CN102059386A

CN102059386A - 莫诺钻具/泵预轮廓定子内腔螺旋曲面加工设备及方法

Info

Publication number: CN102059386A
Application number: CN 201010602059
Authority: CN
Inventors: 祝效华; 石昌帅; 童华
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University
Priority date: 2010-12-23
Filing date: 2010-12-23
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2030-12-23
Also published as: CN102059386B

Abstract

莫诺钻具/泵预轮廓定子内腔螺旋曲面加工设备及方法，其设备主要由扶正帽、扶正堵头、刀头体、端盖、铣刀、刀套、锥齿轮轴、传动轴、刀杆体等组成。该方法将刀头与刀杆相连，锥齿轮轴与传动轴连接，接收转速和扭矩，通过两个锥齿轮啮合，将水平转动变为垂直转动，带动刀套和铣刀旋转铣削工件；铣削时工件缓慢旋转，刀杆和铣刀高速旋转，工件和刀具做相对分离运动，采用两把与定子内腔线型一致的成型铣刀，对称布置，一次成型；刀头两端均有扶正块，以减少工件变形和振动；采用高压冷却润滑液冷却，并及时冲走碎屑；本发明技术将给我国预轮廓定子内腔螺旋曲面的加工技术带来革命性的进步，对我国石油钻井及开采技术的提升有重要意义。

Description

莫诺钻具/泵预轮廓定子内腔螺旋曲面加工设备及方法

技术领域

本发明涉及一种莫诺钻具/泵预轮廓定子内腔螺旋曲面加工设备及方法，属于石油钻井和开采用莫诺钻具和莫诺泵预轮廓定子内腔螺旋曲面加工技术领域。

背景技术

莫诺钻具/泵是当今国内外地质勘探，石油、天然气开发领域极为重要的工具，其中马达是莫诺钻具/泵的核心部件，由定子和转子组成，定子作为马达部件中的最关键部件之一，它直接关系到工具的工作效率和使用寿命。常规莫诺钻具/泵定子内腔为光滑的圆柱面，内部橡胶附着面积小，粘结牢固性差，易剥皮和掉块；另外，由于衬套橡胶厚度不均，橡胶层各部位的收缩量也不相同，致使硫化后的衬套内轮廓线型与模具线型存在较大差异，而转子线型是按模具线型设计的，因此，定子和转子配合时线型误差较大，难以形成最佳密封，会产生液体泄漏而导致工具的输出功率小、机械效率低等现象；而马达的工作是由转子的行星运动形成的，由于定子橡胶衬套的厚度不均，在转子的压迫下会产生不同的变形量，从而造成马达运动不稳定，噪音大，工作效率和使用寿命低等缺陷。

预轮廓定子散热性能好、密封性好、抗压性强，可以提高莫诺钻具/泵的工作效率和使用寿命，已成为提高钻井和采油效率、节约钻井和采油成本的关键技术之一，也是莫诺钻具/泵的发展方向，因此，预轮廓莫诺钻具/泵将是制造企业赢得激烈市场竞争的重要保障。与常规定子相比，预轮廓定子的生产成本仅上浮2～3%，但在制造工艺稳定后其输出动力和使用寿命可提高10%以上，有国外公司宣称其动力可提高50%以上。高温高压环境下，预轮廓莫诺钻具/泵比常规的输出性能更稳定，可以更好地满足深层油气资源钻探和开采的需要。

由于预轮廓定子内腔螺旋曲面的加工技术是生产预轮廓莫诺钻具/泵的技术关键，而预轮廓定子内腔由花瓣形的螺旋曲面组成，定子长径比很大，螺旋曲面的加工难度非常大，因此从长远看，非常有必要形成一种莫诺钻具/泵预轮廓定子内腔螺旋曲面加工方法及设备。

发明内容

本发明的目的是：针对目前预轮廓定子内腔螺旋曲面加工工艺存在的问题，特提供一种莫诺钻具/泵预轮廓定子内腔螺旋曲面加工设备及方法。

为了达到上述目的，本发明解决此技术问题所采用的技术方案是：一种莫诺钻具/泵预轮廓定子内腔螺旋曲面加工设备，包括刀头和刀杆，其结构是由扶正帽、扶正堵头、刀头体、端盖、铣刀、刀套、扶正瓦、锥齿轮轴、传动轴、刀体杆、连接件法兰、端盖等组成，其结构特征是：扶正堵头一端与扶正帽连接，靠紧定螺栓定位，另一端与刀头体相连，靠螺栓定位，扶正帽可以根据定子内径的变化，改变其外径尺寸，以用于不同尺寸预轮廓定子内腔螺旋曲面的加工；刀头体内安置刀套，刀套靠上下两个端盖封闭，防止杂质进入，以保证润滑效果；刀套周向两端分别由一组或者两组滚子轴承支撑，中部有一个大锥齿轮；铣刀安装在刀套上，可以通过锥螺纹或者紧定螺栓固定在刀套上，且可以根据加工工件内孔空间，选择安装一个或者两个铣刀；铣刀内部留有冷却液口；锥齿轮轴安置在刀头体中心孔中，通过小锥齿轮与大锥齿轮啮合；扶正瓦固定在刀头体下方，靠螺钉定位；以上部件构成刀头；传动轴安置在刀体杆中心孔内，靠深沟球轴承和轴承挡圈定位，传动轴末端有键；刀杆体端部连接端盖，靠螺栓定位，刀杆体末端外壁有连接件法兰，靠螺栓定位；以上部件构成刀杆；刀头和刀杆分别安装在机床上相应的位置，然后将刀头和刀杆相连，刀头的锥齿轮轴用花键与刀杆的传动轴连接，通过小锥齿轮和大锥齿轮啮合，将水平转动改变为垂直转动，带动刀套和铣刀旋转铣削工件。

一种莫诺钻具/泵预轮廓定子内腔螺旋曲面加工方法，其技术特征是：将刀头通过锥螺纹与刀杆相连，刀头的锥齿轮轴与刀杆内的传动轴连接，接收从传动轴传来的转速和扭矩，通过小锥齿轮和大锥齿轮啮合，将水平转动变为垂直转动，带动刀套和铣刀旋转铣削工件；铣削时，螺旋线采用2坐标联动控制加工，工件缓慢旋转，刀杆和铣刀高速旋转，正交车铣，确保高精度和高效率；工件和刀具做相对分离运动，确保工件不至于因压缩产生过大弯曲变形；采用两把与定子内腔线型一致的成型铣刀，对称布置，一次成型，铣刀两边有扶正帽和扶正瓦，起固定支撑作用，可以减少工件变形和振动，提高加工精度；采用高压冷却润滑液，提高冷却效率，同时及时冲走碎屑，避免刮伤工件表面；铣刀绕自身轴线旋转的同时，在上述螺旋成形运动下加工出预轮廓定子内腔螺旋曲面。

本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：（1）铣削时，工件缓慢旋转，刀杆和铣刀高速旋转，正交车铣，确保高精度和高效率，而工件和刀具做相对分离运动，确保工件不至于由于压缩产生过大弯曲变形；（2）采用两把与定子内腔线型一致的成型铣刀，对称布置，刀头两端有扶正帽和扶正瓦起固定支撑作用，可以减少工件变形和振动，提高加工精度；（3）采用高压冷却润滑液，提高冷却效率，同时及时冲走碎屑，避免刮伤工件表面；（4）整个刀头体与刀杆通过螺纹相连，拆卸方便，可根据定子尺寸不同，设计相应的刀头，而不用更改其他部分。

附图说明

图1是本发明莫诺钻具/泵预轮廓定子内腔螺旋曲面加工设备的刀头实施方式一结构示意图。

图2是本发明莫诺钻具/泵预轮廓定子内腔螺旋曲面加工设备的刀头实施方式二结构示意图。

图3是本发明莫诺钻具/泵预轮廓定子内腔螺旋曲面加工设备的刀杆结构示意图。

图4是本发明莫诺钻具/泵预轮廓定子内腔螺旋曲面加工设备的机床总体布局示意图。

图中：1.扶正帽，2.扶正堵头，3.刀头体，4.端盖，5.铣刀，6.刀套，7.滚子轴承，8.滚子轴承，9.挡圈，10.锁紧螺母，11.大锥齿轮，12.小锥齿轮，13.扶正瓦，14.锥齿轮轴，15.传动轴，16.刀体杆，17.深沟球轴承，18.轴承挡圈，19.连接件法兰，20.端盖，21.键，22.机床，23.刀头安装处，24.工件，25.刀杆安装处。

具体实施方式

如图1、图2、图3和图4所示，本发明一种莫诺钻具/泵预轮廓定子内腔螺旋曲面加工设备，包括刀头和刀杆，其结构是由扶正帽1、扶正堵头2、刀头体3、端盖4、铣刀5、刀套6、扶正瓦13、锥齿轮轴14、传动轴15、刀体杆16、连接件法兰19、端盖20等组成，其结构特征是：扶正堵头2一端与扶正帽1连接，靠紧定螺栓定位，另一端与刀头体3相连，靠螺栓定位，扶正帽1可以根据定子内径的变化，改变其外径尺寸，以用于不同尺寸预轮廓定子内腔螺旋曲面的加工；刀头体3内安置刀套6，刀套6靠上下两个端盖4封闭，防止杂质进入，以保证润滑效果；刀套6周向两端分别由一组或者两组滚子轴承7支撑，中部有一个大锥齿轮11；铣刀5安装在刀套6上，可以通过锥螺纹或者紧定螺栓固定在刀套6上，且采用两把与定子内腔线型一致的成型铣刀5，对称布置，铣刀5内部留有冷却液口；锥齿轮轴14安置在刀头体3中心孔中，通过小锥齿轮12与大锥齿轮11啮合；扶正瓦13固定在刀头体3下方，靠螺钉定位；以上部件构成刀头；传动轴15安置在刀体杆16中心孔内，靠深沟球轴承17和轴承挡圈18定位，传动轴15末端有键21；刀杆体16端部连接端盖20，靠螺栓定位，刀杆体16末端外壁有连接件法兰19，靠螺栓定位；以上部件构成刀杆；刀头和刀杆分别安装在机床上的刀头安装处23和刀杆安装处25，然后将刀头和刀杆相连，刀头的锥齿轮轴14用花键与刀杆的传动轴15连接，通过小锥齿轮12和大锥齿轮11啮合，将水平转动改变为垂直转动，带动刀套6和铣刀5旋转铣削工件24。

一种莫诺钻具/泵预轮廓定子内腔螺旋曲面加工方法，其技术特征是：将刀头通过锥螺纹与刀杆相连，刀头的锥齿轮轴14与刀杆内的传动轴15连接，接收从传动轴15传来的转速和扭矩，通过小锥齿轮12和大锥齿轮11啮合，将水平转动变为垂直转动，带动刀套6和铣刀5旋转铣削工件24；铣削时，螺旋线采用2坐标联动控制加工，工件24缓慢旋转，刀杆和铣刀5高速旋转，正交车铣，确保高精度和高效率；工件24和刀具做相对分离运动，确保工件24不至于因压缩产生过大弯曲变形；采用两把与定子内腔线型一致的成型铣刀5，对称布置，一次成型，铣刀两边有扶正帽1和扶正瓦13，起固定支撑作用，可以减少工件24变形和振动，提高加工精度；采用高压冷却润滑液，提高冷却效率，同时及时冲走碎屑，避免刮伤工件24表面；铣刀5绕自身轴线旋转的同时，在上述螺旋成形运动下加工出预轮廓定子内腔螺旋曲面。

本发明一种莫诺钻具/泵预轮廓定子内腔螺旋曲面加工设备及方法，具有加工效率高、精度高、刀具耐用度高及其切削平稳等优点；刀头、刀杆结构简单，易于制造；整个刀头体3与刀杆通过螺纹相连，拆卸方便；本发明技术将给我国预轮廓定子内腔螺旋曲面的加工技术带来革命性的进步，对我国石油钻井及开采技术的提升有重要意义。

Claims

1. 莫诺钻具/泵预轮廓定子内腔螺旋曲面加工设备，包括预轮廓定子内腔螺旋曲面加工刀头和刀杆，由扶正帽（1）、扶正堵头（2）、刀头体（3）、端盖（4）、铣刀（5）、刀套（6）、扶正瓦（13）、锥齿轮轴（14）、传动轴（15）、刀体杆（16）、连接件法兰（19）、端盖（20）等组成，其特征在于：扶正堵头（2）一端与扶正帽（1）连接，另一端与刀头体（3）相连，靠螺栓定位；刀头体（3）内安置刀套（6），刀套（6）靠上下两个端盖（4）封闭，刀套（6）周向两端分别由一组或者两组滚子轴承（7）支撑，中部有一个大锥齿轮（11）；铣刀（5）安装在刀套（6）上；锥齿轮轴（14）安置在刀头体（3）中心孔中，通过小锥齿轮（12）与大锥齿轮（11）啮合；扶正瓦（13）固定在刀头体（3）下方，靠螺钉定位；以上部件构成刀头；传动轴（15）安置在刀体杆（16）中心孔内，靠深沟球轴承（17）和轴承挡圈（18）定位，传动轴（15）末端有键（21）；刀杆体（16）端部连接端盖（20），靠螺栓定位，刀杆体（16）末端外壁有连接件法兰（19），靠螺栓定位；以上部件构成刀杆；刀头和刀杆分别安装在机床上的（23）和（25）处，然后将刀头和刀杆通过锥螺纹相连，刀头的锥齿轮轴（14）用花键与刀杆的传动轴（15）连接。

2. 根据权利要求1所述的莫诺钻具/泵预轮廓定子内腔螺旋曲面加工设备，其特征在于：铣刀（5）可以通过锥螺纹或者紧定螺栓固定在刀套（6）上，铣刀（5）内部留有冷却液口；扶正帽（1）可以根据定子内径的变化，改变其外径尺寸，以用于不同尺寸预轮廓定子内腔螺旋曲面的加工。

3. 根据权利要求1所述的莫诺钻具/泵预轮廓定子内腔螺旋曲面加工设备的加工方法，其特征在于：刀头通过锥螺纹与刀杆相连，刀头的锥齿轮轴（14）与刀杆内的传动轴（15）连接，接收从传动轴（15）传来的转速和扭矩，通过小锥齿轮（12）和大锥齿轮（11）啮合，将水平转动变为垂直转动，带动刀套（6）和铣刀（5）旋转铣削工件（24）；铣削时，螺旋线采用2坐标联动控制加工，工件（24）缓慢旋转，刀杆和铣刀（5）高速旋转，正交车铣，确保高精度和高效率；工件（24）和刀具做相对分离运动，确保工件（24）不至于因压缩产生过大弯曲变形；采用两把与定子内腔线型一致的成型铣刀（5），对称布置，一次成型，铣刀两边有扶正帽（1）和扶正瓦（13），起固定支撑作用，可以减少工件（24）变形和振动，提高加工精度；采用高压冷却润滑液，提高冷却效率，同时及时冲走碎屑，避免刮伤工件（24）表面；铣刀（5）绕自身轴线旋转的同时，在上述螺旋成形运动下加工出预轮廓定子内腔螺旋曲面。