利用数控镗床技术研制新型抽油机机架

孙术华 淄博职业学院

石油产业作为我国的主要能源之一在经济发展中占有极其重要的地位，为了进一步提高生产效率，改善技术管理水平，实现数控机床的程序化管理操作，对设备进行了更为精细的改造。利用数据技术控制车床加工，研发了一种新的车床——镗床。在铣面加工时，磨合平面更加光滑，不会出现毛刺对设备损伤的现象，在外轮廓切削时不会产生高温热源，降低与原油接触造成火灾的风险。其工作过程中，内腔倒角中有四把切割刀，针对不同倒角的范围，设定好程序后会在规定时间内进行自动切割配件，不需人工手动操作。

1 机架结构和加工特点

1.1 机架结构

机架是组成油井空心箱的主要结构，上体盖与油井主体部分分离，并且轴线与平行曲轴之间的夹角应在45°~55°之间，中间用螺栓连接，在液压槽与活动连杆之间的液力端杠杆通过焊接的方式进行连接，去除回火后的余热稳底散掉后再进行打造，以防高温使石油机盖产生变形[1]。其中液力端杠杆包括活塞杠杆，中轴拉力杠杆和液缸驱动杠杆。活塞杠杆安装在机架墙板20 cm的位置，与夹板水平；活塞杠杆与中轴拉力杠杆安装在主体位置，与中心水平线成30°夹角；液缸驱动杠杆安装在中轴以下部位，与中轴垂直。

1.2 加工特点

（1）齿轮切片与平行曲轴之间的跨度距离为15~20 cm，其中齿轮切片底座的跨度为1 328±0.6mm，平行曲轴2个曲面间的跨距为276±0.5mm，液压槽3孔之间的跨距为2 475mm，齿轮切片、平行曲轴、液压槽在油井之间的跨距为0.5~0.7mm。但是由于在齿轮咬合阶段容易产生一系列的振动，使得活塞杠杆在伸缩时没有规律性，在操作过程中容易对卡槽内的转子产生撞击，磨损零部件。应在各个跨度值范围内选取合适的数值，避免设备的损坏。

（2）严格控制抽油机架加工流程中的误差，提高加工工艺的精细度。在加工的过程中不仅对抽油机架零部件的光滑度和尺寸界限进行控制，对整个机架的参数公式也有较高的技术标准，在齿轮的磨合期内，齿轮间的磨合部位误差不能超过0.1mm，曲轴打孔部位与曲面弧度部位的误差在0.03mm以内[2]。液压槽与心轴的间距误差低于0.05mm，平行曲轴与液压槽通孔间的误差在0.02mm内，齿轮切片、平行曲轴和液压槽之间的误差控制在0.08mm的范围内。

（3）加工抽油机架设备中尺寸较大的零部件时，确定中心点时的难度较大。在具体的操作过程中一般采用等距划分的方法设定，首先在零部件重心位置切削一个直径为3 cm的圆形标记，然后参照通过圆心的几条垂直平分线，在平分线与圆的交点处画弧线做记号，每间隔一点画一条弧线，连接每两个弧线的焦点，即可确定零部件的中心点。

1.3 加工流程

要明确抽油机架的整体结构，首先确定齿轮切片轴承底座的平面结构示意图和螺栓加工立体图，在此基础上对螺栓剖面等距划分，确定出轴座的重心位置。然后运行数控镗床的操作程序，切削打磨齿轮轴的多余部分；同时在曲轴装配中增大操作平面的摩擦系数，防止用冷流水对切削部位进行降温的过程中出现打滑的现象。最后更换螺孔组中的镗液，目的是增加设备在各种工作环境下的稳定性。

2 动力刀头及工作原理

WP—1500型号的数控镗床为悬浮式镗床，可以用于抽油机架易损耗零部件的加工，其主轴的运转直径为200mm，设备驱动主轴区域有4个方向的动力刀头，在对抽油机架零部件加工时根据不同的操作面，选取不同方向的动力刀头[3]。

第一把动力刀头主要是用于切削零部件的轮廓。镗床加工程序的第一步就是对零部件的轮廓进行切削，切削厚度在8~10 cm，刀头所用的材料为硬度极大的金刚石。首先确定第一次切削的厚度标准，对于抽油机架的液压槽来说，外表层的标准厚度是10 cm。进行第一轮切割时，一定要保证冷凝水准确地作用在刀头切割部位，降温处理不当会使刀头烧毁；其次注意观察切割面的光滑程度，表面不能有毛刺；最后需要注意的就是第一轮的切削中会在滑动板槽中存有大量的铁屑，不要刮伤器件表面。

第二把动力刀头的作用是加工液压槽的内部。在数控镗床整个操作工艺流程中加工液压槽的精度要求最高，涉及的技术参数也比较多。液压槽的内槽加工包括槽面的切割、加工符合标准的打扣眼及内槽双沿的间距加工。数控镗床采用的是三维立体操作，传统的平面加工技术只能进行较为简单的X、Y轴的操作，液压槽的内槽加工还需人工工艺，技术工人对技术参数标准的掌握难度加大。

第三把刀主要是对零部件切口边缘部分进行切削以及磨边。这把刀主要是切削平面，内边缘与外边缘相差3 cm，并且与底边垂直，这样切削起来比较方便，动力刀头背部有磨砂，主要用于剔除毛刺。毛刺产生的主要原因是因为第一把刀在运行中出现了振动致使刀刃出现裂痕，进行表面切削时没有达到有效的切合，所以在第三把刀背上添加一层磨砂，把零部件毛刺部分磨平，使其表面光滑无坑洼[4]。

第四把刀主要用于抽油机架的掏扣部位加工。在这把刀正常运转过程中，首先要设定好掏扣的圈数以及扣眼的大小，对于油井钻泵机架，内扣的圈数大约在6圈左右，内径为2 cm，外径为3.5 cm；外扣圈数在10圈左右，内径大小为4 cm，外径大小为6 cm。

3 数控镗床未来发展趋势

随着电子技术以及计算机技术的不断进步，数控技术得到了前所未有的发展，其中在镗床加工技术方面要保证高速度和高精度两个重要指标。当给设备输入参数后，计算机能够高速读取数据来源并精确执行，确保零部件生产的质量和效率。为提高数控镗床可靠性，采用大量集成电路，减少电路元器件的损耗，利用专业的高硅芯片和放大器件，可保证电压和电流的稳定。集成电路在运行过程中可降低功耗，增强系统的稳定性，并且还有自我保护功能，若有强电流输入时，便会自动切断电路以保护数控镗床和操作人员。

[1]苏爱明，王丽萍，沈学海．钻井泵制造工艺的改进[J]．石油矿场机械，2006，35（5）：103-105.

[2]蒲林祥，陈红军．机械切削机床夹具设计手册[M]．北京：机械工业出版社，2004.

[3]技工学校机械类通用教材编审委员会．机械工人切削技术手册[M]．北京：机械工业出版社，2002.

[4]何学明，周长锐，刘北英．调头镗孔理论及应用[M]．北京：机械工业出版社，2003.