Investigación sobre reparación de roscas de herramientas de perforación en tornos CNC
Jan 16, 2024
Las herramientas de perforación de petróleo están sujetas a fuerzas complejas y cargas pesadas durante el proceso de perforación, y las roscas conectadas a ellas son propensas a desgastarse y deformarse. Si no se repara a tiempo, puede provocar fácilmente accidentes por fallas en la herramienta de perforación, como desprendimientos y perforaciones. Debido a las excelentes propiedades de tracción y torsión de los tubos de herramientas de perforación y su alto precio de compra, para mejorar la vida útil de las herramientas de perforación y ahorrar costos, las roscas de las herramientas de perforación generalmente se reparan en lugar de cortarse.
1. Métodos generales para la reparación de roscas de herramientas de perforación petrolera.
Las herramientas de perforación petrolera generalmente tienen roscas cónicas (Figura 1). Al reparar roscas, ① corte una cierta longitud L de la cara del extremo según el desgaste de la rosca; ② Corte el ancho L de la superficie del escalón en consecuencia y mecanice el contorno del diámetro de corte hasta obtener una superficie cónica que cumpla con los requisitos de tamaño; ③ Procese todo el hilo a lo largo de la trayectoria en espiral original para cumplir con las dimensiones del dibujo. Después de tanto desgaste
La rosca se reparó hasta quedar nueva y, después de la inspección, se volvió a utilizar la herramienta de perforación.
1. Métodos generales para la reparación de roscas de herramientas de perforación petrolera.
Las herramientas de perforación petrolera generalmente tienen roscas cónicas (Figura 1). Al reparar roscas, ① corte una cierta longitud L de la cara del extremo según el desgaste de la rosca; ② Corte el ancho L de la superficie del escalón en consecuencia y mecanice el contorno del diámetro de corte hasta obtener una superficie cónica que cumpla con los requisitos de tamaño; ③ Procese todo el hilo a lo largo de la trayectoria en espiral original para cumplir con las dimensiones del dibujo. Después de tanto desgaste
La rosca se reparó hasta quedar nueva y, después de la inspección, se volvió a utilizar la herramienta de perforación.
Figura 1 Reparación de roscas
En la actualidad, la mayoría de las reparaciones de roscas de herramientas de perforación petrolera se llevan a cabo utilizando tornos ordinarios para roscar tuberías. Debido a la influencia de la experiencia laboral de los operadores y la precisión de los tornos, las dimensiones de varias partes de la rosca, como el cono, la forma del diente y el chaflán, son propensas a errores; La tolerancia dimensional local de algunas roscas especiales está dentro de 0.2 mm, lo que es difícil de controlar manualmente y afecta la eficiencia del mecanizado. Mientras tanto, el operador
Agacharse para operar el torno durante mucho tiempo puede causar fácilmente fatiga en la cintura y afectar la salud física.
2. El principio de mecanizar roscas en tornos.
El movimiento de rotación de la pieza de trabajo impulsado por el husillo del torno es el movimiento principal, mientras que el movimiento de la herramienta es el movimiento de avance. El procesamiento de roscas en un torno de roscas para tubos normal se basa en la transmisión de potencia mediante una rueda de cambio, que hace girar el tornillo y luego impulsa la placa de soporte grande para que se mueva de acuerdo con el paso ajustado. La posición axial de la pequeña placa de soporte para mover la punta de la herramienta se ajusta para lograr la alineación de la herramienta, completando así el roscado. Se logran mediante transmisión mecánica pura, y en el proceso de mecanizado de roscas, si hay corte, corte de energía, velocidad variable o reparación de roscas viejas, puede ser relativamente fácil lograr la alineación y el reprocesamiento de la herramienta.
No importa qué tipo de rosca esté girando el torno CNC, el movimiento principal y el movimiento de avance deben mantener una relación específica, es decir, deben lograr con precisión una revolución de la pieza de trabajo y un paso del movimiento de la herramienta. La velocidad del husillo se puede ajustar mediante un programa, pero la posición del ángulo generalmente es incontrolable. Para lograr la función de cortar hilos, es necesario utilizar un codificador fotoeléctrico y conectarlo al husillo en una transmisión 1:1. Cuando el husillo gira, el codificador gira sincrónicamente y envía una serie de señales de pulso al sistema CNC. El sistema CNC selecciona un motor de control de ángulo específico para iniciar la alimentación en función de la señal de rotación del husillo detectada, logrando la relación proporcional requerida para girar hilos.
3. Reparación de roscas de torno CNC
Antes de que cada hilo se alimente en el torno CNC, el sistema CNC escanea el pulso cero del codificador fotoeléctrico y comienza a alimentar cuando llega. De lo contrario, se encuentra en estado de espera. Esto asegura que la trayectoria en espiral de cada giro de alimentación sea la misma, evitando que se produzcan roscados aleatorios.
Sin embargo, al reparar la rosca antigua de la herramienta de perforación, existe el problema de alinear la posición inicial de la rosca con la herramienta. Debido a la posible diferencia entre el pulso cero del codificador fotoeléctrico y la posición inicial del hilo a reparar, cuando el husillo gira y la herramienta realiza el movimiento de avance de roscado de acuerdo con el comando G92 (o G32), no coincidirá. con la trayectoria en espiral del hilo a reparar, provocando daños en el hilo original o incluso cortes. Por lo tanto, al reparar la rosca, es necesario primero localizarla y luego girarla. El posicionamiento consiste en utilizar el pulso del punto cero como referencia y alinear la posición inicial de la rosca a reparar con la herramienta correspondiente. Después del posicionamiento, la herramienta puede moverse a lo largo de la trayectoria en espiral del hilo a reparar, logrando la reparación del hilo. Por lo tanto, la clave para la reparación de hilos es el posicionamiento.
El método de este estudio consiste en marcar el pulso cero en la superficie alrededor del portabrocas para determinar el punto inicial del torneado del hilo y utilizar un programa macro para localizar la posición de la herramienta: ① Al alinear la herramienta, primero mueva el portabrocas y gírelo. a la posición marcada. En este momento, la posición del husillo es la posición de la señal de pulso cero. Al operar el programa macro en un solo paso, mueva la punta de la herramienta por encima de una determinada posición del hilo a reparar; ② Elija un generador de impulsos de manivela para mover la punta de la herramienta a una ranura en espiral en el medio de la rosca, reduzca la ampliación y ajuste los valores X y Z de la punta de la herramienta. Observe la punta de la herramienta y la ranura en espiral hasta que coincidan. En este momento, preste especial atención a la posición de la punta de la herramienta; de lo contrario, es fácil aplastar el bloque de la herramienta; ③ Seleccione el programa para ejecutar en un solo paso y lea la variable del sistema # 5002 de la información de posición del eje Z de la punta de la herramienta a través de la variable común # 505, es decir, # 505= # 5002, para completar la operación de alineación de herramientas; ④ Ejecute paso a paso el programa macro para mover la punta de la herramienta a una posición a N pasos de distancia de la rosca a reparar. En este punto (comenzando desde X, comenzando desde Z), es el punto de partida. Luego, especifique el valor R a través de una expresión variable y utilice la instrucción de corte del ciclo de rosca G92 para completar el mecanizado de rosca. ⑤ Durante el uso de herramientas de perforación, el perfil de la rosca a veces se desgasta considerablemente. Incluso si la herramienta ha sido alineada, durante la operación del comando de corte del ciclo de hilo G92, se puede encontrar que la punta de la herramienta no está completamente alineada con la línea espiral del hilo a reparar (herramienta de compensación). En este momento, se puede asignar un valor de la variable #5 para ajustar con precisión el valor Z de la punta de la herramienta en dirección positiva o negativa (Figura 2), logrando el objetivo de alinear con la línea espiral de la rosca a reparar. .
En la actualidad, la mayoría de las reparaciones de roscas de herramientas de perforación petrolera se llevan a cabo utilizando tornos ordinarios para roscar tuberías. Debido a la influencia de la experiencia laboral de los operadores y la precisión de los tornos, las dimensiones de varias partes de la rosca, como el cono, la forma del diente y el chaflán, son propensas a errores; La tolerancia dimensional local de algunas roscas especiales está dentro de 0.2 mm, lo que es difícil de controlar manualmente y afecta la eficiencia del mecanizado. Mientras tanto, el operador
Agacharse para operar el torno durante mucho tiempo puede causar fácilmente fatiga en la cintura y afectar la salud física.
2. El principio de mecanizar roscas en tornos.
El movimiento de rotación de la pieza de trabajo impulsado por el husillo del torno es el movimiento principal, mientras que el movimiento de la herramienta es el movimiento de avance. El procesamiento de roscas en un torno de roscas para tubos normal se basa en la transmisión de potencia mediante una rueda de cambio, que hace girar el tornillo y luego impulsa la placa de soporte grande para que se mueva de acuerdo con el paso ajustado. La posición axial de la pequeña placa de soporte para mover la punta de la herramienta se ajusta para lograr la alineación de la herramienta, completando así el roscado. Se logran mediante transmisión mecánica pura, y en el proceso de mecanizado de roscas, si hay corte, corte de energía, velocidad variable o reparación de roscas viejas, puede ser relativamente fácil lograr la alineación y el reprocesamiento de la herramienta.
No importa qué tipo de rosca esté girando el torno CNC, el movimiento principal y el movimiento de avance deben mantener una relación específica, es decir, deben lograr con precisión una revolución de la pieza de trabajo y un paso del movimiento de la herramienta. La velocidad del husillo se puede ajustar mediante un programa, pero la posición del ángulo generalmente es incontrolable. Para lograr la función de cortar hilos, es necesario utilizar un codificador fotoeléctrico y conectarlo al husillo en una transmisión 1:1. Cuando el husillo gira, el codificador gira sincrónicamente y envía una serie de señales de pulso al sistema CNC. El sistema CNC selecciona un motor de control de ángulo específico para iniciar la alimentación en función de la señal de rotación del husillo detectada, logrando la relación proporcional requerida para girar hilos.
3. Reparación de roscas de torno CNC
Antes de que cada hilo se alimente en el torno CNC, el sistema CNC escanea el pulso cero del codificador fotoeléctrico y comienza a alimentar cuando llega. De lo contrario, se encuentra en estado de espera. Esto asegura que la trayectoria en espiral de cada giro de alimentación sea la misma, evitando que se produzcan roscados aleatorios.
Sin embargo, al reparar la rosca antigua de la herramienta de perforación, existe el problema de alinear la posición inicial de la rosca con la herramienta. Debido a la posible diferencia entre el pulso cero del codificador fotoeléctrico y la posición inicial del hilo a reparar, cuando el husillo gira y la herramienta realiza el movimiento de avance de roscado de acuerdo con el comando G92 (o G32), no coincidirá. con la trayectoria en espiral del hilo a reparar, provocando daños en el hilo original o incluso cortes. Por lo tanto, al reparar la rosca, es necesario primero localizarla y luego girarla. El posicionamiento consiste en utilizar el pulso del punto cero como referencia y alinear la posición inicial de la rosca a reparar con la herramienta correspondiente. Después del posicionamiento, la herramienta puede moverse a lo largo de la trayectoria en espiral del hilo a reparar, logrando la reparación del hilo. Por lo tanto, la clave para la reparación de hilos es el posicionamiento.
El método de este estudio consiste en marcar el pulso cero en la superficie alrededor del portabrocas para determinar el punto inicial del torneado del hilo y utilizar un programa macro para localizar la posición de la herramienta: ① Al alinear la herramienta, primero mueva el portabrocas y gírelo. a la posición marcada. En este momento, la posición del husillo es la posición de la señal de pulso cero. Al operar el programa macro en un solo paso, mueva la punta de la herramienta por encima de una determinada posición del hilo a reparar; ② Elija un generador de impulsos de manivela para mover la punta de la herramienta a una ranura en espiral en el medio de la rosca, reduzca la ampliación y ajuste los valores X y Z de la punta de la herramienta. Observe la punta de la herramienta y la ranura en espiral hasta que coincidan. En este momento, preste especial atención a la posición de la punta de la herramienta; de lo contrario, es fácil aplastar el bloque de la herramienta; ③ Seleccione el programa para ejecutar en un solo paso y lea la variable del sistema # 5002 de la información de posición del eje Z de la punta de la herramienta a través de la variable común # 505, es decir, # 505= # 5002, para completar la operación de alineación de herramientas; ④ Ejecute paso a paso el programa macro para mover la punta de la herramienta a una posición a N pasos de distancia de la rosca a reparar. En este punto (comenzando desde X, comenzando desde Z), es el punto de partida. Luego, especifique el valor R a través de una expresión variable y utilice la instrucción de corte del ciclo de rosca G92 para completar el mecanizado de rosca. ⑤ Durante el uso de herramientas de perforación, el perfil de la rosca a veces se desgasta considerablemente. Incluso si la herramienta ha sido alineada, durante la operación del comando de corte del ciclo de hilo G92, se puede encontrar que la punta de la herramienta no está completamente alineada con la línea espiral del hilo a reparar (herramienta de compensación). En este momento, se puede asignar un valor de la variable #5 para ajustar con precisión el valor Z de la punta de la herramienta en dirección positiva o negativa (Figura 2), logrando el objetivo de alinear con la línea espiral de la rosca a reparar. .
Figura 2 Parámetros de ajuste de la punta del cuchillo
Tomando como ejemplo el programa de rosca externa NC50.
(1) Segmento de programa 1, operación de alineación de herramientas:
En la instrucción del ciclo de corte de hilo G92 (Figura 3), los parámetros X y Z representan los valores de las coordenadas del punto final de cada herramienta de corte, R representa la diferencia de radio entre los puntos inicial y final del corte de la superficie cónica, y F representa la paso de rosca (el paso de rosca NC50 es de 6,35 mm). Ejecute la expresión variable Z [# 505+# 5+63.5] para mover la herramienta de formación a una posición a 10 pasos de la ranura en espiral de la herramienta, que es el punto de partida. Actualmente, no hay información disponible para determinar la distancia precisa del segmento de aceleración de la herramienta cuando el torno CNC ejecuta instrucciones G32 o G92. Por lo tanto, la distancia entre el punto inicial y la cara final de la rosca a reparar (es decir, N pasos) depende de los hábitos operativos. Luego asigne el parámetro R a la expresión variable # 4=[# 3- # 505- # 5-56.5]/12, ejecute la instrucción de corte del ciclo de hilo G92 y complete el mecanizado de reparación de roscas.
Figura 3 Instrucción de corte del ciclo de rosca G92
4. Conclusión
En el campo del mantenimiento de roscas de herramientas de perforación, la tecnología de automatización representada por las máquinas herramienta CNC es la dirección del desarrollo futuro. El método presentado en este artículo tiene bajos costos de aplicación y no requiere modificaciones especiales en los tornos CNC. Al mismo tiempo, el uso de tornos CNC para reparar roscas de herramientas de perforación ha mejorado la calidad del mantenimiento de las herramientas de perforación. Después de la reparación de la rosca, el tamaño es estable, lo que reduce la intensidad de mano de obra de los operadores y proporciona un nuevo medio técnico para el mantenimiento de la rosca de las herramientas de perforación petrolera.
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