鉗牙面銑削加工工藝的研究

原油開挖和井壓的大型氣壓是一種在油田開采和鉆孔過程中使用的工具，如管道、套筒、鉆頭和其他管柱。應在使用過程中對最具損壞的部件是鉗子（見圖1）。1.鉗牙曲面夾具的銑削加工通過市場調研,僅本油田內部每年消耗的鉗牙數(shù)量就非常巨大,有很好的市場前景,我廠決定開發(fā)鉗牙這種易損件產(chǎn)品。對鉗牙樣品進行測繪,設計圖如圖2所示。分析了鉗牙結構形狀后,發(fā)現(xiàn)鉗牙牙形曲面存在一定的加工難度。鉗牙的牙形是通過均勻分布的5道圓環(huán)與其對稱部分形成的。于是我們在加工鉗牙牙形的這道工序時,采用先加工一個方向均勻分布的5道圓環(huán)面,然后將工件旋轉180°加工另外一個方向的5道圓環(huán)面的方法。在試制過程中為了提高生產(chǎn)效率,我設計了一套夾具,一次夾4片鉗牙毛坯,通過中間一塊壓板進行夾緊。同時也設計了一個多刀頭銑刀盤,安裝了5把尖刀,這5把尖刀的回轉直徑與鉗牙上的5道圓環(huán)面相對應。銑削加工鉗牙曲面夾具圖如圖3所示,多頭銑刀盤如圖4所示。在使用時,先將機用卡盤固定在立式銑床的工作臺上。用百分表找正,使其中心軸線與立式銑床的主軸線重合,鎖緊工作臺橫向及縱向的進給機構,只允許上下垂直運動。接著將多頭銑刀盤安裝到立式銑床主軸上,鎖緊固定。最后將5個刀頭撞到刀盤上,保證所有刀尖在同一水平面內,從刀盤側面用螺栓固定。一切準備工作就緒后,將4件鉗牙毛坯裝入夾具內并夾緊,開始進行鉗牙曲面的加工。加工過程中出現(xiàn)了如下問題。(1)工件夾緊不可靠由于夾具體制造過程中,各定位槽存在一定的位置誤差,同時各個鉗牙毛坯的寬度尺寸也存在一定誤差,用一塊壓板靠斜面夾緊,很容易出現(xiàn)一個方向夾緊后,與它相垂直的另一個方向上的兩個毛坯不能夾緊,在銑削過程中出現(xiàn)竄動現(xiàn)象。(2)刀頭磨損嚴重在試制過程中,我們用高速工具鋼刀塊刃磨刀頭,由于是斷續(xù)切削,再加上冷卻又跟不上,一個方向上的環(huán)形曲面都沒有加工好,有的刀頭磨損的就用不成了,得缷下來重新刃磨,重新找正,生產(chǎn)很難進行。(3)牙形曲面形位公差很難保證在制造多頭刀盤時,刀盤上刀塊定位方孔存在了一定偏差;各個刀塊都是靠手工刃磨,存在一定的偏差;刀塊和定位方孔存在較大間隙,很難保證安裝時與刀盤垂直。這些因素就很容易造成鉗牙曲面位置精度超差,在加工另外一個方向曲面時形成的牙形很不規(guī)則,造成廢品。針對以上出現(xiàn)的問題,我們調整了加工思路,采用成形機夾尖刀,在臥式車床上加工牙形曲面,在夾具設計上也做了很大改進。車削鉗牙牙形曲面夾具如圖5所示。2.車削鉗牙牙形曲面的加工將車床卡盤卸掉,把夾具體1與車床主軸連接,找正后用螺栓緊固。依次安裝4片鉗牙毛坯,用扳桿擰緊內六角圓柱頭螺釘2,通過墊片1、壓塊3將工件夾緊。根據(jù)鉗牙牙形曲面回轉半徑,用100°機夾尖刀車出一個方向的5道圓環(huán)。松開內六角圓柱頭螺釘2,取出壓塊3,將工件旋轉180°。再次用搬桿擰緊內六角圓柱頭螺釘通過墊片、壓塊將工件夾緊。車出另外一個方向的5道圓環(huán)。鉗牙牙形曲面加工完成后取出。雖然在臥式車床上使用車削鉗牙牙形曲面夾具加工出了合格的牙形曲面,但還是暴露出了許多弊端。(1)操作環(huán)境差臥式車床防護措施比較簡單,車削過程中切削液很容易飛濺出來,弄濕工人的衣服,切削液在施工場地流淌一片。這樣的操作環(huán)境對生產(chǎn)很不利。(2)勞動強度大每次用扳桿擰內六角圓柱頭螺釘,工人都要付出很大的艱辛。取出壓塊也很費勁,需要用撬杠撬出來。為了保證各道圓環(huán)的位置精度,工人都要進行反復的測量、試切。為了克服以上弊端,我們將車削鉗牙牙形曲面夾具安裝到了數(shù)控車床上,其防護罩是比較密閉的,切削液到處飛濺的問題得到了很好解決。在數(shù)控車床上,編好程序進行自動切削,減輕了工人檢測、試切的勞動強度。同時使用風動工具代替扳桿,大大降低了擰螺釘?shù)膭趧訌姸?。為了快速取出壓塊,我們對壓塊結構作了一點改進,并設計了一套拉出器,工人能夠很輕松地取出壓塊。拉出器結構如圖6所示。3.壓塊的制作過程(1)夾具體夾具體是該套工裝的關鍵零件,在結構設計上要保證鉗牙準確定位,夾緊可靠。同時,夾具體制造質量對鉗牙產(chǎn)品的質量影響非常大,必須保證其制造精度。夾具體的結構圖如圖7所示。根據(jù)我廠現(xiàn)有的設備情況,在制造夾具體時,我們采用70mm厚鋼板下料,焊接一個工藝夾頭,進行平端面、車外徑ue788320mm及定位孔ue788270mm。調頭夾外徑并找正,車掉工藝夾頭,平端面,留0.4mm磨削余量。然后在平面磨床上磨平開槽的那個端面。緊接著鉗工在分度頭上精確劃出各個槽的位置線并進行各個螺紋孔的鉆孔攻螺紋。最后在數(shù)控銑床上按線找正加工各槽。在加工各槽時要進行認真測量,保證其位置精度、對稱度、尺寸精度。加工內側的82°斜面時,將數(shù)控銑床主軸側向轉動8°,安裝ue7886mm立銑刀,進行細致操作,確保其位置精度。底平面產(chǎn)生小劃痕而不影響鉗牙的定位精度。加工外側82°斜面時,可安裝ue78812mm立銑刀,進行加工。(2)壓塊壓塊的作用,一方面是將鉗牙可靠夾緊,另一方面與夾具體配合保證鉗牙準確定位,同時還要在鉗牙生產(chǎn)過程中使用方便。于是我們設計的壓塊結構如圖8所示。壓塊結構比較簡單,制造不存在什么問題。但是壓塊在使用過程中頻繁裝卸,因此我們在選擇材料時,選用45鋼調質處理290HBW左右,以保證其具有足夠的強度。4.掛鉤板抗沖擊強度掛鉤板是拉出器中的一個重要零件,在結構設計上要保證取壓塊時拉出器裝入、取出都很方面,而且能夠可靠地將壓塊取出。掛鉤板的結構如圖9所示。掛鉤板在使用過程中經(jīng)常承受著沖擊載荷,因此需要有足夠的抗沖擊強度。我們采用45鋼材料淬火50HRC左右。制造時,先在車床上加工成外徑ue78832mm,內孔ue7888.5mm,厚度6.8mm的墊片形狀,然后淬火處理,在平面磨床上將兩平