Nghiên cứu sửa chữa ren dụng cụ khoan trên máy tiện CNC
Jan 16, 2024
Dụng cụ khoan dầu khí phải chịu các lực phức tạp và tải trọng lớn trong quá trình khoan, các ren nối với chúng dễ bị mòn và biến dạng. Nếu không được sửa chữa kịp thời có thể dễ dẫn đến những tai nạn hỏng dụng cụ khoan như bong ra, thủng. Do đặc tính kéo và xoắn tuyệt vời của ống dụng cụ khoan và giá mua cao, để cải thiện tuổi thọ của dụng cụ khoan và tiết kiệm chi phí, các sợi của dụng cụ khoan thường được sửa chữa thay vì cắt bỏ.
1. Phương pháp chung sửa chữa ren dụng cụ khoan dầu khí
Dụng cụ khoan dầu khí nói chung có dạng ren côn (Hình 1). Khi sửa chữa sợi chỉ, ① cắt bỏ một độ dài L nhất định của mặt cuối dựa trên độ mòn của sợi; ② Cắt chiều rộng L của bề mặt bước tương ứng và gia công đường viền đường kính cắt thành bề mặt hình nón đáp ứng các yêu cầu về kích thước; ③ Xử lý toàn bộ sợi dọc theo quỹ đạo xoắn ốc ban đầu để đáp ứng các kích thước trên bản vẽ. Sau sự hao mòn như vậy
Sợi chỉ được sửa lại như mới, sau khi kiểm tra, dụng cụ khoan đã được đưa vào sử dụng trở lại.
1. Phương pháp chung sửa chữa ren dụng cụ khoan dầu khí
Dụng cụ khoan dầu khí nói chung có dạng ren côn (Hình 1). Khi sửa chữa sợi chỉ, ① cắt bỏ một độ dài L nhất định của mặt cuối dựa trên độ mòn của sợi; ② Cắt chiều rộng L của bề mặt bước tương ứng và gia công đường viền đường kính cắt thành bề mặt hình nón đáp ứng các yêu cầu về kích thước; ③ Xử lý toàn bộ sợi dọc theo quỹ đạo xoắn ốc ban đầu để đáp ứng các kích thước trên bản vẽ. Sau sự hao mòn như vậy
Sợi chỉ được sửa lại như mới, sau khi kiểm tra, dụng cụ khoan đã được đưa vào sử dụng trở lại.
Hình 1 Sửa chữa ren
Hiện nay, hầu hết việc sửa chữa ren cho dụng cụ khoan dầu khí đều được thực hiện bằng máy tiện ren ống thông thường. Do ảnh hưởng của kinh nghiệm làm việc của người vận hành và độ chính xác của máy tiện, kích thước của các bộ phận khác nhau của ren, chẳng hạn như côn, hình dạng răng và mặt vát, dễ bị sai sót; Dung sai kích thước cục bộ của một số ren đặc biệt nằm trong khoảng 0,2 mm, khó điều khiển thủ công và ảnh hưởng đến hiệu quả gia công. Trong khi đó, người vận hành
Việc cúi xuống vận hành máy tiện trong thời gian dài dễ gây mỏi eo và ảnh hưởng đến sức khỏe thể chất.
2. Nguyên lý gia công ren trên máy tiện
Chuyển động quay của phôi được điều khiển bởi trục máy tiện là chuyển động chính, trong khi chuyển động của dụng cụ là chuyển động cấp liệu. Quá trình xử lý ren trên máy tiện ren ống thông thường dựa vào việc truyền công suất bằng một bánh xe thay đổi, bánh xe này dẫn động trục vít quay và sau đó dẫn động tấm đỡ lớn di chuyển theo bước đã điều chỉnh. Vị trí trục của tấm đỡ nhỏ để di chuyển đầu dụng cụ được điều chỉnh để đạt được sự căn chỉnh dụng cụ, từ đó hoàn thành việc tiện ren. Chúng đạt được thông qua truyền động cơ học thuần túy và trong quá trình gia công ren, nếu xảy ra cắt, mất điện, thay đổi tốc độ hoặc sửa chữa các ren cũ, thì việc căn chỉnh và tái xử lý dao có thể tương đối dễ dàng.
Cho dù máy tiện CNC đang quay loại ren nào, chuyển động chính và chuyển động cấp liệu phải duy trì một mối quan hệ cụ thể, nghĩa là nó phải đạt được chính xác một vòng quay của phôi và một bước chuyển động của dao. Tốc độ trục chính có thể được điều chỉnh thông qua một chương trình, nhưng vị trí góc thường không thể kiểm soát được. Để đạt được chức năng cắt ren, cần sử dụng bộ mã hóa quang điện và kết nối nó với trục chính trong bộ truyền 1:1. Khi trục chính quay, bộ mã hóa sẽ quay đồng bộ và gửi một loạt tín hiệu xung vào hệ thống CNC. Hệ thống CNC chọn một động cơ điều khiển góc cụ thể để bắt đầu cấp liệu dựa trên tín hiệu quay trục chính được phát hiện, đạt được mối quan hệ tỷ lệ cần thiết để tiện ren.
3. Sửa ren máy tiện CNC
Trước mỗi lần cấp ren trên máy tiện CNC, hệ thống CNC sẽ quét xung 0 của bộ mã hóa quang điện và bắt đầu cấp liệu khi nó đến. Ngược lại, nó ở trạng thái chờ. Điều này đảm bảo rằng quỹ đạo xoắn ốc của mỗi lần quay nguyên liệu là như nhau, ngăn chặn sự xuất hiện của luồng ngẫu nhiên.
Tuy nhiên, khi sửa ren cũ của dụng cụ khoan gặp vấn đề về căn chỉnh vị trí bắt đầu của ren với dụng cụ. Do có thể có sự khác biệt giữa xung zero của bộ mã hóa quang điện và vị trí bắt đầu của ren cần sửa chữa nên khi trục xoay quay và dụng cụ thực hiện chuyển động cấp ren theo lệnh G92 (hoặc G32) sẽ không trùng khớp. với quỹ đạo xoắn ốc của ren cần sửa chữa, dẫn đến hư hỏng ren ban đầu hoặc thậm chí bị đứt. Vì vậy, khi sửa ren trước tiên cần phải xác định vị trí ren rồi mới vặn. Định vị là sử dụng xung điểm 0 làm tham chiếu và căn chỉnh vị trí bắt đầu của ren cần sửa chữa bằng công cụ tương ứng. Sau khi định vị, dụng cụ có thể di chuyển dọc theo quỹ đạo xoắn ốc của ren cần sửa chữa, đạt được hiệu quả sửa chữa ren. Vì vậy, chìa khóa để sửa ren là định vị.
Phương pháp của nghiên cứu này là đánh dấu xung 0 trên bề mặt xung quanh mâm cặp để xác định điểm bắt đầu quay ren và sử dụng chương trình macro để xác định vị trí dao: ① Khi căn chỉnh dao, trước tiên hãy di chuyển mâm cặp và xoay nó tới vị trí đã đánh dấu. Tại thời điểm này, vị trí trục chính là vị trí của tín hiệu xung bằng 0. Bằng cách vận hành chương trình macro trong một bước duy nhất, di chuyển đầu công cụ lên trên một vị trí nhất định của ren cần sửa chữa; ② Chọn máy tạo xung quay tay để di chuyển đầu dao đến rãnh xoắn ốc ở giữa ren, giảm độ phóng đại và tinh chỉnh giá trị X và Z của đầu dao. Quan sát đầu dụng cụ và rãnh xoắn ốc cho đến khi chúng trùng nhau. Lúc này, đặc biệt chú ý đến vị trí của đầu dụng cụ, nếu không rất dễ làm nát khối dụng cụ; ③ Chọn chương trình để chạy trong một bước duy nhất và đọc biến hệ thống # 5002 của thông tin vị trí trục Z của đầu dao thông qua biến chung # 505, tức là # 505=# 5002, để hoàn thành hoạt động căn chỉnh công cụ; ④ Chạy chương trình macro từng bước để di chuyển đầu dao đến vị trí N bước cách xa ren cần sửa chữa. Tại thời điểm này (bắt đầu từ X, bắt đầu từ Z) là điểm bắt đầu. Sau đó, chỉ định giá trị R thông qua biểu thức biến và sử dụng lệnh cắt chu kỳ ren G92 để hoàn thành gia công ren. ⑤ Trong quá trình sử dụng dụng cụ khoan, biên dạng ren đôi khi bị mòn đáng kể. Ngay cả khi dụng cụ đã được căn chỉnh, trong quá trình vận hành lệnh cắt chu kỳ ren G92, có thể thấy rằng đầu dao không được căn chỉnh hoàn toàn với đường xoắn ốc của ren cần sửa chữa (công cụ offset). Lúc này, có thể gán giá trị biến số #5 để tinh chỉnh giá trị Z của đầu dao theo hướng dương hoặc âm (Hình 2), đạt được mục tiêu căn chỉnh theo đường xoắn ốc của ren cần sửa chữa .
Hiện nay, hầu hết việc sửa chữa ren cho dụng cụ khoan dầu khí đều được thực hiện bằng máy tiện ren ống thông thường. Do ảnh hưởng của kinh nghiệm làm việc của người vận hành và độ chính xác của máy tiện, kích thước của các bộ phận khác nhau của ren, chẳng hạn như côn, hình dạng răng và mặt vát, dễ bị sai sót; Dung sai kích thước cục bộ của một số ren đặc biệt nằm trong khoảng 0,2 mm, khó điều khiển thủ công và ảnh hưởng đến hiệu quả gia công. Trong khi đó, người vận hành
Việc cúi xuống vận hành máy tiện trong thời gian dài dễ gây mỏi eo và ảnh hưởng đến sức khỏe thể chất.
2. Nguyên lý gia công ren trên máy tiện
Chuyển động quay của phôi được điều khiển bởi trục máy tiện là chuyển động chính, trong khi chuyển động của dụng cụ là chuyển động cấp liệu. Quá trình xử lý ren trên máy tiện ren ống thông thường dựa vào việc truyền công suất bằng một bánh xe thay đổi, bánh xe này dẫn động trục vít quay và sau đó dẫn động tấm đỡ lớn di chuyển theo bước đã điều chỉnh. Vị trí trục của tấm đỡ nhỏ để di chuyển đầu dụng cụ được điều chỉnh để đạt được sự căn chỉnh dụng cụ, từ đó hoàn thành việc tiện ren. Chúng đạt được thông qua truyền động cơ học thuần túy và trong quá trình gia công ren, nếu xảy ra cắt, mất điện, thay đổi tốc độ hoặc sửa chữa các ren cũ, thì việc căn chỉnh và tái xử lý dao có thể tương đối dễ dàng.
Cho dù máy tiện CNC đang quay loại ren nào, chuyển động chính và chuyển động cấp liệu phải duy trì một mối quan hệ cụ thể, nghĩa là nó phải đạt được chính xác một vòng quay của phôi và một bước chuyển động của dao. Tốc độ trục chính có thể được điều chỉnh thông qua một chương trình, nhưng vị trí góc thường không thể kiểm soát được. Để đạt được chức năng cắt ren, cần sử dụng bộ mã hóa quang điện và kết nối nó với trục chính trong bộ truyền 1:1. Khi trục chính quay, bộ mã hóa sẽ quay đồng bộ và gửi một loạt tín hiệu xung vào hệ thống CNC. Hệ thống CNC chọn một động cơ điều khiển góc cụ thể để bắt đầu cấp liệu dựa trên tín hiệu quay trục chính được phát hiện, đạt được mối quan hệ tỷ lệ cần thiết để tiện ren.
3. Sửa ren máy tiện CNC
Trước mỗi lần cấp ren trên máy tiện CNC, hệ thống CNC sẽ quét xung 0 của bộ mã hóa quang điện và bắt đầu cấp liệu khi nó đến. Ngược lại, nó ở trạng thái chờ. Điều này đảm bảo rằng quỹ đạo xoắn ốc của mỗi lần quay nguyên liệu là như nhau, ngăn chặn sự xuất hiện của luồng ngẫu nhiên.
Tuy nhiên, khi sửa ren cũ của dụng cụ khoan gặp vấn đề về căn chỉnh vị trí bắt đầu của ren với dụng cụ. Do có thể có sự khác biệt giữa xung zero của bộ mã hóa quang điện và vị trí bắt đầu của ren cần sửa chữa nên khi trục xoay quay và dụng cụ thực hiện chuyển động cấp ren theo lệnh G92 (hoặc G32) sẽ không trùng khớp. với quỹ đạo xoắn ốc của ren cần sửa chữa, dẫn đến hư hỏng ren ban đầu hoặc thậm chí bị đứt. Vì vậy, khi sửa ren trước tiên cần phải xác định vị trí ren rồi mới vặn. Định vị là sử dụng xung điểm 0 làm tham chiếu và căn chỉnh vị trí bắt đầu của ren cần sửa chữa bằng công cụ tương ứng. Sau khi định vị, dụng cụ có thể di chuyển dọc theo quỹ đạo xoắn ốc của ren cần sửa chữa, đạt được hiệu quả sửa chữa ren. Vì vậy, chìa khóa để sửa ren là định vị.
Phương pháp của nghiên cứu này là đánh dấu xung 0 trên bề mặt xung quanh mâm cặp để xác định điểm bắt đầu quay ren và sử dụng chương trình macro để xác định vị trí dao: ① Khi căn chỉnh dao, trước tiên hãy di chuyển mâm cặp và xoay nó tới vị trí đã đánh dấu. Tại thời điểm này, vị trí trục chính là vị trí của tín hiệu xung bằng 0. Bằng cách vận hành chương trình macro trong một bước duy nhất, di chuyển đầu công cụ lên trên một vị trí nhất định của ren cần sửa chữa; ② Chọn máy tạo xung quay tay để di chuyển đầu dao đến rãnh xoắn ốc ở giữa ren, giảm độ phóng đại và tinh chỉnh giá trị X và Z của đầu dao. Quan sát đầu dụng cụ và rãnh xoắn ốc cho đến khi chúng trùng nhau. Lúc này, đặc biệt chú ý đến vị trí của đầu dụng cụ, nếu không rất dễ làm nát khối dụng cụ; ③ Chọn chương trình để chạy trong một bước duy nhất và đọc biến hệ thống # 5002 của thông tin vị trí trục Z của đầu dao thông qua biến chung # 505, tức là # 505=# 5002, để hoàn thành hoạt động căn chỉnh công cụ; ④ Chạy chương trình macro từng bước để di chuyển đầu dao đến vị trí N bước cách xa ren cần sửa chữa. Tại thời điểm này (bắt đầu từ X, bắt đầu từ Z) là điểm bắt đầu. Sau đó, chỉ định giá trị R thông qua biểu thức biến và sử dụng lệnh cắt chu kỳ ren G92 để hoàn thành gia công ren. ⑤ Trong quá trình sử dụng dụng cụ khoan, biên dạng ren đôi khi bị mòn đáng kể. Ngay cả khi dụng cụ đã được căn chỉnh, trong quá trình vận hành lệnh cắt chu kỳ ren G92, có thể thấy rằng đầu dao không được căn chỉnh hoàn toàn với đường xoắn ốc của ren cần sửa chữa (công cụ offset). Lúc này, có thể gán giá trị biến số #5 để tinh chỉnh giá trị Z của đầu dao theo hướng dương hoặc âm (Hình 2), đạt được mục tiêu căn chỉnh theo đường xoắn ốc của ren cần sửa chữa .
Hình 2 Thông số điều chỉnh đầu dao
Lấy chương trình ren ngoài NC50 làm ví dụ.
(1) Đoạn chương trình 1, thao tác căn chỉnh dao:
Trong lệnh chu trình cắt ren G92 (Hình 3), tham số X và Z biểu thị giá trị tọa độ của điểm cuối của mỗi dụng cụ cắt, R biểu thị chênh lệch bán kính giữa điểm bắt đầu và điểm kết thúc của quá trình cắt bề mặt hình nón và F biểu thị bước ren (bước ren NC50 là 6,35 mm). Chạy biểu thức biến Z [# 505+# 5+63.5] để di chuyển công cụ tạo hình đến vị trí cách rãnh xoắn ốc của công cụ 10 bước, đây là điểm bắt đầu. Hiện tại, chưa có thông tin để xác định khoảng cách chính xác đoạn gia tốc của dụng cụ khi máy tiện CNC thực hiện lệnh G32 hoặc G92. Do đó, khoảng cách giữa điểm bắt đầu và mặt cuối của sợi cần sửa chữa (tức là N bước) phụ thuộc vào thói quen vận hành. Sau đó gán tham số R cho biểu thức biến # {{11}[# 3- # 505- # 5-56.5]/12, chạy lệnh cắt chu kỳ ren G92 và hoàn thành gia công sửa chữa ren.
Hình 3 Hướng dẫn cắt chu kỳ chỉ G92
4. Kết luận
Trong lĩnh vực bảo trì ren dụng cụ khoan, công nghệ tự động hóa được thể hiện bằng máy công cụ CNC là hướng phát triển trong tương lai. Phương pháp được giới thiệu trong bài viết này có chi phí ứng dụng thấp và không yêu cầu sửa đổi đặc biệt đối với máy tiện CNC. Đồng thời, việc sử dụng máy tiện CNC để sửa chữa ren dụng cụ khoan đã nâng cao chất lượng bảo trì dụng cụ khoan. Sau khi sửa chữa ren, kích thước ổn định, giảm cường độ lao động của người vận hành và cung cấp phương tiện kỹ thuật mới để bảo trì ren của dụng cụ khoan dầu.
