簡介
錨座又稱球齒座, 是油田井下測試工具中的重要部件。其球齒孔的精加工過去一直在54K60(法拉克16a數控系統) 加工中心進行, 工藝成本較高, 且對該加工中心造成了很大的加工壓力, 有時成了機加工的瓶頸。為了降低工藝成本和緩解加工中心的壓力, 創新球齒座加工工藝成了重要的技術課題。為此, 四機賽瓦石油鑽采設備有限公司組織工程技術人員和有經驗的技術工人進行了工藝技術攻關。
球齒座機加工, 同一型號規格的一次性批量不大, 但型號規格繁多, 形狀尺寸差異較大, 以至定位裝夾的尺寸和工藝基準各不相同;其球齒孔的圓周分布有3等分、4等分, 一般由軸向2組組成, 孔距尺寸各不相同;球齒孔的尺寸精度為H8, 粗糙度為Ra 1.6 μm, 要求較高;球齒孔為沉孔結構, 單孔深度的尺寸公差雖為0.1 mm, 要求並不很高, 但要求整個球齒座的2組3個或4個球齒孔深度的不等深度相差不大於0.05 mm。球齒座採用耐高溫、高壓和耐腐蝕的42C rMo 材料製造, 機加工工藝性較差, 如果採用一般的加工方法, 沉孔粗糙度要達到Ra 1.6 μm很困難。針對這些難題, 筆者對球齒座的加工工藝和工裝進行了創新, 以專用成套工裝在Z5150A立式鑽床上加工系列球齒座, 效率高, 柔性強, 質量穩定, 並且有良好的工藝經濟性。
加工工藝的創新
球齒孔的加工, 過去是在車加工工序完成後,先由鉗工劃出球齒孔線, 再在搖臂鑽床上校正劃線後粗鑽球齒孔, 然後上加工中心精加工, 加工效率低, 工藝成本高。經工藝創新, 車加工完成或大部完成後(部分型號的球齒座由於工藝需要, 車加工工序不能在加工球齒孔前全部完成, 需要按工藝要求加工成便於定位裝夾的工藝尺寸), 不用劃球齒孔線, 而在Z5150A 立式鑽床上設計成套工裝,分粗、半精、精加工序(工步) 加工球齒孔。所謂粗加工即粗鑽, 半精加工為半精鏜銑和半精鉸、切清角槽, 最後採用滾壓工具進行滾壓精加工。
成套工裝設計要點
成套工裝由球齒座鑽夾具、深度控制裝置及專用刀具(工具) 等組成, 其設計要點如下。
(1)能在1套夾具上滿足多種型號規格球齒座的加工, 且在更換球齒座品種時, 夾具的更換、調試要簡單、方便、可靠。
(2)能在1套夾具上加工3等分、4等分球齒孔, 要求分度裝置結構簡單, 所占空間小, 能保證工序、工步間的定位還原。
(3)能有效控制球齒座產品圖樣技術要求的尺寸精度、形位公差和粗糙度, 重點是控制多孔的不等深度和沉孔的R a 1.6 μm 粗糙度。
(4)加工過程的操作相對簡單, 應儘量減少工件的裝夾次數, 降低勞動強度, 提高加工效率。
球齒座鑽夾具的設計
球齒座鑽夾具是實現和保證以上4條設計要點的核心工裝, 以0545640039 /ZJ01 球齒座鑽夾具為例, 夾具由安裝板與滑板組件、前裝夾座、後裝夾座、鑽模板裝置、分度裝置、縱向定位裝置等主要零部件組成。其主要結構和功能分述如下。
(1) 安裝板與滑板組件
裝夾座滑板由滑板導鍵準確導向, 能帶動前、後裝夾座(含工件球齒座) 在安裝板上相對立式鑽床和鑽模裝置做縱向移動, 以滿足加工不同型號球齒座之球齒孔軸向孔距位置尺寸的要求, 並以縱向定位裝置保證其孔距尺寸精度及工序、工步間的定位還原。
(2)前、後裝夾座部分
前、後裝夾座是工件的定位裝夾裝置, 由裝夾座導鍵準確導向, 能在滑板上縱向移動, 以便於加工不同長度尺寸的球齒座。前、後裝夾座內設計了可更換的哈夫定位環, 根據不同球齒座的定位外徑進行可靠定位, 以滿足一定尺寸範圍內多種直徑球齒座的加工要求。
(3)鑽模板裝置
鑽模板裝置安裝在安裝板上, 是相對固定的裝置, 而鑽套及銑定位套是可快換的, 以滿足不同規格尺寸球齒孔的不同工序、工步加工刀具的定位導向。鑽套和銑定位套導向長度較長, 與鑽頭和鏜銑刀的導向定位配合間隙選擇適當, 提高了孔的尺寸精度和位置精度,保證了工序、工步間能定位還原, 以適應批量生產。
(4)分度裝置
工件球齒孔的圓周等分產品圖樣雖沒有高要求, 但為了保證加工工序、工步間的工藝定位還原, 本夾具設計了較為可靠、結構簡單的分度裝置。如圖1所示, 分度裝置在設計和製造中保證了與前、後裝夾座(含哈夫定位環) 的同軸度, 在其中設計了V 形夾緊環及V 形壓塊和分度轉環及可準確分出2、3、4等分的分度盤的夾緊裝置、轉動裝置和分度裝置, 能將分度裝置與工件連成一體並準確地分度旋轉。
以錐形分度銷和分度錐套等組成的分度銷裝置的分度定位精度較高, 且操作方便,有效地保證了工序、工步間的工藝定位還原;斜面調整銷有效地控制了分度轉環的軸向位置和分度裝置的軸向間隙, 並儘可能地縮短了夾具軸向空間位置。
(5)縱向定位裝置
如前所述, 縱向定位裝置是為了保證球齒孔孔距尺寸精度而設計的。定位裝置在縱向有較大的移動範圍, 能滿足多種球齒座加工軸向定位的需要。加工不同型號規格的球齒座時, 夾具按球齒孔孔距的尺寸要求作縱向移動的量, 以校對桿校準並通過調整縱向定位座及定位螺釘來實現, 較平穩地移動滑板並以縱向定位裝置定位時, 能夠滿足球齒孔孔距的尺寸精度要求。
總之, 球齒座鑽夾具在加工不同型號規格的球齒座時, 只需按產品圖樣和各型號球齒座鑽夾具安裝調試圖的技術要求, 移動少量有關零部件(如前、後裝夾座、分度裝置等) 的位置, 或更換少量有關零部件(如鑽模套、哈夫定位環、V 形夾緊環等) 即可, 夾具的更換和調試方便、可靠。
另外, 對於特殊型號規格球齒座的定位裝夾,只需適當改變定位裝夾方式或增加簡單結構, 如0800000354 /ZJ03— 010 球齒座鑽夾具(以0545640039 /ZJ01— 010為基礎改裝), 該型號球齒座的軸向長度尺寸特殊, 但也只需適當改變定位裝夾方式, 增加V 形夾盤和V 形夾緊套等零部件即可。
Z5150A 立式鑽床本身沒有軸向(即加工深度) 的精確控制裝置, 設計深度控制裝置的功能就是精確控制球齒孔的深度尺寸公差。
深度控制裝置由百分表及其安裝裝置和深度塊規及其塊規座等組成。百分表及其安裝裝置以安裝環固定在Z5150A 立式鑽床的主軸滑套上, 與主軸上下移動同步。深度塊規的功能尺寸與球齒孔深度的圖示基本尺寸相同, 加工球齒孔時, 當目測刀具進給到特定位置時, 將深度塊規置於百分表測頭下並對準零位後移去深度塊規, 主軸切削進刀並帶動百分表向下移動, 當百分表測頭接觸塊規座C 面並使錶針指到零位時, 表示加工深度已達到基本尺寸, 此時按百分表顯示刻度控制其深度尺寸公差即可。圖示調整槽板用於加工不同型號規格球齒座時調整百分表的基本位置。
專用刀具
專用刀具由專用鏜銑刀、專用鉸刀、清角切槽刀和滾壓工具組成, 刀具切削部分的尺寸公差按不同球齒孔的尺寸公差和滾壓工具的滾壓工藝量確定。加工球齒孔時, 先以普通鑽花按工藝要求粗鑽加工, 然後以專用刀具(工具) 對球齒孔進行半精鏜銑、半精鉸、切清角槽和滾壓精加工。其中專用鏜銑刀用於半精加工擴孔, 按工藝要求留出鉸削餘量, 並以深度控制裝置確定好球齒孔的深度尺寸公差;以專用鉸刀的半精加工確保尺寸精度和粗糙度達到滾壓精加工前的工藝要求;清角切槽刀用於球齒孔之圓柱孔與圓錐孔結合部的清角切槽, 作為滾壓工步的越程槽;滾壓工具是保證最終尺寸精度和粗糙度的關鍵, 實踐證明, 已超過球齒座圖樣設計的技術要求, 尺寸精度達到H7以上, 粗糙度可達到R a 0.8 μm 以上。
總結
實踐證明, 球齒座加工成套工裝成功滿足了上述各設計要點要求, 實際效果良好。過去加工中心每8 h加工6 件球齒座, 工藝創新後能加工8 件,加工效率提高33%;更重要的是過去加工中心每加工1件球齒座的加工費用290元, 而工藝創新後每件為50元, 大大降低了加工工藝成本。
