利用數控鏜床技術研制新型抽油機機架

孫術華 淄博職業學院

石油產業作為我國的主要能源之一在經濟發展中占有極其重要的地位，為了進一步提高生產效率，改善技術管理水平，實現數控機床的程序化管理操作，對設備進行了更為精細的改造。利用數據技術控制車床加工，研發了一種新的車床——鏜床。在銑面加工時，磨合平面更加光滑，不會出現毛刺對設備損傷的現象，在外輪廓切削時不會產生高溫熱源，降低與原油接觸造成火災的風險。其工作過程中，內腔倒角中有四把切割刀，針對不同倒角的范圍，設定好程序后會在規定時間內進行自動切割配件，不需人工手動操作。

1 機架結構和加工特點

1.1 機架結構

機架是組成油井空心箱的主要結構，上體蓋與油井主體部分分離，并且軸線與平行曲軸之間的夾角應在45°~55°之間，中間用螺栓連接，在液壓槽與活動連桿之間的液力端杠桿通過焊接的方式進行連接，去除回火后的余熱穩底散掉后再進行打造，以防高溫使石油機蓋產生變形[1]。其中液力端杠桿包括活塞杠桿，中軸拉力杠桿和液缸驅動杠桿。活塞杠桿安裝在機架墻板20 cm的位置，與夾板水平；活塞杠桿與中軸拉力杠桿安裝在主體位置，與中心水平線成30°夾角；液缸驅動杠桿安裝在中軸以下部位，與中軸垂直。

1.2 加工特點

（1）齒輪切片與平行曲軸之間的跨度距離為15~20 cm，其中齒輪切片底座的跨度為1 328±0.6mm，平行曲軸2個曲面間的跨距為276±0.5mm，液壓槽3孔之間的跨距為2 475mm，齒輪切片、平行曲軸、液壓槽在油井之間的跨距為0.5~0.7mm。但是由于在齒輪咬合階段容易產生一系列的振動，使得活塞杠桿在伸縮時沒有規律性，在操作過程中容易對卡槽內的轉子產生撞擊，磨損零部件。應在各個跨度值范圍內選取合適的數值，避免設備的損壞。

（2）嚴格控制抽油機架加工流程中的誤差，提高加工工藝的精細度。在加工的過程中不僅對抽油機架零部件的光滑度和尺寸界限進行控制，對整個機架的參數公式也有較高的技術標準，在齒輪的磨合期內，齒輪間的磨合部位誤差不能超過0.1mm，曲軸打孔部位與曲面弧度部位的誤差在0.03mm以內[2]。液壓槽與心軸的間距誤差低于0.05mm，平行曲軸與液壓槽通孔間的誤差在0.02mm內，齒輪切片、平行曲軸和液壓槽之間的誤差控制在0.08mm的范圍內。

（3）加工抽油機架設備中尺寸較大的零部件時，確定中心點時的難度較大。在具體的操作過程中一般采用等距劃分的方法設定，首先在零部件重心位置切削一個直徑為3 cm的圓形標記，然后參照通過圓心的幾條垂直平分線，在平分線與圓的交點處畫弧線做記號，每間隔一點畫一條弧線，連接每兩個弧線的焦點，即可確定零部件的中心點。

1.3 加工流程

要明確抽油機架的整體結構，首先確定齒輪切片軸承底座的平面結構示意圖和螺栓加工立體圖，在此基礎上對螺栓剖面等距劃分，確定出軸座的重心位置。然后運行數控鏜床的操作程序，切削打磨齒輪軸的多余部分；同時在曲軸裝配中增大操作平面的摩擦系數，防止用冷流水對切削部位進行降溫的過程中出現打滑的現象。最后更換螺孔組中的鏜液，目的是增加設備在各種工作環境下的穩定性。

2 動力刀頭及工作原理

WP—1500型號的數控鏜床為懸浮式鏜床，可以用于抽油機架易損耗零部件的加工，其主軸的運轉直徑為200mm，設備驅動主軸區域有4個方向的動力刀頭，在對抽油機架零部件加工時根據不同的操作面，選取不同方向的動力刀頭[3]。

第一把動力刀頭主要是用于切削零部件的輪廓。鏜床加工程序的第一步就是對零部件的輪廓進行切削，切削厚度在8~10 cm，刀頭所用的材料為硬度極大的金剛石。首先確定第一次切削的厚度標準，對于抽油機架的液壓槽來說，外表層的標準厚度是10 cm。進行第一輪切割時，一定要保證冷凝水準確地作用在刀頭切割部位，降溫處理不當會使刀頭燒毀；其次注意觀察切割面的光滑程度，表面不能有毛刺；最后需要注意的就是第一輪的切削中會在滑動板槽中存有大量的鐵屑，不要刮傷器件表面。

第二把動力刀頭的作用是加工液壓槽的內部。在數控鏜床整個操作工藝流程中加工液壓槽的精度要求最高，涉及的技術參數也比較多。液壓槽的內槽加工包括槽面的切割、加工符合標準的打扣眼及內槽雙沿的間距加工。數控鏜床采用的是三維立體操作，傳統的平面加工技術只能進行較為簡單的X、Y軸的操作，液壓槽的內槽加工還需人工工藝，技術工人對技術參數標準的掌握難度加大。

第三把刀主要是對零部件切口邊緣部分進行切削以及磨邊。這把刀主要是切削平面，內邊緣與外邊緣相差3 cm，并且與底邊垂直，這樣切削起來比較方便，動力刀頭背部有磨砂，主要用于剔除毛刺。毛刺產生的主要原因是因為第一把刀在運行中出現了振動致使刀刃出現裂痕，進行表面切削時沒有達到有效的切合，所以在第三把刀背上添加一層磨砂，把零部件毛刺部分磨平，使其表面光滑無坑洼[4]。

第四把刀主要用于抽油機架的掏扣部位加工。在這把刀正常運轉過程中，首先要設定好掏扣的圈數以及扣眼的大小，對于油井鉆泵機架，內扣的圈數大約在6圈左右，內徑為2 cm，外徑為3.5 cm；外扣圈數在10圈左右，內徑大小為4 cm，外徑大小為6 cm。

3 數控鏜床未來發展趨勢

隨著電子技術以及計算機技術的不斷進步，數控技術得到了前所未有的發展，其中在鏜床加工技術方面要保證高速度和高精度兩個重要指標。當給設備輸入參數后，計算機能夠高速讀取數據來源并精確執行，確保零部件生產的質量和效率。為提高數控鏜床可靠性，采用大量集成電路，減少電路元器件的損耗，利用專業的高硅芯片和放大器件，可保證電壓和電流的穩定。集成電路在運行過程中可降低功耗，增強系統的穩定性，并且還有自我保護功能，若有強電流輸入時，便會自動切斷電路以保護數控鏜床和操作人員。

[1]蘇愛明，王麗萍，沈學海．鉆井泵制造工藝的改進[J]．石油礦場機械，2006，35（5）：103-105.

[2]蒲林祥，陳紅軍．機械切削機床夾具設計手冊[M]．北京：機械工業出版社，2004.

[3]技工學校機械類通用教材編審委員會．機械工人切削技術手冊[M]．北京：機械工業出版社，2002.

[4]何學明，周長銳，劉北英．調頭鏜孔理論及應用[M]．北京：機械工業出版社，2003.