基于导向型钻头的长缸套深孔钻削装置设计毕业设计说明书.docx
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1、目录第一章绪论11.1 课题研究背景和意义11.1.1 课题研究背景11.1.2 课题研究意义11.2 深孔加工研究现状21.2.1 国外研究现状21.2.2 国内研究现状3第二章深孔加工系统方案设计42.1 抽油泵长缸套深孔加工42.1.1 零件结构特点和技术要求分析42.1.2 定位基准的选取42.1.3 工艺路线的拟定52.2 深孔加工系统设计52.2.1 深孔加工的分类52.2.2 深孔加工的特点72.2.3 深孔加工系统72.2.4 深孔加工系统方案设计10第三章喷吸钻系统设计理论123.1 喷吸钻系统负压抽屑机理123.1.1 负压抽屑机理123.1.2 影响负压效应的因素143.
2、2 喷吸钻系统排屑特性173.2.1 切屑形态及容屑系数R对排屑的影响173.2.2 排屑通道压力Pc和流量Qc对排屑的作用183.2.3 负压效应对排屑的影响19第四章喷吸钻系统结构设计204.1 喷吸钻设计204.1.1 喷吸钻的特点204.1.2 喷吸钻的工作原理214.1.3 钻头设计224.2 中心架设计294.3 联结器设计334.3.1 不旋转式负压抽屑装置结构334.3.2 结构设计344.4 喷吸钻系统总体布局36第五章结论与展望375.1 结论375.2 展望37参考文献38致谢错误!未定义书签。基于导向型钻头的长缸套深孔钻削装置设计摘要抽油泵是输送油料,由抽油机带动把原油
3、提升和输送的井下装置,抽油泵长缸套是其基础零件,其加工精度和表面质量决定了柱塞和泵套的配合性能,从而决定了抽油泵的工作性能。深孔钻削装置是解决长缸套内孔加工难题的关键设备,深孔加工中所使用系统的分类,是以加工中用到的冷却装置以及排屑装置来作为分类的。现在国内和国外经常使用的深孔加工系统主要是外排屑枪钻系统、BTA系统、DF系统和内排屑的喷吸钻系统。深孔钻削装置工作是在封闭的状况下进行,存在的不足之处主要是排屑困难、散热比较差以及工艺系统的刚性差等,通过对现有深孔加工系统的结构及工作原理的理论分析,运用三维软件Solidworks对钻削装置建模,阐述钻削装置的设计原理和零件设计过程,并在分析长缸
4、套加工工艺的基础上,设计了一套深孔钻削装置,有效地用于长缸套的深孔钻削。关键词:深孔加工系统,深孔钻削,长缸套,SolidworksDesignoflongcylinderlinerdeepholedrillingdevicebasedonguidedbitAbstactThelongcylinderlinerofthepumpisitsbasicpart.Itsprocessingaccuracyandsurfacequalitydeterminethematingperformanceoftheplungerandthepumpsleeve,thusdeterminingtheworkin
5、gperformanceofthepump.Deepholedrillingdeviceisthekeyequipmenttosolvetheproblemofmachiningtheinnerholeoflongcylinderliner.Theclassificationofthesystemusedindeepholeprocessingisbasedonthecoolingdeviceandchipremovaldeviceusedinprocessing.Nowdomesticandforeignoftenuseddeepholeprocessingsystemismainlyext
6、ernalchipgundrillingsystem,BTAsystem,DFsystemandinternalchipsuctionsystem.Deepholedrillingdeviceworkiscarriedoutinaclosedcondition,thedeficiencyofmainchipremovalisdifficult,lessheatandprocesssystemofthepoorrigidity,basedontheexistingstructureandworkingprincipleofdeepholeprocessingsystemofthetheoreti
7、calanalysis,using3dsoftwareSolidworksmodelingtothedrillingunit,andexpoundsthedesignprincipleofdrillingdeviceandcomponentdesignprocess,Onthebasisofanalyzingtheprocessingtechnologyoflongcylinderliner,asetofdeepholedrillingdeviceisdesigned,whichcanbeeffectivelyusedfordeepholedrillingoflongcylinderliner
8、.KeyWords:DeepHoleMachiningsystem,Deepholedrilling,longcylinderliner,Solidworks第1页第一章绪论1.1 课题研究背景和意义1.1.1 课题研究背景抽油泵是输送油料,由抽油机带动把原油提升和输送的井下装置,抽油泵长缸套是其基础零件,其加工精度和表面质量决定了柱塞和泵套的配合性能,从而决定了抽油泵的工作性能。为了解决长缸套内孔的加工难题,本课题在分析长缸套加工工艺的基础上,设计一套能有效地用于长缸套加工的深孔钻削装置。1.1.2 课题研究意义在机械加工领域中,孔的加工是一个重要分支,而深孔加工又占据孔加工工作量的大部分,
9、在金属切削中有重要地位。通常,我们把孔的深度大于孔的直径5倍的圆柱孔叫做深孔,即长度与直径之比大于5的孔就可称之为深孔,相对应的,长都与直径之比小于或者等于5的孔则把它称之为浅孔。深孔加工不同于一般的孔加工,深孔加工比较特殊,加工时一般要用特殊技术方法以及特殊的刀具和设备来实现加工。在机械加工领域中,孔的加工技术一直是一种非常重要的加工方法,根据相关资料的统计数据得知,在整体工作量中,孔加工的工作量约占整体工作量的25%以上,而在孔加工工作量中,深孔加工则占孔加工工作量的2/5以上。一开始,深孔加工技术主要用在国防军工领域,其加工难度大,而且成本较高,技术附加值非常高。随着科技的不断发展,各个
10、行业的机械化、智能化、自动化在不断的提高,如发动机制造,石油化工装备等众多产业领域,几乎所有的机械生产制造部门,对深孔加工技术有了更高的要求,所以能否解决好深孔加工的问题,将很大程度上影响到机械加工质量以及生产效率。1.2 深孔加工研究现状1.2.1 国外研究现状发明于18世纪初期的扁钻,是最早用于金属加工的深孔钻头。到了1860年,美国人加以研究之后改进了扁钻,然后发明了麻花钻,这在钻孔领域之中取得了重要进展。但是在使用麻花钻来钻深孔时人们发现,麻花钻钻深孔时对于冷却与排屑非常不便,导致生产效率很低。随着枪炮生产的快速发展,到了20世纪一二十年代,德国、英国、美国等国家,他们的军事工业部门先
11、后发明了一种单刃的钻孔工具,这种工具因为用来加工枪孔而人们把它叫做枪钻。枪钻的钻杆是一种不对称的形状,所以他的扭转强度不高,只可以传递有限的扭矩,这种钻头适合用来生产加工小孔零件,而且加工效率较低。在二战前和二战期间,因为战争的需要,用枪钻来生产加工已经不能满足高效生产的要求,到1943年的时候,德国海勒公司研制了一种内排屑深孔钻削系统,又叫毕斯涅耳加工系统。第二次世界大战之后,由英国、瑞典、德国、美国、法国等的公司和商会联合起来,组成了BTA协会,即深孔加工国际孔加工协会(BoringandTrepanningAssociation)o经过不懈的努力,这种加工深孔的特殊加工方法重新有了新的发
12、展,这种方法被定名为BTA法,然后普遍应用在世界各国。后来瑞典的山特维克公司最先设计了一种可转位深孔钻还有分屑多刃错齿深孔钻,让BTA加工法有了长足的进步。BTA加工法中存在着不足,如在密封困难还有切削液压力较高,1963年山特维克公司发明了种巧妙应用喷吸效应方法的喷吸钻法,克服了这些不足。只需要采用较低的切削液压力,在推和吸双重效应下可以使切屑比较容易的就排出,这大大方便了系统的密封。但是另一方面,这种方法本身也存在着缺点,就是它需要使用两根钻管,所以其排屑空间受到限制,一般在加工时孔径不能小于18mm。而且这种加工法切削液的供给方式特殊,使其缺乏了BTA加工方法中切削液对于钻杆振动的抑制作
13、用,容易擦伤刀杆,和BTA法相比,它的系统刚性和加工精度要略低。1970年到1980年期,日本的冶金股份有限公司研制出了一种把BTA法与喷吸钻法两者的优点结合起来的DF(DoubleFeeder)加工法,这种方法是单管双进油的装置,用来生产之后得到了较为满意的结果,现在广泛的应用在小直径、中直径的内排屑深孔钻削之中。第11页1.2.2 国内研究现状我国工程界及学术界在深孔加工技术方面的研究也有所建树,比如山西的中北大学,辽宁的大连理工大学,还有北京科技大学等高校,另外还有江西量刃具厂,成都工具研究所,科研院所等。随着时代的发展,我国机械制造业快速进步,发展迅速,在国内深孔加工技术得到了广泛的应
14、用。后面成功研制出了群钻,使钻孔效率得到了大幅度提升。我国的BTA钻头开始使用于1958年,在那之后,70年代初,我国开始了喷吸钻的研制和推广使用,到了1978年我国已经完成DF法的设计,并在1979年正式投入使用于生产,现在已经广泛的应用在小直径、中直径的内排屑深孔钻削加工之中。国内的几家制造厂研制了深孔套料钻,而且已经成功地加工出了长达12m的发电机转子内孔。1989年西安石油大学在外排屑枪钻系统中成功地应用了喷吸效应原理,这使得枪钻的加工性能得到大幅度提升;1994年研制出了多尖齿内排屑深孔钻,大幅度改善了深孔钻削加工的稳定性和耐用度。深孔加工的应用技术发展很快,如深孔振动钻削技术,就是
15、把深孔钻削与低频振动切削结合起来形成的;其它很多系统,如喷吸钻系统、深孔套料钻系统、BTA钻削系统、枪钻系统、单管内排屑喷吸钻系统等也都有相应的研究和创新。第二章深孔加工系统方案设计2.1 抽油泵长缸套深孔加工抽油泵长缸套结构如图I2.1所示,材料为38GrMoAlA,该材料加工硬化严重,强度高,属于难加工材料,内孔要求氮化处理。I100-10|/Ra1.6/Ra1.6990Xso.o-Q2.1.1 零件结构特点和技术要求分析抽油泵的主要基础零件是抽油泵长缸套,抽油泵泵套加工精度、表面质量及形状精度决定了柱塞和泵套的配合性能,即决定了抽油泵工作性能的好坏。长缸套的内孔加工要求为:孔径。443m
16、m,孔长600mm,长度与直径之比约为14,表面粗糙度Ra为0.4um,直线度60.10mm,圆度误差为0.007mm,调质硬度为HB250-300,强度为ob为950MPao2.1.2 定位基准的选取以外圆表面作为定位基准,用三爪夹持后端外圆并用中心架支承前端外圆,如图2.2所示。2.1.3 工艺路线的拟定(1)毛坯选择:选用实心棒料,尺寸为666x608mm。(2)孔的加工方案:下料一车定位面一钻孔(c|)40mm)调质HB280310校直一车两端面(长度留余量)一粗像(巾42.20-0.02mm)精镶(440-0.03mm)氮化一圻磨达尺寸一车外圆及连接螺纹等。图2.2长缸套的装夹方式1
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