3度可调弯曲芯轴的加工

廖卫军，向恒媛，彭瀚宇

（中国船舶中南装备有限责任公司，湖北 宜昌443003）

0 引言

近年来，随着世界各国对油气能源需求量的增加和油气勘探的不断深入，国内外许多大型的生产石油机械的公司均开发出了各具特色的石油钻井工具，这些工具除了在材料、热处理方面有自己的特色外，其中一些异形零件也应用于本公司产品上。

2012年，我公司承接了某钻井工具产品，该产品上有一种特殊的芯轴，属于异形零件，我公司以前没有接触过这种零件的加工，与客户沟通了解到该芯轴是一种井下用于调整角度的钻具类零件。

1 技术分析

1.1 弯曲芯轴的主要特点

该芯轴为轴套类零件，全长367.54 mm，最大外圆φ149.098 mm，最小内孔φ111.252 mm，但左端的内孔、外圆和右端的内孔、外圆不同轴，两端的外螺纹及止口尺寸也不同轴，左端面的中心线与右端面的中心线不重合，错开1.5°夹角，并且端面凸台和外圆上的圆弧槽均有方向性。

2 加工

2.1 轴线夹角为1.5°±6′内孔的加工

经过集思广义，我们设计制造了一套专用镗孔车夹具（见图2），用于加工夹角1.5°±6′的内孔。为保证产品质量，在设计制造时对夹具的尺寸精度要求非常高，而位置精度的保证需通过三坐标检测。

图2 3 度可调弯曲芯轴镗孔车夹具图

图1 3 度可调弯曲芯轴

夹具的使用说明：整套夹具是弯板结构，法兰盘1 上安装了配重铁2，用于夹具在车床上回转时配重；此套夹具的关键是弯板7 的定位销孔的加工精度，经三坐标检测1.5°±2′；将弯板用螺栓固定在法兰盘1 上，然后依次将过渡板5 用紧定螺钉17、定位销9 和菱形销8 固定在弯板上；将找正样块18 用螺钉及定位销固定在过渡板5上，回转机床主轴，通过调整弯板将找正样块内孔找圆以确定夹具回转中心，将弯板下部的紧定螺钉M16 锁紧后取下夹具，配做两个定位销孔后装上定位销；重新将夹具法兰盘夹持在机床卡盘上，再次用找正样块校正夹具的回转中心，待回转中心确定后取下找正样块，将底座4 用螺钉及定位销固定在过渡板上，并装上长度定位销6，然后将工件装在底座上靠紧长度定位销，并用螺钉及压盖3 固定工件；回转机床主轴，通过调节配重铁2 来保证夹具回转时平衡，最后锁紧即可对工件进行加工。

2.2 轴线夹角1.5°±6′的外圆及螺纹的加工

此弯曲芯轴两端为非标圆弧外螺纹，由于牙型是60°和30°的两种圆弧结构，我们采用螺纹成型刀具，采用直进式方法加工。根据螺纹牙型图采购专用刀具，刀具采购回厂后先进行照光检测，确认合格后用于产品加工。直进式加工时，由于牙形与刀具接触面积大，造成切削阻力大，刀具升温非常快，从而造成刀具磨损。先在45# 钢料头上反复进行刀具试切，不断变换切削参数以找到最佳的加工效果，然后将数控程序固化，从而有效地解决了专用刀具的使用寿命问题。

图3 3 度可调弯曲芯轴车外圆芯轴

夹具的使用说明：此套夹具主要是由芯轴结构组成，使用时芯轴5 左端中心孔顶在主轴顶尖上，右端中心孔顶在尾座顶尖上。拨盘1 及拨爪2 主要起夹具回转作用，开口垫圈3 及压盖4 通过拧紧螺母9 将工件端面紧固，从而保证压盖端面为1.5°斜面。工件压紧前需将工件端面与压盖端面完全贴合后再压紧，然后对称调节拨爪上的M10 螺钉，以保证工件回转时不会产生重力偏移。调节完毕，各处螺钉都紧固后即可对工件进行加工。

3 结论

3 度可调弯曲芯轴的成功试制，促进了公司在螺纹加工工艺、螺纹检测技术方面的提高。在本次产品试制中，技术人员、操作人员、检测人员群策群力，集思广义，对零件加工过程中出现的各种问题能快速反应，找到适当的解决办法，得到了客户的充分肯定，为后续与客户的技术合作奠定了基础。