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管锥螺纹修复理论研究
口李丙オ口王明坤
兰州理工大学机电工程学院兰州730050
摘要:从管雏螺纹机械加エ原理上分析了管螺纹修复加工的可行性,結合维螺纹自身的特点以及媒纹加工轨迹
的规律将管维螺的修复理论公式化。从公式推演中进一步验证修复理论的可行性,为不同的營锥螺纹修复方法提伕理
论位据
关键词:管锥螺纹螺纹修复锥螺纹轨迹
中图分类号:TH131.3:TC62
文献标识码:A
文章编号:1000-4998(2012)02-0048-02
管锥螺纹由于其良好的密封性和传动性能,广泛
应用于水煤气管道、石油运输管道等的接头上,特别
是在石油钻井管柱连接中,管锥螺纹质量的优劣直接
影响到钻具在井下的作业安全和钻井效率。由于石油
钻杆工作时受力大、温度高、加之高压泥浆的冲刷,螺
(X1,Z1
纹牙型极易磨损、变形和局部损坏。为了节约成本和
资源,提高对资源的利用率,国内各石油管子站通过
对管锥螺纹进行修复加工,实现对管锥螺纹的重复利
用,延长钻具的使用寿命。
▲图1管锥螺纹修复加工示意图
管锥螺纹修复时,最关健的问题就是如何实现在的尺寸,最后在原螺纹的基础上加工到要求的深度
节约材料的基础上,实现对旧螺纹牙型的修复,使之
端面切除量L的大小直接影响到管锥螺纹修复
能够符合生产加工精度的需要。然而,要满足上述要的质量和精度。根据锥螺纹结构的特点,可知
求,需要解决管锥螺纹修复时旧螺纹加工关系的移植
2△/L=K
问题,只有将旧螺纹的加工关系精确地移植到修复系式中:L为端面切除量;△为切除端面后,旧螺纹需要
统中,才能加工出与旧螺纹有高度一致性的螺纹。
加工的深度;K为螺纹锥度。
1数控系统的螺纹加工关系
(2
式中:η为旧螺纹的利用率;k为螺纹齿高
数控系统由异步电机驱动主轴帯动工件转动,通
由式(1)、式(2)可知
过伺服电机驱动刀具完成工件的切削加工,工件的加
=1ーKL/(2h
工关系主要是指实现工件表面加工时主轴转动与刀
切除端面后,旧螺纹需要加工的深度愈深,则旧螺
具进给之间的关系,数控系统要完成螺纹的加工就必纹利用率愈低,不能很好地起到节约资源与能源的效
须要保证主轴转一圈刀具进给…个导程。
果。而尽可能降低端面切除量L,则可以很好地提高旧
数控系统利用光栅编码器来协调实现加工关系。螺纹的利用率。在实际管锥螺纹修复加工时,端面切
光栅编码器中零位狹缝保证光栅盘与主轴之间的1
除量的选择除考虑螺纹表面损程度之外,还要考虑
传动,数控系统根据不同的加工关系控制侗服电机驱螺纹的利用率以及加工效率的问题。根据各个管子站
动刀具进给,实现零件的加工。当加工螺纹时,主轴转不同的具体情况,明确当m低于某一极限n时,端面
一,光栅编码器输出一个零位信号,数控系统驱动刀的切除量L=L(Lm=2hK),此时不用考虑旧螺纹的
具进给一个导程的距离,实现了螺纹的数控加工。
寻址问题,直接加工螺纹可明显提高加工效率,起到
2管锥螺纹修复加工的基本方法
节约成本的作用
以外螺纹为例,如图1。修复时将断面切掉一定
3管锥螺纹修复加工实现原理
长度L,台阶面也相应地切除L,将外锥面加工到要求
管锥螺纹修复加工的实现就是将旧螺纹的加工关
收稿日期:2011年9月
系移植到修复系统中。修复系统可以保证螺纹的加工
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2012/2
机械制造50卷第570期
关系(即主轴转一圏刀具进给一个导程),但是想要实
由此可见利用上述理论关系可以保证在修复系统
现髙精度的螺纹修复,就必须找到旧螺纹加工轨迹的中利用旧螺纹的轨迹加工出符合要求的螺纹。在修复
规律
系统中确定加工螺纹的起点为
螺纹加工轨迹可以是对螺纹的轨迹添加一个时间
xo=KL+d
(8)
控制。蝶纹的轨迹可以由坐标x(x指直径)、x和锥度K
x0=21-(x1-d)/K-Z
描述,即f(x,z,K),由此可知螺纹的加工轨迹可以由
值得注意的是;在对旧螺纹进行修复时,收到切削
函数f'(x,x,K,V,o,)来描述。
进给指令时必须保证车刀是在收到光栅编码器零位信
保证管锥螺纹修复时能够准确地寻找到旧螺纹的号时,从起始点(xt,)开始进给,否则必须考虑补偿
加工轨迹,必须保证下面的两种关系:
这里不再详述
锥度关系:zK=x-d
4结束语
式中:d为管子内径。
起始关系:z-L=NP
(5)
在原有螺纹沟槽的基础上进行螺纹修复,其关鍵
式中:P为螺距;Ⅳ为大于零的整数
就是要保证原螺纹的加工轨迹移植到修复系统中,在
根据管锥螺纹的特点,可知:
修复系统中,保证相同的加工关系便可以加工出与原
(x,こ,K)=x-dーxK
6)螺纹相同的螺纹。本文从理论上分析了管锥螺鈫修复
的可行性,具有一定的理论价值。
lu=(vik+d)cost
参考文献
f'(a., K, v, a, t)=w=(tk+d)sina
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V=OP/60
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V是车刀的纵向进给速度;の是机床主轴的转速。
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由式(5)知,将旧螺纹在修复系统中固定之后,把
技术,2008(4)
刀具对到某一螺纹沟槽底部的情况下,螺纹起点位置[4]张耀辉,王秀梅,王启民,等.石油钻杆接头螺纹的数控修
在刀具右边某一整数倍的螺距位置上,这样就可以准
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确地确定修复螺纹时的加工起点。
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在修复系统中,找到工件上的1旧螺纹轨迹上任意
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点(x1,x1)代入式(4)以及式(5)、(7)中,得
△
(x1K+d)=(x1K+d)2
(编辑丁罡
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