车床转盘零件的机械加工工艺规程及工艺装备设计.docx
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1、闽南理工学院毕业设计(论文)题 目 车床转盘零件的机械加工工艺规程及工艺装备设计 系 别 光电系 专 业 模具设计与制造 班 级 三班 学 号 081014344 姓 名 吴端磊 指导教师 鸥文辉 完成时间 2011-5 评定成绩 教务处制年 月 日闽南理工学院毕业设计(论文)专用笺+摘 要为适应配套大型转盘的需求, 研制开发了ZP495型转盘。该转盘的设计制造保留了传统系列转盘的特点, 同时又从底座与锥齿轮副的加工工艺、润滑系统、密封结构、主补心结构等方面进行了创新设计。其中润滑方式采用小齿轮飞溅润滑, 在输入轴两侧增加辅助油箱, 且主、辅油箱相互连通; 转台与底座间的动密封采用2道迷宫盘密
2、封, 输入轴端部动密封采用2道唇形密封圈; 考虑到转盘通径大, 首创性地设计出整体式补心。试验表明, ZP495型转盘的方案可行, 结构合理, 工作可靠, 主要技术指标达到了设计要求。转盘工艺是一种特殊的旋压方式, 因其具有工作效率高、工作质量稳定、几何形状准确, 且易于实现自动化生产, 而被应用于需要对工件缩口的搪竞、铝制品行业。但又因为转盘及擀刀的设计缺乏理论依据, 往往凭设计制造者的实践经验反复修正定型, 由于没有最佳的模型, 重复性、互换性差, 给维修、调整带来麻烦。关键词:转盘;性能参数;结构特点;模拟试验 ABSTRACTDrill a machine kit for the or
3、ientation super deep well large turn the need of dish, developed to develop a ZP495 type to turn dish. The design manufacturing that should turn dish reserved the characteristics that the traditional series turns dish, at the same time again from the processing of the base and the awl wheel gear pai
4、r craft, lubricate system and sealed completely a structure, lord to repair heart structure etc. to carry on a creative design. Lubricate the way adoption denticle round to splash lubrication among them, at input stalk two sides increase to lend support to fuel tank, and lord, assist fuel tank to co
5、nnect mutually; Turn Taiwan and moving of base to seal completely to adopt 2 maze dishes to seal completely, input stalk to carry a department to move to seal completely to adopt 2 lips forms to seal completely a turn; In consideration of turning a dish the path is big, found sex ground to design a
6、whole type to repair heart. Experiment enunciation, ZP495 type the project that turn dish can go, structure reasonable, work credibility, the main technique index sign comes to a design to request.Turning the dish craft is a kind of special to press a way, because it has a work efficiency, work the
7、quality is stable and several what the shape is accurate, and be easy to carry out automation production, but drive applied in need to shrink an ocular Tang Jing and aluminum product to the work piece profession. But again because turn the design of dish and Xian knife to lack a theory basis, usuall
8、y with design manufacturing of fulfillment experience again and again revise already set, in order to having no the best model, repeated, compatibility bad, give maintain, adjust bring trouble.Keyword: Turn dish; Function parameter; Structure characteristics; Imitate to experiment目 录1绪 论12、ZP495型转盘2
9、2.1 技术分析22.1.1 结构22.1.2工作原理22.1.3主要技术参数22.2关键零部件的创新设计32.2.1底座32.2.2 锥齿轮副32.2.3润滑系统32.2.4密封结构32.2.5主补心的设计42.3试验情况42.3.1空运转试验42.3.2最大静载荷试验42.3.3现场试验43、车床转盘零件的旋压工艺装备63.1 转盘旋压工艺的一般形式63.2 转盘的工艺设计74、车床转盘零件的夹具设计.114.1机床夹具设计的基本要求和一般步骤114.1.1对专用夹具的基本要求114.1.2专用夹具设计步骤114.2车床转盘零件的铣床夹具设计134.3车床转盘零件的钻床夹具设计174.3.
10、1工件的加工工艺性分析184.3.2定位元件的选择与设计18总 结24致 谢25参考文献261绪 论针对机械驱动转盘传动链长、部件多、整机质量大和在钻台布置困难等问题, 设计了液压转盘。液压转盘通过行星减速器与液压马达相连, 驱动转盘的液压系统由主液压回路、散热补油和过载保护回路、控制回路、制动回路等组成, 采用了先进的闭式液压系统。它不仅解决了早期液压转盘存在的油路过热和液压元件寿命低的问题, 而且性能完全满足车床对转盘的要求。转盘旋压工艺是一种特珠的旋压方式, 因其具有工作效率高、工作质量稳定、几何形状准确, 且易于实现自动化生产, 而被应用于需要甘工件编口的据党、, 铝制品行业。但又因为
11、转盘及拼刀的设计缺乏理论依据, 往往凭设计制造者的实践经验反复修正定型, 由于没有最佳的模型, 重复性、互换性差, 给维修、调整一带来麻烦, 我们仔细分析了应用转盘旋压工艺制造缩口铝瓶的工作机理, 找出了进行转盘排刀设计的简单方法, 用它来指导工作, 获得良好的效果。2、ZP495型转盘2.1 技术分析21.1 结构ZP495型转盘主要由底座、转台装置、主补心、主补心装置、锥齿轮副、主轴承、输入轴总成、主油箱、辅助油箱、制动块、上盖等零部件组成, 结构如图1所示。2.1.2工作原理转盘是是通过1对锥齿轮副实现减速, 使转台获得一定范围内的转速和扭矩输出, 驱动钻具进行钻井作业的设备。在工作时,
12、由转盘驱动方钻杆而旋转; 起下钻和下套管时, 它要承托全部重力, 完成卸钻头、卸扣, 处理事故时倒扣、进扣等辅助工作。通常需要配套驱动装置通过链轮或法兰传递动力驱动输入轴, 进而带动转盘工作。2.1.3主要技术参数通孔直径: 1 25713 mm;最大静载荷: 9 000 kN;最大扭矩: 64 400 Nm;最高工作转速: 300 r /min;转盘中心到输入链轮第1 排齿的中心距离:1 651 mm;外形尺寸: 3 015 mm 2 254 mm 819 mm。2.2关键零部件的创新设计在研制过程中, 宝石机械公司经过充分调研论证, 在借鉴传统系列转盘在加工工艺、现场使用、材料特性等成熟技
13、术基础上, 综合考虑后对以下零部件全部或部分进行了创新设计。2.2.1底座底座是由高强度的钢板与铸钢件壳体焊接构成的箱体结构。考虑到内部壳体结构复杂, 采用合金钢铸造构成。而外围矩形墙板采用力学性能较高的厚钢板制作。并且在其内部采用普通钢板增加支撑板, 这样底座整体的强度高、刚度大。在焊接底座内设有左、右2 个凸轮式锁紧装置, 可将转台在正、反2个转向锁住, 以适应采用井下钻具钻井或特殊钻井作业时承受反扭矩的需要。同时使用有限元分析技术, 优化设计了底座关键部位的结构, 在保证整体强度和刚度的前提下, 达到质量最轻。2.2.2 锥齿轮副锥齿轮副由1对相互啮合的大齿圈和小齿轮组成, 作为转盘的重
14、要传动件, 特别是与转台装配的大齿圈, 由于其外径达1196 m, 传递扭矩大, 考虑到国内现有机床加工难度大, 超过现有工装的装夹范围, 普通刀具容易烧损, 需要制备专用工装和刀具等问题, 笔者经过调研、分析和探索, 最终设计采用齿形制为等高齿的弧齿锥齿轮副。2.2.3润滑系统由于锥齿轮副的线速度较高, 载荷较大, 齿形较深, 且输入轴端头的轴承转速较高, 良好的润滑和散热对齿轮和轴承的使用寿命至关重要。考虑以上诸多因素, 利用小齿轮高速转动时产生的自然泵效应, 润滑方式采用小齿轮飞溅润滑, 在输入轴两侧增加辅助油箱, 主油箱和辅助油箱相互连通, 这样既增加了油箱容量, 又拓宽了润滑通道,
15、从而较好地促进了润滑油的流动和散热; 同时也对弧齿面间的动压油膜的建立极为有利, 较厚的油膜可以提高抗胶合能力, 提高承载能力, 减少摩擦损耗, 提高传动效率。2.2.4密封结构转台与底座之间的动密封采用2 道迷宫盘密封, 考虑到大齿圈线速度较高, 壳体内的润滑油有可能在大齿圈的高速离心力作用下甩出壳体, 于是在内侧密封槽内钻有回流孔, 这样既有效地防止钻井液进入壳体, 同时也防止润滑油流出壳体之外。输入轴端部动密封采用2道唇形密封圈, 2道密封之间开有引流孔, 以至于穿过第1道密封的润滑油有一定的泄漏量能够回到油箱, 起到自润滑作用,以保证摩擦面的冷却与润滑; 同时第2道密封也起到防止钻井液
16、和杂质进入输入轴总成内部。此外,转盘静密封均采用O形密封圈。2.2.5主补心的设计考虑到ZP495 型转盘的通径大, 且充分利用传统系列转盘的各种补心, 为此首创性地设计出了整体式补心, 根据补心的受载特征和驱动部位, 优化了主补心的内腔结构, 使其在满足功能的前提下, 达到减轻质量的目的。主补心与转台之间采用4个圆柱销相连接, 以传递扭矩。这样可以依据具体的工况需求, 而采用不同的补心组合, 从而提高了现有补心的利用率。2.3试验情况2007年10月该转盘制造组装完毕后, 在宝石机械公司自主开发的加载试验机上进行了空运转试验和最大静载荷试验。空运转试验的目的是检验转盘转台、主轴承、锥齿轮副、
17、传动轴总成等旋转件运转是否平稳, 有无卡阻与异常响声。最大静载荷试验用于检验转台、主补心、主轴承、底座等主承载件承受最大静载荷的能力。试验有一套严格的试验规程, 以检验转盘各零部件设计的可靠性。2.3.1空运转试验转盘空运转时间共6 h, 其中以100 r /min运转2 h; 以180 r /min运转3 h; 300 r /min运转1 h。在运转过程中, 各旋转件运转平稳, 没有卡阻与异常响声, 噪声最高为81 dB。此外制动装置摘挂到位, 操作灵活、可靠, 各密封部位没有渗、漏油现象, 完全达到设计试验参数的规定范围。2.3.2最大静载荷试验当时环境温度为9 , 转台在静止(即转速为0
18、) 状态下, 在其上从载荷2 250 kN 开始分5级, 逐级加载到最大静载荷9 000 kN, 每级保持5min, 然后拆卸各零部件进行探伤检测, 结果显示满足试验要求; 待重新组装完后再运转3 h, 最终检测其噪声最高为82 dB。检测轴承温度55 ,油封处温度73 , 达到设计试验参数的规定范围。2.3.3现场试验上述试验表明, 新开发的ZP495 型转盘达到设计技术参数要求。该转盘于2008年3月在四川省绵竹市孝德镇川科1井进行现场工业性试验, 这口井原设计井深为8 875 m, 后设计井深改为7 540m, 经过218 d的良好运转, 日前三开钻进顺利结束。油田检测结果显示各方面技术
19、指标、工作性能和安全可靠性较好地满足了现场需要。3、车床转盘零件的旋压工艺装备3.1 转盘旋压工艺的一般形式转盘旋压一般是在专用机床上进行的,其上有 夹持工件旋转时车头;尾架杆能带动安装在杆端的芯模、顶杆沿机床轴线移动的尾架体;旋转轴线与机床轴线平行的刀盘及驱动机构等几个主要功能部件(见图2)。工件周向运动与转盘的周向运动相向。转盘在小于270的圆周范围内装有一定数量的擀刀刀片立平面与转盘轴线夹一个角度, 轴向宽度就是工件的旋压长度。转盘旋转一周为一个加工周期, 旋压完成一个工件。芯模起衬托作用, 同时兼压紧工件(在特定条件下, 可不用芯模)。 图2 转盘旋压工艺示意图3.2 转盘的工艺设计这
20、里首先讨论旋压工件的被旋压区域的轮廓线, 它是连接大直径的筒体和小直径的口部的一段光滑连续线段, 通常是圆弧之间或圆弧直线之间的组合而成, 一般能用具体的数据表示出来(见图3), 而转盘上的刀片是螺旋样的安装在转盘上的, 如果旋压是只有一个道次, 刀片随转盘作周向运动,刀唇与旋压工件的接触点就会沿工件的轮廓线滑动,使工件旋压成形。 图3 。我们设想, 将转盘柱面展开为M平面,刀片同时展开在这个平面上, 如图4所示,AB为刀唇展开线。N为垂直于M平面, 且转盘轴线在这个平面上, 将刀唇线投影到N面上, 得ab, 不难看出ab即为旋压工件的轮廓线, 建立了这样的空间关系之后, 我们就能很容易地使工
21、件上轮廓线转化为刀片唇线。图4 柱面展开示意图设某缩口的工件的轮廓线如图5所示, 首先估计出转盘柱面与工件柱面之间的距离(由刀片的最小结构尺寸确定), 并以此为基本数值, 求工件旋压部分轮廓线沿一轴向若干坐标点对转盘柱面距离的变化量,即图中00、11、2288 再用这些数据作图求得刀片的唇线, 如图5() , 以已求得的曲率半径5 作圆弧, 弦长为1/cos(1为片的轴向宽度, 一般亦为刀盘的轴向宽度), 并将弧长按所求变量数目等分, 然后把各等分点径线分别加上相应的变量求得若干点(图中0、1、2、8点), 用光滑曲线连之, 即为刀片唇线, 图中用粗线描出的图形即为刀片图样。图5实际上转盘旋压
22、也类似于旋轮旋压, 要多次逐步旋压成形, 一个道次使工件收缩一定的量, 若干道次使工件旋压成形, 但每个道次的旋压机理是一样的, 刀唇轮廓线的设计也一样, 关键确立每道次缩口时, 工件过渡轮廓线的形状, 通常应将每道次缩口系数控制在0.60.8, 材质塑性好取小值, 反之取大值, 取值尽可能大, 可以防止材料失稳起绝(因为这时工件的材料受二向压应力)。如图6中虚线所示, 将一定的缩口量分若干次进行旋压。一次缩口用一把擀刀,最终要把全轮廓精旋一遍, 排刀的数量确定以后, 就可以确立转盘直径等设计参数。 图6 分道次示意图另外, 擀刀是有一定厚度的, 刀唇口是一个光滑圆柱面, 如图7剖面所示, 以
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