本科毕业设计抽油机的游梁支撑装置的cadcam的造型设计与加工Word格式.docx
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2）可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；
3）加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；
4）机床本身的精度高、刚性大,可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的3~5倍）；
5）机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；
6）对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。
第二章
抽油机的简介
2.1抽油机系统
目前采油技术包括有杆泵、电潜泵、水力泵、气举等。
其中，有杆泵抽油工艺是应用最早也是最为广泛的人工举升方法，随着技术的不断发展，有杆泵抽油设备不断完善，在各种人工举升采油方法中，有杆泵仍居于首要地位。
我国陆上大约有14万口油井，75%以上的油井使用有杆泵采油方式。
全世界油田多达几百万口井，除中东地区多数是自喷井外，多数采用有杆泵采油技术。
目前抽油机系统已有100多年的历史，随着石油工业的迅速发展，抽油机已由常规游梁机发展成多功能，能够满足不同领域抽油需要的抽油机。
抽油泵已经由古老的衬套泵发展成高泵效、节能以及适应不同抽油需要的多功能抽油泵。
随着材料科学和制造工艺的迅速发展，抽油杆已经发展成重量轻、高强度、耐腐蚀等许多优点的高强度抽油杆，能够满足不同抽油工况的需要。
近些年，与抽油系统相配套的抽油设备在抽油机井中应用的规模不断扩大。
相继产生了以管柱锚定工具、气锚、不压井作业工具为代表的井下配套工具。
以目前应用最广泛的游梁式抽油机抽油系统为例加以介绍，，该系统由三部分组成：
1）是地面部分——游梁式抽油机，它由电动机、减速箱和四连杆机构（包括曲柄、连杆和游梁）等组成；
2）是井下部分——抽油泵（包括吸入阀、泵筒、柱塞和排出阀等），它悬挂在套管中油管下端，可分为杆式泵和管式泵；
3）是联接地面抽油机和抽油泵的中间部分——抽油杆柱，它由一种或几种直径的抽油杆和接箍组成。
2.2游梁式抽油机
游梁式抽油机，也称梁式抽油机、游梁式曲柄平衡抽油机，指含有游梁，通过连杆机构换向，曲柄重块平衡的抽油机，俗称磕头机。
游梁式抽油机是油田目前主要使用的抽油机类型之一，主要由了驴头—游梁—连杆—曲柄机构、减速箱、动力设备和辅助装备等四大部分组成。
工作时，电动机的传动经变速箱、曲柄连杆机构变成驴头的上下运动，驴头经光杆、抽油杆带动井下抽油泵的柱塞作上下运动，从而不断地把井中的原油抽出井筒。
2.3游梁式抽油机主要特点
1、整机结构合理、工作平稳、噪音小、操作维护方便；
2、游梁选用箱式或工字钢结构，强度高、刚性好、承载能力大；
3、减速器采用人字型渐开线或双圆弧齿形齿轮，加工精度高、承载能力强，使用寿命长；
4、驴头可采用上翻、上挂或侧转三种形式之一；
5、刹车采用外抱式结构，配有保险装置，操作灵活、制动迅速、安全可靠；
6、底座采用地脚螺栓连接或压杠连接两种方式之一。
2.3游梁式抽油机的组成
图1常规游梁式抽油机基本机构图
1—刹车装置、2—电动机、3—减速器皮带轮、4—减速器、5—动力输入轴、6—中间轴、7—输出轴、8—曲柄、9—曲柄销、10—支架、11—曲柄平衡块、12—连杆、13—横梁轴、14—横梁、15—游梁平衡块、16—游梁、17—支架轴、18—驴头、19—悬绳器、20—底座
1．游梁平衡：
在游梁的尾部装设一定重量的平衡板、这是一种简单的平衡方式、适用于3吨以下的轻型抽油机。
2．曲柄平衡：
这是一种在油田上常用的平衡方式。
顾名思义是将平衡块装在曲柄上，适用于重型抽油机。
这种平衡方式减少了游梁平衡引起的抽油机摆动、调整比较方便、但是，曲柄上有很大的负荷和离心力。
3．复合平衡：
在一台抽油机上同时使用游梁平衡和曲柄平衡。
特点：
小范围调整时、可以调整游梁平衡：
大范围调整时，则调整曲柄平衡。
这种平衡方式适用于中深井。
4．气动平衡：
利用气体的可压缩性来储存和释放能量达到平衡的目的，可用于10吨以上重型抽油机。
这种平衡方式减少了抽油机的动负荷及震动，但其装置精度要求高，加工复杂。
2.4游梁式抽油机工作原理
当抽油机上冲程时，油管弹性收缩向上运动，带动机械解堵采油器向上运动，撞击滑套产生振动；
同时，正向单流阀关闭，变径活塞总成封堵油当抽油机下冲程时，油管弹性伸长向下运动，带动机械解堵采油器向下运动，撞击滑套产生振动；
同时，反向单流阀部分关闭，变径活塞总成仍然封堵油套环形油道，使反向单流阀下方区域形成高压区，这一运动又对地层内的油流通道产生一种反向的冲击力。
油井内的机械解堵采油器就是利用油管柱周期性的弹性变形来产生周期性的上下往复运动，从而对地层产生抽吸挤压频繁交替变换的活塞作用。
油层内“粘连”的液滴和堵塞颗粒物受到这种频繁地抽吸力和挤压力扰动后，被迫脱离原位，最终，使不易移动的液滴开始流动，使“粘连”的堵塞颗粒物脱离油道，实现疏通油道、扩大油流增加原油产量的目的。
套环形油道，使正向单流阀下方区域形成负压区，相当于对地层产生了一个强大的抽吸力。
磕头机即游梁式抽油机是油田广泛应用的传统抽油设备，通常由普通交流异步电动机直接拖动。
其曲柄带以配重平衡块带动抽油杆，驱动井下抽油泵做固定周期的上下往复运动，把井下的油送到地面。
在一个冲次内，随着抽油杆的上升/下降，而使电机工作在电动/发电状态。
上升过程电机从电网吸收能量电动运行；
下降过程电机的负载性质为位势负载，加之井下负压等使电动机处于发电状态，把机械能量转换成电能回馈到电网。
然而，井下油层的情况特别复杂，有富油井、贫油井之分，有稀油井、稠油井之别。
恒速应用问题显而易见。
如抛却这些不谈，就抽油机油泵本身而言，磨损后的活塞与衬套的间隙漏失等都是很难解决的问题，况且变化的地层因素如油中含砂、蜡、水、气等复杂情况也对每冲次抽出的油量有很大的影响。
看来，只有调速驱动才能达到最佳控制。
引进调速传动后，可根据井下状态调节抽油机冲程频次及分别调节上、下行程的速度，在提高泵的充满系数的同时减少泵的漏失，以获得最大出油量。
尤其是采用变频调速既无启动冲击，又可解决选型保守、线路较长等所致的功率因数偏低等问题，获得节能增效的同时又能提高整机寿命。
尤其是油泵的寿命，减少机械故障提高可靠性
第三章
数控加工
3.1零件图
3.1．1零件图分析
图3-1
如零件图所示，工件为￠155的圆柱型毛坯，长为471mm。
材料为45钢，要加工成形上图。
（1）材料选45钢中碳热扎钢，无热处理及硬度要求的热扎钢（图3-1数控加工零件图）
（2）成型表面组成：
由圆柱面、斜面、圆弧面、倒角、螺纹面以及孔组成。
各表面精度要求较高以及表面粗糙度要求为Ra1.6，用数控车削均可完成。
（3）轴段右侧有两段顺逆圆弧，应选用机械间隙补偿的数控机床去完成。
3.1.2工艺措施
（1）尺寸精度要求及表面粗糙度要求，一般取表面粗糙度为七级精度，使用高等精度数控CA6140即可保证零件的加工要求，编程时，直接带入具体尺寸。
（2）轴右侧有一段M13的螺纹，应选用65°
的螺纹车到去完成。
（3）各成型表面连接无复杂程度中等，不须用可转位刀片，用一般车削硬质合金刀即可。
（4）选毛坯件：
45钢碳热扎圆钢，取155x475mm，比图纸尺寸多出4mm，以达到轴端面的精度要求。
（5）数控加工前先在普床上完成外圆的准备加工，使之为155mm，同时获得工件的回转轴线、再平端面。
3.1.3确定定位基准和装夹方式
（1）定位基准：
X方向：
坯件回转轴线
Z方向：
坯件端面
设计基准和定位基准与工艺基准三者重合；
在相应加工之前基准端面要先加工。
（2）装夹方式：
三爪自定心卡盘，手工夹紧夹持端。
对坯料多余部分插入主轴内部，加工时依次完成四根轴的加工。
在数控机床上分别加工各成型面，最后用切割刀切除。
综上所述，首先在普床上平端面、加工外圆去除表面的余量达到要求，然后把工件放到数控车床上确定左段用三爪自定心卡盘夹持，加工由圆柱面、斜面、、倒角、螺纹面以及孔，然后调头装夹，加工右侧的圆柱面、倒角及钻中心孔。
（3）装夹图如图3-3所示：
图3-3装夹图
3.1.4加工路线及进给路线
（1）粗车外表面
先平端面，然后遵循由粗到精，从右到左（由近到远）的加工原则；
加工时从右到左粗车各面，粗车时留精加工余量0.5mm。
加工时用复合固定循环中的轴向粗车循环指令（G73）自动完成加工，以减少计算时间，方面编程。
加工路线
（2）精车外表面
编程时用G70指令对应G71指令进行精车，一刀完成。
（3）螺纹加工
由于螺纹系易损面，应后加工。
编程时可用G92螺纹循环指令完成加工。
：
3.2零件的安装与夹具的选择
（1）定位安装的基本原则
1）力求设计基准、工艺基准和编程计算基准统一。
2）尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面。
3）避免采用占机人工调整加工方案，以便能充分发挥出数控机床的效能。
（2）选择夹具的基本原则
数控加工的特点对夹具提出了两点要求：
一是要保证夹具的坐标方向要与机床的坐标方向相对固定不变；
二是要协调零件的和机床坐标系的尺寸关系。
除此之外，还应该考虑以下几点：
1）当零件加工批量不大时，应该尽量采用组合夹具、可调式夹具或其它通用夹具，以缩短生产准备时间，节省生产费用。
2）在成批生产时才考虑使用专用夹具。
3）零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短数控机床的停顿时间。
4）夹具上各零部件应该以不妨碍机床对零件各表面的加工。
夹具要敞开，其定位夹紧机构的元件不能影响加工中的走刀运行。
3.3轴零件的加工工艺
3.3.1数控加工零件的工艺性分析
（1）零件图上尺寸数据的给出，应符合程序编制方便的原则
（2）零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点
3.3.2加工方法的选择与加工方案的确定
（1）加工方法的选择
加工方法的选择原则是：
同时保证加工精度和表面粗糙度的要求。
此外，还应考虑生产率和经济性的要求，以及现有生产设备等实际情况。
（2）确定加工方案的原则
零件上精度要求较高的表面加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。
对于这些表面，要根据质量要求、机床情况和毛坯条件来确定最终的加工方案。
确定加工方案时，首先应该根据主要表面的精度和表面粗糙度的要求，初步确定为达到这些要求所需要的加工方法。
此时要考虑到数控机床使用的合理性和经济性，并充分发挥数控机床的功能。
原则上数控机床仅进行较复杂零件重要基准的加工和零件的精加工。
3.3.3轴零件的加工工艺卡
材料
45钢
毛坯
种类
棒料
尺寸
155x475
每毛坯可制件数
1
每台
件数
备注
工序号
工序
名称
工序内容
车间
设备
工艺装备
01
车端面
车轴的端面，精度6.3
机加车间
CA6140
三抓卡盘
02
钻中心孔
钻定位孔，孔深245
03
粗车
粗车成形
04
精车
圆柱面
05
倒角
倒R2的圆角
06
车螺纹
M14x2
07
去毛刺
去除全部毛刺
钳工车间
锉刀
08
终检
按零件图要求全面检验
游标卡尺、深度尺、百分表
设计
（日期）
校对
审核
标准化
会签
标记
处数
更改文件号
签字
日期
3.4工序、工步的划分
3.4.1工序
1）以零件的装夹定位方式划分工序
由于每个零件结构形状不同，各个表面的技术要求也不同，所以在加工中，其定位方式就各有差异。
一般加工零件外形时，以内形定位；
在加工零件内形时以外形定位。
可根据定位方式的不同来划分工序。
2）按粗、精工序划分加工
根据零件的加工精度、刚度和变形等因素来划分工序时，可按粗、精加工分开的原则来进行划分工序，即先进行粗加工，再进行精加工。
此时可以使用不同的机床或不同的刀具进行加工。
通常在一次安装中，不允许将零件的某一部分表面加工完毕后，再加工零件的其它表面。
为了减少换刀次数，缩短空行程运行时间，减少不必要的定位误差，可以按照使用相同刀具来集中加工工序的方法来进行零件的加工工序划分。
尽可能使用同一把刀具加工出能加工到的所有部位，然后再更换另一把刀具加工零件的其它部位。
在专用数控机床和加工中心中常常采用这种方法。
3.4.2工步
工步的划分主要从加工精度和生产效率两方面来考虑。
在一个工序内往往需要采用不同的切削刀具和切削用量对不同的表面进行加工。
为了便于分析和描述复杂的零件，在工序内又细分为工步。
工步划分的原则是：
1）同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工表面按先粗加工后精加工分开进行。
2）对于既有铣削平面又有镗孔加工表面的零件，可按先铣削平面后镗孔进行加工。
因为按此方法划分工步，可以提提高孔的加工精度。
因为铣削平面时切削力较大，零件易发生变形。
先铣平面后镗孔，可以使其有一段时间恢复变形，并减少由此变形引起对孔的精度的影响。
3）按使用刀具来划分工步。
某些机床工作台的回转时间比换刀时间短，可以采用按使用刀具划分工步，以减少换刀次数，提高加工效率。
3.4.3轴零件的工序卡
单位
兰州职业技术学院
产品名称
零件名称
零件图号
轴
A0
程序编号
夹具名称
夹具编号
数控车床
工步号
工步内容
刀具号
刀具规格
主轴转速
进给速度
背吃刀量
T01
25X25
500
手动
2
T02
ф5
800
3
200
自动
4
半精车
T03
1000
150
5
T04
1500
120
0.5
6
切槽
T05
300
0.3
7
T06
350
0.1
3.5刀具的选择
3.5.1刀具的选择与切削用量的确定
（1）刀具的选择
数控加工的刀具材料，要求采用新型优质材料，一般原则是尽可能选用硬质合金；
精密加工时，还可选择性能更好更耐磨的陶瓷、立方氮化硼和金刚石刀具，并应优选刀具参数。
（2）切削用量的确定
合理选择切削用量的原则是：
粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应该考虑加工成本。
半精加工和精加工时，一般应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率和经济性和加工成本。
1）确定切削深度t（mm）。
在机床、工件和刀具刚度允许的情况下，应以最少的进给次数切除待加工余量，最好一次切除待加工余量，以提高生产效率。
2）确定切削速度V（m/min）。
加大切削速度，也能提高生产效率。
但提高生产效率的最有效措施还是应尽可能采用大的切削深度t。
3）确定进给速度f（mm/min或mm/r）。
进给速度是数控机床切削用量中的重要参数。
主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具与零件的材料性质来选取。
当加工精度和表面粗糙度要求高时，进给速度f应该选择得小些。
最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能决定，并与数控系统脉冲当量的大小有关。
3.5.2数控加工刀具卡
序号
数量
加工面
90度外圆车刀
端面及粗车外圆
右偏刀
ф5的中心钻
75度外圆车刀
半精车外圆
35度外圆车刀
精车外圆
5x25的切槽刀
60度外螺纹车刀
第四章
数控编程及加工仿真
4.1数控编程
%1234----------------------------------程序名
G54G90G00X100Z100----------------------------------快速定位
S1000M03-----------------------------------主轴正传
T0101M07----------------------------------换1号刀
G00X160Z5----------------------------------准确定位
G71P10Q20U1R0.5X0.5Z0.3F20----------------------------------固定循环
N10G01X0
Z0
X123Z-2
X125
Z-60
X128Z-62
X130
Z-107
X138Z-109
X140
Z-353
X153Z-355
X155
N20Z-397
M09
M05
G00X200
Z100
T0202
S800M03
M08
G00X130Z5
X127
G04X5
G00X100
T0303
S500M03
G00X130Z-60
G82X130Z-105F2
X120.1
X128.5
X127.9
X127.5
X127.4
G00100
M30
4.2数控斯沃仿真图
4.3铣键槽
1）仿真截图
2）程序
%0001
N0010G40G17G90G70
N0020G91G28Z0.0
N0030T00M06
N0040G0G90X.3902Y15.898S0M03
N0050G43Z3.4449H00
N0060Z3.1309
N0070G1Z3.0127F9.8M08
N0080X.1383Y15.9839
N0090G3X.0587Y15.9681I-.0262J-.0766
N0100X.0312Y15.9011I.0574J-.0627
N0110G1Y14.9009
N0120X.0318Y14.8857
N0130Y14.8854
N0140X.033Y14.8781
N0150Y14.878
N0160X.1364Y14.8178
N0170X.3204Y14.7107
N0180Z3.1309
N0190G0Z3.4449
N0200X.3902Y15.898
N0210Z3.0924
N0220G1
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