一种离心泵叶轮盖板螺旋槽加工装置的制作方法

本实用新型涉及一种离心泵叶轮盖板螺旋槽加工装置。

背景技术：

伴随着全球能源消耗的不断提升，科学家们已经将精力投入到如何有效的利用与保护能源领域上面。设法减少运输工具表面的摩擦阻力，成为发展节约能源技术的突破点。表面摩擦阻力在总阻力之中占据很大的比例，在液体流动表面的部分区域，流动都是处于湍流的状态，所以研究湍流边界层减阻意义十分重大。离心泵叶轮在工作时，其盖板外侧及外缘与泵腔内液体发生摩擦造成的圆盘摩擦损失会对泵效率有很大的影响，增加其能量损失。

近几年来，沟槽减阻被认定为最有效的减阻方式。针对管道沟槽的加工，现有管道机器人可以进入管道进行旋转加工。但对于离心泵叶轮盖板，现在缺乏专门的加工设备。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型提供了一种离心泵叶轮盖板螺旋槽加工装置及其加工方法，意在批量的在叶轮盖板背面加工螺旋槽，使叶轮旋转时减少湍流的损耗，从而提高叶轮效率，达到节能的目的。此加工装置，具有操作简便、结构简单、效率高等特点，并且可以降低能源消耗、无污染。

本实用新型所述的一种离心泵叶轮盖板螺旋槽加工装置，其特征在于：包括用于支撑的支撑单元、用于安装叶轮并驱动叶轮周向旋转的夹持驱动单元、用于驱动夹持驱动单元直线运动的进给单元以及用于在叶轮上加工螺旋沟槽的切割单元，所述进给单元安装在所述支撑单元上部，所述夹持驱动单元受所述进给单元的驱动作直线运动；所述切割单元安装在支撑单元悬于夹持驱动单元叶轮安装部的部分，并保持切割单元的切割刃始终面向叶轮的加工面；

所述支撑单元包括底座以及支座，所述底座上部设有敞口的凹腔，所述底座的上部沿轴向设有供夹持驱动单元滑行的直线导轨，所述支座的底部与所述底座固接，所述支座的上部带有悬于底座上方且用于安装切割单元的悬臂梁；定义底座的轴向为直线轨道的中心轴方向；

所述夹持驱动单元包括工作台、驱动电机、蜗轮蜗杆减速机、叶轮安装台以及夹紧件，所述工作台的侧面设有光孔，所述工作台的底部与所述底座上的直线导轨滑动连接，所述工作台具有用于安装叶轮的叶轮安装平台，且叶轮安装平台上设有用于容纳叶轮安装台的通孔；所述驱动电机和所述蜗轮蜗杆减速机固装在所述工作台内，并且所述驱动电机的输出轴通过第一联轴器与所述蜗轮蜗杆减速机作为动力输入端的蜗杆相连，所述蜗轮蜗杆减速机作为动力输出端的输出轴上固装下部沿通孔轴向插入其内的叶轮安装台，实现叶轮安装台可绕自身中心轴周向旋转；所述叶轮安装台的上部高出工作台的上表面，形成用于安装叶轮的叶轮安装部，且在叶轮安装部配有用于锁定叶轮的夹紧件；

所述进给单元包括丝杆、圆锥齿轮以及手轮，所述丝杆沿底座轴向贯穿所述工作台侧壁光孔后两端安装在底座上，并且丝杆与底座转动连接；所述圆锥齿轮的中心设有用于插入丝杆并与之螺接的螺纹孔，所述圆锥齿轮的轮毂通过轴承与所述工作台转动连接，所述圆锥齿轮与所述叶轮安装台啮合，使得圆锥齿轮在叶轮安装台的驱动下绕其自身中心轴做周向旋转运动；所述手轮安装在所述丝杆的一端，用于将叶轮调整至起始加工位置；

所述切割单元包括切割电机、电机座、弹簧夹套以及立式铣刀，所述电机座安装在支座悬梁臂位于叶轮正上方的一端；所述切割电机固装在所述电机座上，切割电机的驱动轴指向叶轮，并通过第二联轴器安装立式铣刀的弹簧夹套，所述弹簧夹套的底部卡接用于对叶轮进行加工的立式铣刀，且用于对叶轮表面进行加工的立式铣刀，立式铣刀的切割刃面向叶轮的加工表面；叶轮自转过程中，立式铣刀的切割刃始终与叶轮的加工表面接触，立式铣刀在叶轮自转以及叶轮沿底座直线滑动的叠加后的运动下，在叶轮表面加工出螺旋槽。

所述叶轮安装台沿其轴向从上到下分为用于固定叶轮的叶轮安装部和用于插入工作台通孔内并与圆锥齿轮啮合的锥齿轮啮合部，所述叶轮安装部为圆柱体，且所述叶轮安装部的中心沿其轴向拆卸式装有一根用于对叶轮定心的安装轴，安装轴的顶部设有用于卡入叶轮中心通孔的倒圆台形楔块，倒圆台形楔块的上部外径大于其下部外径，且倒圆台形楔块的上部外径与叶轮的中心通孔配合，实现对叶轮的定心；所述叶轮安装部的表面沿其径向设有多条径向螺纹槽，径向槽的一端延伸至叶轮安装部外沿，另一端通至安装轴处，且每条径向槽均配有夹紧件，所述夹紧件包括一个紧固螺栓和一个弧形夹紧滑块，所述紧固螺栓与所述径向槽螺接，所述弧形夹紧滑块与所述径向槽滑动连接，并通过相应的紧固螺钉夹在待加工的叶轮外壁上，实现对叶轮的周向固定。

所述叶轮安装部的表面沿其径向设有3条径向螺纹槽。

所述底座包括矩形底板、两块矩形侧板以及两块端板，其中矩形侧板沿矩形底板的长边方向垂直安装，端板沿矩形底板的短边方向垂直安装，所述矩形底板、两块矩形侧板以及两块端板共同围成一个上端敞口的长方体形的箱体。

端板的顶部高出矩形侧板的部分设有用于安装丝杆的安装孔，所述丝杆通过嵌入安装孔的轴承与所述端板转动连接，实现丝杆绕其自身轴线作周向旋转运动。

所述矩形侧板的上边沿沿其长度方向各设有一条直线导轨，每条直线轨道均由两条平行排布的V型块组成，且V型块之间留有用于卡住工作台滑动边沿的凹槽。

其中一块端板上固装支座，并且支座的上部向工作台方向折弯形成悬于工作台上方的悬臂梁。

所述工作台为倒U型结构，其中工作台的两平行滑动边沿卡入对应的直线导轨凹槽内，实现二者滑动连接。

所述蜗轮蜗杆减速机包括箱体、盖板、蜗杆、蜗轮和输出轴，所述箱体与所述盖板围成用于安装所述蜗杆、蜗轮的减速箱，其中蜗杆通过相应的轴承支撑在减速箱内，二者转动连接，蜗轮通过输出轴装在减速箱内；蜗杆的一端从箱体内伸出后通过第一联轴器与驱动电机的输出端相连；蜗杆的外齿轮与蜗轮啮合，蜗轮与插入其中心孔的输出轴键连接；输出轴的另一端从盖板伸出后插入叶轮安装台的中心孔处，二者通过连接键键连接实现叶轮安装台的周向固定，二者通过套在输出轴上并与之螺接的圆螺母锁紧，与输出轴轴肩共同作用实现叶轮安装台的轴向固定；所述输出轴位于蜗轮两侧的部分各装有一个深沟球轴承，用于限制输出轴的轴向移动。

利用本实用新型所述的一种离心泵叶轮盖板螺旋槽加工装置进行的加工方法，包括以下步骤：

1)在第二联轴器底部安装用于在叶轮表面进行加工的立式铣刀；

2)放上待加工的叶轮，并通过弧形夹紧滑块和倒圆台形楔块转动手轮，慢慢调整工作台的位置使立式铣刀刚接触到待加工叶轮加工表面时就停止，然后拆卸下安装轴，防止加工过程中倒圆台形楔块干扰沟槽加工，定义此时叶轮位置为待加工初始位置；

3)启动驱动电机，带动叶轮安装台转动的同时带动工作台继续沿之前移动的方向移动，叶轮的旋转运动与平移运动的组合使叶轮后盖板加工出螺旋槽；

4)驱动电机反转，将刀具退出加工表面，再通过旋转手轮调整工作台位置，驱动电机反转，进行第二次沟槽的加工；

5)重复数遍步骤3)、4)，完成对一个叶轮盖板螺旋槽的加工；

6)关闭驱动电机，取下加工后的零件，旋转手轮，调节工作台的位置；

7)重复2～7步骤，对其他待加工叶轮进行加工。

这里加工一条螺旋线。(但是如果特殊需要，此装置也能加工多条螺旋线)。工作台的移动由电机的旋转来控制，工作台从右往左移动进行加工，加工完之后，电机反转，工件从左往右退出来，这样算一个循环。电机独立控制。

本实用新型的有益效果是：1)只用到了两台电机，一台控制刀具的旋转切割，一台控制待加工零件的旋转及工作台的进给，结构简单，操作方便，效率较高；2)将夹持装置与圆锥齿轮结合在一起形成叶轮安装台，使结构更为紧凑，节省空间，减少了中间环节，提高了效率；3)待加工零件的定心方式较新颖，且简单易操作；4)底座整体呈现凹型，底面与地面形成大面积接触，中间镂空，保证齿轮运行的空间的同时减少用材，确保加工出的螺旋槽能满足减阻的基本要求。

附图说明

图1为本实用新型结构的三维图；

图2为本实用新型结构的正视图；

图3为夹持传动单元正视图；

图4为夹持传动单元左视图；

图5为进给单元结构图；

图6切割单元结构图；

图7为蜗轮蜗杆减速机结构图；

图8的待加工零件的定心方式图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本实用新型

参照附图：

实施例1本实用新型所述的一种离心泵叶轮盖板螺旋槽加工装置，包括用于支撑的支撑单元1、用于安装叶轮并驱动叶轮周向旋转的夹持驱动单元2、用于驱动夹持驱动单元直线运动的进给单元3以及用于在叶轮上加工螺旋沟槽的切割单元4，所述进给单元3安装在所述支撑单元1上部，所述夹持驱动单元2受所述进给单元3的驱动作直线运动；所述切割单元4安装在支撑单元1悬于夹持驱动单元叶轮安装部的部分，并保持切割单元的切割刃始终面向叶轮的加工面；

所述支撑单元1包括底座11以及支座12，所述底座11上部设有敞口的凹腔，所述底座11的上部沿轴向设有供夹持驱动单元滑行的直线导轨13，所述支座12的底部与所述底座11固接，所述支座12的上部带有悬于底座11上方且用于安装切割单元的悬臂梁121；定义底座的轴向为直线轨道的中心轴方向；

所述夹持驱动单元2包括工作台21、驱动电机22、蜗轮蜗杆减速机23、叶轮安装台24以及夹紧件25，所述工作台21的侧面设有光孔，所述工作台21的底部与所述底座11上的直线导轨13滑动连接，所述工作台21具有用于安装叶轮的叶轮安装平台，且叶轮安装平台上设有用于容纳叶轮安装台的通孔；所述驱动电机22和所述蜗轮蜗杆减速机23固装在所述工作台21内壁面，并且所述驱动电机22的输出轴通过第一联轴器26与所述蜗轮蜗杆减速机23作为动力输入端的蜗杆相连，所述蜗轮蜗杆减速机23作为动力输出端的输出轴上固装下部沿通孔轴向插入其内的叶轮安装台24，实现叶轮安装台24可绕自身中心轴周向旋转；所述叶轮安装台24的上部高出工作台的上表面，形成用于安装叶轮的叶轮安装部241，且在叶轮安装部241配有用于锁定叶轮的夹紧件25；

所述进给单元3包括丝杆31、圆锥齿轮32以及手轮33，所述丝杆31沿底座轴向贯穿所述工作台21侧壁光孔后两端安装在底座11上，并且丝杆31与底座11转动连接；所述圆锥齿轮32的中心设有用于插入丝杆31并与之螺接的螺纹孔，所述圆锥齿轮32的轮毂通过轴承311与所述工作台21转动连接，所述轴承内圈和外圈分别与所述丝杆31和底座11过盈配合，通过第一轴承端盖312和轴肩对所述轴承311进行轴向定位，所述圆锥齿轮32与所述叶轮安装台24啮合，使得圆锥齿轮32在叶轮安装台24的驱动下绕其自身中心轴做周向旋转运动；所述手轮33安装在所述丝杆31的一端，用于将叶轮调整至起始加工位置；圆锥齿轮32的轮毂上套有双列圆锥滚子轴承321，双列圆锥滚子轴承321内圈与外圈分别与圆锥齿轮32的轮毂和工作台21过盈配合；轴承固定侧板34通过4个轴向分布的螺栓固定在工作台21上，与工作台21一起对所述双列圆锥滚子轴承321的外圈进行轴向固定，内圈分别由套筒35和轮毂左侧凸起进行轴向固定；所述丝杆31固定不动，通过圆锥齿轮32的转动使自身沿丝杆31进行移动，进而通过双列圆锥滚子轴承321带动整个工作台21的移动。当需要再定位时，可通过手轮33带动丝杆31旋转调整工作台21的位置；所述切割单元4包括切割电机41、电机座42、弹簧夹套43以及立式铣刀44，所述电机座42安装在支座悬梁臂121位于叶轮正上方的一端；所述切割电机41固装在所述电机座42上，切割电机41的驱动轴指向叶轮，并通过第二联轴器45安装用于立式铣刀44的弹簧夹套43，所述弹簧夹套的底部卡接用于对叶轮进行加工的立式铣刀44，且立式铣刀44的切割刃面向叶轮的加工表面；叶轮自转过程中，立式铣刀44的切割刃始终与叶轮的加工表面接触，立式铣刀44在叶轮自转以及叶轮沿底座直线滑动的叠加后的运动下，在叶轮表面加工出螺旋槽，工作时刀具仅自转，不进行轴向进给。

所述叶轮安装台24沿其轴向从上到下分为用于固定叶轮的叶轮安装部241和用于插入工作台通孔内并与圆锥齿轮啮合的锥齿轮啮合部242，所述叶轮安装部241为圆柱体，且所述叶轮安装部241的中心沿其轴向拆卸式装有一根用于对叶轮定心的安装轴243，安装轴243的顶部设有用于卡入叶轮中心通孔的倒圆台形楔块244，倒圆台形楔块244的上部外径大于其下部外径，且倒圆台形楔块244的上部外径与叶轮的中心通孔配合，实现对叶轮的定心；所述叶轮安装部241的表面沿其径向设有多条径向螺纹槽2411，径向槽2411的一端延伸至叶轮安装部外沿，另一端通至安装轴243处，且每条径向槽2411均配有夹紧件25，所述夹紧件包括一个紧固螺栓251和一个弧形夹紧滑块252，所述紧固螺栓251与所述径向槽2411螺接，所述弧形夹紧滑块252与所述径向槽2411滑动连接，并通过相应的紧固螺钉251夹在待加工的叶轮外壁上，实现对叶轮的周向固定。

所述叶轮安装部241的表面沿其径向设有3条径向螺纹槽2411。

所述底座11包括矩形底板111、两块矩形侧板112以及两块端板113，其中矩形侧板沿矩形底板的长边方向一体成型，端板通过四个螺钉沿矩形底板的短边方向垂直安装在两端部，所述矩形底板、两块矩形侧板以及两块端板共同围成一个上端敞口的长方体形的箱体，端板的顶部为三角形结构。

端板113的顶部高出矩形侧板112的部分设有用于安装丝杆的安装孔，所述丝杆通过嵌入安装孔的轴承与所述端板转动连接，实现丝杆绕其自身轴线作周向旋转运动。

所述矩形侧板112的上边沿沿其长度方向各设有一条直线导轨，每条直线轨道均由两条平行排布的V型块组成，且V型块之间留有用于卡住工作台滑动边沿的凹槽。

其中一块端板113上固装支座12，并且支座12的上部向工作台方向折弯形成悬于工作台上方的悬臂梁121。

所述工作台为倒U型结构，其中工作台的两平行滑动边沿卡入对应的直线导轨凹槽内，实现二者滑动连接。

所述蜗轮蜗杆减速机23包括箱体231、盖板232、蜗杆233、蜗轮234和输出轴235，所述箱体231通过螺栓固定于工作台的内壁；所述箱体231与所述盖板232围成用于安装所述蜗杆233、蜗轮234的减速箱，其中蜗杆233通过相应的轴承支撑在减速箱内，二者转动连接，蜗轮234通过输出轴235装在减速箱内；蜗杆233的一端从箱体231内伸出后通过第一联轴器26与驱动电机22的输出端相连；蜗杆233的外齿轮与蜗轮234啮合，蜗轮234与插入其中心孔的输出轴235键连接；输出轴235的另一端从盖板232伸出后插入叶轮安装台24的中心孔处，二者通过连接键238键连接实现叶轮安装台24的周向固定，二者通过套在输出轴235上并与之螺接的圆螺母236锁紧，与输出轴235轴肩共同作用实现叶轮安装台24的轴向固定，即所述圆螺母236套在输出轴235上，并通过轴肩和叶轮安装台24进行轴向定位；所述输出轴235位于蜗轮234两侧的部分各装有一个深沟球轴承237，用于限制输出轴的轴向移动，两对深沟球轴承237分别通过套筒、轴承端盖239和箱体231进行轴向定位，承受轴向载荷。驱动电机22旋转，通过蜗轮蜗杆减速机25的减速，带动输出轴235的旋转，通过连接键238带动叶轮安装台24的旋转，从而带动叶轮安装台24旋转。结合图7所示，待加工零件通过一个圆台形楔块进行定心，圆台形楔块从叶轮中心圆孔穿过，使圆台形楔块外径卡住叶轮内部圆孔，从而实现对叶轮的定位和定心。三个弧形夹紧滑块在三个紧定螺栓的作用下对叶轮进行三点定位和加紧，叶轮夹紧后可拆卸下圆台形楔块，以防止切割螺旋槽时产生干涉。

第一联轴器26和第二联轴器45均为弹性联轴器。

实施例2利用本实用新型所述的一种离心泵叶轮盖板螺旋槽加工装置进行的加工方法，包括以下步骤：

1)在第二联轴器45底部安装用于在叶轮表面进行加工的立式铣刀44；

2)放上待加工的叶轮，并通过弧形夹紧滑块和倒圆台形楔块固定好后，转动手轮，慢慢调整工作台的位置使立式铣刀刚接触到待加工叶轮加工表面时就停止，然后拆卸下安装轴，防止加工过程中倒圆台形楔块干扰沟槽加工，定义此时叶轮位置为待加工初始位置；

3)启动驱动电机，带动叶轮安装台转动的同时带动工作台继续沿之前移动的方向移动，叶轮的旋转运动与平移运动的组合使叶轮后盖板加工出螺旋槽；

4)驱动电机反转，将刀具退出加工表面，再通过旋转手轮调整工作台位置，驱动电机反转，进行第二次沟槽的加工。

5)重复数遍步骤4，完成对一个叶轮盖板螺旋槽的加工。

6)关闭驱动电机，取下加工后的零件，旋转手轮，调节工作台的位置；

7)重复2～7步骤，对其他待加工叶轮进行加工。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也包括本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。