CN103231200B - 石油钻杆螺纹的修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种石油钻杆螺纹的修复方法，主要包括：螺纹起点确定，螺纹加工程序根据螺纹起点自动修订，螺纹修复量修订，数控螺纹修复，具体步骤如下：将待修钻杆接头装卡在数控车床上，使用螺纹起点寻找器确定钻杆接头螺纹起点Z1；将螺纹起点Z1输入参数#500，机床将根据本次修复方法而编制专用的加工宏程序自动计算出螺纹的起点位置；根据钻杆的实际损坏量设定修复量#502；设置好以上参数，即可保证螺纹刀按照原螺纹的轨迹进行修复加工。有益效果：该修复方法与传统的螺纹修复方法相比，只需一个很简单的螺纹起点寻找器。一般技术的操作工人在很短的时间内即可学会该方法的操作。使用数控机床加工效率高、质量稳定，并且不需要定位。
Description
技术领域
本发明属于机械加工技术，尤其涉及一种石油钻杆螺纹的修复方法。
背景技术
石油钻井时，钻杆是一根一根这样逐根地用内外锥管螺纹联接在一起的。由于钻井时钻杆受力大，温度高，加之高压泥浆的冲刷摩擦，钻杆台肩面和螺纹牙型很容易变形、磨损或局部损坏，从而造成整根钻杆报废。目前，我国石油钻井中使用的钻杆大部分是从国外进口的，价格昂贵。因此，为了节省外汇，降低成本，目前国内均利用锥螺纹的特点，对螺纹牙型进行机械加工修复，以使钻杆得到多次重复利用。
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成形运动处于准确的位置，并使这一既定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—夹紧—加工”这一制造操作模式。
一般石油钻杆长约10m，重达300kg以上，修复前有较大的变形，加工修复时安装找正很不方便，一般在管螺纹车床上用四爪卡盘装夹，由人工进行找正。此外，在主轴卡盘中伸出的长度不易精确控制，不能做到轴向定位。对操作者的技能要求非常高，操作时工人的精神紧张，劳动强度大、零件精度一致性差，效率低，很容易造成废品或刀具损毁。传统的数控加工很难解决这个问题。
另一方面，在数控车床上车削螺纹时，车床主轴上必须安装有光电编码器，以光电编码器的零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钻杆接头螺纹时，为了能沿着原来的螺纹沟槽切削，石油钻杆在安装时，必须保证螺纹螺旋线的起点和主轴上光电编码器的零位信号相对应，即必须在圆周方向进行定位，而这在实际操作中是不可能实现的。这又给用数控加工方法修复螺纹带来了困难。为保证螺纹刀的轨迹和原螺纹的位置重合，操作者只能一遍又一遍的反复调整数控车床刀架的纵向位置，直到螺纹刀的轨迹和原螺纹的位置接近为止。这样做费时费力，尤其是在修复内螺纹时将螺纹刀对准原螺纹时更加难以保证，因此这种方法虽然比第一种提高了加工质量，但加工效率仍然很低。
专利文献CN103028890A公开了一种石油钻杆螺纹自动修复方法，数控车床为加工设备，加工步骤为：1)在数控车床上找正待修复的钻杆头部的径向跳动后夹紧钻杆；2)输入待加工钻杆的基本尺寸；3)机床刀台换到外圆车刀工位，加工基准端面；4)工件测头对待加工钻杆螺纹在线自动测量，将测量的值经数控系统运算得到螺纹刀与待修复螺纹的相对位置，保证螺纹刀轨迹与原螺纹轨迹重合；5)执行螺纹修复加工程序；6)用镗孔刀具为内孔倒角，去毛刺。所述发明的执行程序，机床刀台换到外圆车刀工位，主轴旋转，从钻杆接头螺纹外端起，将端部车除8-12mm，台肩面相应车除8-12mm，再将锥螺纹外圆部分沿原来的锥度，车削掉相应的深度后，刀具离开工件，主轴停止。上述公知技术的缺点是：1、在线自动测量装置复杂，需对设备经行改造，并且改造成本较高。并且一般工人也不易学习掌握。2、钻杆修复量固定为8-12mm，会对原材料造成浪费。应该根据实际损坏情况来定钻杆的修复量。
专利文献CN202752710U公开了一种采用数控方法修复石油钻铤或钻杆螺纹装置，该装置的齿轮消除间隙结构安装于主动轴和传动轴之间，齿轮消除间隙结构分别与主动轴和传动轴传动连接；主动轴的一端、于齿轮消除间隙结构的一侧与待修复螺纹工件通过前卡盘卡接，待修复螺纹工件外端的螺纹处与机床尾台自定心卡盘结构的尾台卡爪相对应，同心设置；主动轴的另一端、于齿轮消除间隙结构的另一侧与待修复螺纹工件通过后卡盘卡接；数控检测结构的数控测针与待修复螺纹工件的螺纹相对应。该装置结构复杂，修复加工成本太高，不宜推广。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术的不足，提供一种石油钻杆螺纹的修复方法，通过设计简单的螺纹起点寻找器，配合编制专用的加工宏程序，即可解决现有技术中存在的加工精度不稳定、加工效率低和材料浪费严重等问题。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种石油钻杆螺纹的修复方法，主要包括：螺纹起点确定，螺纹加工程序根据螺纹起点自动修订，螺纹修复量修订，数控螺纹修复，具体步骤如下：
(1)将待修钻杆接头装卡在数控车床上，使用螺纹起点寻找器确定钻杆接头螺纹起点Z1；
(2)将螺纹起点Z1输入参数#500，机床自动计算出螺纹的起点位置；
(3)根据钻杆的实际损坏量设定修复量#502；
(4)设置好以上参数，即可保证螺纹刀按照原螺纹的轨迹进行修复加工。
所述石油钻杆螺纹的修复方法，最佳实施方案是：
(1)钻杆接头装卡在数控车床上后，将螺纹起点寻找器旋进要修复的钻杆接头螺纹槽内，要求螺纹起点寻找器和螺纹的轴线平行；螺纹起点寻找器的右侧第一齿和钻杆接头第一齿必须重合；启动数控车床将螺纹刀采用MDI方式旋转过来，同时要加上螺纹刀的刀具补偿值；使用手动脉冲使螺纹刀片定位面和螺纹起点寻找器紧贴上，记下此时数控车床的钻杆接头螺纹起点Z1值；
(2)将钻杆接头螺纹起点Z1输入参数#500，通过下面的程序将自动计算出螺纹的起点；
#100＝#500-#501计算修复螺纹的Z轴起点
#101＝#502输入螺纹的Z轴修复量
#102＝#502*#503/1000加入修复量后的螺纹Z轴起点补偿
#127＝0.3加工时X轴单次走刀的量
#128＝[3.7*2]/#127计算需要走到的次数
#129＝FUP[#128]走刀次数归整
N11#130＝[147.3-#127*#129]计算螺纹X轴起点
G00Z[#100-#101]控制加工刀具快速移动至需要加工螺纹的Z轴起始点
G00X[#130+#102]控制加工刀具快速移动至需要加工螺纹的X轴起始点
G32Z[#100-#101-47.97]F6.35加工螺纹时的预定位
G32X[#130-[160.95-47.97]*[#503/1000]]Z[#100-#101-160.95]F6.35加工螺纹
G32X[#130-[160.95-47.97]*[#503/1000]-12.53]Z[#100-#101-160.95-10.81]F6.35加工螺纹退尾
#129＝#129-1按照计算好的次数重复加工螺纹
IF[#127GE0.]GOTO11按照计算好的数据来重复加工螺纹
G00Z[#100-#101]控制加工刀具快速移动至需要加工螺纹的Z轴起始点
G00X[147.3+#102]控制加工刀具快速移动至需要加工螺纹的X轴起始点
G32Z[#100-#101-47.97]F6.35加工螺纹时的预定位
G32X[147.3-[160.95-47.97]*[#503/1000]]Z[#100-#101-160.95]F6.35加工螺纹
G32X115.94Z[#100-#101-171.76]F6.35加工螺纹退尾
(3)根据钻杆接头螺纹不同的损坏程度输入#502，以上程序即可自动计算出螺纹的修扣量和修扣起点；
(4)设置好以上参数后即可完成螺纹修复。
所述石油钻杆螺纹的修复方法，如果一次修复没有完全成功，则可增加#502参数值，直到螺纹修复成功为止。
所述螺纹起点寻找器，包括夹紧本体，所述夹紧本体前部下侧设有与修复钻杆相螺纹对应的螺纹，所述夹紧本体后部为夹紧柄部。
有益效果：该修复方法与传统的螺纹修复方法相比，具有精度高，使用快速高效，设备不需要改造，工人掌握快的优点，适用于绝大多数数控车床设备。工厂投入低，只需一个很简单的螺纹起点寻找器。不需要对机床进行任何的改造。工人熟悉操作快，一般技术的操作工人在很短的时间内即可学会该方法的操作。使用数控车床加工效率高、质量稳定，并且不需要定位，即可解决现有技术中存在的加工精度不稳定、加工效率低和材料浪费严重等问题。能够满足我们国内逐渐增多的钻杆螺纹修复需求。
附图说明
图1是石油钻杆螺纹的修复示意图；
图2是螺纹起点寻找器的结构示意图；
图3是石油钻杆螺纹的修复方法工作框图。
图中：1、数控车床，2、钻杆接头，3、螺纹起点寻找器，3-1、夹紧本体前部，3-2、夹紧柄部，3-3、螺纹，4、螺纹刀，A为修复量。
具体实施方式
下面结合较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。
实施例详见附图，一种石油钻杆螺纹的修复方法，螺纹起点确定，螺纹加工程序根据螺纹起点自动修订，螺纹修复量修订，数控螺纹修复，具体步骤如下：
(1)将待修钻杆接头2装卡在数控车床1上，使用螺纹起点寻找器3确定钻杆接头螺纹起点Z1；
(2)将螺纹起点Z1输入参数#500，机床将根据本次修复方法而编制专用的加工宏程序自动计算出螺纹的起点位置；
(3)根据钻杆的实际损坏量设定修复量A(#502)；
(4)设置好以上参数，即可保证螺纹刀4按照原螺纹的轨迹进行修复加
工。本发明石油钻杆螺纹修复方法的最佳实施方案是：
(1)钻杆接头装卡在数控车床上后，将螺纹起点寻找器旋进要修复的钻杆接头螺纹槽内，要求螺纹起点寻找器和螺纹的轴线平行；螺纹起点寻找器的右侧第一齿和钻杆接头第一齿必须重合；启动数控车床将螺纹刀采用MDI方式旋转过来，同时要加上螺纹刀的刀具补偿值；使用手动脉冲使螺纹刀片定位面和螺纹起点寻找器紧贴上，记下此时数控车床的钻杆接头螺纹起点Z1值；
(2)将钻杆接头螺纹起点Z1输入参数#500，通过下面的程序将自动计算出螺纹的起点；
#100＝#500-#501计算修复螺纹的Z轴起点
#101＝#502输入螺纹的Z轴修复量
#102＝#502*#503/1000加入修复量后的螺纹Z轴起点补偿
#127＝0.3加工时X轴单次走刀的量
#128＝[3.7*2]/#127计算需要走到的次数
#129＝FUP[#128]走刀次数归整
N11#130＝[147.3-#127*#129]计算螺纹X轴起点
G00Z[#100-#101]控制加工刀具快速移动至需要加工螺纹的Z轴起始点
G00X[#130+#102]控制加工刀具快速移动至需要加工螺纹的X轴起始点
G32Z[#100-#101-47.97]F6.35加工螺纹时的预定位
G32X[#130-[160.95-47.97]*[#503/1000]]Z[#100-#101-160.95]F6.35
加工螺纹
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#129＝#129-1按照计算好的次数重复加工螺纹
IF[#127GE0.]GOTO11按照计算好的数据来重复加工螺纹
G00Z[#100-#101]控制加工刀具快速移动至需要加工螺纹的Z轴起始点
G00X[147.3+#102]控制加工刀具快速移动至需要加工螺纹的X轴起始点
G32Z[#100-#101-47.97]F6.35加工螺纹时的预定位
G32X[147.3-[160.95-47.97]*[#503/1000]]Z[#100-#101-160.95]F6.35加工螺纹
G32X115.94Z[#100-#101-171.76]F6.35加工螺纹退尾
(3)根据钻杆接头螺纹不同的损坏程度输入#502，以上程序即可自动计算出螺纹的修扣量和修扣起点；
(4)设置好以上参数后即可完成螺纹修复。
所述石油钻杆螺纹的修复方法，如果一次修复没有完全成功，则可增加#502参数值，直到螺纹修复成功为止。
所述螺纹起点寻找器3，包括夹紧本体，所述夹紧本体前部3-1下侧设有与修复钻杆相螺纹对应的螺纹3-3，所述夹紧本体后部为夹紧柄部3-2。其中：夹紧本体全长85mm，夹紧本体前部3-1长度30mm。
本方法采用数控车床对石油钻杆螺纹进行修复，通过设计简单的螺纹起点寻找器编制专用的加工宏程序，使数控车床在不需要进行改造和升级的情况下即可实现螺纹的修复加工。解决了现有的使用普通车床修复效率低稳定性不高，使用数控车床修复对机床改造投入高不易掌握的缺点。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。
Claims (3)
1.一种石油钻杆螺纹的修复方法，其特征是：主要包括：螺纹起点确定，螺纹加工程序根据螺纹起点自动修订，螺纹修复量修订，数控螺纹
修复，其中数控系统使用的是FANUC Series 0i-MODEL D，具体步骤如下：
（Ⅰ）将待修钻杆接头装卡在数控车床上，使用螺纹起点寻找器确定钻杆接头螺纹起点Z1；
（Ⅱ）将螺纹起点Z1输入机床，机床自动计算出螺纹的起点位置；
（Ⅲ）根据钻杆的实际损坏量设定修复量Z2；
（Ⅳ）设置好以上参数，即可保证螺纹刀按照原螺纹的轨迹进行修复加工，完成螺纹修复；
所述石油钻杆螺纹修复方法的实施方案是：
上述步骤（Ⅰ）所述将待修钻杆接头装卡在数控车床上后，将螺纹起点
寻找器旋进要修复的钻杆接头螺纹槽内，要求螺纹起点寻找器和螺纹的轴线平行；螺纹起点寻找器的右侧第一齿和钻杆接头第一齿必须重合；启动数控车床将螺纹刀采用MDI方式旋转过来，同时要加上螺纹刀的刀具补偿值；使用手动脉冲使螺纹刀定位面和螺纹起点寻找器紧贴上，记下此时数控车床的钻杆接头螺纹起点Z1值；
上述步骤（Ⅱ）所述将螺纹起点Z1输入机床，通过下面的步骤将自动计算出螺纹的起点；
步骤1 计算修复螺纹的Z轴起点, A=Z1-Z0，Z0为公共变量
步骤2 输入螺纹的Z轴修复量B=Z2
步骤3 加入修复量后的螺纹Z轴起点补偿C=Z2*R/1000，R另一公共变量
步骤4 设定加工时X轴单次走刀的量D=0.3mm
步骤5 计算需要走刀的次数H=[[3.7*2]/D] 计算结果向上取整
步骤6 计算螺纹X轴起点K=[147.3-D*H]
步骤7 使用定位指令控制加工刀具快速移动至螺纹的Z轴加工起始点[A-B]
步骤8 使用定位指令控制加工刀具快速移动至螺纹的X轴加工起始点[K+C]
步骤9 使用等螺距螺纹切削指令控制加工刀具移动至加工螺纹时的预定位置,Z轴终点为[A-B-47.97]，导程为6.35mm
步骤10 使用等螺距螺纹切削指令加工螺纹，X轴终点为[K-[160.95-47.97]*[R/1000]]，Z轴终点为[A-B-160.95]，导程为6.35mm
步骤11 使用等螺距螺纹切削指令加工螺纹退尾,X轴终点为[K-[160.95-47.97]*[R/1000]-12.53]，Z轴终点为[A-B-160.95-10.81]导程为6.35mm
步骤12 按照计算好的次数重复加工螺纹,每加工一次螺纹，走刀次数H减1，当走刀次数H大于或等于0时，跳回步骤6重复加工螺纹，当H小于0时，向下运行步骤13
步骤13 使用定位指令控制加工刀具快速移动至螺纹的Z轴加工起始点[A-B]
步骤14 使用定位指令控制加工刀具快速移动至螺纹的X轴加工起始点[147.3+C]
步骤15 使用等螺距螺纹切削指令控制加工刀具移动至加工螺纹时的预定位置，Z轴终点为[A-B-47.97]，导程为6.35mm
步骤16 使用等螺距螺纹切削指令加工螺纹,X轴终点为[147.3-[160.95-47.97]*[R/1000]]，Z轴终点为[A-B-160.95]，导程为6.35mm
步骤17 使用等螺距螺纹切削指令加工螺纹退尾,X轴终点为115.94mm，Z轴终点为[A-B-171.76]，导程为6.35mm
上述步骤（Ⅲ）所述根据钻杆的实际损坏量设定修复量Z2，
以上程序即可自动计算出螺纹的修扣量和修扣起点。
2.根据权利要求1所述的石油钻杆螺纹的修复方法，其特征是：所述石油钻杆螺纹的修复方法，如果一次修复没有完全成功，则可增加修复量Z2数值，直到螺纹修复成功为止。
3.根据权利要求1或2所述的石油钻杆螺纹的修复方法，其特征是：所述螺纹起点寻找器，包括夹紧本体，所述夹紧本体的前部下侧设有与修复钻杆螺纹相对应的螺纹，所述夹紧本体的后部为夹紧柄部。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |