JP2006167852A - 長尺部材の端部加工方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 加工精度を維持したまま生産性の向上を図る。
【解決手段】 切削すべきねじ部よりも中央部寄りの、油井管Ｐの一方端近傍を所定の間隔を存して配置されたフロントチャック１２ａとリアチャック１２ｂによって芯出し保持する。その後、この芯出し保持した油井管Ｐの他方部を、この油井管Ｐの両側に配置される上下２個で対をなすサポートローラ１３ａ〜１３ｄを、それぞれ回転する油井管Ｐに対して一体として個別に接離移動させて追従させながら、前記ねじ部の切削加工を行う。
【効果】 長尺の油井管の継手用ねじ加工が、高速で、しかも高精度に行えるようになる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば油井管等の長尺部材の端部にねじ等を加工する方法およびその加工装置に関し、特に、メタルシール部を有する油井管の端部に継手用のねじを切削加工する方法および切削加工する装置に関するものである。

たとえば油井管の端部へのねじ加工は、管端近傍を固定したチャックを回転することにより油井管を回転させ、その端部に油井管との相対位置の制御が可能な切削バイトを当接させることで行っている。

ところで、油井管は、その長さが約１０ｍと長く、また、チュービングと呼ばれる外径が１１４ｍｍ以下のものも存在する。このような油井管の端部に切削加工する継手用のねじは、ねじ部の長さが長いので、精度良く芯出しをしないと加工精度が悪くなる。

そこで、従来は、図２に示すように、まず、ポジショニングチャック１により油井管Ｐの芯出しを行った後、フローティングチャック２で固定し、その後、ポジショニングチャック１を開放してねじ切削を行っていた。
特開昭５９−２０１７２０号公報

また、油井管端部へのねじ加工は、加工能率の点からは、できるだけ高速で行うことが望ましいが、油井管には長手方向に若干の曲がりが存在するので、高速回転させた場合には振動が発生する。

しかしながら、油井管自体はチャックで固定されているので、他方の端部が振れていても問題は無いと考えられる。したがって、図３に示すように、適宜の間隔で配置した２個で対を成すサポートローラ３ａ，３ｂにより油井管Ｐを下方から支持するサポートローラ群３Ａ〜３Ｄのうち、油井管Ｐの回転振れが最小の部分を支持するサポートローラ群３Ｃを固定し、他のサポートローラ群３Ａ，３Ｂ，３Ｄを油井管Ｐの振れに追従できるようにしている。
特開平６−１８２６０３号公報

しかしながら、油井管を高速回転した場合には、チャックが開く方向に遠心力が作用するので、特許文献１に記載されたような、大重量のフローティングチャックで固定する場合には、チャッキング圧力を大きくする必要がある。そして、チャッキング圧力を大きくすると、チャッキングされた油井管は楕円形状となり、加工精度が悪くなる。

また、特許文献２に記載された技術では、油井管の振れに対する追従を油圧で行っているので応答性が悪く、２個で対を成すサポートローラにより鋼管を下方から支持するサポートローラ群の支持性能の悪さをカバーすることができない。したがって、高速回転した場合には、管の振れに追従できない。

本発明が解決しようとする問題点は、従来の長尺部材の端部加工では、加工精度の要求の厳しいメタルシールを有する油井管の継手用ねじを切削加工する際に、加工精度を維持したまま生産性を向上することができないという点である。

本発明の長尺部材の端部加工方法は、
加工精度の要求の厳しいメタルシールを有する油井管の継手用ねじを切削加工する際に、加工精度を維持したまま生産性の向上を図るために、
切削すべきねじ部よりも中央部寄りの、長尺部材の一方端近傍を所定の間隔を存して配置されたフロントチャックとリアチャックによって芯出し保持した後、
この芯出し保持した長尺部材の他方部を、この長尺部材の両側に配置される上下２個で対をなすサポートローラを、それぞれ回転する長尺部材に対して一体として個別に接離移動させて追従させながら、前記ねじ部の切削加工を行うことを最も主要な特徴としている。

前記の本発明方法は、
切削すべきねじ部よりも中央部寄りの、長尺部材の一方端近傍を保持する、所定の間隔を存して配置された２個で対をなす回転可能な、フロントチャックおよびリアチャックと、
前記フロントチャックの近傍に配置され、前記対をなすチャックとともに回転する長尺部材の一方端部に所定の加工を施すべく、前記長尺部材の一方端部に対する相対位置を制御可能な加工工具と、
回転する前記長尺部材の他方部をこの長尺部材に追従して支持する支持装置を有し、
前記支持装置は、
前記長尺部材の両側に配置される上下２個で対をなす４個のサポートローラと、
これら上下２個で対をなすサポートローラを、それぞれ長尺部材に対して一体として個別に接離移動させるエアーシリンダとで構成した本発明の端部加工装置によって実施できる。

本発明は、一方端近傍を所定の間隔を存して配置されたフロントチャックとリアチャックによって芯出し保持するので、ポジショニングチャックとフローティングチャックを使用した場合と同等の精度の芯出し保持が安価に行えるようになる。しかも、フローティングチャックを採用した場合に比べて高速切削が可能になる。

そして、高速回転時における長尺部材の他方部の保持は、その両側に配置される上下２個で対をなすサポートローラを、それぞれ被加工材に対して一体として個別に接離移動させることにより行うので、高速回転させた場合にも被加工材の振れに対して優れた応答性で追従できるようになる。

したがって、長尺の油井管の継手用ねじ加工が、高速で、しかも高精度に行えるようになる。

以下、本発明の長尺部材の端部加工方法及び端部加工装置の最良の形態を図１に基づいて説明する。
図１は本発明の長尺部材の端部加工装置１１の概略構成を示したものであり、油井管Ｐの一方側端部に所定のねじを切削するねじ切り機に設けられたチャック１２と、このチャック１２と直列に配置された支持装置１３を備えている。

そして、本発明では、前記チャック１２として、切削すべきねじ部よりも中央部寄りの、油井管Ｐの一方端近傍を、所定の間隔例えば２０００〜２５００ｍｍを存してフロントチャック１２ａとリアチャック１２ｂとで保持するものを採用している。本発明で採用する、これらフロントチャック１２ａとリアチャック１２ｂには、特許文献１のフローティングチャックのようなフローティング機構は設けられていない。

また、支持装置１３は、少なくとも油井管Ｐの他方側端部を支持する、例えば４組の支持装置１３−１〜１３−４を備え、図１（ｃ）に示すように、油井管Ｐの両側に配置される上下２個で対をなす４個の、たとえばゴムなどの弾性体から成るサポートローラ１３ａ〜１３ｄを備えている。

そして、これら上下２個で対をなすサポートローラ１３ａ，１３ｂおよび１３ｃ，１３ｄは、所定の圧力を加えられて所定の距離（サポートストローク）だけ出入が可能なエアーシリンダ１３ｅ，１３ｆによって、それぞれが一体として、油井管Ｐに対して個別に接離移動するように構成されている。

ところで、前記上下に配置される対を成すサポートローラ１３ａ，１３ｂおよび１３ｃ，１３ｄのロール外径やロール間隔は、特に限定されるものではないが、前記ねじ切り機によってねじ切りが行われる油井管Ｐが最大径の場合でも、最小径の場合でも、両側から４個のサポートローラ１３ａ〜１３ｄで確実に支持できるようなロール外径およびロール間隔に予め設定されている。

なお、ロール外径／ロール間隔は０.５〜０.９８が望ましい。ロール外径／ロール間隔が０．５未満では力が油井管Ｐに伝わらず支持が不十分となるからである。また、サポートロールを同一平面状に配置するので元来ロール外径／ロール間隔は１未満であるが、クリアランスを考慮して０.９８以下としている。

前記支持装置１３は、ねじ加工を施す油井管Ｐの長さによって、設置する数は変化するが、通常、長手方向に１〜２０個配置される。また、チャック１２に一番近い位置に配置した支持装置１３−１に設けたサポートローラとチャック１２との間隔をｘ1、各支持装置１３−１〜１３−ｎのサポートローラ間の間隔をｘ2、ｘ3、…ｘn、油井管Ｐの全長をｙとすると、ｘk（ｋ＝１，２，３…)とｙとの関係は、ｘk／ｙ＝４％〜２０％になるように設定するのが良い。

前記間隔ｘkが短いと、チャック１２とサポートローラおよびサポートローラ同士での干渉が生じ、また、前記間隔ｘkが長すぎると、振れが生じるためである。実際には、油井管Ｐのチャック１２側ではｘkを短くし、チャック１２から離れるに従いｘkを長くすることが多い。

ねじ切り機の構成は一般的なものであるために図示省略したが、前記チャック１２によって保持された油井管Ｐの一方側端部に所定のねじ加工を施すべく、油井管Ｐに対する相対位置の制御が可能なバイトを配置していることは言うまでもない。

本発明の長尺部材の端部加工装置１１は、前記構成であり、この端部加工装置１１を使用して、油井管Ｐの一方端部にねじを切削加工する場合には、以下の順序にて行う。
まず、油井管Ｐの一方端部に切削するねじ部よりも中央部寄りの、油井管Ｐの一方端近傍を、前記フロントチャック１２ａとリアチャック１２ｂによってチャッキングする。

油井管Ｐに曲がりがない場合には、前記のチャッキングにより芯出しが完了することになるが、油井管Ｐに曲がりがある場合は、前記のチャッキングでは、両チャック１２ａ，１２ｂで油井管Ｐを確実に保持できない。

したがって、この場合は、一旦、フロントチャック１２ａを緩めて、フロントチャック１２ａと油井管Ｐの間にディスタンスピースを介在させ、両チャック１２ａ，１２ｂとも確実に油井管Ｐを保持できるようにする。

このようにして芯出し保持した油井管Ｐの他方部に対して、前記上下２個で対をなすサポートローラ１３ａ〜１３ｄを一体として個別に接離移動させて追従させながら、ねじ部の切削加工を行う。これが本発明の端部加工方法である。

以上の本発明によれば、油井管Ｐの一方端部へのねじ切削加工を、２００ｍ／分の高速で行え、しかも、加工したねじの不良率は１．５％と、後述の特許文献１の方法に特許文献２の支持装置で支持した場合と同様であった。

一方、特許文献１の方法に特許文献２の支持装置で支持した場合は、加工したねじの不良率は１．５％であったものの、先に説明したように、フローティングチャックが高速回転に耐えられないことと、支持装置の追従性が悪くなることから、ねじ切削は１８０ｍ／分の切削速度が限界であった。

なお、フローティングチャックを採用せず、かつ、支持装置で油井管Ｐの他方部を支持しない場合は、他方部の振れが大きくなるので１６０ｍ／分以上の高速回転ができず、また、不良率も３．０％と悪かった。

このように、本発明では、所定の間隔を存して配置されたフロントチャック１２ａとリアチャック１２ｂによって、ねじ加工を施す油井管Ｐの一方端近傍を芯出し保持するので、従来のポジショニングチャックとフローティングチャックを使用した場合と同等の精度の芯出し保持が可能になって、しかも、高速切削も可能になる。

そして、前記サポートローラ１３ａ，１３ｂおよび１３ｃ，１３ｄ群を、油圧やねじなどではなく、エアーシリンダ１３ｅ，１３ｆによって接離移動させるので、前記高速切削時にもサポートローラ１３ａ，１３ｂおよび１３ｃ，１３ｄ群が油井管Ｐの曲がりや楕円、偏平に対して素早い応答で追従できる。したがって、油井管Ｐの曲がりや楕円、偏平に起因する振動が加工部に伝播しなくなる。

その際、前記４個のサポートローラ１３ａ〜１３ｄを、同じロール外径ｄのものを油井管Ｐの軸方向の同一平面に配置した場合には、ねじ切削する油井管Ｐの外径が変化しても、上下で対をなすサポートローラ１３ａ，１３ｂおよび１３ｃ，１３ｄの設置位置関係を調整することなく、油井管Ｐの支持力が、対を成す上下のサポートローラ１３ａと１３ｂおよび１３ｃと１３ｄにおいて同等になるので、油井管Ｐの支持がより安定する。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示された技術的思想の範疇において適宜変更可能なことは言うまでもない。

以上の本発明は、油井管の端部にねじ切りを行う装置に限らず、長尺部材の端部を加工するものであればどのような加工装置にも適用できる。

本発明の長尺部材の端部加工装置の概略図で、（ａ）は要部を説明する図、（ｂ）は側面から見た図、（ｃ）は支持装置の正面から見た図ある。 特許文献１に記載された技術を説明する図である。 特許文献２に記載された技術を説明する図で、（ａ）は全体図、（ｂ）はサポートローラ群の概略図である。

符号の説明

Ｐ 油井管
１１ 端部加工装置
１２ チャック
１２ａ フロントチャック
１２ｂ リアチャック
１３，１３−１〜１３−４ 支持装置
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ サポートローラ
１３ｅ，１３ｆ エアーシリンダ

Claims (2)

1. 切削すべきねじ部よりも中央部寄りの、長尺部材の一方端近傍を所定の間隔を存して配置されたフロントチャックとリアチャックによって芯出し保持した後、
   この芯出し保持した長尺部材の他方部を、この長尺部材の両側に配置される上下２個で対をなすサポートローラを、それぞれ回転する長尺部材に対して一体として個別に接離移動させて追従させながら、前記ねじ部の切削加工を行うことを特徴とする長尺部材の端部加工方法。
2. 請求項１に記載の方法を実施する装置であって、
   切削すべきねじ部よりも中央部寄りの、長尺部材の一方端近傍を保持する、所定の間隔を存して配置された２個で対をなす回転可能な、フロントチャックおよびリアチャックと、
   前記フロントチャックの近傍に配置され、前記対をなすチャックとともに回転する長尺部材の一方端部に所定の加工を施すべく、前記長尺部材の一方端部に対する相対位置を制御可能な加工工具と、
   回転する前記長尺部材の他方部をこの長尺部材に追従して支持する支持装置を有し、
   前記支持装置は、
   前記長尺部材の両側に配置される上下２個で対をなす４個のサポートローラと、
   これら上下２個で対をなすサポートローラを、それぞれ長尺部材に対して一体として個別に接離移動させるエアーシリンダとで構成したことを特徴とする端部加工装置。
   

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