更新时间：2023-03-29 18:35
锚座又称球齿座, 是油田井下测试工具中的重要部件。其球齿孔的精加工过去一直在54K60(法拉克16a数控系统) 加工中心进行, 工艺成本较高, 且对该加工中心造成了很大的加工压力, 有时成了机加工的瓶颈。为了降低工艺成本和缓解加工中心的压力, 创新球齿座加工工艺成了重要的技术课题。
锚座又称球齿座, 是油田井下测试工具中的重要部件。其球齿孔的精加工过去一直在54K60(法拉克16a数控系统) 加工中心进行, 工艺成本较高, 且对该加工中心造成了很大的加工压力, 有时成了机加工的瓶颈。为了降低工艺成本和缓解加工中心的压力, 创新球齿座加工工艺成了重要的技术课题。为此, 四机赛瓦石油钻采设备有限公司组织工程技术人员和有经验的技术工人进行了工艺技术攻关。
球齿座机加工, 同一型号规格的一次性批量不大, 但型号规格繁多, 形状尺寸差异较大, 以至定位装夹的尺寸和工艺基准各不相同;其球齿孔的圆周分布有3等分、4等分, 一般由轴向2组组成, 孔距尺寸各不相同;球齿孔的尺寸精度为H8, 粗糙度为Ra 1.6 μm, 要求较高;球齿孔为沉孔结构, 单孔深度的尺寸公差虽为0.1 mm, 要求并不很高, 但要求整个球齿座的2组3个或4个球齿孔深度的不等深度相差不大于0.05 mm。球齿座采用耐高温、高压和耐腐蚀的42C rMo 材料制造, 机加工工艺性较差, 如果采用一般的加工方法, 沉孔粗糙度要达到Ra 1.6 μm很困难。针对这些难题, 笔者对球齿座的加工工艺和工装进行了创新, 以专用成套工装在Z5150A立式钻床上加工系列球齿座, 效率高, 柔性强, 质量稳定, 并且有良好的工艺经济性。
球齿孔的加工, 过去是在车加工工序完成后,先由钳工划出球齿孔线, 再在摇臂钻床上校正划线后粗钻球齿孔, 然后上加工中心精加工, 加工效率低, 工艺成本高。经工艺创新, 车加工完成或大部完成后(部分型号的球齿座由于工艺需要, 车加工工序不能在加工球齿孔前全部完成, 需要按工艺要求加工成便于定位装夹的工艺尺寸), 不用划球齿孔线, 而在Z5150A 立式钻床上设计成套工装,分粗、半精、精加工序(工步) 加工球齿孔。所谓粗加工即粗钻, 半精加工为半精镗铣和半精铰、切清角槽, 最后采用滚压工具进行滚压精加工。
成套工装由球齿座钻夹具、深度控制装置及专用刀具(工具) 等组成, 其设计要点如下。
(1)能在1套夹具上满足多种型号规格球齿座的加工, 且在更换球齿座品种时, 夹具的更换、调试要简单、方便、可靠。
(2)能在1套夹具上加工3等分、4等分球齿孔, 要求分度装置结构简单, 所占空间小, 能保证工序、工步间的定位还原。
(3)能有效控制球齿座产品图样技术要求的尺寸精度、形位公差和粗糙度, 重点是控制多孔的不等深度和沉孔的R a 1.6 μm 粗糙度。
(4)加工过程的操作相对简单, 应尽量减少工件的装夹次数, 降低劳动强度, 提高加工效率。
球齿座钻夹具是实现和保证以上4条设计要点的核心工装, 以0545640039 /ZJ01 球齿座钻夹具为例, 夹具由安装板与滑板组件、前装夹座、后装夹座、钻模板装置、分度装置、纵向定位装置等主要零部件组成。其主要结构和功能分述如下。
(1) 安装板与滑板组件
装夹座滑板由滑板导键准确导向, 能带动前、后装夹座(含工件球齿座) 在安装板上相对立式钻床和钻模装置做纵向移动, 以满足加工不同型号球齿座之球齿孔轴向孔距位置尺寸的要求, 并以纵向定位装置保证其孔距尺寸精度及工序、工步间的定位还原。
(2)前、后装夹座部分
前、后装夹座是工件的定位装夹装置, 由装夹座导键准确导向, 能在滑板上纵向移动, 以便于加工不同长度尺寸的球齿座。前、后装夹座内设计了可更换的哈夫定位环, 根据不同球齿座的定位外径进行可靠定位, 以满足一定尺寸范围内多种直径球齿座的加工要求。
(3)钻模板装置
钻模板装置安装在安装板上, 是相对固定的装置, 而钻套及铣定位套是可快换的, 以满足不同规格尺寸球齿孔的不同工序、工步加工刀具的定位导向。钻套和铣定位套导向长度较长, 与钻头和镗铣刀的导向定位配合间隙选择适当, 提高了孔的尺寸精度和位置精度,保证了工序、工步间能定位还原, 以适应批量生产。
(4)分度装置
工件球齿孔的圆周等分产品图样虽没有高要求, 但为了保证加工工序、工步间的工艺定位还原, 本夹具设计了较为可靠、结构简单的分度装置。分度装置在设计和制造中保证了与前、后装夹座(含哈夫定位环) 的同轴度, 在其中设计了V 形夹紧环及V 形压块和分度转环及可准确分出2、3、4等分的分度盘的夹紧装置、转动装置和分度装置, 能将分度装置与工件连成一体并准确地分度旋转。
以锥形分度销和分度锥套等组成的分度销装置的分度定位精度较高, 且操作方便,有效地保证了工序、工步间的工艺定位还原;斜面调整销有效地控制了分度转环的轴向位置和分度装置的轴向间隙, 并尽可能地缩短了夹具轴向空间位置。
(5)纵向定位装置
如前所述, 纵向定位装置是为了保证球齿孔孔距尺寸精度而设计的。定位装置在纵向有较大的移动范围, 能满足多种球齿座加工轴向定位的需要。加工不同型号规格的球齿座时, 夹具按球齿孔孔距的尺寸要求作纵向移动的量, 以校对杆校准并通过调整纵向定位座及定位螺钉来实现, 较平稳地移动滑板并以纵向定位装置定位时, 能够满足球齿孔孔距的尺寸精度要求。
总之, 球齿座钻夹具在加工不同型号规格的球齿座时, 只需按产品图样和各型号球齿座钻夹具安装调试图的技术要求, 移动少量有关零部件(如前、后装夹座、分度装置等) 的位置, 或更换少量有关零部件(如钻模套、哈夫定位环、V 形夹紧环等) 即可, 夹具的更换和调试方便、可靠。
另外, 对于特殊型号规格球齿座的定位装夹,只需适当改变定位装夹方式或增加简单结构, 如0800000354 /ZJ03— 010 球齿座钻夹具(以0545640039 /ZJ01— 010为基础改装), 该型号球齿座的轴向长度尺寸特殊, 但也只需适当改变定位装夹方式, 增加V 形夹盘和V 形夹紧套等零部件即可。
Z5150A 立式钻床本身没有轴向(即加工深度) 的精确控制装置, 设计深度控制装置的功能就是精确控制球齿孔的深度尺寸公差。
深度控制装置由百分表及其安装装置和深度块规及其块规座等组成。百分表及其安装装置以安装环固定在Z5150A 立式钻床的主轴滑套上, 与主轴上下移动同步。深度块规的功能尺寸与球齿孔深度的图标基本尺寸相同, 加工球齿孔时, 当目测刀具进给到特定位置时, 将深度块规置于百分表测头下并对准零位后移去深度块规, 主轴切削进刀并带动百分表向下移动, 当百分表测头接触块规座C 面并使表针指到零位时, 表示加工深度已达到基本尺寸, 此时按百分表显示刻度控制其深度尺寸公差即可。图示调整槽板用于加工不同型号规格球齿座时调整百分表的基本位置。
专用刀具由专用镗铣刀、专用铰刀、清角切槽刀和滚压工具组成, 刀具切削部分的尺寸公差按不同球齿孔的尺寸公差和滚压工具的滚压工艺量确定。加工球齿孔时, 先以普通钻花按工艺要求粗钻加工, 然后以专用刀具(工具) 对球齿孔进行半精镗铣、半精铰、切清角槽和滚压精加工。其中专用镗铣刀用于半精加工扩孔, 按工艺要求留出铰削余量, 并以深度控制装置确定好球齿孔的深度尺寸公差;以专用铰刀的半精加工确保尺寸精度和粗糙度达到滚压精加工前的工艺要求;清角切槽刀用于球齿孔之圆柱孔与圆锥孔结合部的清角切槽, 作为滚压工步的越程槽;滚压工具是保证最终尺寸精度和粗糙度的关键, 实践证明, 已超过球齿座图样设计的技术要求, 尺寸精度达到H7以上, 粗糙度可达到R a 0.8 μm 以上。
实践证明, 球齿座加工成套工装成功满足了上述各设计要点要求, 实际效果良好。过去加工中心每8 h加工6 件球齿座, 工艺创新后能加工8 件,加工效率提高33%;更重要的是过去加工中心每加工1件球齿座的加工费用290元, 而工艺创新后每件为50元, 大大降低了加工工艺成本。