Výskum v oblasti opravy závitov vŕtacích nástrojov na CNC sústruhoch
Jan 16, 2024
Nástroje na vŕtanie ropy sú počas procesu vŕtania vystavené zložitým silám a veľkému zaťaženiu a závity, ktoré sú k nim pripojené, sú náchylné na opotrebovanie a deformáciu. Ak sa neopraví včas, môže ľahko viesť k poruchám vŕtacieho nástroja, ako je oddelenie a prepichnutie. Kvôli vynikajúcim ťahovým a torzným vlastnostiam rúr vŕtacích nástrojov a ich vysokej obstarávacej cene sa v záujme zvýšenia životnosti vŕtacích nástrojov a šetrenia nákladov spravidla závity vŕtacích nástrojov skôr opravujú ako odrezávajú.
1. Všeobecné metódy na opravu závitov ropných vrtných nástrojov
Nástroje na vŕtanie ropy sú vo všeobecnosti kužeľové závity (obrázok 1). Pri oprave závitov ① odrežte určitú dĺžku L koncovej plochy na základe opotrebovania závitu; ② Podľa toho odrežte šírku L povrchu schodíka a opracte obrys priemeru rezu na kužeľovú plochu, ktorá spĺňa požiadavky na veľkosť; ③ Spracujte celý závit pozdĺž pôvodnej špirálovej trajektórie, aby zodpovedal rozmerom na výkrese. Po takomto opotrebovaní
Závit bol opravený na nový a po kontrole bol vŕtací nástroj opäť uvedený do používania.
1. Všeobecné metódy na opravu závitov ropných vrtných nástrojov
Nástroje na vŕtanie ropy sú vo všeobecnosti kužeľové závity (obrázok 1). Pri oprave závitov ① odrežte určitú dĺžku L koncovej plochy na základe opotrebovania závitu; ② Podľa toho odrežte šírku L povrchu schodíka a opracte obrys priemeru rezu na kužeľovú plochu, ktorá spĺňa požiadavky na veľkosť; ③ Spracujte celý závit pozdĺž pôvodnej špirálovej trajektórie, aby zodpovedal rozmerom na výkrese. Po takomto opotrebovaní
Závit bol opravený na nový a po kontrole bol vŕtací nástroj opäť uvedený do používania.
Obrázok 1 Oprava závitu
V súčasnosti sa väčšina opráv závitov pre ropné vŕtacie nástroje vykonáva pomocou bežných sústruhov na závitovanie rúr. Vplyvom pracovných skúseností operátorov a presnosti sústruhov sú rozmery rôznych častí závitu, ako je kužeľ, tvar zuba, skosenie, náchylné na chyby; Lokálna rozmerová tolerancia niektorých špeciálnych závitov je v rámci 0,2 mm, čo je ťažké manuálne kontrolovať a ovplyvňuje efektivitu obrábania. Medzitým operátor
Dlhé zohýbanie sa pri práci so sústruhom môže ľahko spôsobiť únavu pásu a ovplyvniť fyzické zdravie.
2. Princíp obrábania závitov na sústruhoch
Rotačný pohyb obrobku poháňaný vretenom sústruhu je hlavným pohybom, zatiaľ čo pohyb nástroja je pohyb posuvu. Spracovanie závitov na bežnom sústruhu na rúrkové závity sa spolieha na prenos sily výmenným kolesom, ktoré poháňa skrutku do otáčania a následne poháňa veľkú nosnú dosku do pohybu podľa nastaveného stúpania. Axiálna poloha malej podpornej dosky na pohyb hrotu nástroja sa nastaví tak, aby sa dosiahlo vyrovnanie nástroja, čím sa dokončí sústruženie závitu. Dosahujú sa čisto mechanickým prevodom a v procese obrábania závitov, ak dôjde k rezaniu, výpadku prúdu, premenlivej rýchlosti alebo oprave starých závitov, môže byť relatívne ľahké dosiahnuť vyrovnanie nástroja a opätovné spracovanie.
Bez ohľadu na to, aký typ závitu CNC sústruh otáča, hlavný pohyb a pohyb posuvu si musia zachovať špecifický vzťah, to znamená, že musí presne dosiahnuť jednu otáčku obrobku a jedno stúpanie pohybu nástroja. Rýchlosť vretena sa dá nastaviť pomocou programu, ale poloha uhla je vo všeobecnosti nekontrolovateľná. Na dosiahnutie funkcie rezania závitov je potrebné použiť fotoelektrický kódovač a pripojiť ho k vretenu v prevode 1:1. Keď sa vreteno otáča, kódovač sa synchrónne otáča a vysiela sériu impulzných signálov do systému CNC. CNC systém vyberá špecifický uhlový riadiaci motor na spustenie podávania na základe detekovaného signálu otáčania vretena, čím sa dosiahne požadovaný proporcionálny vzťah pre sústruženie závitov.
3. Oprava závitov na CNC sústruhu
Pred každým podávaním závitu na CNC sústruhu CNC systém naskenuje nulový impulz fotoelektrického kódovača a začne podávať, keď príde. V opačnom prípade je v stave čakania. To zaisťuje, že trajektória špirály každého otáčania podávania je rovnaká, čím sa zabráni výskytu náhodného navliekania.
Pri oprave starého závitu vŕtacieho nástroja však vzniká problém zosúladiť počiatočnú polohu závitu s nástrojom. Vzhľadom na možný rozdiel medzi nulovým impulzom fotoelektrického snímača a počiatočnou polohou opravovaného závitu, keď sa vreteno otáča a nástroj vykonáva pohyb otáčania závitu podľa príkazu G92 (alebo G32), nebude sa zhodovať so špirálovou dráhou opravovaného závitu, čo má za následok poškodenie pôvodného závitu alebo dokonca prerezanie. Preto je pri oprave závitu potrebné najskôr lokalizovať a potom otočiť. Polohovanie má použiť impulz nulového bodu ako referenciu a zarovnať počiatočnú polohu závitu, ktorý sa má opraviť, pomocou príslušného nástroja. Po umiestnení sa nástroj môže pohybovať pozdĺž špirálovej trajektórie závitu, ktorý sa má opraviť, čím sa dosiahne oprava závitu. Preto je kľúčom k oprave závitu polohovanie.
Metódou tejto štúdie je označiť nulový impulz na povrchu okolo skľučovadla, aby ste určili počiatočný bod sústruženia závitu, a pomocou makroprogramu lokalizovať polohu nástroja: ① Pri zarovnávaní nástroja najprv posuňte skľučovadlo a otočte ho do označenej polohy. V tomto čase je poloha vretena polohou signálu nulového impulzu. Pomocou makroprogramu v jedinom kroku posuňte hrot nástroja nad určitú polohu závitu, ktorý sa má opraviť; ② Zvoľte ručne zalomený generátor impulzov na posunutie hrotu nástroja do špirálovej drážky v strede závitu, znížte zväčšenie a jemne dolaďte hodnoty X a Z hrotu nástroja. Sledujte hrot nástroja a špirálovú drážku, kým sa nezhodujú. V tomto čase venujte zvláštnu pozornosť polohe hrotu nástroja, inak je ľahké rozdrviť blok nástroja; ③ Vyberte program, ktorý sa má spustiť v jednom kroku, a na dokončenie načítajte systémovú premennú # 5002 informácií o polohe osi Z hrotu nástroja cez spoločnú premennú # 505, teda # {{3}# 5002 operácia zarovnania nástroja; ④ Krok za krokom spustite makro program, aby ste posunuli hrot nástroja do polohy N rozstupov od závitu, ktorý sa má opraviť. V tomto bode (začínajúc od X, počínajúc od Z) je to východiskový bod. Potom zadajte hodnotu R pomocou premenného výrazu a použite inštrukciu rezania závitového cyklu G92 na dokončenie obrábania závitu. ⑤ Počas používania vŕtacích nástrojov sa profil závitu niekedy výrazne opotrebuje. Aj keď bol nástroj zarovnaný, počas činnosti príkazu rezania závitového cyklu G92 sa môže zistiť, že hrot nástroja nie je úplne zarovnaný so špirálovou líniou opravovaného závitu (offsetový nástroj). V tomto čase je možné priradiť hodnotu # 5 premennej na jemné doladenie Z-hodnoty hrotu nástroja v pozitívnom alebo negatívnom smere (obrázok 2), čím sa dosiahne cieľ zarovnania so špirálovou líniou závitu, ktorý sa má opraviť .
V súčasnosti sa väčšina opráv závitov pre ropné vŕtacie nástroje vykonáva pomocou bežných sústruhov na závitovanie rúr. Vplyvom pracovných skúseností operátorov a presnosti sústruhov sú rozmery rôznych častí závitu, ako je kužeľ, tvar zuba, skosenie, náchylné na chyby; Lokálna rozmerová tolerancia niektorých špeciálnych závitov je v rámci 0,2 mm, čo je ťažké manuálne kontrolovať a ovplyvňuje efektivitu obrábania. Medzitým operátor
Dlhé zohýbanie sa pri práci so sústruhom môže ľahko spôsobiť únavu pásu a ovplyvniť fyzické zdravie.
2. Princíp obrábania závitov na sústruhoch
Rotačný pohyb obrobku poháňaný vretenom sústruhu je hlavným pohybom, zatiaľ čo pohyb nástroja je pohyb posuvu. Spracovanie závitov na bežnom sústruhu na rúrkové závity sa spolieha na prenos sily výmenným kolesom, ktoré poháňa skrutku do otáčania a následne poháňa veľkú nosnú dosku do pohybu podľa nastaveného stúpania. Axiálna poloha malej podpornej dosky na pohyb hrotu nástroja sa nastaví tak, aby sa dosiahlo vyrovnanie nástroja, čím sa dokončí sústruženie závitu. Dosahujú sa čisto mechanickým prevodom a v procese obrábania závitov, ak dôjde k rezaniu, výpadku prúdu, premenlivej rýchlosti alebo oprave starých závitov, môže byť relatívne ľahké dosiahnuť vyrovnanie nástroja a opätovné spracovanie.
Bez ohľadu na to, aký typ závitu CNC sústruh otáča, hlavný pohyb a pohyb posuvu si musia zachovať špecifický vzťah, to znamená, že musí presne dosiahnuť jednu otáčku obrobku a jedno stúpanie pohybu nástroja. Rýchlosť vretena sa dá nastaviť pomocou programu, ale poloha uhla je vo všeobecnosti nekontrolovateľná. Na dosiahnutie funkcie rezania závitov je potrebné použiť fotoelektrický kódovač a pripojiť ho k vretenu v prevode 1:1. Keď sa vreteno otáča, kódovač sa synchrónne otáča a vysiela sériu impulzných signálov do systému CNC. CNC systém vyberá špecifický uhlový riadiaci motor na spustenie podávania na základe detekovaného signálu otáčania vretena, čím sa dosiahne požadovaný proporcionálny vzťah pre sústruženie závitov.
3. Oprava závitov na CNC sústruhu
Pred každým podávaním závitu na CNC sústruhu CNC systém naskenuje nulový impulz fotoelektrického kódovača a začne podávať, keď príde. V opačnom prípade je v stave čakania. To zaisťuje, že trajektória špirály každého otáčania podávania je rovnaká, čím sa zabráni výskytu náhodného navliekania.
Pri oprave starého závitu vŕtacieho nástroja však vzniká problém zosúladiť počiatočnú polohu závitu s nástrojom. Vzhľadom na možný rozdiel medzi nulovým impulzom fotoelektrického snímača a počiatočnou polohou opravovaného závitu, keď sa vreteno otáča a nástroj vykonáva pohyb otáčania závitu podľa príkazu G92 (alebo G32), nebude sa zhodovať so špirálovou dráhou opravovaného závitu, čo má za následok poškodenie pôvodného závitu alebo dokonca prerezanie. Preto je pri oprave závitu potrebné najskôr lokalizovať a potom otočiť. Polohovanie má použiť impulz nulového bodu ako referenciu a zarovnať počiatočnú polohu závitu, ktorý sa má opraviť, pomocou príslušného nástroja. Po umiestnení sa nástroj môže pohybovať pozdĺž špirálovej trajektórie závitu, ktorý sa má opraviť, čím sa dosiahne oprava závitu. Preto je kľúčom k oprave závitu polohovanie.
Metódou tejto štúdie je označiť nulový impulz na povrchu okolo skľučovadla, aby ste určili počiatočný bod sústruženia závitu, a pomocou makroprogramu lokalizovať polohu nástroja: ① Pri zarovnávaní nástroja najprv posuňte skľučovadlo a otočte ho do označenej polohy. V tomto čase je poloha vretena polohou signálu nulového impulzu. Pomocou makroprogramu v jedinom kroku posuňte hrot nástroja nad určitú polohu závitu, ktorý sa má opraviť; ② Zvoľte ručne zalomený generátor impulzov na posunutie hrotu nástroja do špirálovej drážky v strede závitu, znížte zväčšenie a jemne dolaďte hodnoty X a Z hrotu nástroja. Sledujte hrot nástroja a špirálovú drážku, kým sa nezhodujú. V tomto čase venujte zvláštnu pozornosť polohe hrotu nástroja, inak je ľahké rozdrviť blok nástroja; ③ Vyberte program, ktorý sa má spustiť v jednom kroku, a na dokončenie načítajte systémovú premennú # 5002 informácií o polohe osi Z hrotu nástroja cez spoločnú premennú # 505, teda # {{3}# 5002 operácia zarovnania nástroja; ④ Krok za krokom spustite makro program, aby ste posunuli hrot nástroja do polohy N rozstupov od závitu, ktorý sa má opraviť. V tomto bode (začínajúc od X, počínajúc od Z) je to východiskový bod. Potom zadajte hodnotu R pomocou premenného výrazu a použite inštrukciu rezania závitového cyklu G92 na dokončenie obrábania závitu. ⑤ Počas používania vŕtacích nástrojov sa profil závitu niekedy výrazne opotrebuje. Aj keď bol nástroj zarovnaný, počas činnosti príkazu rezania závitového cyklu G92 sa môže zistiť, že hrot nástroja nie je úplne zarovnaný so špirálovou líniou opravovaného závitu (offsetový nástroj). V tomto čase je možné priradiť hodnotu # 5 premennej na jemné doladenie Z-hodnoty hrotu nástroja v pozitívnom alebo negatívnom smere (obrázok 2), čím sa dosiahne cieľ zarovnania so špirálovou líniou závitu, ktorý sa má opraviť .
Obrázok 2 Parametre nastavenia hrotu noža
Vezmime si ako príklad program s vonkajším závitom NC50.
(1) Naprogramujte segment 1, operácia zarovnania nástroja:
V inštrukcii cyklu rezania závitu G92 (obrázok 3) parametre X a Z predstavujú hodnoty súradníc koncového bodu každého rezného nástroja, R predstavuje rozdiel polomerov medzi počiatočným a koncovým bodom rezu kužeľovej plochy a F predstavuje stúpanie závitu (rozstup závitu NC50 je 6,35 mm). Spustite premenný výraz Z [# 505+# 5+63.5], aby ste posunuli tvarovací nástroj do polohy 10 stupňov od špirálovej drážky nástroja, čo je počiatočný bod. V súčasnosti nie sú dostupné žiadne informácie na určenie presnej vzdialenosti segmentu zrýchlenia nástroja, keď CNC sústruh vykonáva inštrukcie G32 alebo G92. Preto vzdialenosť medzi počiatočným bodom a koncovou stranou závitu, ktorý sa má opraviť (tj N stúpanie), závisí od prevádzkových návykov. Potom priraďte parameter R k výrazu premennej # 4=[# 3- # 505- # 5-56.5]/12, spustite inštrukciu rezania závitového cyklu G92 a dokončite obrábanie na opravu závitov.
Obrázok 3 Inštrukcia na rezanie závitového cyklu G92
4. Záver
V oblasti údržby závitov vŕtacích nástrojov je smerom budúceho vývoja automatizačná technika reprezentovaná CNC obrábacími strojmi. Metóda uvedená v tomto článku má nízke aplikačné náklady a nevyžaduje špeciálne úpravy na CNC sústruhoch. Využitie CNC sústruhov na opravu závitov vŕtacích nástrojov zároveň zlepšilo kvalitu údržby vŕtacích nástrojov. Po oprave závitu je veľkosť stabilná, čím sa znižuje pracovná náročnosť operátorov a poskytujú sa nové technické prostriedky na údržbu závitov nástroja na vŕtanie oleja.
