CN202752710U - 采用数控方法修复石油钻铤或钻杆螺纹装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及石油钻铤、钻杆螺纹修复技术，具体为一种采用数控方法修复石油钻铤或钻杆螺纹装置，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。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。本实用新型可以对各种规格的钻铤、钻杆螺纹进行车削、修复加工。

Description

采用数控方法修复石油钻铤或钻杆螺纹装置

技术领域

本实用新型涉及石油钻铤、钻杆螺纹修复技术，具体为一种采用数控方法修复石油钻铤或钻杆螺纹装置。

背景技术

目前，石油钻井行业对于钻铤、钻杆螺纹修复，普遍采用普通车床人工对刀方法，即采用四爪手动卡盘夹持工件缓慢旋转，通过刀架上的划针，工人手工操作将工件螺纹部分与主轴找正，然后通过齿轮配比，使丝杠与待修复工件螺距匹配，通过手动移动小刀架使刀尖与螺纹基本重合，再开始进行螺纹修复。其缺点之一是螺纹收尾与工件台肩距离很小，只有两螺距，稍不注意就可能“打刀”，而且操作工人非常危险；其缺点之二是工件的最终尺寸全靠人的经验，加工精度不稳定；其缺点之三是加工效率低。

钻铤及钻杆修复也有采用普通数控车床进行加工，也是采用四爪动卡盘夹持工件旋转，通过刀架上的划针，工人手工操作将工件螺纹部分与主轴找正，然后将工件螺纹部分全部除掉，这种加工方法避免了由人工操作带来的危险性，加工精度也很稳定。缺点是材料浪费严重，一根价值4万元的“钻铤”，修复不了几次就到了工件的最短极限，只能报废。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种采用数控方法修复石油钻铤或钻杆螺纹装置，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。

本实用新型的技术方案是：

一种采用数控方法修复石油钻铤或钻杆螺纹装置，该装置设有齿轮消除间隙结构、机床尾台自定心卡盘结构、数控检测结构、前卡盘、后卡盘、主动轴和传动轴，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。

所述的采用数控方法修复石油钻铤或钻杆螺纹装置，待修复螺纹工件的螺纹为外螺纹或内螺纹，尾台卡爪为尾台内撑卡爪或尾台外夹卡爪，尾台内撑卡爪与内螺纹相对应配合，尾台外夹卡爪与外螺纹相对应配合。

所述的采用数控方法修复石油钻铤或钻杆螺纹装置，齿轮消除间隙结构包括机床主轴右旋被动齿轮、传动轴左旋主动齿轮、机床主轴左旋被动齿轮、传动轴右旋主动齿轮和涨紧套，其结构如下：

传动轴左旋主动齿轮和传动轴右旋主动齿轮为传动齿轮，机床主轴右旋被动齿轮和机床主轴左旋被动齿轮为主轴齿轮，传动轴左旋主动齿轮与机床主轴右旋被动齿轮相啮合，传动轴右旋主动齿轮与机床主轴左旋被动齿轮相啮合，机床主轴右旋被动齿轮为右旋齿轮，机床主轴左旋被动齿轮为左旋齿轮；传动轴左旋主动齿轮通过键与传动轴固定，传动轴右旋主动齿轮通过涨紧套与传动轴紧固。

所述的采用数控方法修复石油钻铤或钻杆螺纹装置，机床主轴右旋被动齿轮和机床主轴左旋被动齿轮形成“人字齿”成组安装结构。

所述的采用数控方法修复石油钻铤或钻杆螺纹装置，主动齿轮和被动齿轮的螺旋角为10-30°。

所述的采用数控方法修复石油钻铤或钻杆螺纹装置，机床尾台自定心卡盘结构包括尾台内撑卡爪、自定心卡盘和机床尾台体，其结构如下：

机床尾台体的一端安装自定心卡盘，自定心卡盘的外端安装尾台内撑卡爪，待修复内螺纹工件的内螺纹处通过尾台内撑卡爪卡接。

所述的采用数控方法修复石油钻铤或钻杆螺纹装置，机床尾台自定心卡盘结构包括尾台外夹卡爪、自定心卡盘和机床尾台体，其结构如下：

机床尾台体的一端安装自定心卡盘，自定心卡盘的外端安装尾台外夹卡爪，待修复外螺纹工件的外螺纹处通过尾台外夹卡爪卡接。

所述的采用数控方法修复石油钻铤或钻杆螺纹装置，数控检测结构包括检验螺纹的数控测头、检验螺纹的数控测针，检验螺纹的数控测针安装于检验螺纹的数控测头的一端。

所述的采用数控方法修复石油钻铤或钻杆螺纹装置，检验螺纹的数控测头的另一端设有齿条，齿条与齿轮配套构成齿轮齿条传动机构，检验螺纹的数控测头、检验螺纹的数控测针的上方设置数控检测防护罩，数控检测防护罩安装于齿条上。

所述的采用数控方法修复石油钻铤或钻杆螺纹装置，齿轮上方设置数控检测保护装置壳体。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型可以对各种规格的钻铤、钻杆螺纹进行车削、修复加工，通过机、电、液的一体化控制，实现修复螺纹时工件自动找正与主轴同心、自动对刀，加工完全采用自动化，由数字程序控制完成，提高了加工的可靠性。

2、本实用新型数控钻铤修复装置，从工件夹紧、工件自动找正与主轴同心、自动寻找待修螺纹的“导入角”、自动对刀，至完成全部修复工作，只需要15分钟时间。从而，提高了加工效率和加工精度，避免了由人工操作带来的危险性。

附图说明

图1为本实用新型的外螺纹修复整体结构示意图。

图2为本实用新型的内螺纹修复整体结构示意图。

图3为图1、图2中齿轮消除间隙结构示意图。

图4-图5为图1中机床尾台自定心卡盘结构示意图。其中，图4为尾台自定心内撑卡盘示意图；图5为尾台自定心外夹卡盘示意图。

图6-图7为图1中数控检测结构示意图。其中，图6为检测螺纹数学模型示意图；图7为数控检测安全保护装置示意图。

图中，1齿轮消除间隙结构；11机床主轴右旋被动齿轮；12传动轴左旋主动齿轮；13机床主轴左旋被动齿轮；14传动轴右旋主动齿轮；15涨紧套；2机床尾台自定心卡盘结构；21待修复内螺纹工件；22尾台内撑卡爪；23自定心卡盘；24机床尾台体；25待修复外螺纹工件；26尾台外夹卡爪；3数控检测结构；31被检测的工件螺纹数学模型；32检验螺纹的数控测头；33检验螺纹的数控测针；34数控检测防护罩；35齿条；36齿轮；37数控检测保护装置壳体；4前卡盘；5后卡盘；6主动轴；7传动轴。

具体实施方式

如图1-图7所示，本实用新型采用数控方法修复石油钻铤或钻杆螺纹装置，主要包括：齿轮消除间隙结构1、机床尾台自定心卡盘结构2、数控检测结构3、前卡盘4、后卡盘5、主动轴6和传动轴7等，齿轮消除间隙结构1安装于主动轴6和传动轴7之间，齿轮消除间隙结构1分别与主动轴6和传动轴7传动连接；主动轴6的一端、于齿轮消除间隙结构1的一侧与待修复螺纹（外螺纹或内螺纹）工件通过前卡盘4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2的尾台卡爪（尾台内撑卡爪或尾台外夹卡爪）相对应，同心设置；主动轴6的另一端、于齿轮消除间隙结构1的另一侧与待修复螺纹工件通过后卡盘5卡接；数控检测结构3的数控测针与待修复螺纹工件的螺纹相对应。

工作时，先通过机床尾台自定心卡盘结构2伸至待修复螺纹工件的螺纹处，进行螺纹定心；再通过齿轮消除间隙结构1消除间隙，使主轴精确定向停车；前卡盘4、后卡盘5夹紧后，将机床尾台自定心卡盘结构2的尾台卡爪松开，数控检测结构3的数控测针伸至待修复螺纹工件的螺纹处，进行螺纹检测，将检测数据传递给系统，机床刀架刀盘上的刀具按照检测数据，在切削程序的控制下，对钻铤或钻杆螺纹进行修复。

本实用新型的具体结构和特点如下：

（一）齿轮消除间隙结构，实现主轴精确定向停车

如图3所示，齿轮消除间隙结构1包括机床主轴右旋被动齿轮11、传动轴左旋主动齿轮12、机床主轴左旋被动齿轮13、传动轴右旋主动齿轮14和涨紧套15等，其结构如下：

传动轴左旋主动齿轮12和传动轴右旋主动齿轮14为传动齿轮，机床主轴右旋被动齿轮11和机床主轴左旋被动齿轮13为主轴齿轮，传动轴左旋主动齿轮12与机床主轴右旋被动齿轮11相啮合，传动轴右旋主动齿轮14与机床主轴左旋被动齿轮13相啮合，机床主轴右旋被动齿轮11为右旋齿轮，机床主轴左旋被动齿轮13为左旋齿轮，机床主轴右旋被动齿轮11和机床主轴左旋被动齿轮13形成“人字齿”成组安装结构（本实施例中，被动齿轮和主动齿轮的螺旋角为15°）；传动轴左旋主动齿轮12通过键与传动轴7固定，传动轴右旋主动齿轮14通过涨紧套15与传动轴7紧固；

首先，通过传动轴7给传动齿轮圆周方向施力，使之与主轴啮合的两个齿轮背靠背或面对面接触；然后，使用涨紧套15与传动轴7紧固，以达到消除间隙的作用，使主轴精确定向停车。

（二）待修复的钻铤或钻杆采用螺纹定心，保证螺纹与机床主轴同心

石油钻铤或钻杆经过服役，磨损严重，钻铤或钻杆修复台肩夹持基准外圆出现“偏磨”现象，即待夹持的工件外径已经不是完整的圆，其外圆与螺纹不同心。如果还以工件外径为夹持基准修复螺纹，必需要除去大量的金属才能找回螺纹与夹持外圆同心，这样会浪费材料、刀具、能耗及修复螺纹的效率，并且减少了钻铤、钻杆的修复次数。

如图4所示，机床尾台自定心卡盘结构2包括尾台内撑卡爪22、自定心卡盘23和机床尾台体24等，其结构如下：

机床尾台体24的一端安装自定心卡盘23，自定心卡盘23的外端安装尾台内撑卡爪22，待修复内螺纹工件21的内螺纹处通过尾台内撑卡爪22卡接。

机床尾台体24装有自定心卡盘23和尾台内撑卡爪22，以待修复内螺纹工件21的内螺纹处定心夹紧。前卡盘4、后卡盘5夹紧后，尾台内撑卡爪22松开，离开切削区，为数控检测结构的数控测针检测螺纹及机床刀架刀盘修复螺纹加工让出空间位置。

如图5所示，机床尾台自定心卡盘结构2包括尾台外夹卡爪26、自定心卡盘23和机床尾台体24等，其结构如下：

机床尾台体24的一端安装自定心卡盘23，自定心卡盘23的外端安装尾台外夹卡爪26，待修复外螺纹工件25的外螺纹处通过尾台外夹卡爪26卡接。

机床尾台体24装有自定心卡盘23和尾台外夹卡爪26，以待修复外螺纹工件25的外螺纹处定心夹紧。前卡盘4、后卡盘5夹紧后，尾台外夹卡爪26松开，离开切削区，为数控检测结构的数控测针检测螺纹及机床刀架刀盘修复螺纹加工让出空间位置。

（三）数控检测，寻找螺纹槽位置

如图7所示，数控检测结构包括检验螺纹的数控测头32、检验螺纹的数控测针33、数控检测防护罩34、齿条35、齿轮36、数控检测保护装置壳体37等，检验螺纹的数控测针33安装于检验螺纹的数控测头32的一端，检验螺纹的数控测头32、检验螺纹的数控测针33的上方设置数控检测防护罩34，检验螺纹的数控测头32的另一端设有齿条35，齿条35与齿轮36配套构成齿轮齿条传动机构，齿轮36上方设置数控检测保护装置壳体37，数控检测防护罩34安装于齿条35上。

1、建立数学模型

如图6所示，检验螺纹的数控测针33与待修复螺纹工件相对应，通过检验螺纹的数控测针33对待修复螺纹工件进行检测，获得被检测的工件螺纹数学模型31。

2、数控检测安全保护装置

根据检验螺纹的数控测头32、检验螺纹的数控测针33的工作情况，采用直径为0.7毫米的检验螺纹的数控测针33，检验螺纹的数控测针33极易断裂，还时刻受到加工切屑的威胁，而且没有必要为了仅一个工位的检验螺纹的数控测针33，采用机构手和刀具库。

如图7所示，在检测螺纹前，机床的滑板上安装数控检测防护罩34和数控检测保护装置壳体37，齿条35在齿轮36的正转带动下，将数控检测防护罩34抬起，当检验螺纹的数控测头32、检验螺纹的数控测针33将检测数据传递给系统后，齿条35在齿轮36的反转带动下，使数控检测防护罩34落下，防止切削液及有害物质伤害检验螺纹的数控测头32、检验螺纹的数控测针33。

Claims (10)

1.一种采用数控方法修复石油钻铤或钻杆螺纹装置，其特征在于：该装置设有齿轮消除间隙结构、机床尾台自定心卡盘结构、数控检测结构、前卡盘、后卡盘、主动轴和传动轴，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。

2.按照权利要求1所述的采用数控方法修复石油钻铤或钻杆螺纹装置，其特征在于：待修复螺纹工件的螺纹为外螺纹或内螺纹，尾台卡爪为尾台内撑卡爪或尾台外夹卡爪，尾台内撑卡爪与内螺纹相对应配合，尾台外夹卡爪与外螺纹相对应配合。

3.按照权利要求1所述的采用数控方法修复石油钻铤或钻杆螺纹装置，其特征在于：齿轮消除间隙结构包括机床主轴右旋被动齿轮、传动轴左旋主动齿轮、机床主轴左旋被动齿轮、传动轴右旋主动齿轮和涨紧套，其结构如下：

传动轴左旋主动齿轮和传动轴右旋主动齿轮为传动齿轮，机床主轴右旋被动齿轮和机床主轴左旋被动齿轮为主轴齿轮，传动轴左旋主动齿轮与机床主轴右旋被动齿轮相啮合，传动轴右旋主动齿轮与机床主轴左旋被动齿轮相啮合，机床主轴右旋被动齿轮为右旋齿轮，机床主轴左旋被动齿轮为左旋齿轮；传动轴左旋主动齿轮通过键与传动轴固定，传动轴右旋主动齿轮通过涨紧套与传动轴紧固。

4.按照权利要求3所述的采用数控方法修复石油钻铤或钻杆螺纹装置，其特征在于：机床主轴右旋被动齿轮和机床主轴左旋被动齿轮形成“人字齿”成组安装结构。

5.按照权利要求3或4所述的采用数控方法修复石油钻铤或钻杆螺纹装置，其特征在于：主动齿轮和被动齿轮的螺旋角为10-30°。

6.按照权利要求1所述的采用数控方法修复石油钻铤或钻杆螺纹装置，其特征在于：机床尾台自定心卡盘结构包括尾台内撑卡爪、自定心卡盘和机床尾台体，其结构如下：

机床尾台体的一端安装自定心卡盘，自定心卡盘的外端安装尾台内撑卡爪，待修复内螺纹工件的内螺纹处通过尾台内撑卡爪卡接。

7.按照权利要求1所述的采用数控方法修复石油钻铤或钻杆螺纹装置，其特征在于：机床尾台自定心卡盘结构包括尾台外夹卡爪、自定心卡盘和机床尾台体，其结构如下：

机床尾台体的一端安装自定心卡盘，自定心卡盘的外端安装尾台外夹卡爪，待修复外螺纹工件的外螺纹处通过尾台外夹卡爪卡接。

8.按照权利要求1所述的采用数控方法修复石油钻铤或钻杆螺纹装置，其特征在于：数控检测结构包括检验螺纹的数控测头、检验螺纹的数控测针，检验螺纹的数控测针安装于检验螺纹的数控测头的一端。

9.按照权利要求8所述的采用数控方法修复石油钻铤或钻杆螺纹装置，其特征在于：检验螺纹的数控测头的另一端设有齿条，齿条与齿轮配套构成齿轮齿条传动机构，检验螺纹的数控测头、检验螺纹的数控测针的上方设置数控检测防护罩，数控检测防护罩安装于齿条上。

10.按照权利要求9所述的采用数控方法修复石油钻铤或钻杆螺纹装置，其特征在于：齿轮上方设置数控检测保护装置壳体。

Images