專利名稱：數(shù)控螺紋修復(fù)車床主軸上螺旋軌跡的檢測調(diào)整裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型專利用于金屬切削加工領(lǐng)域，涉及數(shù)控管螺紋車床對已使用過的石油鉆桿、鉆鋌等長管子類工件兩端的內(nèi)、外舊螺紋進行修復(fù)車削功能中，改變車床主軸上固有刀尖切削螺旋軌跡的裝置。
背景技術(shù)：
在石油和地質(zhì)鉆井行業(yè)，鉆入地下幾千米深的鉆頭都是由幾百根鉆桿和鉆鋌，依靠其兩端的螺紋一根根地旋緊，并與地面鉆機相連，地面鉆機通過這些鉆桿、鉆鋌將轉(zhuǎn)矩傳遞給鉆頭。這些鉆桿、鉆鋌在完成一口井的鉆井工作后，需要一根根地卸下、回收、維修，并反復(fù)周轉(zhuǎn)使用。在鉆桿、鉆鋌的維修工作中，對其兩端的內(nèi)外錐形接頭螺紋進行車削修復(fù)加工是最重要的工作之一。每年有大量的錐形鉆桿接頭螺紋需要修復(fù)車削加工。目前，人們對鉆桿、鉆鋌兩端的錐形鉆桿接頭螺紋的修復(fù)車削加工都是在機械式的管螺紋車床上，由工人手工操作完成的。實施手工操作機械車床修復(fù)車削錐螺紋的原因在于，手工操作可容易地先將刀尖調(diào)到螺紋的凹槽中，再在刀具相對于工件做螺旋運動過程中，將原有舊三角形螺紋的兩個側(cè)表面均勻地車去一層，將銹蝕、點蝕、膠痕、碰痕以及應(yīng)力疲勞層車去，達到修復(fù)螺紋的加工要求。這種機械式修復(fù)車削錐形螺紋的優(yōu)點是螺紋的徑向切削量小，依據(jù)錐形的原理就使得每次修復(fù)螺紋后鉆桿的長度尺寸減少量小，鉆桿的修復(fù)次數(shù)增加，鉆桿的使用壽命延長。在機械制造領(lǐng)域中，使用數(shù)控車床車削錐螺紋比使用機械式車床車削有著加工螺紋精度高、表面質(zhì)量好、加工效率高等明顯的技術(shù)優(yōu)勢，因此數(shù)控車床已廣泛用于新螺紋的制造加工中。在目前現(xiàn)有的數(shù)控車床的車削螺紋功能中，只要螺紋參數(shù)和刀具安裝位置等因素確定后，刀具的刀尖相對于每臺車床主軸的螺旋運動軌跡都是固定的、固有的，而各臺車床的這個固有螺旋軌跡卻是不同的，但這個固有刀尖螺旋軌跡又是人們僅憑感觀所不能得知的。正是由于刀尖螺旋軌跡的這種固有規(guī)律，對于隨機裝夾到車床主軸卡盤上已有螺紋的待修復(fù)舊工件，其工件螺旋線與機床主軸上的固有刀尖切削螺旋軌跡不重合，且這兩個螺旋線之間的相位差呈隨機規(guī)律，刀尖不能沿工件舊螺紋的凹槽加工，從而出現(xiàn)亂扣現(xiàn)象。依據(jù)目前數(shù)控車床技術(shù)水平，數(shù)控修復(fù)螺紋的做法就是將舊螺紋從齒根向外全部車掉，并重新車出新螺紋。這種技術(shù)水平下的數(shù)控修復(fù)車削錐形螺紋的不足是螺紋的徑向切削量大，車削后鉆桿的長度尺寸減少量大，鉆桿的修復(fù)次數(shù)減少，經(jīng)濟效益不佳。這就是目前數(shù)控車床不能直接應(yīng)用到舊螺紋修復(fù)加工領(lǐng)域的唯一原因。產(chǎn)生車床主軸上刀尖固有螺旋軌跡不可改變的原因在于，車床在車削螺紋過程中，刀具的縱向運動始終按工件轉(zhuǎn)I圈一刀架移動I個導(dǎo)程的平均和瞬態(tài)規(guī)律跟隨著主軸的旋轉(zhuǎn)運動，數(shù)控系統(tǒng)的計算機在計算和控制這一功能的過程中，需要得到主軸任意時刻的位置信號。人們在車床床頭箱上安裝了一個旋轉(zhuǎn)編碼器，它的定子外殼固定安裝在床頭箱上，它的轉(zhuǎn)子軸頭與車床主軸是1:1傳動比傳動的，該旋轉(zhuǎn)編碼器叫主軸編碼器。車床主軸轉(zhuǎn)I圈，主軸編碼器的轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)I圈。編碼器轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)I圈都會發(fā)出固定數(shù)量的電脈沖信號，此外在編碼器轉(zhuǎn)子相對于定子的某一固定位置時，還會發(fā)出一個表示“O”位置的電脈沖信號，這一“O”位置是隨機且固定的。主軸上刀尖固有螺旋軌跡的相位就與這“O”位置信號的絕對位置有關(guān)。因此，數(shù)控系統(tǒng)在接收到這種規(guī)律信號后，所控制得到的主軸上刀尖固有螺旋軌跡的相位也就必然呈現(xiàn)出隨機且固定的規(guī)律。
發(fā)明內(nèi)容實用新型目的本實用新型提供一種改變數(shù)控螺紋修復(fù)車床主軸上刀尖固有螺旋軌跡的裝置及方法，其目的是解決以往在工件修復(fù)螺紋車削過程中，由于固定的主軸上刀 尖固有螺旋軌跡與隨機安裝的待修復(fù)螺紋的螺旋線不重合而產(chǎn)生的螺紋亂扣問題。技術(shù)方案本實用新型是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種數(shù)控螺紋修復(fù)車床主軸上刀尖固有螺旋軌跡的調(diào)整裝置，其特征在于該裝置主要包括床身、床頭箱和尾臺；床頭箱和尾臺設(shè)置在床身上，床頭箱內(nèi)水平安裝有可做旋轉(zhuǎn)運動的主軸，在床頭箱的后側(cè)設(shè)置有伺服電機驅(qū)動下外殼可轉(zhuǎn)動的主軸編碼器，在主軸的前端和后端上分別安裝有前卡盤和后卡盤；在床身的一側(cè)還設(shè)置有托架多組托輥；在尾臺朝向床頭箱的一端設(shè)置有定位錐裝置，在床頭箱與尾臺之間還設(shè)置有用于螺紋相位電子檢測定位的相位檢測傳感器。尾臺通過導(dǎo)軌可前后移動的設(shè)置在床身上，在床身上還設(shè)置有推動尾臺前后移動的液壓油缸。定位錐裝置為使用時將待修復(fù)工件的軸向和徑向定位的結(jié)構(gòu)。定位錐裝置為能套在待修復(fù)外螺紋上的定位錐套結(jié)構(gòu)，該定位錐裝置的內(nèi)徑與外螺紋待修復(fù)工件的螺紋外徑相配合。定位錐裝置為能伸進待修復(fù)內(nèi)錐螺紋的定位錐軸結(jié)構(gòu)，該定位錐裝置的外徑與內(nèi)螺紋待修復(fù)工件的螺紋內(nèi)徑相配合。相位檢測傳感器為接觸式或非接觸式傳感器。主軸編碼器與主軸傳動比為1:1。應(yīng)用上述數(shù)控螺紋修復(fù)車床上刀尖固有螺旋軌跡的調(diào)整裝置所實施的數(shù)控螺紋修復(fù)車床上刀尖固有螺旋軌跡的移動方法，其特征在于該方法的步驟如下將待修復(fù)工件穿過主軸及后卡盤前卡盤后，伸到主軸前端，尾臺在液壓油缸的推動下向前移動，使尾臺前端安裝的定位錐裝置與工件前端舊錐螺紋相配合，先后夾緊后卡盤和前卡盤，退回尾臺，此時，安裝到主軸上的待修復(fù)工件舊螺紋的軸向和徑向位置已由定位錐裝置所確定，圓周位置尚為隨機規(guī)律。利用螺紋相位電子檢測定位傳感器，測量螺紋特定母線上螺旋線的高點或低點到螺紋的固定端面距離來確定螺紋相位，若之前已測量過并已存儲在相位檢測裝置中的車床主軸固有切削螺旋軌跡的某個低點到螺紋端面的距離為
At,而本次測量的該工件的這個距離力4則本次裝夾的待修復(fù)螺紋對主軸上刀尖固有切
削螺紋軌跡的相位差《為
a=x360°±rax360P
T[0018]其中Γ為螺距；η =0、1 ;O≤ <1 < 360。令伺服電機驅(qū)動主軸編碼器殼體轉(zhuǎn)動α度角(即使編碼器“O”位置信號的絕對位置轉(zhuǎn)動α度角)，此時，車床主軸上的固有刀尖切削螺旋軌跡就與被夾緊到車床主軸卡盤上的鉆桿、鉆鋌工件等已有有螺紋工件上待修復(fù)舊螺紋的螺旋線相重合，工件定位安裝工作完成。當待修復(fù)的螺紋為外螺紋時，定位錐裝置為可以套在待修復(fù)螺紋外圍的結(jié)構(gòu)，定位錐裝置的內(nèi)徑與待修復(fù)螺紋的外徑相配合。當待修復(fù)的螺紋為內(nèi)螺紋時，定位錐裝置為可以伸進待修復(fù)螺紋內(nèi)的結(jié)構(gòu)，定位錐裝置的外徑與待修復(fù)內(nèi)螺紋的內(nèi)徑相配合。優(yōu)點及效果本實用新型提供一種在數(shù)控螺紋修復(fù)車床上改變主軸上刀尖固有螺旋軌跡相位的裝置及方法，主要包括編碼器轉(zhuǎn)位裝置和電子相位檢測裝置等兩部分。本實用新型將原來固定安裝在床頭箱上的編碼器定子外殼結(jié)構(gòu)，改變?yōu)榫幋a器定子外殼可以相對于床頭箱體轉(zhuǎn)動，該轉(zhuǎn)動由一個伺服電機驅(qū)動，轉(zhuǎn)動的角度由數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)所檢測到的工件待加工螺紋相位數(shù)據(jù)控制得到。轉(zhuǎn)動范圍為360·以內(nèi)。當一根待修復(fù)舊螺紋的鉆桿工件，在車床主軸孔內(nèi)確定了軸向位置和徑向位置之后，夾緊后、前端兩個卡盤，此時工件已被夾緊到主軸上，工件的軸向和徑向位置已確定，但其待修復(fù)螺紋的圓周相位還是呈現(xiàn)隨機規(guī)律的。此時，應(yīng)用本實用新型中的電子相位檢測裝置測量隨機安裝到主軸上的工件待修復(fù)螺紋的相位。將這一檢測數(shù)據(jù)與之前已知的主軸上刀尖螺旋運動軌跡相比較，得到其相位差。數(shù)控系統(tǒng)控制伺服電動機驅(qū)動主軸編碼器外殼轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動的角度等于這一相位差值，依此裝置和方法實現(xiàn)了主軸上刀尖固有螺旋軌跡的調(diào)整和改變，實現(xiàn)了主軸上的固有刀尖切削螺旋軌跡與安裝到車床主軸卡盤上待修復(fù)舊鉆桿的螺紋線相重合的技術(shù)要求，進而達到數(shù)控修復(fù)車削螺紋的工作目標。本實用新型可以實現(xiàn)待修復(fù)舊螺紋的數(shù)控修復(fù)車削，它集數(shù)控車床的螺紋加工精度高、表面質(zhì)量好、加工效率高的優(yōu)點和機械車床的螺紋修復(fù)徑向切削量小、鉆桿長度損失小的優(yōu)點于一體，本實用新型顯著提高了鉆桿螺紋修復(fù)的技術(shù)水平、質(zhì)量水平和經(jīng)濟效益。


圖I為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型做進一步的描述如圖I所示，本實用新型提供一種數(shù)控螺紋修復(fù)車床主軸刀尖固有螺旋軌跡的調(diào)整裝置，該裝置主要包括床身I、床頭箱8和尾臺3 ;床頭箱8和尾臺3設(shè)置在床身I上，床頭箱8內(nèi)水平安裝有可做旋轉(zhuǎn)運動的主軸7，在主軸7的前端和后端分別安裝有前卡盤6和后卡盤9 ;在床身I的一側(cè)還設(shè)置有具有多組托輥10的托架；在尾臺3朝向床頭箱8的一端設(shè)置有定位錐裝置4，在床頭箱8與尾臺3之間還設(shè)置有用于螺紋相位電子檢測定位的相位檢測傳感器11。在床頭箱8的后側(cè)，設(shè)置有伺服電機驅(qū)動下外殼可轉(zhuǎn)動的主軸編碼器12。相位檢測傳感器11為接觸式或非接觸式傳感器。主軸編碼器12與主軸7傳動比為I :
Io[0031]尾臺3通過導(dǎo)軌可前后移動的設(shè)置在床身I上，在床身I上還設(shè)置有推動尾臺3前后移動的液壓油缸2。定位錐裝置4為使用時將待修復(fù)工件的軸向和徑向定位的結(jié)構(gòu)。定位錐裝置4為兩種，如下定位錐裝置4為能套在待修復(fù)外錐螺紋上的定位錐套結(jié)構(gòu)，該定位錐裝置的內(nèi)徑與外螺紋待修復(fù)工件的螺紋外徑相配合。定位錐裝置4為能伸進待修復(fù)內(nèi)錐螺紋的定位錐軸結(jié)構(gòu)，該定位錐裝置的外徑與內(nèi)螺紋待修復(fù)工件的螺紋內(nèi)徑相配合。附圖中所示為工件5上欲修復(fù)的錐螺紋為外螺紋時的情況，這時定位錐裝置4為盤子形的內(nèi)錐套；若工件5上欲修復(fù)錐螺紋為內(nèi)螺紋時，則標號4的件就為定位軸，附圖示出的是工件5與定位套正在配合的狀態(tài)。
·[0036]另外本實用新型還提供一種通過檢測定位裝置的測量數(shù)據(jù)實施主軸上刀尖固有螺旋軌跡調(diào)整的工件定位方法，該方法的步驟如下在托架多組托輥10的作用下，將工件5前端舊錐螺紋部分穿過主軸7及后卡盤9和前卡盤6后，伸到安裝在尾臺前端的定位錐裝置處，尾臺3在液壓油缸2的推動下向主軸端移動，工件5前端舊錐螺紋與定位錐裝置相配合。當待修復(fù)的工件螺紋為外螺紋時，定位錐裝置為可以套在待修復(fù)螺紋外圍的結(jié)構(gòu)，定位錐裝置的內(nèi)徑與待修復(fù)螺紋的外徑相配合；當待修復(fù)的螺紋為內(nèi)螺紋時，定位錐裝置為可以伸進待修復(fù)螺紋內(nèi)的結(jié)構(gòu)，定位錐裝置的外徑與待修復(fù)內(nèi)螺紋的內(nèi)徑相配合。此時，工件舊螺紋相對于主軸的軸向、徑向和周向位置都已確定，但周向位置是隨機的。先后夾緊后卡盤9和前卡盤6，液壓油缸2帶動尾臺3后退到后位，完成了工件的裝夾過程。利用螺紋相位電子檢測定位傳感器，測量螺紋特定母線上螺旋線的高點或低點到螺紋的固定端面距離來確定螺紋相位，若之前已測量過并已存儲在相位檢測裝置中的車床主軸上刀尖固有切削
螺旋軌跡的某個低點到螺紋端面的距離為A1，而本次測量的該工件的這個距離力I1則本
次裝夾的待修復(fù)螺紋對主軸上固有刀尖切削螺紋軌跡的相位差β為
(ζ = ~~— X360° ±rax360°
T其中Γ為螺距；B =OU ；O < 360°令伺服電機驅(qū)動主軸編碼器殼體轉(zhuǎn)動α度角(即使編碼器“O”位置信號的絕對位置轉(zhuǎn)動了 β度角)，此時，車床主軸上的固有刀尖切削螺旋軌跡就與被夾緊到車床主軸卡盤上的鉆桿、鉆鋌工件等已有有螺紋工件上待修復(fù)舊螺紋的螺旋線相重合，工件定位安裝工作完成。由此保證在后續(xù)的螺紋車削過程中，刀尖可以對正舊螺紋的凹槽中，在刀具與工件的螺旋相對車削運動中，保證舊三角螺紋的兩側(cè)面能被刀具均勻地切去一層，到達修復(fù)螺紋的工作要求。附圖中示出了應(yīng)用本實用新型裝置后，機床上與定位裝夾工件有關(guān)的主要部件，車床上的床鞍、滑板、刀架等部分未做贅述。
權(quán)利要求1.一種數(shù)控螺紋修復(fù)車床主軸上螺旋軌跡的檢測調(diào)整裝置，其特征在于該裝置主要包括床身(I)、床頭箱⑶和尾臺⑶；床頭箱⑶和尾臺⑶設(shè)置在床身(I)上，床頭箱(8)內(nèi)水平安裝有可做旋轉(zhuǎn)運動的主軸(7)，在床頭箱(8)的后側(cè)設(shè)置有伺服電機驅(qū)動下外殼可轉(zhuǎn)動的主軸編碼器(12)，在主軸(7)的前端和后端上分別安裝有前卡盤(6)和后卡盤(9);在床身(I)的一側(cè)還設(shè)置有托架多組托輥(10);在尾臺⑶朝向床頭箱(8)的一端設(shè)置有定位錐裝置⑷，在床頭箱⑶與尾臺⑶之間還設(shè)置有用于螺紋相位電子檢測定位的相位檢測傳感器(H)0
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的數(shù)控螺紋修復(fù)車床主軸上螺旋軌跡的檢測調(diào)整裝置，其特征在于尾臺⑶通過導(dǎo)軌可前后移動的設(shè)置在床身(I)上，在床身(I)上還設(shè)置有推動尾臺⑶前后移動的液壓油缸⑵。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的數(shù)控螺紋修復(fù)車床主軸上螺旋軌跡的檢測調(diào)整裝置，其特征在于定位錐裝置⑷為使用時將待修復(fù)工件的軸向和徑向定位的結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)控螺紋修復(fù)車床主軸上螺旋軌跡的檢測調(diào)整裝置，其特征在于定位錐裝置⑷為能套在待修復(fù)外螺紋上的定位錐套結(jié)構(gòu)，該定位錐裝置的內(nèi)徑與外螺紋待修復(fù)工件的螺紋外徑相配合。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)控螺紋修復(fù)車床主軸上螺旋軌跡的檢測調(diào)整裝置，其特征在于定位錐裝置⑷為能伸進待修復(fù)內(nèi)錐螺紋的定位錐軸結(jié)構(gòu)，該定位錐裝置的外徑與內(nèi)螺紋待修復(fù)工件的螺紋內(nèi)徑相配合。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的數(shù)控螺紋修復(fù)車床主軸上螺旋軌跡的檢測調(diào)整裝置，其特征在于相位檢測傳感器(11)為接觸式或非接觸式傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的數(shù)控螺紋修復(fù)車床主軸上螺旋軌跡的檢測調(diào)整裝置，其特征在于主軸編碼器(12)與主軸(7)傳動比為I :1。
專利摘要本實用新型提供一種數(shù)控螺紋修復(fù)車床主軸上螺旋軌跡的檢測調(diào)整裝置，其特征在于該裝置主要包括床身、床頭箱和尾臺；床頭箱和尾臺設(shè)置在床身上，床頭箱內(nèi)水平安裝有可做旋轉(zhuǎn)運動的主軸，在床頭箱的后側(cè)設(shè)置有伺服電機驅(qū)動下外殼可轉(zhuǎn)動的主軸編碼器，在主軸的前端和后端上分別安裝有前卡盤和后卡盤；在床身的一側(cè)還設(shè)置有托架多組托輥；在尾臺朝向床頭箱的一端設(shè)置有定位錐裝置，在床頭箱與尾臺之間還設(shè)置有用于螺紋相位電子檢測定位的相位檢測傳感器。本實用新型顯著提高了鉆桿螺紋修復(fù)的技術(shù)水平、質(zhì)量水平和經(jīng)濟效益。
文檔編號B23B25/06GK202726083SQ20122016910
公開日2013年2月13日 申請日期2012年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月20日
發(fā)明者王可, 孫興偉 申請人:沈陽工業(yè)大學(xué)