螺杆钻具花瓣式万向轴电火花加工方法研究

2014-04-21王克文

城市建设理论研究 2014年11期

王克文

摘要：万向轴是连接螺杆马达转子和传动轴的中间构件，生产实际中一般采取电火花加工方法，但由于瓣形复杂，常规编程方法易出现轨迹紊乱现象。结合模块化设计思路，从单个瓣形入手，采取中间隔断方法，实现瓣形的逐个加工。最后应用B30精密型电火花成形机床进行加工试验，加工结果与理论分析结果完全一致，有效解决了轨迹紊乱难题，为今后瓣形电火花加工提供了试验依据。

关键词：螺杆钻具；万向轴；电火花；模块化

中图分类号：TE文献标识码：A

螺杆钻具是一种把液体压力转化为机械能的井下动力钻具，具有低转速、大扭矩、大排量等许多优点，已广泛应用于现代油田钻井作业中。万向轴作为螺杆钻具中间的传动部件，主要有两方面作用：一是把马达转子的偏心运动转化为传动轴的同心运动；二是传递马达的钻速和扭矩。花瓣式万向轴具有尺寸小，绕动角度大，抗挤压能力强等特点，是非常理想的万向轴结构形式。在目前的生产实际中，花瓣式万向轴的螺纹端子瓣形加工一般采取线切割加工。在线切割操作过程中，因为两块凹合的花瓣中间是留有一定量的空隙，如果采取简单的整个行程往复，则切割的瓣形空隙无法取出，所以必须每间隔一个瓣形，切断一次间隙，这样才能保证瓣形间隙切割完后能取掉，然而这样切割却带来了切割路线轨迹的交集，整体引导轨迹时，往往容易出现轨迹紊乱。公开文献显示，针对螺杆钻具花瓣式万向轴电火花加工方法的研究很少，且都是局限于加工工艺和防护措施方面。笔者首次引入模块化设计思路，提高了程序加工的精准性，同时为了说明该加工方法的合理性和可靠性，将理论分析应用于实际加工中，结果符合设计要求，轨迹紊乱问题得到有效解决。

1绘图编程方法

绘图编程中，将花瓣的每一个波型作为一个模块，应用软件的对称复制功能组合为整体，然后再在每个波谷处加入切断线，保证切割稳定性，本文中以172型号螺杆钻具为例，其螺纹端子外径为120mm，编程软件系统为常见的HF线切割编控软件，具体方法如下：

绘制第一个图形，见图1

1.1.1绘圆：绘制左边第一个圆R=39.08 圆心坐标X0，Y0；1.1.2绘制另一个圆的中心线：使用一侧平行线，向右侧绘制125.6637平行于Y轴的平行线，并取与X轴交点；

1.1.3绘制第二个圆R=39.08 圆心坐标X125.6637，Y0；1.1.4二切圆：绘制切圆使用两切圆功能，绘制与上边两个圆分别相切的切圆，切圆半径R=37.08，绘制过该切圆中心90°直线；

1.1.5取交点：在两个切点出分别取两个交点，在两边圆的下象限点分别取交点，中间切圆顶点取交点；

1.1.6以三个圆的象限交点绘制水平线（点斜线），以两条水平线向Y正向绘制2mm一侧平行线，分别取与90°交点；

1.1.7取轨迹线：在上圆顶点画两条重复的2mm轨迹线；1.1.8使用排序功能：对上图从左下角开始排序，先取左下角第一条线段再在改线段的起点点一下。使用移图功能（F3键）：把图形移到图形上圆顶点的2mm线段处，取其中的一条线段并选择，再在线段下边的端点点一下。按F1键退出，在上圆顶点处选择线段排序方向；

1.1.9存图：按轨迹线方式存图，图名：图1。

图1

绘制第二个图形，见图2

1.2.1绘图：绘制左边第一个圆R=37.08 圆心坐标X0，Y0；1.2.2绘制另一个圆的中心线：使用一侧平行线，向右侧绘制125.6637平行于Y轴的平行线，并取与X轴交点；

1.2.3绘圆：绘制第二个圆R=37.08 圆心坐标X125.6637，Y0；

1.2.4二切圆：绘制切圆使用两切圆功能，绘制与上边两个圆分别相切的切圆，切圆半径R=39.08；

1.2.5取交点：在两个切点出分别取两个交点，在两边圆的下象限点分别取轨迹；

1.2.6存图：按轨迹线方式存图，图名：图2。

图2

拼接图形

1.3.1使用取图块功能圈选图形1，确定图形基准点在左下角线段的起点，插入点为图形右下角下端的终点，使用移图（按F3键）分别向右做两次复制，如下图所示，存图3；

图3