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)
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(lèi)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(zhǎng)期以來(lái),由于沒(méi)有規(guī)范的方法指導(dǎo),無(wú)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(chǎng)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(chǎng)生產(chǎn)實(shí)際,進(jìn)行該類(lèi)型零件制造方案定型、過(guò)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(wèn)題之一。
立柱長(zhǎng)度大多在10 m以上,其截面為長(zhǎng)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??臻g復(fù)合面是一個(gè)實(shí)體平面,無(wú)法由兩次銑面的方法來(lái)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(guò)工裝,將工件旋轉(zhuǎn)某一角度,然后裝夾找正,最后采用萬(wàn)能銑頭偏轉(zhuǎn)某一角度,通過(guò)兩個(gè)角度的復(fù)合來(lái)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(guò)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(guò)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(wàn)能直角銑頭的偏轉(zhuǎn)角度);2)通過(guò)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(guò)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。
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(guò)大量的計(jì)算與三維軟件的放樣與驗(yàn)證,確立了簡(jiǎn)單推導(dǎo)模型,如圖3。
通過(guò)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(guò)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(guò)公式計(jì)算出擺放角度
3)通過(guò)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
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。
該方案設(shè)計(jì)和理論計(jì)算適用于所有該類(lèi)型井架立柱的工藝設(shè)計(jì),為今后該類(lèi)型產(chǎn)品的加工提供了優(yōu)化方案和制造方法;通過(guò)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(shuō)明,使該類(lèi)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。