双作用海(淡)水球塞泵定子轨道加工工艺分析

　　1 引 言

　　现代液压技术在工业生产和其他领域有着十分广泛的应用。由于纯水有来源广泛、无污染、阻燃性良等优点，在我国积极开展纯水液压传动的研究与开发，对节约能源、保护环境、可持续发展及开发绿色液压产品都具有十分重要的意义][1]。

　　双作用海(淡)水球塞泵是利用球形物作为活塞的径向液压泵。它是一种结构独特、可以连续实现吸排水的容积泵，能够将电动机或发动机传递的机械能高效率地转化为液压能[2-3]。它是结构紧凑、可靠性高、技术含量高、制造工艺水平要求严格的高科技产品[4]。

　　定子轨道作为球塞泵的关键零件，其成形精度及加工质量直接影响球塞泵性能。本文针对双作用海(淡)水球塞泵定子的结构特点，结合现有的加工手段，深入分析并合理规划了该零件的加工工艺，克服了球塞泵项目研制中的难题，最终加工出合格的定子成品。

　　2 定子轨道结构特点

　　如图1 所示为球塞泵结构原理图。定子内壁为椭圆形，转子高速旋转，球塞在惯性力、液压力和定子反作用力作用下沿定子内壁作椭圆周运动，球塞、转子和配流心轴形成的工作腔体积发生变化，从而实现吸压水，配流心轴使吸入和压出的水按规定方向流动。

　　定子轨道分布在一理想椭圆锥面上。该椭圆锥面方程式可表达为：

　　其中：a-椭圆轨道的长半轴;b-椭圆轨道的短半轴;σ=z×tanθ(0≤z≤l，l是定子长度，θ 是椭圆锥面锥角)而理想椭圆锥面上鼓起的定子轨道是八次方曲线圆弧内凹曲面，其极坐标方程可表示为：

上式中，R 为过曲线上某点法线同时与定子中心轴线平行的平面与圆弧凸起曲面交线的半径[5]。

　　可见，定子轨道成形运动十分复杂：在 XY 平面内定子曲面分布在一个近似椭圆的曲线轨迹上。而且Z 方向也略有变化，Z 轴坐标值不为定值。

　　3 加工工艺

　　3.1 加工难点分析

　　由于定子轨道曲面成形复杂，且属于内凹面加工，所以在机床选用、刀具设计、程序编制方面存在诸多难点。而选用三轴数控铣床加工，更增添了加工难度。一方面，定子轨道截面尺寸较大(准40mm)，受机床刚性、功率、成本限制，难以使用成形刀来完成定子轨道加工，只能采用小球刀插补逼近，以减小切削力;另一方面，定子轨道曲面侧向内凹，难以使用普通铣刀加工，亦难以使用一般自动编程软件自动编程;再者，定子轨道曲面数学模型复杂，加工过程中要使得刀具与轨道曲面法向接触并满足刀具瞬间回转中心在定子曲面法向方向，使用数控加工宏程序对其进行运算，刀位点计算也实属不易。