數控車床（chuáng）修複鑽具螺紋的研究-數控機（jī）床市場網

您現在的位置（zhì）：車床網> 加工與維修>數控車床修複鑽具螺紋的（de）研究

數控車（chē）床修複鑽具螺（luó）紋的研究

2022-6-22 來源：中國石油渤海鑽探工程有限公司作者：王霄鵬（péng），馬曄，高季楓，趙晗（hán），朱紅等

摘要：使用普通管螺（luó）紋車床修複鑽具螺（luó）紋，受操作人員的工作經驗和車床精度影響，螺紋的錐度、牙型、倒角等（děng）各部位尺寸極（jí）易產生誤差，影響加工精度和效率。同時，操作人員長時間彎腰操作車床，易引起腰部疲勞，影（yǐng）響身體健康。提出一種數控車床修複鑽具螺紋的方法（fǎ），利用光電編碼器的零（líng）點脈衝和宏程序來定位，使刀尖對準待修螺紋螺旋線，從而實現數控車床修複鑽具螺紋。

關鍵詞：數控車床；螺紋修複；宏程序；對刀

0 引言

石油鑽具在鑽井過（guò）程中受（shòu）力（lì）複雜、載荷大，其連接的螺紋容易磨損、牙型變形，若不（bú）及時修複容易引發（fā）脫落、刺漏等鑽具（jù）失效事故。因鑽具管材抗（kàng）拉抗扭性能優良、購買價格高，為提高鑽具使用壽命、節約成本，鑽具螺紋一（yī）般采取修複而（ér）不是（shì）切除。

1、石油鑽具螺紋修複的一般方法

石油鑽具（jù）普遍為錐型螺紋（圖 1），螺紋修複時：①根據螺（luó）紋磨損情況（kuàng），切除端麵一定長度 L；②將台階麵也相應切除寬度L，將切除（chú）後的直徑輪廓加工到符合尺寸要求的錐麵；③沿原螺紋螺旋線軌跡將整個螺（luó）紋加工到（dào）符（fú）合圖紙尺寸。如此將磨損後

的螺紋修複成新，經過探傷後，使鑽具重（chóng）新投入使用（yòng）。

圖 1 螺紋修複

石油鑽具螺紋修理目前（qián）大部分采用普通管螺紋車床修（xiū）理，受操作人員的工作經驗和車床精（jīng）度影（yǐng）響，螺（luó）紋的錐度（dù）、牙型（xíng）、倒角等各部位尺寸極易產（chǎn）生誤差（chà）；一些特殊螺紋的局部尺寸公（gōng）差在0.2 mm 以內，人工操作很難控製（zhì），影響加工效率。同時，操作人（rén）

員長時（shí）間彎腰操作車床，易引起腰部（bù）疲勞，影響身體健康。

2、車床加工螺紋的原理

車床主軸帶動工件的旋轉運（yùn）動是主運（yùn）動，刀具的移動是進給運動。普通管螺紋車床加工螺紋是依靠掛輪（lún）傳遞動（dòng）力，帶動絲杠轉動，再帶動大托板按照調整好的（de）螺距移動，調節小托板移動刀尖軸向位置來實現對刀（dāo），進而完成螺紋車削。它們是通過純機械傳動實現的，螺（luó）紋加工過程（chéng）中出現打（dǎ）刀、停（tíng）電、變速或者是修（xiū）複舊螺紋，都可以較為輕鬆（sōng）地（dì）實現對刀和再次加工。

數控（kòng）車床無論車削何種螺紋，主（zhǔ）運動與進給運動要保持特定關係，即必須準確做到工件（jiàn）轉一圈，刀具移動一個螺距（jù）。主軸的轉速可通過程序調整，但（dàn）轉角位置一般是不可控的。要實現切削螺紋的功能，必須用光電編（biān）碼器與主軸 1∶1 傳動連接。當主軸旋（xuán）轉時，編碼器同步轉動，並發出一係列脈衝信（xìn）號進入數控係統，數控係統依據檢測到的主軸旋轉信號，選擇（zé）特定的轉（zhuǎn）角控製電機（jī）開始進（jìn）給，實現車削螺紋所要求的比例關係。

3、數（shù）控車床螺紋修複（fù）

數控車（chē）床（chuáng）每次螺紋進刀前，數控係統掃描光電編碼器的零點脈衝，其到來時開（kāi）始進刀，否則處（chù）於等待（dài）狀態。如此（cǐ）保證了每次進刀車削螺旋線軌跡相同，防止亂扣現象的發生（shēng）。

但是在修複鑽具舊螺紋時，存在螺紋起（qǐ）始位置對刀問題。由於（yú）光（guāng）電編碼器的零點脈衝與待修（xiū）螺紋起始位置可能不同，在主軸旋轉時，刀（dāo）具按照 G92（或（huò） G32）指令做螺（luó）紋車削進給運（yùn）動（dòng）時，就會與待修螺紋的螺旋軌跡不重合，發生破壞原螺紋甚至打刀的情況，因此修複（fù）螺紋時必須先定位、再車削。定位就是把零點脈衝作為基準，將待修螺紋起始（shǐ）位置與刀具對應一致（zhì）。定位後，刀具就可沿著待修螺紋的螺旋（xuán）線軌跡運動，實現修複螺紋，所以修複螺紋的關鍵是定位問題。

本次研（yán）究的（de）方法是在（zài）卡盤（pán）周圍表麵標記零點脈衝，以確定螺紋車削起點，利用宏程序來定位刀具位置：①對刀時先盤動卡盤，轉到標記位置（zhì），此時（shí）主軸位置就是（shì）零點脈衝信號的位置，通過操（cāo）作宏程序的單（dān）步運行，使刀尖（jiān）移動到待修螺紋（wén）的（de）某個位置上方；②選擇手搖脈衝發生器（qì）使刀尖移動（dòng）到螺紋中部某一（yī）個螺旋槽裏，降低倍率微調刀（dāo）尖 X、Z 值（zhí），觀察刀尖與螺旋槽直到重（chóng）合，此時要特別注意刀（dāo）尖位置，否則容易擠碎（suì）刀塊；③選擇程序單步（bù）運行，將此時刀尖軸向 Z 的位置信息的係統變量 #5002 通（tōng）過公共變量 #505讀取，即 #505=#5002，完成對刀操作；④單步運行宏程序將刀尖移（yí）動到遠離待修螺紋 N 個（gè）螺距的位（wèi）置，此時（X起，Z起）即（jí）是起刀點，再通過變量表達式指定 R 值，用螺紋循環切削指令 G92 完成（chéng）螺（luó）紋加（jiā）工；⑤在鑽具使（shǐ）用過程中，螺紋牙型有時磨損（sǔn）較大，即便已經完成對刀，但在運行螺紋循環（huán）切削指令 G92 過程中，也可能發（fā）現刀尖未完全與待修螺紋螺旋線重合（吃偏刀），此時可賦值 #5 變量，用於微調刀尖 Z 值正向或負向（圖2），達到與待修螺紋螺旋線重合的目的。

圖 2 刀尖調整參數

以加工（gōng） NC50 外螺紋程序為例。

（1）程序段 1，對刀操作：

在螺紋切削循環指令 G92 中（圖 3），參數 X、Z 表示（shì）每刀切削的終點（diǎn）坐標值，R 表示（shì）圓錐麵切削起點與終（zhōng）點的半徑差，F 表示螺（luó）紋螺距（NC50 螺紋螺距為 6.35 mm）。運行變量表達式 Z[#505+#5+63.5] 使成型刀移（yí）動到離對刀螺旋（xuán）槽 10 個螺（luó）距的位置，此時為（wéi）起刀點。目前尚（shàng）沒有查到（dào）資料可以確（què）定數（shù）控車床在執行 G32 或 G92 指令時，刀（dāo）具運行的升速段的準（zhǔn）確距離（lí），因此（cǐ）起刀點與待修螺紋端麵之間（jiān）距離（即 N 個螺距（jù））視操作習（xí）慣而定。再通過變量表達式 #4=[#3-#505-#5-56.5]/12 對參數 R 賦值，運行螺紋循環切削指令 G92，完成螺（luó）紋修複加工。

圖 3 螺紋循環切削指（zhǐ）令 G92

4、結論

在（zài）鑽具螺紋維（wéi）修領域，以數控機床為（wéi）代表的自（zì）動化技術是今（jīn）後發（fā）展的方向，本文介紹的方法應用成本低，無須對數（shù）控車床進行（háng）專門改造。同時（shí），利用數控車床維修鑽具螺紋，提高（gāo）了鑽具維（wéi）修質量，螺紋修（xiū）複後尺寸穩定（dìng），降低操作人員（yuán）的勞動強度，為石油鑽具螺紋維修提供了（le）一種新的（de）技術手段。

投稿箱：
如（rú）果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進（jìn）行（háng）資（zī）訊合作，歡迎聯係本網編輯部（bù），郵箱：skjcsc@vip.sina.com

更多相關信息

名企推薦

業（yè）界視點

| 更（gèng）多

行業數據

| 更多

博文選萃

| 更多