石油钻杆接头螺纹的数控修复加工方法.PDF

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石油钻杆接头螺纹的数控修复加工方法一张層王启民王秀梅等
石油钻杆接头螺纹的数控修复加工方法?7
张耀辉王启民/王秀梅王士立李继斌
b2
摘要分析了石油骷接头螺数控修复加工的关间题;提出工件
的予拉算法和加工余量的自动分配方法,介绍刀具路径的动态校正方法,解
决了工件不定位的情下进荷数控加エ的问题;实际应用亵明,所提出的数
控修复方法是可行的
关词石涸钴杆锥螺纹修复加工数控加工
中国图书资料纷类法分类号TG519.1
张辉副教授
石油钻共时、钴杆是一根一根地用内外雊管刀其的纵向移动速度很快。为了防止螺纹刀具与
螺纹联接在一起的。由于钻井时钻杅受力大、温度台肩面相碰,操作工人必须全神贯注、反应灵敏、
高,加之高玉泥浆的冲副摩掠,钻杆台肩面和螺纹动作迅速、劳动强度很大。为了解决这个问题、并
牙型很容易变形、膺损或局部损坏,从而造成整根提髙加工精度的一致性,采用数控自动加工修复
钻杄报废。目前,我国石油钻井钻杆大部分是从国方法很有必要。
外进门的,价格昂贵。为了节省外汇,降低成本,目
前国内均利用锥螺纹的特点,对螺纹牙型进行1锥螺纹数控修复加工的关键问趣
被加工修复,以使钻杆得到多次重复利用
零件的修复加工不同于一般的加工,特别是
以外螺纹为例川(见图1),修复时,把端面切在原螺纹沟棺上用数控加工方法修复螺纹更熠
难。加之石油扦笨重·定位找正不方便。因而
0、0)
要用数控加工方法修复石油钻杆接头螺纹,必须
解决下两个关键问题
,1工件欠定位的情况下如何进行数控加工
为了保证加工的尺寸精度以及加工表面对其
它表面的位置精度,加工时必须使工件相对于刀
具切削戚形运动处于准确的位置.并使这一既定
12.7
位置在加工过程中保持恒定。传统的制造系统一
般遵循”定位一夹紧一加工”这一制造操作模式
般石油钻杆长约10m,重达300kg以
图1锥螺纹数控修复加工方法及寻位算法示意图
慘复前有较大的变形,加工修复时安装找正很不
掉一定的长度,台肩面也相应地切除厚度为
方便,一般在管螺纹车床上用四爪卡盘装夹,由人
的余量,再把直径增大了的外锥面加工到要求的
工进行找正。在主轴卡盘中伸出的长度不易精确
尺寸?最后再沿着原来螺纹螺旋棺的轨迹,把变浅
控制,不能做到轴向定位。传统的数控加工不能解
决这个问题
了的螺纹沟槽加工到设计深度,即可把损坏了的
螺纹修复一新,使钻杆得到重复利用。
另一方面,在数控车床上车削螺纹时,车床主
石油钻杆接头螺纹螺距大(6.350mm或
轴上必须安装有光电编码器,以光电编码器的零
5.080mm),完整牙型螺纹至台肩面的距离短(≤
位信号作为同步信号,保证加工螺纹时不“乱扣”。
因此,用数控加工方法修复石油钴扦接头螺纹时,
12.7mnい、为了达到一定的表面粗糙度要求
为了能沿着原来的螺纹沟槽切削,石油钻杆在安
加工螺纹时还要有相当高的切削速度,这就使得装时,必须保证螺纹螺旋线的起点和主轴上光电
收日期1998-01-5回日期:1998-04-04
缟码器的零位信号相对应即必须在圆周方向进
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中函机工程第1卷第6期1999年6月
行定位,而这在实际操作中是不可能实现的。这又式中、d为螺纹锥部小端小径;K为螺纹锥度
给用数控加工方法修复螺纹带来了困难。
由图1可以看出,工件面距刀與起始点的
为了解决这个问题、在工件不定位的情祝下距离-。为
进孖数控如工,实现石池铸杅接头螺纹的数控加
く2)
工修复,必须从根本上打破传统制造操作模式的
约束,采用“固定一寻位一加工”这一全新的制造
由式(1)和式(2)即可确定工件在数控加工
操作模式2.即工件在加工前不在机床上定位、只坐标系中的位置。
需随机地固定其状态即可。加工开始时,先用工件
2.2螺纹執迹的导位算法
轮廓扫描系统或其它办法获取工件轮廓表面信
在把工件安装好、把刀具对到某一螺纹沟槽
息;然后以模式识别和寻位计算等手段求得工件中间底部的情况下?则螺纹轨迹的起点应在刀具
的真实状态,并由此得到加工坐标系与设计坐标有边某一整数螺距的位置上见图【。设工件的
系之间的实际关系;最后根据这些实际信息,自适
螺距为な。则刀具右移的螺距倍数应满足下列条
应地生成刀具轨迹和机床运动控制命令,即可加
0(n=1,2、…)(3
工出符合要求的零件
满足△>0的n即为刀应右移的螺距倍欻,记
1.2加工余量自动分配问
为
由于石油钴杆接头螺纹的损坏程度不同,所
由于工件在周向不定位,其位置是随机的,E
需修复切除量n不问,即加工余量不同。如果修
件安装好后、主轴光电编码器一般不可能正好处
复切除量、太小,则不能把螺纹完全修复;:反之
于零位,必须进行补偿。设光电编码器每转发出的
会造成村料和工时的浪费。如果用一个固定的数
脉神数为N。,在工件安装好的静止状态光电编码
控加工程序去加工·显然不能实现所要求的不同
器的脉冲累计读数为N,则螺纹轨迹起点的补尝
切除量,即使能实现也可能会造成加工余量过大、量
损坏机床或刀具。
H
为了解決这个问题,系统必须能够根据每次
式中,主轴正转时N为正值,主轴反转时N为负
加工时确定的修复切除量,自适应地改变走刀次
值,主轴转向由编码器信号的整向电路识别。
数,自动分配加工余量。
由式(3)和式(4)可知,螺纹執迹起始点距对
2位算法与加工余量的自动分配
刀点(xいx)在方向的距离
根据前面所述石油钻杆接头螺纹数控修复加
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工的两个关键问题及其解决方案,下面进行具体
因此,螺纹轨迹起点距刀具起始点的距离
分析计算
2.1杆端面位置的导位算法
6)
数控加工的坐标系原点设定在机床主轴的回
根据式(6)即可确定螺纹轨迹起点在数控加
转中心上,坐标系原点在轴线方向的位置可任取,工坐标系中的位置。
只要方便刀架转位即可、见图1。坐标轴的正方向2.3加工余量的自动分配
是刀具与工件距离增大的方向,并且x值为直径
由于石油钴杆接头螺纹的损坏程度不同,所
设刀具起始点的坐标为(r20)(此处x。=0)。在需修复切除量也不同?即端面所需切掉的长度l
工件找正夹紧后(不需納向定位和周向定位)、用不同,从而造成其它各个表面的加工余量不同。这
数控系统的手动键沿一x、一x方向移动螺纹车里以端面加工余量的自动分配为例进行分析。
刀、使螺纹车刀正好对到某一螈纹沟的底部。设
根据石油钻杄接头螺纹的损坏程度,由操作
此时刀尖位置的坐标为(x,21),则此时刀尖位置者根据经验决定所需修复切除量い并输入计算
至工件端面的距离为
机。一般修复切除量い一刀切不完,要分几次走刀
切除。为了实现加工余量的自动分配、数控加工程
(I>
序中端面余量的切除要用循环指令缑程。设车端
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