探讨在数控镗床进行钻井泵机架加工的方法

[摘 要]普通镗床加工钻井泵机架工作效率低，加工过程中对加工精度的影响因素多，易影响到加工质量，利用数控镗床加工可有效地提高加工的精度和效率。本文简单阐述了钻井泵机架结构和加工特点，在介绍钻井泵机架加工工艺流程的基础上，对采用数控镗床加工钻井泵机架的方法进行了分析和探讨。

[关键词]数控镗床 钻井泵机架 加工

中图分类号：TG519.1 文献标识码：TG 文章编号：1009914X（2013）34000801

随着社会经济的快速发展，石油工业也得到了较快的发展，在石油钻采的过程中，钻井泵是所使用的关键设备之一，其作用主要是将机械能转变为钻井液的液压能，为钻井液循环提供所需的能量，并为井底动力钻具提供动力液，钻井泵机架是钻井泵传统的基本部件，其加工工艺和装配的精度对钻井泵活塞及十字头的运动、装配精度及人字齿圈的使用寿命有着直接的影响，对钻井泵性能的正常发挥有着较大的影响。钻井泵机架传统的加工方法是采用普通镗床加工，这种加工方法由于需要二次装夹和找正，且找正较为困难，易影响到加工精度，同时工作效率低，不利于钻井泵的制造。数控镗床是一种利用数控技术加工工件已有预制孔的机床，将其应用于钻井泵机架加工中可有效地提高加工的精度和效率。

一、钻井泵机架结构及加工特点

钻井泵机架主要由主墙板、前墙板、前联接板、顶板、横墙板、底板、座架梁等几部分组成，墙板由螺栓连接组焊成上盖与主题分开的空心箱式结构。动力端有2组平行孔用于安装齿轮轴和曲轴，液力端有3组平行孔，用于安装活塞杆、活塞、液缸、中间拉杆等部件，动力端2组孔轴线垂直于液力端的孔轴线。

钻井泵机架一般外形尺寸较大，找正的难度大；装夹的次数多，加工时易产生积累误差；加工所需时间长，加工过程中产生的大量热量易导致工件发生热变形；齿轮轴支撑座、曲轴轴承座及液力端各组孔的跨距大，加工过程中易由于镗杆过长和支撑的刚性不足而产生冲击和振动，同时机架各孔加工尺寸、粗糙度的精度要求高，对形状位置公差的要求也较高，一般动力端每组平行孔中2孔同轴度的误差不得大于0.5mm；液力端各组平行孔中，2孔同轴度的误差应控制在0.25mm范围内；动力端和液力端每组平行孔平行度的误差不得大于0.76mm；动力端2组孔轴线与液力端的孔轴线的垂直度误差须在0.127mm范围内。

二、钻井泵机架加工工艺

钻井泵机架主要是通过整体划线加工曲轴轴承座平面加工曲轴螺孔固定曲轴轴承座利用镗床加工动力端各装配孔及螺孔加工液力端装配孔和螺孔的过程来完成加工的过程。

三、数控镗床加工钻井泵机架的方法

在利用数控镗床加工钻井泵机架中，本文以TPX611B/3型数控镗床为例，对加工的方法进行分析。

1、镗床性能及工作原理

TPX611B/3型数控镗床为卧式镗床，镗轴直径为110mm，主轴最大扭矩为1225N.m，平旋盘最大扭矩1960N.m，工作台面积为1250×1100mm，可承受最大重量为3000kg，主轴、主轴箱、工作台纵横向转速2500mm/min，主轴最大行程600mm，回转台可在圆周的任意位置上进行准确定位。加工时，采用螺栓将机架固定于工作台加装平台上，欧诺个时按照机架动力端和液力端跨距设计两种动力副头，以使装夹能够一次完成，从而避免加工累积误差，提高加工精度，所使用的动力副头如下图一所示。

在上述的动力副头中，副头主体采用过渡配合方法用机床主轴定位，固定时，使用紧固螺栓在主轴和副头主体端面槽位置对正后，将副头主体固定在机床主轴的端面上，用沉头螺钉将两端端面的槽内安装的端面键固定，使用螺栓和弹簧垫圈在刀盘端面槽与副头主体对正后，将其安装在主体端部法兰孔中，同样使用沉头螺钉固定安装于法兰和刀盘梁端端面槽内的端面键，在工作的过程中，如孔径发生变化，即可松开螺栓更换刀盘，动力副头需要更换时亦只需要松开紧固螺栓，刀盘和动力副头镗杆的更换十分方便。

2、辅助刀具

钻井泵机架加工的项目、部位较多，在实际工作中，镗床现有的刀具不能满足机架加工的需求，出现此种情况时，可根据所采用数控镗床的特点和钻井泵机架主孔加工的具体要求，来设计机械手、拉钉、刀杆圆锥及攻丝装置等辅助道具。攻丝装置由连接销、固定销、圆锥体和三个连接套构成，以用于加工曲轴轴承座合体的螺孔，此类中的螺孔深、螺距大，在加工的过程中易出现乱扣、烂牙等问题，采用攻丝装置可较好地解决这一问题；加入机械手，可方便加工过程中从刀库中取刀；拉钉则能利用数控镗床的气控系统，将各种刀具固定拉紧。

3、加工工艺流程

采用经以上设计适当改造后的数控镗床加工钻井泵机架时，其加工工艺流程如下所示：

整体划线铣机架底平面铣曲轴轴承座平面加工曲轴轴承座螺孔镗齿轮轴孔镗曲轴轴承座孔钻攻两端面螺孔安装挡泥盘铣液力端前墙板平面镗液力端3组平行孔加工液力端前墙板螺孔加工机架左右墙板螺孔

4、精度控制

在使用数控镗床加工钻井泵机架时为尽可能地减少各类误差，保证加工精度，数控镗床操作者应充分理解图纸设计的意图，准确地了解和把握工件加工工序中是否留有余量，注意主轴回转误差、导轴误差、传动链误差及定位误差等机床自身精度误差，最大限度地将此类误差控制在误差允许范围内。

数控镗床加工工件时还应考虑到机床的刚性和强度，一般是选择最强的工位，以使切削用量最大，从而提高工作效率，通常情况下，立位最弱，卧位最强，刀杆伸出的长度越长，强度也就越弱。由于钻井泵机架加工精度高，在加工时，还可以采用分化原始误差法、均化原始误差法来提高工件加工的精度，分化原始误差法是根据误差反映规律，经测量后，将上道工序工件的尺寸分为n组，再按照各组的误差范围，调整刀具位置，以缩小整体工件尺寸的分散范围；均化原始误差法是在不断试切加工的过程中，通过对有密切关系的工件进行相互的比较和检查，找出二者之间差异，对其进行修正从而使原始误差不断被均化和缩小的方法。

编程是数控加工准备阶段中的重要环节之一，编程一般有手工编程和自动编程两种方法，手工编程是由利用一般的计算工具，运用各种数学算法，对刀具轨迹进行运算人工编制指令的方法，此种方法适应性强，较为简单，对一些几何形状简单、计算量小、程序段数有限的工件加工有很好的应用价值，但对有空间自由曲面、复杂型的零件，则不适用，有些甚至不能完成；自动编程是借助计算机技术使用规定数控语言，编写零件源程序，经自动编程软件处理后自动生成加工程序的方法，此种编程方法可应用于几何形状复杂的零件加工中，随着数控编程软件开发技术的不断发展，新的数控编程软件不断涌现，功能不断细化，使得数控编程更为简单便捷。针对钻井泵机架加工，主要需要编制钻孔、扩镗孔和攻丝程序。

结语：

采用数控镗床加工钻井泵机架可充分利用数控机床精度高、效率高的优点提高加工的工作效率和精度，通过设计简单的辅助刀具和工艺设备，可方便地实现一次性完成装夹，有效地减少加工积累精度，同时减少加工中由于周期长带来的变形问题，能够较好地提高钻井泵机架加工质量。

参考文献

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