數控車（chē）床修複鑽具（jù）螺紋（wén）的研究

0簡（jiǎn）介

石油鑽具在鑽井（jǐng）過程中，承受複雜的應力和較大的載荷，其（qí）連接螺紋（wén）容易磨損和（hé）齒（chǐ）變形（xíng）。如果不及時修複，很（hěn）容易造成鑽具脫落、刺漏等失效事故。由於鑽具管具有（yǒu）優良的抗（kàng）拉、抗扭性能和較高（gāo）的采購價格，為了延長鑽具的使用壽命和節約成本（běn），鑽具螺紋一般是修（xiū）複而不是切斷。

1、石油鑽具螺（luó）紋修複的一般方法

石（shí）油鑽井工具通常是錐形螺紋(圖1)。修複（fù）螺紋時，①根據螺紋磨損情況（kuàng），切掉端麵一定長度L；(2)對應切割台階麵的寬度（dù）L，並將切割後的直徑輪廓加工成符合尺寸要求（qiú）的圓（yuán）錐麵；③沿原螺紋（wén）的螺旋軌跡加工整個螺紋，使其符合圖紙尺寸。磨損後

絲扣修複至新（xīn），探傷後鑽具重新投入使用。

圖1螺紋修複

目前，石油（yóu）鑽井工具螺紋大多由普通（tōng）管螺紋（wén）車床修複。由於操作者的工作（zuò）經驗和車床的精度，螺（luó）紋的錐度、齒形、倒角等部位容易出現誤（wù）差。一些（xiē）特殊螺紋的局（jú）部尺寸公（gōng）差在0.2 mm以內，手工操（cāo）作難以控製，影響加工效率。同時，操作（zuò）員

長期彎腰操作車床容易造（zào）成腰部疲勞，影響（xiǎng）健康。

2、車床加（jiā）工螺紋的（de）原理

主軸（zhóu）帶動工件的旋轉運動（dòng）是主要運動，刀（dāo）具的運動是進給運動。普通管（guǎn）螺紋車床加工螺紋是通過掛輪傳（chuán）遞動力，帶動絲（sī）杠旋轉，然後帶動（dòng）大托板按調整後的螺（luó）距移動，調（diào）整小托板移動刀尖軸向（xiàng）位置實現對刀，從而完成螺紋車削。它們是通過純機械傳動實現（xiàn）的，在螺紋加工（gōng）過程（chéng）中，如（rú）果出現切刀、停電、變速或舊螺紋修複等（děng）情況，可以輕鬆實現對刀和重（chóng）新加工。

數控車床無論轉（zhuǎn）哪（nǎ）種螺紋，主運動和進給運動都要保持特定的關係，即工件必須轉一圈，刀具精確移動一個螺距。主軸轉速可通過（guò）程序調（diào）節，但轉角位置一般不可控。要（yào）實現切絲功能，光電編碼器（qì）必須與（yǔ）主軸以1∶1傳動方式連接。當主軸旋轉時，編碼器同步（bù）旋轉（zhuǎn），並向數控（kòng）係統發送一係列脈衝信號。數控係統根據檢測到的主軸旋轉信（xìn）號，選擇特定的轉角控製電機（jī）開始（shǐ）進給，實現車削螺紋（wén）所需（xū）的（de）比例關係。

3、數控車床螺紋修複（fù）

數控車床（chuáng）每次螺紋進給前，數（shù）控係統掃描光電（diàn）編碼器（qì）的零脈衝（chōng），到達時開始進給，否則處於等待狀態。這樣就保證了每次進（jìn）給（gěi）回轉的螺旋軌跡（jì）都是一樣的，防止了亂擰的現象。

但是，在（zài）修複鑽具的舊螺紋時，存在螺紋起始位（wèi）置的（de）對刀問題。由於光電編碼器的零脈衝可能與待修螺紋的起始位置不同，當主軸旋轉時，刀具按照G92(或G32)指令進行螺紋車削進給運動時，會與待修螺紋的螺旋軌跡（jì）不重合，導致原螺紋（wén）損壞（huài）甚至切削。因此，首先需要定（dìng）位和轉（zhuǎn）動（dòng）螺紋。定位就是以零脈衝為（wéi）基（jī）準，使待修螺紋的起始位置與刀（dāo）具相（xiàng）對應。定位（wèi）後刀具可以沿著待修複螺紋的（de）螺旋軌跡運動，所以修（xiū）複螺紋（wén）的關鍵是（shì）定位。

本（běn）研究的方法是在卡盤（pán）周圍表麵標記（jì）零（líng）脈衝來確定螺紋車削的起點，用宏程序（xù）定位刀具位置:①對（duì）刀時，將卡（kǎ）盤轉到標（biāo）記位置，此（cǐ）時主軸位置就（jiù）是零脈（mò）衝信號的位置，通過一步操作宏程序，將（jiāng）刀尖移動到待修螺紋上方的某個位置；②選擇手（shǒu）動脈衝發生器將刀尖移動到螺（luó）紋中（zhōng）間的一個螺旋槽，縮小放大倍數並微調刀尖的X和Z值，觀察刀尖和螺（luó）旋槽（cáo）直到重合。這時（shí）候要特（tè）別注意刀尖位置（zhì），否則容易壓壞刀塊；③選擇程序單步運行，通過公（gōng）共變量#505讀取刀尖軸向Z位置信息（xī）的係統變量#5002，即#505=#5002，完成對刀操作；④單步運行宏程序（xù），將刀尖移動到距離待修螺紋N個螺距的位（wèi）置（zhì），該點(從X到Z)為起點，然後通過變量表達式指定R的值，用螺紋（wén）圓弧（hú）切削指令G92完成螺紋加工；⑤鑽具使用過程中，螺紋牙形有時會磨損。即使刀具設置已經完成（chéng），在圓形（xíng）切削（xuē）指令G92的操作過程中，可能會發現刀（dāo）尖與要修複的螺紋螺旋線不完全重（chóng）合(刀具被偏置)。此時可（kě）以賦（fù）值變量#5來微調刀尖(圖2)Z值的正或負，達到與待修複螺（luó）紋螺旋線重合（hé）的目的。

圖（tú）2工具提示調整參數

以NC50外（wài）螺紋加工程序為例（lì）。

(1)第（dì）1節，對刀操作（zuò）:

在螺紋切削循環指令G92(圖3)中，參數X和Z代表每（měi）次切削終點的坐標值，R代表圓錐切削起點和終點的半徑差，F代表（biǎo）螺距(NC50螺距（jù）為6.35 mm)。運行變量表達式（shì）Z[#505+#5+63.5]使成形（xíng）刀具移動到距（jù）離刀具設置螺旋槽10個螺（luó）距的位置（zhì），該位置為起點。目前沒有數據可以確定數控車床執行G32或G92指令時刀具升速段的準確距離（lí），所以切削點與（yǔ）待（dài）修螺紋端麵的距離(即N個螺距)取決於操作習（xí）慣。然後，由變（biàn）量表達式#4=[#3-#505-#5-56.5]/12指定參數R，並運行螺紋（wén）循環切削指令G92，以完成螺紋修複處理。

圖3螺紋圓形切削指令G92

4.結論。

在鑽具螺（luó）紋維修領域，以數控機床為代表的自動化技術是（shì）未來的發展方向。本文介紹的方法（fǎ）應用（yòng）成本低，不需要對數控車床進行專門改造。同時，利用數控車床（chuáng）修複（fù）鑽具螺紋提高了鑽具維修質量，修複後的螺紋尺寸穩定，降低了操作人員（yuán）的勞動強度，為石油鑽具（jù）螺紋維修提供了新的技術手段。