含锰合金钢油井钻头齿孔变轴高速铣削

摘要

本课题来源于同济大学现代制造技术研究所与上海某金刚石钻头有限公司的合作项目。以金属切削原理、高速切削理论、CAM数控编程技术为指导,在此基础上对油井钻头齿孔进行数控编程及后置处理,得到用以实际加工的NC代码,完成对油井钻头齿孔的加工。针对齿孔位置偏移问题,以油井钻头铸件为原型,通过反求得到了钻头的CAD造型。 综合分析油井钻头铸件使用材料--高锰钢的性能及切削加工时的主要特点,对钻头的整体加工工艺进行分析,总结出适合高锰钢高速铣削的刀具材料及几何参数,在切削用量范围内选择合适的切削速度、进给量、切削深度等参数。根据钻头设计加工中所用的夹具,选择合适的冷却润滑方式,确定油井钻头齿孔加工的工艺方案,为实际加工做好前期准备。 分析钻头刀翼齿孔的复杂性,在原始CAD造型的基础上,选择采用可变轴轮廓铣的方式对其进行数控编程,选择合适的进给路线及走刀方式。针对由PostBuilder建立的后置处理器所生成的NC程序不能有效驱动五轴加工的情况,利用实验室自主开发的针对HERMLE C1200U五轴联动数控铣削加工中心HEIDENHAIN iTNC530系统的后置处理程序,得到完整的数控加工NC程序,完成对钻头的加工。 针对齿孔位置偏移问题,根据反求工程的原理,采用激光非接触式扫描测量方法,通过合理选择主要测量面,合理利用激光测头旋转或/和摆动角度,合理选择数据采集精度,加快了油井钻头外形轮廓几何数据的采集。通过选择功能强、操作方便的计算机软件,对点云数据进行平滑和精简预处理,选用高效率的曲面重构理论方法,简捷地完成了油井钻头的反求造型,并弄清楚它与其原始造型的差别,证明实际加工钻头中出现位置偏差的原因,在于毛坯铸造时未能控制住尺寸偏差。 总结整个过程的可操作性,及所需大致时间,为今后的生产加工提供了新的思路,起到指导借鉴作用。

目录

文摘

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声明

第1章绪论

1.1课题来源

1.2课题研究背景

1.2.1高速切削的特点及发展应用

1.2.2 CAM技术的发展历程及现状

1.2.3国内外反求工程技术的应用研究

1.3课题工作及研究任务

第2章油井钻头高速铣削工艺分析

2.1油井钻头齿孔铣削工艺方案

2.2油井钻头材料分析

2.3油井钻头加工刀具选择

2.4油井钻头加工铣削用量选择

2.5基准选择及夹具设计

2.6加工余量的选择

2.7加工中切削液的选择

2.8小结

第3章基于UG的油井钻头数控编程及加工

3.1概述

3.2 UG CAM编程方法

3.2.1驱动方法的选择

3.2.2刀具轴控制的选择

3.3油井钻头齿孔的UG CAM编程

3.4钻头齿孔变轴铣削后处理

3.4.1数控加工程序格式

3.4.2刀具定向矢量后置处理

3.4.3油井钻头实际加工

3.4小结

第4章油井钻头外形轮廓的反求造型

4.1概述

4.2采集钻头外形轮廓数据

4.2.1数据采集方法

4.2.2数据采集前期准备

4.2.3数据采集经过与结果

4.3点云数据的预处理

4.4曲面重构及CAD造型

4.4.1曲面重构的理论基础

4.4.2钻头轮廓曲面重构及CAD造型

4.5与原CAD造型比较

4.6小结

第5章总结与展望

5.1课题总结

5.2课题进一步展望

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果