抽油机轴承座精加工及改进设计建议

2011-10-20司长虹李凤玉

制造技术与机床 2011年10期

关键词：镗床轴承座刀具

司长虹王奇李凤玉

（华油一机（河北）钻井装备有限公司，河北沧州 062658）

异型游梁式抽油机是华油一机厂近几年研制开发的采油设备，它的研制成功，为石油的开发，特别是在节能降耗方面取得显著成效，因此获得了国家级科技进步二等奖。

华油一机（河北）钻井装备有限公司担负了大部分加工工件的生产任务。中央轴承座是其中主要加工工件之一，此件为HT250铸造而成，孔与其他加工部位的位置精度均要求较高，加工难度大。

下面就14型抽油机中央轴承座，从开始试生产到产品定型加工过程中出现的加工和工艺到等方面的问题做以下几个方面的简单论述。

为了后面能更好地说明出现问题的工序和加工部位，首先简单说明其加工工艺路线即:铸造→回火处理→钳工划线→铣底平面→钳工划线→车床粗加工孔→镗床精加工孔→钳工划线→钻床钻孔→钳工攻螺纹→钳工去毛刺。

1 工件的定位装夹

工件在机床上进行加工时，必须在进行切削加工前使工件在机床上或夹具中占有一个确定的位置，即实现工件的定位。在工件的定位过程中，要考虑的问题是用作定位基准的表面要与工件的加工精度相适应，即定位基准的表面要有相应的精度要求（图1）。

由图可看出两端孔的尺寸精度以及同轴度要求较高，因此此工件的定位表面对其加工精度的影响很大，也就是说前面工艺路线所安排的第4道工序“铣底平面”如达不到图纸所要求的平面度0．05 mm，那么在镗床上加工孔时就不能保证加工精度。此问题在加工中已出现，其现象是底面不平，造成工件定位表面与工作台面不能很好接触，工件夹紧后产生变形，在切削过程中产生振动甚至无法进行加工。原设计要求铣底平面要达到图纸要求的加工精度。而铣床的加工范围有限，在加工轴承座这样大的平面时，中间有接刀，在接刀处有凸台出现，不能保证加工精度。为保证工件的加工质量，需改变加工工艺。即在铣床铣平面后，再用镗床将底平面加工成一个无接刀的完整平面，经检查完全达到图纸要求的加工精度。解决了轴承座在定位装夹过程中影响加工质量的一个主要因素。

2 工件结构的合理性影响加工质量

2．1 工件加工后产生圆度误差

中央轴承座是内径尺寸大、精度要求高的典型孔加工工件。其结构特征直接影响工件的刚度，是总成加工后孔变形的主要原因。开始试制时轴承座的形状尺寸如图2所示。

由图看出:图2与图1中的形状有所不同，图1中，在毛坯外圆的两侧分别有两条加强筋。在镗削加工过程中发现，没有加强筋的工件，在切削热和夹紧力的作用下变形很大。特别明显的:工件在机床加工后不松开夹紧螺栓时，测量结果为合格;但松开夹紧螺栓后，再测量内径尺寸发现已经变为椭圆孔，一个方向测量尺寸为φ320+0.12 mm，转过90°方向测量结果却变成了φ320－0.06 mm。大大超出了图纸要求的尺寸精度。分析其原因是:在加工过程中刀具与工件产生强烈的摩擦，随之又产生大量的热，热量被工件吸收了一大部分，工件在热的作用下产生变形;另外，在切削过程中刀具切去了毛坯的加工余量，也就破坏了原来的应力组织，使内部的应力重新分配。这样无加强筋的轴承座在加工后，在热和力的作用下，使上下两部分缩胀不均，造成加工后的孔出现圆度误差。找到这一影响质量的因素后，笔者决定改变原来的铸件结构，把轴承座外两侧分别铸上两条加强筋（图1）。改型后的工件在加工过程中，孔的尺寸经过测量没有明显的圆度变化，达到图纸要求。这说明，结构上的合理性是保证和提高产品质量的重要环节。

2．2 工件加工后产生圆柱度误差

在镗床加工圆柱面时，其圆柱度主要决定于刀具回转轴线的稳定性，工件移动轨迹的直线度以及刀具回转轴线与工件移动轨迹的平行度。在镗床上加工中央轴承座时刀尖在加工过程中产生磨损，造成工件在移动过程中的母线不是直线，而是斜线，从而使内孔产生锥度。通过测量其前端孔为φ320+0.01 mm，而后端孔却为φ320－0.21 mm。为了解决这一难题，考虑其内孔的结构，如图2所示，当加工时刀具从孔的一端切削加工到另一端，刀尖不断与工件摩擦，孔的直径大，相应的切削速度高，刀尖磨损加剧，逐渐磨损的刀具使加工后的孔母线不是与机床主轴回转轴线相平行的直线，造成孔的圆柱度误差，影响了加工质量。从结构方面讲在300 mm长的孔中，只有两段各112.5 mm是与轴承配合的。中间75 mm是轴承定位隔圈，这样看来精加工中间75 mm长的位置是做了一部分无用功，且影响了加工质量。针对此问题，决定改变中央轴承座的内孔结构。

改变后的结构形状如图1，此时不能将两端孔一次加工而成。它是以事先加工好的底平面和车床加工过的一个端面为基准，借助弯板定位，加工一端孔和端面至图纸要求，然后调头使加工好的端面与事先调整好的弯板相接触，再用百分表将加工好的一端孔找到与主轴回转中心重合，然后即可对另一端孔进行加工至图纸要求，并保证总长300±0.105 mm。而中间的φ290 mm孔不做配合用，所以由车床加工而成。这样加工改型后的工件，刀具虽有磨损，但加工长度短，所以能顺利地保证其加工精度。

3 刀具是提高功效保证质量的重要因素

在镗床上加工工件时，刀具做旋转运动，在这过程中不能通过径向移动刀具来调整吃刀深度。孔的大小是在试加工后，用工具多次敲打刀头控制吃刀深度，才能使加工的孔达到尺寸要求，给加工造成很大困难。为了解决这一难题，笔者设计并制作了可调节刀具夹具体，它是由滑体和安装刀具的导向装置组成（如图3），导向装置是通过滑体后端的调节装置借助百分表对刀具进行前后调整，达到准确进刀的目的。在此刀具夹具体的使用过程中，减少了调整刀具和测量工件的时间，与敲打刀头进刀相比，大大提高了进刀的准确程度，有效地保证了加工质量，提高了工作效率，减轻了劳动轻度。仅加工轴承座一项，每年可增创效益5万元。并且，可以利用它对各种尺寸较大的孔进行高效加工，保证其加工精度。