螺桿鉆具花瓣式萬向軸電火花加工方法研究

王克文

摘要：萬向軸是連接螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)子和傳動(dòng)軸的中間構(gòu)件，生產(chǎn)實(shí)際中一般采取電火花加工方法，但由于瓣形復(fù)雜，常規(guī)編程方法易出現(xiàn)軌跡紊亂現(xiàn)象。結(jié)合模塊化設(shè)計(jì)思路，從單個(gè)瓣形入手，采取中間隔斷方法，實(shí)現(xiàn)瓣形的逐個(gè)加工。最后應(yīng)用B30精密型電火花成形機(jī)床進(jìn)行加工試驗(yàn)，加工結(jié)果與理論分析結(jié)果完全一致，有效解決了軌跡紊亂難題，為今后瓣形電火花加工提供了試驗(yàn)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：螺桿鉆具；萬向軸；電火花；模塊化

中圖分類號(hào)：TE文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

螺桿鉆具是一種把液體壓力轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的井下動(dòng)力鉆具，具有低轉(zhuǎn)速、大扭矩、大排量等許多優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代油田鉆井作業(yè)中。萬向軸作為螺桿鉆具中間的傳動(dòng)部件，主要有兩方面作用：一是把馬達(dá)轉(zhuǎn)子的偏心運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為傳動(dòng)軸的同心運(yùn)動(dòng)；二是傳遞馬達(dá)的鉆速和扭矩?；ò晔饺f向軸具有尺寸小，繞動(dòng)角度大，抗擠壓能力強(qiáng)等特點(diǎn)，是非常理想的萬向軸結(jié)構(gòu)形式。在目前的生產(chǎn)實(shí)際中，花瓣式萬向軸的螺紋端子瓣形加工一般采取線切割加工。在線切割操作過程中，因?yàn)閮蓧K凹合的花瓣中間是留有一定量的空隙，如果采取簡單的整個(gè)行程往復(fù)，則切割的瓣形空隙無法取出，所以必須每間隔一個(gè)瓣形，切斷一次間隙，這樣才能保證瓣形間隙切割完后能取掉，然而這樣切割卻帶來了切割路線軌跡的交集，整體引導(dǎo)軌跡時(shí)，往往容易出現(xiàn)軌跡紊亂。公開文獻(xiàn)顯示，針對螺桿鉆具花瓣式萬向軸電火花加工方法的研究很少，且都是局限于加工工藝和防護(hù)措施方面。筆者首次引入模塊化設(shè)計(jì)思路，提高了程序加工的精準(zhǔn)性，同時(shí)為了說明該加工方法的合理性和可靠性，將理論分析應(yīng)用于實(shí)際加工中，結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求，軌跡紊亂問題得到有效解決。

1繪圖編程方法

繪圖編程中，將花瓣的每一個(gè)波型作為一個(gè)模塊，應(yīng)用軟件的對稱復(fù)制功能組合為整體，然后再在每個(gè)波谷處加入切斷線，保證切割穩(wěn)定性，本文中以172型號(hào)螺桿鉆具為例，其螺紋端子外徑為120mm，編程軟件系統(tǒng)為常見的HF線切割編控軟件，具體方法如下：

繪制第一個(gè)圖形，見圖1

1.1.1繪圓：繪制左邊第一個(gè)圓R=39.08 圓心坐標(biāo)X0，Y0；1.1.2繪制另一個(gè)圓的中心線：使用一側(cè)平行線，向右側(cè)繪制125.6637平行于Y軸的平行線，并取與X軸交點(diǎn)；

1.1.3繪制第二個(gè)圓R=39.08 圓心坐標(biāo)X125.6637，Y0；1.1.4二切圓：繪制切圓使用兩切圓功能，繪制與上邊兩個(gè)圓分別相切的切圓，切圓半徑R=37.08，繪制過該切圓中心90°直線；

1.1.5取交點(diǎn)： 在兩個(gè)切點(diǎn)出分別取兩個(gè)交點(diǎn)，在兩邊圓的下象限點(diǎn)分別取交點(diǎn)，中間切圓頂點(diǎn)取交點(diǎn)；

1.1.6以三個(gè)圓的象限交點(diǎn)繪制水平線（點(diǎn)斜線），以兩條水平線向Y正向繪制2mm一側(cè)平行線，分別取與90°交點(diǎn)；

1.1.7取軌跡線：在上圓頂點(diǎn)畫兩條重復(fù)的2mm軌跡線；1.1.8使用排序功能：對上圖從左下角開始排序，先取左下角第一條線段再在改線段的起點(diǎn)點(diǎn)一下。使用移圖功能（F3鍵）：把圖形移到圖形上圓頂點(diǎn)的2mm線段處，取其中的一條線段并選擇，再在線段下邊的端點(diǎn)點(diǎn)一下。按F1鍵退出，在上圓頂點(diǎn)處選擇線段排序方向；

1.1.9存圖：按軌跡線方式存圖，圖名：圖1。

圖1

繪制第二個(gè)圖形，見圖2

1.2.1繪圖：繪制左邊第一個(gè)圓R=37.08 圓心坐標(biāo)X0，Y0；1.2.2繪制另一個(gè)圓的中心線：使用一側(cè)平行線，向右側(cè)繪制125.6637平行于Y軸的平行線，并取與X軸交點(diǎn)；

1.2.3繪圓：繪制第二個(gè)圓R=37.08 圓心坐標(biāo)X125.6637，Y0；

1.2.4二切圓：繪制切圓使用兩切圓功能，繪制與上邊兩個(gè)圓分別相切的切圓，切圓半徑R=39.08；

1.2.5取交點(diǎn)：在兩個(gè)切點(diǎn)出分別取兩個(gè)交點(diǎn)，在兩邊圓的下象限點(diǎn)分別取軌跡；

1.2.6存圖：按軌跡線方式存圖，圖名：圖2。

圖2

拼接圖形

1.3.1使用取圖塊功能圈選圖形1，確定圖形基準(zhǔn)點(diǎn)在左下角線段的起點(diǎn)，插入點(diǎn)為圖形右下角下端的終點(diǎn)，使用移圖（按F3鍵）分別向右做兩次復(fù)制，如下圖所示，存圖3；

圖3

1.3.2使用取圖塊功能圈選2圖形，確定圖形基準(zhǔn)點(diǎn)在左下角線段的起點(diǎn)，插入點(diǎn)為圖形右下角下端的終點(diǎn)，使用移圖（按F3鍵）分別向右做兩次復(fù)制，如下圖所示，存圖4；

圖4

1.3.3合并圖形：先清屏，調(diào)圖形3圖的基礎(chǔ)上再把圖形4圖調(diào)出來。使用顯向功能查看軌跡線運(yùn)動(dòng)方向是否正確，并按軌跡線方式存圖，如下圖所示，存圖5。

圖5

縮放圖形

1.4.1縮放比例的確定：理論直徑（d=111.498）/圖紙直徑（D=120）=M（0.92915） π=3.1415926;

1.4.2使用取圖塊功能，框選圖形5；

1.4.3使用縮放功能，選擇基準(zhǔn)點(diǎn)、輸入X、Y軸縮放比例、選擇插入點(diǎn)。（其中一個(gè)軸輸入M值，另一個(gè)軸輸入數(shù)值1）;

1.4.4檢查圖形所縮放方向的尺寸是否為350.2813mm；

1.4.5存圖：按軌跡線方式存圖，如下圖所示，存圖6。

圖6

程序編碼

以圖6的圖形為軌跡線，進(jìn)行G代碼編碼，系統(tǒng)即可自動(dòng)生成加工代碼。

加工實(shí)例

按照上述繪圖編程方法，本案例中選用北京迪蒙恒達(dá)的B30精密型電火花成形機(jī)床，經(jīng)過加工試驗(yàn)，結(jié)果達(dá)到預(yù)期效果，順利完成了螺紋端子的花瓣加工，實(shí)際加工件見圖形7。

圖7

結(jié)論

圖形模塊化設(shè)計(jì)處理解決了在繪圖過程中復(fù)雜圖形的繪制難題，利用該方法能有效設(shè)計(jì)和變換各種瓣型的螺紋端子加工軌跡線。

內(nèi)外瓣型的波峰和波谷處設(shè)置切斷線，是萬向軸的繞動(dòng)余量，也是線切割時(shí)軌跡紊亂的易錯(cuò)點(diǎn)，采用模塊化分段引導(dǎo)軌跡，有效避免了軌跡紊亂難題，加工結(jié)果也得到預(yù)期效果。

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