螺杆精加工机床构型与误差分析研究
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摘要
螺杆泵由于其设备简单、操作方便、占地面积小、传输效率高等特点，许多油田将其用于原油的开采。螺杆泵作为一种容积式泵，工作过程是转子和定子在过盈配合条件下的运动来实现的，通常定子由钢制外套和橡胶衬套组成，转子由合金钢经过加工、镀铬等工艺完成，因此转子最终成型表面的表面质量对螺杆泵的使用寿命有着重要影响。本论文针对转子的最终成型加工开展了以下研究。
本论文分析了国内外螺杆泵中转子的常用加工方法，对螺杆线型的设计方法进行了分析，并采用三维建模软件对螺杆转子进行建模，得到螺杆转子的三维型面数据。
本论文以砂带磨削作为主要精加工方法，首先阐述了砂带磨削的去除原理并建立了去除模型，分析了磨削过程中，工件在弹性变形区和塑性变形区内所受压力。以此为基础设计了一种用于转子加工的砂带磨削机床构型。该机床采用封闭式砂带和成形接触轮，由旋转运动和沿轴向移动的合成运动完成转子的磨削加工。根据加工工件的截面特点对接触轮截面型线进行研究，得到了在已知端面截形的条件下向轴向截形和法面截形转化的数学表达式，给出了接触轮与工件在加工运动过程中的接触条件的数学表达。
为减小加工中的振动，选用橡胶材质做为接触轮，采用有限单元法对纯橡胶材质接触轮、钢质接触轮和两者复合接触轮的受力变形进行了分析，得到不同压力下变形位移与压力变化的曲线关系，为误差分析提供理论基础。
本论文对所设计的砂带磨削机床构型进行了机床误差分析，着重对机床的几何误差进行了研究，给出了加工过程中各运动单元之间的运动关系链，分析了各运动单元之间运动关系描述矩阵，以此为基础建立了综合运动误差模型，对模型进行求解得到加工中磨削工具相对于螺杆转子在空间任一位置的误差单元项表达式，通过对误差的计算分析可以对其进行误差补偿，提高加工精度。
Because of simple equipment, easy operation, small footprint and high transmissionefficiency, the progressing cavity pump has been widely used in crude production for manyoilfield in China recent years. As a positive displacement pump, the movement of its rotorand stator is under the conditions of the interference fit. The stator usually consists of therubber bushing and steel jacket, the rotor consists of alloy steel which passed by the processof machining and chromium plating. So the rotor is the key instrument of the progressingcavity pump, its surface will influence the life and work efficiency on oil exploration. How toimprove the surface of rotor will be researched in this paper.
This paper discussed the method of machining for the rotor at home and abroad, andanalyzed the design of the screw linear method. Three dimensional models for the rotor andstator were obtained by the parameterized design method base on software. Because of theadvantage of belt grinding, belt grinding was chosen as finished machining method. The paperdescribed the removal principle of belt grinding and established removal model, thenanalyzed the pressure which generated in the elastic deformation zone and plastic deformationzone when the workpiece was machining.
Innovative machine tool structure for belt grinding finishing rotor surface was proposedin this paper. The machine tool structure includes enclosed belt and forming contact wheel. Inthe process of machining, the rotational movement and axially moving motion move togetherand drive the grinding tools to machine. According to the characteristics between the cross-section of the workpiece and the contact wheel section line, the mathematical expressionswhich transformed in the known conditions of the end face of the cross-sectional shape intoaxial cross-sectional shape and method truncate.
Selection of rubber materials as the contact wheel helps to reduce the vibration in theprocessing. The finite element method was used to achieve pure rubber contact wheel,composite steel contact roller and both the force of the contact wheel deformation analysis. The displacement and the pressure change curve relationship were obtained under differentpressure, which provided a theoretical basis for the error analysis.
The machine tool structure for belt grinding error which was proposed in this paper wasanalyzed, especially machine geometric errors. A comprehensive mathematical modeling forthe machine tool structure for belt grinding wan established. Through the analysis of basicmotor unit of the machine tool, the unit error expressions were given, which could be used forerror compensation.
本论文分析了国内外螺杆泵中转子的常用加工方法，对螺杆线型的设计方法进行了分析，并采用三维建模软件对螺杆转子进行建模，得到螺杆转子的三维型面数据。
本论文以砂带磨削作为主要精加工方法，首先阐述了砂带磨削的去除原理并建立了去除模型，分析了磨削过程中，工件在弹性变形区和塑性变形区内所受压力。以此为基础设计了一种用于转子加工的砂带磨削机床构型。该机床采用封闭式砂带和成形接触轮，由旋转运动和沿轴向移动的合成运动完成转子的磨削加工。根据加工工件的截面特点对接触轮截面型线进行研究，得到了在已知端面截形的条件下向轴向截形和法面截形转化的数学表达式，给出了接触轮与工件在加工运动过程中的接触条件的数学表达。
为减小加工中的振动，选用橡胶材质做为接触轮，采用有限单元法对纯橡胶材质接触轮、钢质接触轮和两者复合接触轮的受力变形进行了分析，得到不同压力下变形位移与压力变化的曲线关系，为误差分析提供理论基础。
本论文对所设计的砂带磨削机床构型进行了机床误差分析，着重对机床的几何误差进行了研究，给出了加工过程中各运动单元之间的运动关系链，分析了各运动单元之间运动关系描述矩阵，以此为基础建立了综合运动误差模型，对模型进行求解得到加工中磨削工具相对于螺杆转子在空间任一位置的误差单元项表达式，通过对误差的计算分析可以对其进行误差补偿，提高加工精度。
Because of simple equipment, easy operation, small footprint and high transmissionefficiency, the progressing cavity pump has been widely used in crude production for manyoilfield in China recent years. As a positive displacement pump, the movement of its rotorand stator is under the conditions of the interference fit. The stator usually consists of therubber bushing and steel jacket, the rotor consists of alloy steel which passed by the processof machining and chromium plating. So the rotor is the key instrument of the progressingcavity pump, its surface will influence the life and work efficiency on oil exploration. How toimprove the surface of rotor will be researched in this paper.
This paper discussed the method of machining for the rotor at home and abroad, andanalyzed the design of the screw linear method. Three dimensional models for the rotor andstator were obtained by the parameterized design method base on software. Because of theadvantage of belt grinding, belt grinding was chosen as finished machining method. The paperdescribed the removal principle of belt grinding and established removal model, thenanalyzed the pressure which generated in the elastic deformation zone and plastic deformationzone when the workpiece was machining.
Innovative machine tool structure for belt grinding finishing rotor surface was proposedin this paper. The machine tool structure includes enclosed belt and forming contact wheel. Inthe process of machining, the rotational movement and axially moving motion move togetherand drive the grinding tools to machine. According to the characteristics between the cross-section of the workpiece and the contact wheel section line, the mathematical expressionswhich transformed in the known conditions of the end face of the cross-sectional shape intoaxial cross-sectional shape and method truncate.
Selection of rubber materials as the contact wheel helps to reduce the vibration in theprocessing. The finite element method was used to achieve pure rubber contact wheel,composite steel contact roller and both the force of the contact wheel deformation analysis. The displacement and the pressure change curve relationship were obtained under differentpressure, which provided a theoretical basis for the error analysis.
The machine tool structure for belt grinding error which was proposed in this paper wasanalyzed, especially machine geometric errors. A comprehensive mathematical modeling forthe machine tool structure for belt grinding wan established. Through the analysis of basicmotor unit of the machine tool, the unit error expressions were given, which could be used forerror compensation.
引文
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