螺杆转子作为螺杆泵、螺杆压缩机、螺杆真空泵、螺杆膨胀机等螺杆机械的核心零部件,其设计与加工精度决定了螺杆机械系统的综合性能。尤其是螺杆泵作为一种容积式泵,因其结构简单、容积效率高、流量脉动小、噪声低、便于维修和维护、能进行多相混输等优点被广泛应用于石油、化工、船舶、海洋钻井平台、航空航天、机床装备、工程机械、环保、能源、食品、制药等众多领域。随着现代工业技术的发展,螺杆泵的应用范围和领域越来越广,已成为许多高端装备的关键基础件和核心部件。但是,随着螺杆泵应用的工况越来越复杂,对螺杆泵的设计与制造精度提出了越来越高的要求。近三十年来,各国学者和工程技术人员对螺杆泵转子型线优化设计、加工技术以及泵腔流场特性进行了持续而深入的研究。然而,由于螺杆泵核心零部件螺杆转子型线的复杂性,其设计与制造精度一直是限制螺杆泵系统性能进一步提升的瓶颈问题。目前对于螺杆转子的研究主要集中在转子型线优化设计和成形刀具设计方法上,关于螺杆转子精密成形磨削制造技术研究还不够深入,因此,导致螺杆转子加工质量不高,制约着高性能螺杆泵大规模的应用与普及。本文以摆线型螺杆泵转子型线的优化设计与精密成形加工技术为研究对象,利用数值分析、空间啮合原理与包络理论、成形磨削原理等理论工具,深入研究螺杆转子啮合间隙设计方法、成形刀具优化设计方法、成形磨削误差补偿、螺杆型面粗糙度控制以及检测技术等螺杆转子设计与精密加工的技术难点。本文主要工作如下:(1)在研究摆线生成原理的基础上,对摆线型双螺杆泵齿形和摆线型三螺杆泵齿形进行设计。由于现代计算机技术广泛应用于螺杆转子的设计与制造各环节,为了提高计算机计算精度与效率,提出了一种曲率自适应加密/稀疏螺杆转子齿形数据优化设计方法。利用空间解析几何知识对螺杆转子不同啮合间隙设计方法进行对比分析,并通过计算机CFD数值仿真比较了不同间隙数值对摆线型双螺杆容积效率的影响规律,并根据实际工况需求对螺杆泵啮合间隙进行设计,成形一套面向可制造与自适应的螺杆转子齿形优化设计方法。(2)研究螺杆转子成形加工中螺杆型面坐标系与成形刀具坐标系相互转化关系,基于空间啮合原理与包络理论,运用三次样条插值法实现基于离散点数据的螺杆转子成形刀具廓形求解。提出了螺杆转子廓形误差评价方法,根据螺杆转子与成形刀具的空间接触特性获得了不干涉、不过切条件下的螺杆转子成形刀具安装参数范围。对不同安装参数下的成形刀具轮廓特性与加工特性进行系统的对比研究,实现成形刀具安装参数的二次优化设计,获得了基于不同加工阶段与加工特性的成形刀具安装参数选择策略。鉴于螺杆转子型线复杂,设计与加工难度高的特点,在前文的研究基础上,基于MATLAB GUI开发了一套可以用螺杆转子型线数据预处理、啮合间隙设计、成形刀具设计、成形仿真加工、误差评估的可视化软件。(3)研究螺杆转子成形砂轮的磨损机理,通过螺杆转子成形仿真加工,揭示成形砂轮安装中心距、安装角以及砂轮磨损对螺杆转子廓形误差的影响规律,创新性地提出了一种通过安装参数调整法实现对砂轮磨损致廓形误差进行补偿,并通过仿真加工验证所提出的误差补偿方法的可行性与正确性。针对螺杆转子成形磨削机理的复杂性,通过建立成形砂轮表面磨粒分布模型,对螺杆型面成形磨削材料去除机理进行深入研究,建立了螺杆型面成形磨削未变形切屑最大厚度计算模型,为磨削力、磨削温度、磨削功率的研究提供了依据。深入研究螺杆转子成形磨削机理,首次建立了光整磨削阶段的螺杆型面磨削粗糙度预测模型,克服了传统磨削粗糙度预测模型无法实现对滑移磨削阶段磨削粗糙度进行预测的技术难点,为螺杆转子成形磨削表面粗糙度的提高提供了理论指导。(4)螺杆转子的精密成形加工离不开高精度的检测技术,检测精度在很大程度上决定了螺杆转子加工精度的提升。本文针对螺杆转子型线复杂多样、测量标准不明确、精确检测困难的技术难点,在研究螺杆泵工作特点和螺杆转子型面几何特征的基础上,提出了螺杆型面检测的误差项。提出了一种通过齿轮测量中心二维截面测量实现螺杆型面三维表征的新方法,克服了通用检测设备无法实现螺杆转子精确检测的技术难题,对于提升螺杆转子检测效率、降低检测成本、提高螺杆转子加工精度具有重要意义。最后针对本文的研究设计了一系列的实验进行验证,实验结果与理论研究保持了良好的一致性。