塔型井架立柱空間復(fù)合面角度計(jì)算方法和加工方法

王軍， 羅震， 周曉軍,劉宏亮， 常瑞豐

（寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司，陜西 寶雞721002）

0 引言

塔形井架是筆者公司在海洋鉆井設(shè)備中常用的一種井架結(jié)構(gòu)，其立柱端面具有空間復(fù)合面，加工難度大，精度難于保證。隨著海洋產(chǎn)品快速增多，該類零件的加工計(jì)算已經(jīng)成為工藝設(shè)計(jì)中比較難以把握的難題，長期以來，由于沒有規(guī)范的方法指導(dǎo)，無法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確有效的規(guī)范性工藝設(shè)計(jì)，給工藝工作和現(xiàn)場生產(chǎn)造成了很大的困擾，因此依據(jù)多年的工藝方法總結(jié)、結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)實(shí)際，進(jìn)行該類型零件制造方案定型、過程數(shù)據(jù)計(jì)算、優(yōu)化和規(guī)范性工藝設(shè)計(jì)成為現(xiàn)階段工藝工作需要重點(diǎn)解決的問題之一。

1 立柱加工方案分析

立柱長度大多在10 m以上，其截面為長方形或者正方形，在主視圖和俯視圖上都各有一投影角度，其加工面為一空間復(fù)合面，如圖1。空間復(fù)合面是一個(gè)實(shí)體平面，無法由兩次銑面的方法來實(shí)現(xiàn)其主視圖和俯視圖的投影角度的加工，必須一次銑面完成。要實(shí)現(xiàn)空間復(fù)合面的加工，首先要通過工裝，將工件旋轉(zhuǎn)某一角度，然后裝夾找正，最后采用萬能銑頭偏轉(zhuǎn)某一角度，通過兩個(gè)角度的復(fù)合來完成工件空間復(fù)合面的一刀加工，加工原理如圖2。

圖1

圖2 加工原理圖

該加工方案，通過設(shè)計(jì)合理的工裝和采用合理的裝夾擺放方式，將工件兩個(gè)方向的投影角度正確轉(zhuǎn)化為一個(gè)平面內(nèi)的復(fù)合角度，實(shí)現(xiàn)工件兩個(gè)方向的投影角在一個(gè)工位中一次加工成型。

綜合上述分析，實(shí)現(xiàn)該方案的重點(diǎn)如下：1）通過給出的兩坐標(biāo)投影角度α和β，推導(dǎo)計(jì)算出空間復(fù)合面角度γ（即萬能直角銑頭的偏轉(zhuǎn)角度）；2）通過給出的兩坐標(biāo)投影角度α和β，推導(dǎo)計(jì)算出擺放角度θ；3）通過角度θ，設(shè)計(jì)出V型支架；4)零件在V型支架上如何擺放，零件如何擺放直接影響加工零件的質(zhì)量。

2 推導(dǎo)空間復(fù)合面角度和擺放角計(jì)算公式

2.1 公式推導(dǎo)

圖3 推導(dǎo)模型

公式的推導(dǎo)首先要建立合理的數(shù)學(xué)模型，合理的數(shù)學(xué)模型是推導(dǎo)成功的關(guān)鍵。經(jīng)過大量的計(jì)算與三維軟件的放樣與驗(yàn)證，確立了簡單推導(dǎo)模型，如圖3。

通過公式推導(dǎo)，得出以下結(jié)論公式：

1）根據(jù)給出的兩視圖投影角度α和β，

通過公式計(jì)算出復(fù)合角度

2）根據(jù)給出的兩視圖投影角度α和β，

通過公式計(jì)算出擺放角度

3）通過計(jì)算角度θ，設(shè)計(jì)出兩種V型支架，如圖4。

圖4 兩種V型架

2.2 關(guān)于工件擺放的幾點(diǎn)說明

運(yùn)用公式時(shí)，設(shè)定β為截面在主視圖上的投影，α為截面在俯視圖上的投影；

1）當(dāng) θ＝45°時(shí)，使用圖4 中的Ⅰ型支架：

a.如果加工右端面，主視圖和俯視圖截面方向一致，放置工件時(shí)，從右端面看，翼板放在V型支架左端斜面上；

b.如果加工右端面，主視圖和俯視圖截面方向不一致，放置工件時(shí)，從左端面看，翼板放在V型支架右端斜面上；

c.如果加工左端面，主視圖和俯視圖截面方向一致，放置工件時(shí)，從左端面看，翼板放在V型支架右端斜面上；

d.如果加工左端面，主視圖和俯視圖截面方向不一致，放置工件時(shí)，從左端面看，翼板放在V型支架左端斜面上。

2）當(dāng)θ≠45°時(shí)，使用圖4中Ⅱ型支架：

a.如果加工右端面,主視圖和俯視圖截面方向一致,放置工件時(shí),從右端面看,支架θ角在左邊,翼板放θ角斜邊上；

b.如果加工右端面,主視圖和俯視圖截面方向不一致,放置工件時(shí),從右端面看,支架θ角在右邊,翼板放θ角斜邊上；

c.如果加工左端面,主視圖和俯視圖截面方向一致,放置工件時(shí),從左端面看,支架θ角在右邊,翼板放θ角斜邊上；

d.如果加工左端面,主視圖和俯視圖截面方向不一致,放置工件時(shí),從左端面看,支架θ角在左邊,翼板放θ角斜邊上。

3 結(jié)語

該方案設(shè)計(jì)和理論計(jì)算適用于所有該類型井架立柱的工藝設(shè)計(jì)，為今后該類型產(chǎn)品的加工提供了優(yōu)化方案和制造方法；通過空間角度的轉(zhuǎn)換，將兩個(gè)投影角度復(fù)合到一個(gè)平面內(nèi)，為后續(xù)加工提供了理論依據(jù)；推導(dǎo)并驗(yàn)證了計(jì)算公式，并對(duì)選取和應(yīng)用公式的各種條件進(jìn)行了說明，使該類型的零件的工藝設(shè)計(jì)更加方便、快速、準(zhǔn)確，有效提高了效率。