定垫板固定在床身上，横向导轨设置在固定垫板上，横向滑板连接横向导轨，横向滑板上设置等分工作台，上述夹座固定在等分工作台上。

优选地，所述的夹座上固定星轮组件，星轮组件包括托板、星轮、盖板及压板，上述托板、星轮及盖板通过销钉固定，形成一个星轮整体，该星轮整体的内侧固定在夹座上，星轮整体的外侧通过螺母固定有压板。

本发明的有益效果在于：

本发明基于上述现有星轮齿侧型线主要两种加工方法的不足之处，本发明人离开公司后，根据星轮主要材料PEEK星轮齿毛坯,片厚△9mm以下， 齿两侧余量小于1mm,最大规格86m3，星轮最大半径R2与砂轮R砂最大半径加上间隙Z之中心距A磨设计星轮齿磨床(图4、5、6)和双头星轮齿磨床。选用11等分单齿分度精度最高±1.5〞，数控液压11等分回转工作台，水平安装于磨床正前方床身中部固定垫板的横向移动装置滑板上，转台上星轮片内孔心轴定心，小孔销钉限位，大凹端面轴向定位，单齿宽b两端齿高h方向直母线0前、0后高于基准面1mm，前齿侧直母线0前向左，与经伺服电机驱动减速后，再带动的摆动心轴都为同一轴线，且都垂直通过两面相贴的前后蝶形金刚石砂轮直径Φ，砂轮是在分齿前、后侧加工时分别安装于同一截面上，相距齿宽b由数控横向滑板保证，砂轮外径R砂与星轮外径R2之间隙Z取3mm，工作时先安装与砂轮轴端面近的齿前侧砂轮，中心距为A原,开机时开喷嘴喷乳化液降底粉尘，冲开脱落砂粒同时给砂轮、星轮、夹具降温，砂轮从垂直轴线开始高速逆时针旋转并迅速顺时针绕高出星轮基准面1mm水平直母线0前摆动到星轮最大啮合角β顶后开始，快速向前沿齿宽0右直母线纵向水平移动同时数控联动纵向伺服电动机和摆动伺服电机，绕水平直母线0前按齿顶与齿根啮合角差值即斜率摆动，加工齿前侧1mm线上曲面，直到齿宽b距星轮齿根为A返＝acos16.36°-0.5(a＝-A-R1，轮心距a等于螺杆中心距A减螺杆半径R1)时，大齿顶啮合角β顶及齿根啮合角β根齿侧型线加工完成，停止前进摆动至较小啮合角α根加工出齿根，再数控联动返回加工出1mm直母线下曲面超过α顶至原位空转，待数控转台分度1齿约2s后，如前直至11个齿全部连续加工完成，停机。卸近轴端前侧砂轮装远离轴端后侧砂轮，砂轮逆时针转不变，数控液压工作台前进一齿宽b后,开喷嘴喷乳化液，砂轮高速旋转从垂直轴线开始，迅速顺时针绕高出基面1mm0后水平直母线，回转到最大啮合角β顶后，开始联动纵向伺服电机快速按编程沿0后水平直母线移动同时，按斜率绕其摆动，加工齿后侧1mm线下曲面，直到轮心距为：A返＝acos16.36°-0.5时，大齿顶啮合角β顶及齿根啮合角β根齿侧型线加工完成，后侧停止前行旋转摆动至较小啮合角α根加工出齿根，再联动返回加工出高1mm上0后直母线曲面超过α顶至原位空转，数控转台逆时针 分度1齿后，如前述直至11个齿全部加工完成，返回原位A原停机。折装星轮成品和毛坯，更換砂轮后，数控转台后退一齿宽b，准备下一星轮齿毛坯加工。

磨床转速较铣床高且加工余量较小，可选功率较小转速较高的伺服电机,节能节省价贵材料的同时还提高了生产效率，提高了星轮齿表面质量，分度精度达最高，星轮加工上了一个档次。星轮齿双头磨床，省了一个高分度精度数控液压工作台和一套数控横向移动装置，相当于两台单头磨床生产效率，双磨头轴承都承受有利的轴向压力，星轮回转工作台无需移动，星轮齿磨制方便，特别适合大批量生产,生产一件星轮10分钟。

附图说明

图1为本发明的主视图。

图2为图1的俯视图之一。

图3为图1的俯视图之一。

图4为图1的俯视图之一。

图5为本发明采用双头磨床的示意图之一。

图6为本发明采用双头磨床的示意图之二。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步描述：

如图1至图6所示，本发明采取的技术方案如下：一种单螺杆空气压缩机星轮齿磨床，包括床身1、砂轮12、砂轮驱动组件、星轮20及星盘固定组件，其中，上述砂轮驱动组件及星盘固定组件设置在床身1上，砂轮驱动组件连接砂轮12，并驱动砂轮纵向运动，星盘固定组件连接星轮20，并驱动星轮20横向运动，砂轮12与星轮20相互配合以便打磨星轮20。

砂轮驱动组件包括固定底板2、纵向导轨3、滚珠丝杆4、纵向伺服电机5、纵向滑板7、支架8、摆动伺服电机9、伺服减速机10、摆动支架11、砂轮伺服电机28及砂轮12，其中，上述固定底板2固定设置在床身1上，纵向导轨3及纵向滑板7设置在固定底板2上；上述的支架8与纵向滑板7连接，并可沿纵向滑板7滑动；上述摆动支架11与纵向导轨3连接，并可 沿纵向导轨3滑动。

纵向滑板7的下部设有滚珠丝杆4，滚珠丝杆4的外端通过数控纵向移动组件6连接纵向伺服电机5，纵向伺服电机5通过数控纵向移动组件6驱动滚珠丝杆4转动，从而带动纵向滑板7来回运动。

支架8的上部固定设有摆动伺服电机9，摆动伺服电机9的内端连接伺服减速机10，伺服减速机10与摆动支架11连接，摆动伺服电机9驱动摆动支架11来回摆动以调整打磨角度。

砂轮伺服电机28连接通过皮带27连接磨头29，磨头29下端连接砂轮12，砂轮伺服电机28通过磨头29驱动砂轮12，以便打磨星轮20。

伺服减速机10的转轴连接摆动心轴25，摆动心轴25与摆动架11连接，摆动架11与磨头29连接，伺服减速机10通过摆动心轴25驱动磨头29来回摆动，以便调整砂轮12的打磨角度；上述摆动心轴25的一侧设有配重块26。

磨头29连接砂轮轴33，砂轮轴33外部套有垫圈套32，垫圈套32外部通过调整垫圈31固定砂轮12。

星轮固定组件包括固定垫板15、横向导轨14、横向滑板16、等分工作台17及夹座18，其中，上述固定垫板15固定在床身1上，横向导轨14设置在固定垫板15上，横向滑板16连接横向导轨14，横向滑板16上设置等分工作台17，上述夹座18固定在等分工作台17上。

夹座18上固定星轮组件，星轮组件包括托板19、星轮20、盖板21及压板24，上述托板19、星轮20及盖板21通过销钉22固定，形成一个星轮整体，该星轮整体的内侧固定在夹座18上，星轮整体的外侧通过螺母23固定有压板24。

进一步，本发明为全闭环数控磨床，其正前方中间处，床身固定垫板上安装有伺服电机组成数控横向移动装置，滑板上固定安装数控液压11等分回转工作台，转台上有星轮夹具，按星轮大孔心轴定心，小孔销钉限位，大凹端面11齿形托架轴向定位，单齿宽b两端直母线0前、0后高出基准面1mm，0前直母线的左方垂直通过两贴面金刚石砂轮轴线，与床身左端 固定底板上安装的纵向联动滑板，滑板上安装有支架和隨动摆动架，其上支撑着摆动伺服电机、伺服减速机、摆动心轴同都为同一轴线，摆动心轴轴线纵向水平放置，前后水平垂直线高于转台齿形托板上基准面1mm，与星轮齿右侧直母线0前在同一轴线上，后边支撑伺服电机、皮带轮、摆动架、磨头、和带动两面相贴，但分两次安装在同一截面水平对称的蝶形金刚石砂轮轴上，轴线垂直通过摆动心轴轴线，第二次安装砂轮后，转台须前进一齿宽b，保证后蝶形金刚石砂轮，加工出齿后侧型线。另一前边装上重金属配重块。摆动架、磨头、砂轮轴心线水平放置垂直于摆动心轴，高于转台上星轮基准面1mm,两碟形砂贴面分两次对称安装，保证两砂轮中心与摆动心轴、两齿宽b两直母线0前、0后相应都在同一轴线上，滑板直线纵向移动伺服电机转轴、与摆动伺服电机转轴和角度编码器的光栅鼓集成相连。可高速快进退或低速点动调整机床,正常工作速度可无级调速。设计制作全闭环数控星轮高效率单齿分度星轮齿磨床，将两星齿对称为163.63636°放置，安装成双头星轮齿磨床，可省一台高分度精度11等分数控液压回转工作台和一套数控横向移动装置，还节省了加工中途停机，更换砂轮和移动回转工作台一齿宽b距离，费时费工，相当于两台单头磨床生产效率，两磨头都承受有利的轴向压力，星轮回转工作台无需移动，星轮齿加工连续编程简便，特别适合大批量生产,生产一件星轮10分钟。可磨削排气量1-86m3/min，电机功率15-500KW，排气压力0.7–38MPa全谱系各种单螺杆空气压缩机，单机一、二级高、中、低压压缩机星轮齿。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：选用分度精度±1.5〞数控液压11等分回转工作台，回转中心线垂直朝下，固定在正前方床身中间处数控横向滑板上，转台上安装有星轮夹具，按星轮大孔心轴定心，小孔销钉限位，大凹端面11齿形托板轴向定位，齿片上有11齿形盖板、开口压板、螺母快速压紧，星轮齿宽b两端直母线0前、0后向左，左方床身上有固定底板，左端底板上安装小功率伺服电机驱动滚珠丝杆带动纵向滑板在直线滚珠导轨上数控纵向移动装置、纵向滑板上安装有支架支撑摆动小功率伺服电机和伺服减速机，还与隨动摆动架上摆动心轴在同一纵向水平 轴线上，分齿前后两侧分别与齿前后直母线0前、0后和前后金刚石砂轮直径Φ，都在同一轴线上，摆动心轴后端安装摆动支架，上安装有转速较高小功率伺服电机，驱动经皮带轮带动磨头最后带动砂轮高速运转，砂轮水平轴心线高于转台星轮基准面1mm，且可分别可沿齿宽b前或后两直母线0前、0后摆动，另一端装有配重块。还有油箱、水箱、电柜箱等液压、电气控制***及挡板，回收乳化液、容屑分离器等。

本发明的实施例只是介绍其具体实施方式，不在于限制其保护范围。本行业的技术人员在本实施例的启发下可以作出某些修改，故凡依照本发明专利范围所做的等效变化或修饰，均属于本发明专利权利要求范围内。

Claims (9)

1.一种单螺杆空气压缩机星轮齿磨床，其特征在于：包括床身(1)、砂轮(12)、砂轮驱动组件、星轮(20)及星盘固定组件，其中，上述砂轮驱动组件及星盘固定组件设置在床身(1)上，砂轮驱动组件连接砂轮(12)，并驱动砂轮纵向运动，星盘固定组件连接星轮(20)，并驱动星轮(20)横向运动，砂轮(12)与星轮(20)相互配合以便打磨星轮(20)。

2.根据权利要求1所述的一种单螺杆空气压缩机星轮齿磨床，其特征在于：所述的砂轮驱动组件包括固定底板(2)、纵向导轨(3)、滚珠丝杆(4)、纵向伺服电机(5)、纵向滑板(7)、支架(8)、摆动伺服电机(9)、伺服减速机(10)、摆动支架(11)、砂轮伺服电机(28)及砂轮(12)，其中，上述固定底板(2)固定设置在床身(1)上，纵向导轨(3)及纵向滑板(7)设置在固定底板(2)上；上述的支架(8)与纵向滑板(7)连接，并可沿纵向滑板(7)滑动；上述摆动支架(11)与纵向导轨(3)连接，并可沿纵向导轨(3)滑动。

3.根据权利要求2所述的一种单螺杆空气压缩机星轮齿磨床，其特征在于：所述的纵向滑板(7)的下部设有滚珠丝杆(4)，滚珠丝杆(4)的外端通过数控纵向移动组件(6)连接纵向伺服电机(5)，纵向伺服电机(5)通过数控纵向移动组件(6)驱动滚珠丝杆(4)转动，从而带动纵向滑板(7)来回运动。

4.根据权利要求5所述的一种单螺杆空气压缩机星轮齿磨床，其特征在于：所述的支架(8)的上部固定设有摆动伺服电机(9)，摆动伺服电机(9)的内端连接伺服减速机(10)，伺服减速机(10)与摆动支架(11)连接，摆动伺服电机(9)驱动摆动支架(11)来回摆动以调整打磨角度。

5.根据权利要求4所述的一种单螺杆空气压缩机星轮齿磨床，其特征在于：所述的砂轮伺服电机(28)连接通过皮带(27)连接磨头(29)，磨头(29)下端连接砂轮(12)，砂轮伺服电机(28)通过磨头(29)驱动砂轮(12)，以便打磨星轮(20)。

6.根据权利要求5所述的一种单螺杆空气压缩机星轮齿磨床，其特征在于：所述的伺服减速机(10)的转轴连接摆动心轴(25)，摆动心轴(25)与摆动架(11)连接，摆动架(11)与磨头(29)连接，伺服减速机(10)通过摆动心轴(25)驱动磨头(29)来回摆动，以便调整砂轮(12)的打磨角度；上述摆动心轴(25)的一侧设有配重块(26)。

7.根据权利要求6所述的一种单螺杆空气压缩机星轮齿磨床，其特征在于：所述的磨头(29)连接砂轮轴(33)，砂轮轴(33)外部套有垫圈套(32)，垫圈套(32)外部通过调整垫圈(31)固定砂轮(12)。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的一种单螺杆空气压缩机星轮齿磨床，其特征在于：所述的星轮固定组件包括固定垫板(15)、横向导轨(14)、横向滑板(16)、等分工作台(17)及夹座(18)，其中，上述固定垫板(15)固定在床身(1)上，横向导轨(14)设置在固定垫板(15)上，横向滑板(16)连接横向导轨(14)，横向滑板(16)上设置等分工作台(17)，上述夹座(18)固定在等分工作台(17)上。

9.根据权利要求8所述的一种单螺杆空气压缩机星轮齿磨床，其特征在于：所述的夹座(18)上固定星轮组件，星轮组件包括托板(19)、星轮(20)、盖板(21)及压板(24)，上述托板(19)、星轮(20)及盖板(21)通过销钉(22)固定，形成一个星轮整体，该星轮整体的内侧固定在夹座(18)上，星轮整体的外侧通过螺母(23)固定有压板(24)。