[01152052]变截面涡旋压缩机涡盘的数控高速铣削机理及变形控制研究

该课题来源于甘肃省科学技术厅,是课题负责人读博期间的主要研究课题。涡旋压缩机是一种新型高效的流体机械,具有高效、节能、可靠的特点。目前已在制冷、空调、各种气体压缩、发动机增压、增压泵、真空泵等领域得到广泛应用。国内外的研究大部分集中于等截面涡旋压缩机,但这种压缩机压缩比小,不能满足工业上很多情况下的大压缩比的需求,要增大压缩比,就必须增加涡旋齿的圈数,造成整机尺寸变大、重量增加、加工成本上升和轴向泄露线长度增加,同时也增加了气体在压缩腔中的停留时间,引起整机温度升高,效率下降,严重时可能无法正常工作。 近年来,变截面涡旋压缩机由于采用很少的圈数就实现了高压比,具有体积小、结构紧凑、效率高、噪音小、运行平稳等显著特点,从而满足了现代工业节能环保经济的需要。但其核心部件-涡旋盘的齿型线都是由各种复杂的曲线组成,而且涡旋体的线轮廓度、垂直度、位置度、平面度和表面粗糙度等精度指标要求非常高,传统的加工方法已不能满足涡盘的生产需要,涡盘的高效可靠加工是当前面临的一个难题。开展变截面涡旋压缩机涡盘的高速数控铣削机理及变形控制研究,来有效解决企业生产中迫切需要解决的加工难题,具有重要的工程实用价值和广阔的市场前景。 该项目团队根据涡旋压缩机的工作原理,涡旋齿面必须满足微分几何中平面曲线啮合的微分方程,采用三段基圆渐开线组合成涡旋型线,使型线的加工长度明显减少,实现产品轻量、低噪、小体积、低振、高效。针对变截面涡旋压缩机涡盘型线展开加工机理研究,建立铣削加工的“整体硬质合金立铣刀-变截面涡旋体”几何模型、切削温度模型和工件材料模型,采用ABAQUS软件模拟高速铣削过程,揭示高速铣削加工变截面涡旋压缩机涡盘的铣削机理。同时借助瞬时刚性力模型的基本原理,建立整体硬质合金立铣刀高速铣削变截面涡旋盘的动力学模型,获取颤振稳定性叶瓣图,揭示数控铣削过程的力学特性和影响因素。通过大量切削试验,对铣削加工切削参数优化技术进行研究,建立切削参数优化模型,显著提高数控铣削的切削效率和加工质量。 该技术目前比较成熟,可在任意经济性数控铣床上完成涡旋盘的加工,其加工工艺方案经过试验验证是非常安全的,加工出的精度可以满足生产需求。一方面缺乏高速高精和具备渐开插补、阿基米德插补加工中心试验设备,该工艺无法进行高精高可靠性加工验证;另一方面缺乏资金,无法在合金铸铁、高铬合金耐磨钢等多种材料上进行对比试验,寻找一种最好的涡盘材料满足涡旋压缩机企业的需求。