螺杆泵隶属于高精度机械产品,近几年来其应用范围不断扩大,需求量持续增长,曲面越来越复杂,对加工精度的要求也不断提高,给螺杆的设计、加工都带来了一定的难度,并且目前国内高端螺杆泵产品基本依赖进口。为此,对螺杆泵的核心部件进行设计与加工研究有着十分重要的理论和工程实用意义。本文以双螺杆干式真空泵的核心部件螺杆副为研究对象,利用接触理论、空间包络理论、刀具设计理论等,从螺杆的构型原理出发,建立螺杆齿形数学模型,并在此基础上进行了螺杆性能特性分析和加工研究,主要内容如下:(1)在研究圆柱螺旋面成型原理的基础上,建立单头等螺距内凹螺杆转子数学模型,确定螺杆端面截形各段曲线组成形式及对应螺旋面方程,为螺杆的性能特性研究、螺杆加工成型刀具的设计以及铣削加工研究奠定基础。(2)基于螺杆转子间啮合理论,推导出相对速度在阴、阳转子坐标系中的表达式,建立转子齿面接触线方程,分析齿间接触线随螺杆转子转角的变化在不同坐标系下的投影状况,推导出一个齿间容积内接触线的长度计算公式,并根据型线方程推导出面积利用系数具体公式以及理论抽速公式,分析面积利用系数和理论抽速的影响因素,得出渐开线生成圆半径和齿根圆半径、齿根圆半径和齿顶圆半径之比的最优范围:0.5≥0.3、1≥ρ≥0.6,以及提高理论抽速的实用方案:提高面积利用系数和螺杆转速。(3)针对螺杆设计中最一般的情况——螺杆端面截形由离散点组成,基于啮合原理,结合螺杆与刀具的空间位置关系,运用三次样条插值法求解螺杆成型刀具齿形:分析加工过程中两者之间接触线的形状和空间位置,应用形位几何法进行成型刀具的设计,并将其和啮合原理设计方法对比,得出形位几何法能够克服啮合原理设计刀具时由于螺杆齿形曲线存在尖点而带来的计算误差问题,同时计算过程也较为便捷,并验证通过形位几何法求解得到的刀具齿形的正确性。(4)结合刀具设计理论,完成刀具的结构优化设计,分析成型刀具加工螺杆过程中的各轴运动情况和插补方式,得出插补误差,完成其路径规划;同时提出使用标准铣刀进行螺杆加工的可能性,安排螺杆端面截形上各段组成曲线的不同插补方式,分析出具体插补误差,并进行两者的对比分析,得出各自的优劣势。