1、螺杆钻具花瓣式万向轴电火花加工方法研究摘要：万向轴是连接螺杆马达转子和传动轴的中间构件，生产实际中一般采取电火花加工方法，但由于瓣形复杂，常规编程方法易出现轨迹紊乱现象。结合模块化设计思路，从单个瓣形入手，采取中间隔断方法，实现瓣形的逐个加工。最后应用 B30 精密型电火花成形机床进行加工试验，加工结果与理论分析结果完全一致，有效解决了轨迹紊乱难题，为今后瓣形电火花加工提供了试验依据。 关键词：螺杆钻具；万向轴；电火花；模块化 中图分类号：TE 文献标识码：A 螺杆钻具是一种把液体压力转化为机械能的井下动力钻具，具有低转速、大扭矩、大排量等许多优点，已广泛应用于现代油田钻井作业中。万向轴作为螺
2、杆钻具中间的传动部件，主要有两方面作用：一是把马达转子的偏心运动转化为传动轴的同心运动；二是传递马达的钻速和扭矩。花瓣式万向轴具有尺寸小，绕动角度大，抗挤压能力强等特点，是非常理想的万向轴结构形式。在目前的生产实际中，花瓣式万向轴的螺纹端子瓣形加工一般采取线切割加工。在线切割操作过程中，因为两块凹合的花瓣中间是留有一定量的空隙，如果采取简单的整个行程往复，则切割的瓣形空隙无法取出，所以必须每间隔一个瓣形，切断一次间隙，这样才能保证瓣形间隙切割完后能取掉，然而这样切割却带来了切割路线轨迹的交集，整体引导轨迹时，往往容易出现轨迹紊乱。公开文献显示，针对螺杆钻具花瓣式万向轴电火花加工方法的研究很少，
3、且都是局限于加工工艺和防护措施方面。笔者首次引入模块化设计思路，提高了程序加工的精准性，同时为了说明该加工方法的合理性和可靠性，将理论分析应用于实际加工中，结果符合设计要求，轨迹紊乱问题得到有效解决。1 绘图编程方法 绘图编程中，将花瓣的每一个波型作为一个模块，应用软件的对称复制功能组合为整体，然后再在每个波谷处加入切断线，保证切割稳定性，本文中以 172 型号螺杆钻具为例，其螺纹端子外径为 120mm，编程软件系统为常见的 HF 线切割编控软件，具体方法如下： 绘制第一个图形，见图 1 1.1.1 绘圆：绘制左边第一个圆 R=39.08 圆心坐标 X0，Y0；1.1.2绘制另一个圆的中心线：
4、使用一侧平行线，向右侧绘制 125.6637 平行于Y 轴的平行线，并取与 X 轴交点； 1.1.3 绘制第二个圆 R=39.08 圆心坐标 X125.6637，Y0；1.1.4 二切圆：绘制切圆使用两切圆功能，绘制与上边两个圆分别相切的切圆，切圆半径 R=37.08，绘制过该切圆中心 90直线； 1.1.5 取交点： 在两个切点出分别取两个交点，在两边圆的下象限点分别取交点，中间切圆顶点取交点； 1.1.6 以三个圆的象限交点绘制水平线（点斜线） ，以两条水平线向Y 正向绘制 2mm 一侧平行线，分别取与 90交点； 1.1.7 取轨迹线：在上圆顶点画两条重复的 2mm 轨迹线；1.1.8
5、使用排序功能：对上图从左下角开始排序，先取左下角第一条线段再在改线段的起点点一下。使用移图功能（F3 键）：把图形移到图形上圆顶点的2mm 线段处，取其中的一条线段并选择，再在线段下边的端点点一下。按F1 键退出，在上圆顶点处选择线段排序方向； 1.1.9 存图：按轨迹线方式存图，图名：图 1。 图 1 绘制第二个图形，见图 2 1.2.1 绘图：绘制左边第一个圆 R=37.08 圆心坐标 X0，Y0；1.2.2绘制另一个圆的中心线：使用一侧平行线，向右侧绘制 125.6637 平行于Y 轴的平行线，并取与 X 轴交点； 1.2.3 绘圆：绘制第二个圆 R=37.08 圆心坐标 X125.66
6、37，Y0； 1.2.4 二切圆：绘制切圆使用两切圆功能，绘制与上边两个圆分别相切的切圆，切圆半径 R=39.08； 1.2.5 取交点：在两个切点出分别取两个交点，在两边圆的下象限点分别取轨迹； 1.2.6 存图：按轨迹线方式存图，图名：图 2。 图 2 拼接图形 1.3.1 使用取图块功能圈选图形 1，确定图形基准点在左下角线段的起点，插入点为图形右下角下端的终点，使用移图（按 F3 键）分别向右做两次复制，如下图所示，存图 3； 图 3 1.3.2 使用取图块功能圈选 2 图形，确定图形基准点在左下角线段的起点，插入点为图形右下角下端的终点，使用移图（按 F3 键）分别向右做两次复制，如
7、下图所示，存图 4； 图 4 1.3.3 合并图形：先清屏，调图形 3 图的基础上再把图形 4 图调出来。使用显向功能查看轨迹线运动方向是否正确，并按轨迹线方式存图，如下图所示，存图 5。 图 5 缩放图形 1.4.1 缩放比例的确定：理论直径（d=111.498）/图纸直径（D=120）=M（0.92915） =3.1415926; 1.4.2 使用取图块功能，框选图形 5； 1.4.3 使用缩放功能，选择基准点、输入 X、Y 轴缩放比例、选择插入点。 （其中一个轴输入 M 值，另一个轴输入数值 1）; 1.4.4 检查图形所缩放方向的尺寸是否为 350.2813mm； 1.4.5 存图：按
8、轨迹线方式存图，如下图所示，存图 6。 图 6 程序编码 以图 6 的图形为轨迹线，进行 G 代码编码，系统即可自动生成加工代码。 加工实例 按照上述绘图编程方法，本案例中选用北京迪蒙恒达的 B30 精密型电火花成形机床，经过加工试验，结果达到预期效果，顺利完成了螺纹端子的花瓣加工，实际加工件见图形 7。 图 7 结论 图形模块化设计处理解决了在绘图过程中复杂图形的绘制难题，利用该方法能有效设计和变换各种瓣型的螺纹端子加工轨迹线。 内外瓣型的波峰和波谷处设置切断线，是万向轴的绕动余量，也是线切割时轨迹紊乱的易错点，采用模块化分段引导轨迹，有效避免了轨迹紊乱难题，加工结果也得到预期效果。 参考文献: 1 谢新梅. 电火花线切割加工路线的编制及案例分析.中国新技术新产品，2011（01）. 2 徐运芳，潘建新，曾辉藩. HF 软件在数控电火花线切割加工中的应用. 现代机械，2011（01）. 3 王强，夏秀文.螺杆钻具新型万向轴的结构设计.石油机
