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[摘 要]普通镗床加工钻井泵机架工作效率低，加工过程中对加工精度的影响因素多，易影响到加工质量，利用数控镗床加工可有效地提高加工的精度和效率。本文简单阐述了钻井泵机架结构和加工特点，在介绍钻井泵机架加工工艺流程的基础上，对采用数控镗床加工钻井泵机架的方法进行了分析和探讨。
[关键词]数控镗床 钻井泵机架 加工
中图分类号：TG519.1 文献标识码：TG 文章编号：1009―914X（2013）34―0008―01
随着社会经济的快速发展，石油工业也得到了较快的发展，在石油钻采的过程中，钻井泵是所使用的关键设备之一，其作用主要是将机械能转变为钻井液的液压能，为钻井液循环提供所需的能量，并为井底动力钻具提供动力液，钻井泵机架是钻井泵传统的基本部件，其加工工艺和装配的精度对钻井泵活塞及十字头的运动、装配精度及人字齿圈的使用寿命有着直接的影响，对钻井泵性能的正常发挥有着较大的影响。钻井泵机架传统的加工方法是采用普通镗床加工，这种加工方法由于需要二次装夹和找正，且找正较为困难，易影响到加工精度，同时工作效率低，不利于钻井泵的制造。数控镗床是一种利用数控技术加工工件已有预制孔的机床，将其应用于钻井泵机架加工中可有效地提高加工的精度和效率。
一、钻井泵机架结构及加工特点
钻井泵机架主要由主墙板、前墙板、前联接板、顶板、横墙板、底板、座架梁等几部分组成，墙板由螺栓连接组焊成上盖与主题分开的空心箱式结构。动力端有2组平行孔用于安装齿轮轴和曲轴，液力端有3组平行孔，用于安装活塞杆、活塞、液缸、中间拉杆等部件，动力端2组孔轴线垂直于液力端的孔轴线。
钻井泵机架一般外形尺寸较大，找正的难度大；装夹的次数多，加工时易产生积累误差；加工所需时间长，加工过程中产生的大量热量易导致工件发生热变形；齿轮轴支撑座、曲轴轴承座及液力端各组孔的跨距大，加工过程中易由于镗杆过长和支撑的刚性不足而产生冲击和振动，同时机架各孔加工尺寸、粗糙度的精度要求高，对形状位置公差的要求也较高，一般动力端每组平行孔中2孔同轴度的误差不得大于0.5mm；液力端各组平行孔中，2孔同轴度的误差应控制在0.25mm范围内；动力端和液力端每组平行孔平行度的误差不得大于0.76mm；动力端2组孔轴线与液力端的孔轴线的垂直度误差须在0.127mm范围内。
二、钻井泵机架加工工艺
钻井泵机架主要是通过整体划线→加工曲轴轴承座平面→加工曲轴螺孔→固定曲轴轴承座→利用镗床加工动力端各装配孔及螺孔→加工液力端装配孔和螺孔的过程来完成加工的过程。
三、数控镗床加工钻井泵机架的方法
在利用数控镗床加工钻井泵机架中，本文以TPX611B/3型数控镗床为例，对加工的方法进行分析。
1、镗床性能及工作原理
TPX611B/3型数控镗床为卧式镗床，镗轴直径为110mm，主轴最大扭矩为1225N.m，平旋盘最大扭矩1960N.m，工作台面积为1250×1100mm，可承受最大重量为3000kg，主轴、主轴箱、工作台纵横向转速2500mm/min，主轴最大行程600mm，回转台可在圆周的任意位置上进行准确定位。加工时，采用螺栓将机架固定于工作台加装平台上，欧诺个时按照机架动力端和液力端跨距设计两种动力副头，以使装夹能够一次完成，从而避免加工累积误差，提高加工精度，所使用的动力副头如下图一所示。
在上述的动力副头中，副头主体采用过渡配合方法用机床主轴定位，固定时，使用紧固螺栓在主轴和副头主体端面槽位置对正后，将副头主体固定在机床主轴的端面上，用沉头螺钉将两端端面的槽内安装的端面键固定，使用螺栓和弹簧垫圈在刀盘端面槽与副头主体对正后，将其安装在主体端部法兰孔中，同样使用沉头螺钉固定安装于法兰和刀盘梁端端面槽内的端面键，在工作的过程中，如孔径发生变化，即可松开螺栓更换刀盘，动力副头需要更换时亦只需要松开紧固螺栓，刀盘和动力副头镗杆的更换十分方便。
2、辅助刀具
钻井泵机架加工的项目、部位较多，在实际工作中，镗床现有的刀具不能满足机架加工的需求，出现此种情况时，可根据所采用数控镗床的特点和钻井泵机架主孔加工的具体要求，来设计机械手、拉钉、刀杆圆锥及攻丝装置等辅助道具。攻丝装置由连接销、固定销、圆锥体和三个连接套构成，以用于加工曲轴轴承座合体的螺孔，此类中的螺孔深、螺距大，在加工的过程中易出现乱扣、烂牙等问题，采用攻丝装置可较好地解决这一问题；加入机械手，可方便加工过程中从刀库中取刀；拉钉则能利用数控镗床的气控系统，将各种刀具固定拉紧。
3、加工工艺流程
采用经以上设计适当改造后的数控镗床加工钻井泵机架时，其加工工艺流程如下所示：
整体划线→铣机架底平面→铣曲轴轴承座平面→加工曲轴轴承座螺孔→镗齿轮轴孔→镗曲轴轴承座孔→钻攻两端面螺孔→安装挡泥盘→铣液力端前墙板平面→镗液力端3组平行孔→加工液力端前墙板螺孔→加工机架左右墙板螺孔
4、精度控制
在使用数控镗床加工钻井泵机架时为尽可能地减少各类误差，保证加工精度，数控镗床操作者应充分理解图纸设计的意图，准确地了解和把握工件加工工序中是否留有余量，注意主轴回转误差、导轴误差、传动链误差及定位误差等机床自身精度误差，最大限度地将此类误差控制在误差允许范围内。
数控镗床加工工件时还应考虑到机床的刚性和强度，一般是选择最强的工位，以使切削用量最大，从而提高工作效率，通常情况下，立位最弱，卧位最强，刀杆伸出的长度越长，强度也就越弱。由于钻井泵机架加工精度高，在加工时，还可以采用分化原始误差法、均化原始误差法来提高工件加工的精度，分化原始误差法是根据误差反映规律，经测量后，将上道工序工件的尺寸分为n组，再按照各组的误差范围，调整刀具位置，以缩小整体工件尺寸的分散范围；均化原始误差法是在不断试切加工的过程中，通过对有密切关系的工件进行相互的比较和检查，找出二者之间差异，对其进行修正从而使原始误差不断被均化和缩小的方法。
编程是数控加工准备阶段中的重要环节之一，编程一般有手工编程和自动编程两种方法，手工编程是由利用一般的计算工具，运用各种数学算法，对刀具轨迹进行运算人工编制指令的方法，此种方法适应性强，较为简单，对一些几何形状简单、计算量小、程序段数有限的工件加工有很好的应用价值，但对有空间自由曲面、复杂型的零件，则不适用，有些甚至不能完成；自动编程是借助计算机技术使用规定数控语言，编写零件源程序，经自动编程软件处理后自动生成加工程序的方法，此种编程方法可应用于几何形状复杂的零件加工中，随着数控编程软件开发技术的不断发展，新的数控编程软件不断涌现，功能不断细化，使得数控编程更为简单便捷。针对钻井泵机架加工，主要需要编制钻孔、扩镗孔和攻丝程序。
结语：
采用数控镗床加工钻井泵机架可充分利用数控机床精度高、效率高的优点提高加工的工作效率和精度，通过设计简单的辅助刀具和工艺设备，可方便地实现一次性完成装夹，有效地减少加工积累精度，同时减少加工中由于周期长带来的变形问题，能够较好地提高钻井泵机架加工质量。
参考文献
[1]程富康.数控镗床加工经验点滴[J].时代青年：教育，2012，（7）.
[2]苏爱明，王丽萍.钻井泵制造工艺的改进[J].石油矿场机械，2006，（5）.
[3]韩九强.数控坐标镗床 技术条件[J].设备管理与维修，2007，（2）.
[4]李问国.如何提高大型数控镗床加工精度[J].机械工人：冷加工，2006，（6）.
[5]王乃彥，尤利.数控镗床加工大尺寸锯齿形内螺纹[J].现代制造工程，2006，（10）.
[关键词]数控镗床 钻井泵机架 加工
中图分类号：TG519.1 文献标识码：TG 文章编号：1009―914X（2013）34―0008―01
随着社会经济的快速发展，石油工业也得到了较快的发展，在石油钻采的过程中，钻井泵是所使用的关键设备之一，其作用主要是将机械能转变为钻井液的液压能，为钻井液循环提供所需的能量，并为井底动力钻具提供动力液，钻井泵机架是钻井泵传统的基本部件，其加工工艺和装配的精度对钻井泵活塞及十字头的运动、装配精度及人字齿圈的使用寿命有着直接的影响，对钻井泵性能的正常发挥有着较大的影响。钻井泵机架传统的加工方法是采用普通镗床加工，这种加工方法由于需要二次装夹和找正，且找正较为困难，易影响到加工精度，同时工作效率低，不利于钻井泵的制造。数控镗床是一种利用数控技术加工工件已有预制孔的机床，将其应用于钻井泵机架加工中可有效地提高加工的精度和效率。
一、钻井泵机架结构及加工特点
钻井泵机架主要由主墙板、前墙板、前联接板、顶板、横墙板、底板、座架梁等几部分组成，墙板由螺栓连接组焊成上盖与主题分开的空心箱式结构。动力端有2组平行孔用于安装齿轮轴和曲轴，液力端有3组平行孔，用于安装活塞杆、活塞、液缸、中间拉杆等部件，动力端2组孔轴线垂直于液力端的孔轴线。
钻井泵机架一般外形尺寸较大，找正的难度大；装夹的次数多，加工时易产生积累误差；加工所需时间长，加工过程中产生的大量热量易导致工件发生热变形；齿轮轴支撑座、曲轴轴承座及液力端各组孔的跨距大，加工过程中易由于镗杆过长和支撑的刚性不足而产生冲击和振动，同时机架各孔加工尺寸、粗糙度的精度要求高，对形状位置公差的要求也较高，一般动力端每组平行孔中2孔同轴度的误差不得大于0.5mm；液力端各组平行孔中，2孔同轴度的误差应控制在0.25mm范围内；动力端和液力端每组平行孔平行度的误差不得大于0.76mm；动力端2组孔轴线与液力端的孔轴线的垂直度误差须在0.127mm范围内。
二、钻井泵机架加工工艺
钻井泵机架主要是通过整体划线→加工曲轴轴承座平面→加工曲轴螺孔→固定曲轴轴承座→利用镗床加工动力端各装配孔及螺孔→加工液力端装配孔和螺孔的过程来完成加工的过程。
三、数控镗床加工钻井泵机架的方法
在利用数控镗床加工钻井泵机架中，本文以TPX611B/3型数控镗床为例，对加工的方法进行分析。
1、镗床性能及工作原理
TPX611B/3型数控镗床为卧式镗床，镗轴直径为110mm，主轴最大扭矩为1225N.m，平旋盘最大扭矩1960N.m，工作台面积为1250×1100mm，可承受最大重量为3000kg，主轴、主轴箱、工作台纵横向转速2500mm/min，主轴最大行程600mm，回转台可在圆周的任意位置上进行准确定位。加工时，采用螺栓将机架固定于工作台加装平台上，欧诺个时按照机架动力端和液力端跨距设计两种动力副头，以使装夹能够一次完成，从而避免加工累积误差，提高加工精度，所使用的动力副头如下图一所示。
在上述的动力副头中，副头主体采用过渡配合方法用机床主轴定位，固定时，使用紧固螺栓在主轴和副头主体端面槽位置对正后，将副头主体固定在机床主轴的端面上，用沉头螺钉将两端端面的槽内安装的端面键固定，使用螺栓和弹簧垫圈在刀盘端面槽与副头主体对正后，将其安装在主体端部法兰孔中，同样使用沉头螺钉固定安装于法兰和刀盘梁端端面槽内的端面键，在工作的过程中，如孔径发生变化，即可松开螺栓更换刀盘，动力副头需要更换时亦只需要松开紧固螺栓，刀盘和动力副头镗杆的更换十分方便。
2、辅助刀具
钻井泵机架加工的项目、部位较多，在实际工作中，镗床现有的刀具不能满足机架加工的需求，出现此种情况时，可根据所采用数控镗床的特点和钻井泵机架主孔加工的具体要求，来设计机械手、拉钉、刀杆圆锥及攻丝装置等辅助道具。攻丝装置由连接销、固定销、圆锥体和三个连接套构成，以用于加工曲轴轴承座合体的螺孔，此类中的螺孔深、螺距大，在加工的过程中易出现乱扣、烂牙等问题，采用攻丝装置可较好地解决这一问题；加入机械手，可方便加工过程中从刀库中取刀；拉钉则能利用数控镗床的气控系统，将各种刀具固定拉紧。
3、加工工艺流程
采用经以上设计适当改造后的数控镗床加工钻井泵机架时，其加工工艺流程如下所示：
整体划线→铣机架底平面→铣曲轴轴承座平面→加工曲轴轴承座螺孔→镗齿轮轴孔→镗曲轴轴承座孔→钻攻两端面螺孔→安装挡泥盘→铣液力端前墙板平面→镗液力端3组平行孔→加工液力端前墙板螺孔→加工机架左右墙板螺孔
4、精度控制
在使用数控镗床加工钻井泵机架时为尽可能地减少各类误差，保证加工精度，数控镗床操作者应充分理解图纸设计的意图，准确地了解和把握工件加工工序中是否留有余量，注意主轴回转误差、导轴误差、传动链误差及定位误差等机床自身精度误差，最大限度地将此类误差控制在误差允许范围内。
数控镗床加工工件时还应考虑到机床的刚性和强度，一般是选择最强的工位，以使切削用量最大，从而提高工作效率，通常情况下，立位最弱，卧位最强，刀杆伸出的长度越长，强度也就越弱。由于钻井泵机架加工精度高，在加工时，还可以采用分化原始误差法、均化原始误差法来提高工件加工的精度，分化原始误差法是根据误差反映规律，经测量后，将上道工序工件的尺寸分为n组，再按照各组的误差范围，调整刀具位置，以缩小整体工件尺寸的分散范围；均化原始误差法是在不断试切加工的过程中，通过对有密切关系的工件进行相互的比较和检查，找出二者之间差异，对其进行修正从而使原始误差不断被均化和缩小的方法。
编程是数控加工准备阶段中的重要环节之一，编程一般有手工编程和自动编程两种方法，手工编程是由利用一般的计算工具，运用各种数学算法，对刀具轨迹进行运算人工编制指令的方法，此种方法适应性强，较为简单，对一些几何形状简单、计算量小、程序段数有限的工件加工有很好的应用价值，但对有空间自由曲面、复杂型的零件，则不适用，有些甚至不能完成；自动编程是借助计算机技术使用规定数控语言，编写零件源程序，经自动编程软件处理后自动生成加工程序的方法，此种编程方法可应用于几何形状复杂的零件加工中，随着数控编程软件开发技术的不断发展，新的数控编程软件不断涌现，功能不断细化，使得数控编程更为简单便捷。针对钻井泵机架加工，主要需要编制钻孔、扩镗孔和攻丝程序。
结语：
采用数控镗床加工钻井泵机架可充分利用数控机床精度高、效率高的优点提高加工的工作效率和精度，通过设计简单的辅助刀具和工艺设备，可方便地实现一次性完成装夹，有效地减少加工积累精度，同时减少加工中由于周期长带来的变形问题，能够较好地提高钻井泵机架加工质量。
参考文献
[1]程富康.数控镗床加工经验点滴[J].时代青年：教育，2012，（7）.
[2]苏爱明，王丽萍.钻井泵制造工艺的改进[J].石油矿场机械，2006，（5）.
[3]韩九强.数控坐标镗床 技术条件[J].设备管理与维修，2007，（2）.
[4]李问国.如何提高大型数控镗床加工精度[J].机械工人：冷加工，2006，（6）.
[5]王乃彥，尤利.数控镗床加工大尺寸锯齿形内螺纹[J].现代制造工程，2006，（10）.