CN102658382B - 无磁钻具深孔加工自动校正架 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种石油钻具加工装置，具体为一种无磁钻具深孔加工自动校正架。解决现有钻铤生产中加工机具存在的导致对工件钻孔容易偏差的问题，结构包括床身（24），其上安装的自动校正架（22）；所述的自动校正架（22）包括，机底座（2），旋转套座（6），旋转套（13），轴承（12），顶头（5），伺服电机（14），深度调节装置，激光数据采集器（23），PC数据处理控制柜（21）。本发明采用激光精确校正技术并结合伺服系统进行闭环PC数据处理，实现工件在深孔加工过程中自动校正。
Description
技术领域
本发明涉及一种石油钻具加工装置，具体为一种无磁钻具深孔加工自动校正架。
背景技术
在生产石油钻具的钻铤的机加工过程中，钻孔需要通过钻进的方式在工件内加工出长度是9米到12米的深孔。根据API Spec7-1中8.3.1.2条款要求：无磁钻铤内孔最大偏心度在钻铤端部应为2.39mm，中心的偏心度不应超过6.35mm。而现有的深孔钻床厂家所配置的中心架是三点滚轮式的自定心中心架，结构比较简单，其无法调整工件的中心，在工件加工过程中无法找正，尤其在工件钻完孔的部分由于由刚性实心料变成空心柔性管料会造成工件在旋转过程中变形从而产生偏差。这是目前深孔加工中遇到难题。目前采取的办法是将机器停止后，用壁厚测试仪进行静态测量。然后再手动调整中心架，从而极容易造成累积公差，在工件钻孔过程中经常出现钻偏的现象。经常造成整根钻具报废的情况，从而造成很大经济损失。因此，在石油钻具生产过程中，国内外大多企业采用工件两头分别钻孔的方式解决孔径和壁厚偏差的问题，但是极易在工件的内孔中部形成衔刀台阶，对后续的热处理及在钻井时入孔工具的工作造成不利影响。尤其在生产无磁类产品和超级13Cr等高耐腐蚀合金钢，无磁类钻具由于采用高锰，高镍，高鉻合金材料组配，其机械加工难度极高。该产品价格昂贵，产品技术要求高。无磁材料类石油钻具深孔加工过程中，由于此类材料的柔性强，极易弯曲，随着工件在钻孔过程中的重量分布的变化（工件不停的由实心变成空心的过程就是工件重量分布变化的过程），造成工件局部发生弯曲变形从而造成深孔加工偏心的原理和动态成因。所以靠手工矫正更是难度重重。解决石油钻具深孔加工过程中的偏心问题的自动校正和动态测量工件弯曲度变化是本技术方案的意义所在。
发明内容
本发明为了解决现有钻铤生产中加工机具存在的导致钻孔容易偏差的问题，提供了一种深孔钻进加工使用的校正架的四顶头可通过激光采集偏差数据传递给伺服系统可实现自动调节。
本发明是由以下技术方案实现的，一种无磁钻具深孔加工自动校正架，结构包括床身24，其上安装的自动校正架22；所述的自动校正架22包括，机底座2，旋转套座6，旋转套13，轴承12，顶头5，伺服电机14，深度调节装置，激光数据采集器23，PC数据处理控制柜21；床身24上设有机底座2，机底座2上设有旋转套座6，旋转套13两端通过轴承12卡于旋转套座6之间，在旋转套13周围按照90°差分布有四个定位孔，定位孔内设有顶头5，定位孔外端为伺服电机14，在顶头5后端设有深度调节装置，伺服电机14驱动连接深度调节装置。
在本发明技术方案中，采用了激光校正系统：在机床两头加紧装置两侧固定安装激光发射和采集装置，建立标准校光线，工件在加工过程中如果出现偏离校准光线的现象立即会被采集输入到PC数据处理系统对中心架的伺服机构进行自动调整，激光采集的修正数据经PC控制装置处理后利用伺服电机通过旋转套和四个顶头的配合，可以使钻铤工件能够进行轴线方向的宽范围调整。使工件在旋转过程中始终处于动态测量状态，根据激光检测到的工件动态变化数据自动调整校正架各个支点从而进行有效矫正。从而保证了工件始终处于同心状态。这样在对钻具深孔钻加工过程中当同轴度出现偏差大于2毫米后，通过自动调节顶头的深度对工件进行调整中心来消除壁厚偏差，保证了工件的加工精度和加工质量，基本上杜绝了加工工件报废的现象，提高了加工成品率。
本发明设计合理，另外深孔钻自动校正架还可以用于加工内孔和外圆不同心的工件，增加了设备的使用功能，提高了设备的利用率。该装置的采用完全实现了工件的单头钻进，保证了工件的使用和交货要求。据我公司统计，自从采用该装置以来，深孔加工的一次性合格率达到99.99%。而原先一次性合格率只有不到72%。
本发明中增加了首次实现了激光多点衔接处理技术，工件在深孔加工过程中保持与机床本身和前后尾架同心度一致。并结合伺服系统进行闭环PC数据处理，实现工件在深孔加工过程中自动校正。本发明所述的技术方案，将工件安装在床身上，然后通过激光校正系统，伺服电机，自动校正架进行控制偏离度，微调范围降为毫米级以下，可以从一端开始打孔，实现了单头钻孔的工艺，彻底抛弃了传统的两头钻孔方法。同时适用不同金属材料的深孔加工。从而更加广泛保证工件孔径和壁厚的高精度和高效率。单根生产工作效率提高了47%，一次性合格率由原先的78%提高到99.98%。降低了工人的劳动强度，提高了工作效率和安全生产。
附图说明
图1为本发明的结构示意图
图2为自动校正架的结构示意图
图3为图2的A-A剖面图
图4为控制原理示意图
图中：1-压紧块，2-机底座，3-轴承外挡圈，4-轴承内挡圈，5-顶头，6-旋转套座，7-齿轮箱体，8-小齿轮，9-带减速器电机，10-大齿轮，11-带轴齿轮，12-轴承，13-旋转套，14-伺服电机，15-镶条，16-丝母，17-轴承，18-丝杆，19-工件，20-受油器，21-PC数据处理控制柜，22-自动校正架，23-激光数据采集器，24-床身，25-镗杆，26-床头。
具体实施方式
如图1所示意，一种无磁钻具深孔加工自动校正架，结构包括床身24，其上安装的自动校正架22；所述的自动校正架22包括，机底座2，旋转套座6，旋转套13，轴承12，顶头5，伺服电机14，深度调节装置，激光数据采集器23，PC数据处理控制柜21；床身24上设有机底座2，机底座2上设有旋转套座6，旋转套13两端通过轴承12卡于旋转套座6之间，在旋转套13周围按照90°差分布有四个定位孔，定位孔内设有顶头5，定位孔外端为伺服电机14，在顶头5后端设有深度调节装置，伺服电机14驱动连接深度调节装置，所述的深度调节装置为丝杆18，丝母16。所述的四个顶头5位于旋转套13的同一圆面上，这样才能使工件19受力均匀稳定。
在机底座2一侧设有齿轮箱体7，齿轮箱体7内设有小齿轮8和大齿轮10 ，齿轮箱体7外侧设有带减速器电机9和带轴齿轮11，其中带减速器电机9驱动连接小齿轮8，带轴齿轮11和大齿轮10同轴连接。带轴齿轮11在床身24下侧，通过带轴齿轮11的转动，驱动整个上部的调节装置移动。
在机底座2下设有镶条15，压紧块1，在旋转套座6外端设有轴承内挡圈4，轴承外挡圈3。
本发明所述的机架由机座组件通过两盘内径是320毫米的单列圆锥滚子轴承将旋转套固定，旋转套的中心与深孔钻床的主轴中心同轴，旋转套通过四组丝杆和丝母来夹紧工件，由于四个丝杆和丝母分别是独立安装的，因此在夹紧工件过程中可以调整工件中心与主轴中心的同心度，如图4所示意，当工件在加工过程中，通过激光测量装置监测到工件径向变化出现壁厚偏差大于2毫米时，激光测量装置将信号传递给PC数据处理中心，然后发出调节信号给四个伺服电机，然后带动四个丝杆和丝母组成的深度调节机构将工件的径向位置调节回来，消除壁厚偏差造成工件的报废的可能性。当加工偏心孔时，在钻孔之前先将工件按照要求调整成偏心后再钻孔。在钻孔过程中，校正架将根据激光测量数据通过伺服电机分别调整四个丝杆和丝母保证工件按照要求加工。
Claims (5)
1.一种无磁钻具深孔加工自动校正架，其特征在于：结构包括床身（24），其上安装的自动校正架（22）；所述的自动校正架（22）包括机底座（2），旋转套座（6），旋转套（13），轴承（12），顶头（5），伺服电机（14），深度调节装置，激光数据采集器（23），PC数据处理控制柜（21）；床身（24）上设有机底座（2），机底座（2）上设有旋转套座（6），旋转套（13）两端通过轴承（12）卡于旋转套座（6）之间，在旋转套（13）周围按照90°差分布有四个定位孔，定位孔内设有顶头（5），定位孔外端为伺服电机（14），在顶头（5）后端设有深度调节装置，伺服电机（14）驱动连接深度调节装置。
2.根据权利要求1所述的无磁钻具深孔加工自动校正架，其特征在于：所述的深度调节装置为丝杆（18）、丝母（16）。
3.根据权利要求1所述的无磁钻具深孔加工自动校正架，其特征在于：在机底座（2）一侧设有齿轮箱体（7），齿轮箱体（7）内设有小齿轮（8）和大齿轮（10），齿轮箱体（7）外侧设有带减速器电机（9）和带轴齿轮（11），其中带减速器电机（9）驱动连接小齿轮（8），带轴齿轮（11）和大齿轮（10）同轴连接。
4.根据权利要求1所述的无磁钻具深孔加工自动校正架，其特征在于：在机底座（2）下设有镶条（15）、压紧块（1），在旋转套座（6）外端设有轴承内挡圈（4）、轴承外挡圈（3）。
5.根据权利要求1所述的无磁钻具深孔加工自动校正架，其特征在于：轴承（12）为单列圆锥滚子轴承。
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