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        塔型井架立柱空間復(fù)合面角度計算方法和加工方法

        2014-12-25 08:30:14王軍羅震周曉軍劉宏亮常瑞豐
        機械工程師 2014年12期
        關(guān)鍵詞:主視圖翼板端面

        王軍, 羅震, 周曉軍,劉宏亮, 常瑞豐

        (寶雞石油機械有限責(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,該類零件的加工計算已經(jīng)成為工藝設(shè)計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),無法實現(xiàn)準確有效的規(guī)范性工藝設(shè)計,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)實際,進行該類型零件制造方案定型、過程數(shù)據(jù)計算、優(yōu)化和規(guī)范性工藝設(shè)計成為現(xiàn)階段工藝工作需要重點解決的問題之一。

        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??臻g復(fù)合面是一個實體平面,無法由兩次銑面的方法來實現(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)計合理的工裝和采用合理的裝夾擺放方式,將工件兩個方向的投影角度正確轉(zhuǎn)化為一個平面內(nèi)的復(fù)合角度,實現(xiàn)工件兩個方向的投影角在一個工位中一次加工成型。

        綜合上述分析,實現(xiàn)該方案的重點如下:1)通過給出的兩坐標投影角度α和β,推導(dǎo)計算出空間復(fù)合面角度γ(即萬能直角銑頭的偏轉(zhuǎn)角度);2)通過給出的兩坐標投影角度α和β,推導(dǎo)計算出擺放角度θ;3)通過角度θ,設(shè)計出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)過大量的計算與三維軟件的放樣與驗證,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,

        通過公式計算出擺放角度

        3)通過計算角度θ,設(shè)計出兩種V型支架,如圖4。

        圖4 兩種V型架

        2.2 關(guān)于工件擺放的幾點說明

        運用公式時,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 θ=45°時,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,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,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,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,從左端面看,翼板放在V型支架左端斜面上。

        2)當θ≠45°時,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,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,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,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,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)計和理論計算適用于所有該類型井架立柱的工藝設(shè)計,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,將兩個投影角度復(fù)合到一個平面內(nèi),為后續(xù)加工提供了理論依據(jù);推導(dǎo)并驗證了計算公式,并對選取和應(yīng)用公式的各種條件進行了說明,使該類型的零件的工藝設(shè)計更加方便、快速、準確,有效提高了效率。

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