钻具接头自动刻印机工件定位装置的改进

2019-05-16杨勇平王春雷牛成杰

设备管理与维修 2019年4期

杨勇平，陈静，王春雷，牛成杰

（中国石油渤海装备渤海能克钻杆公司，河北沧州 062658）

0 引言

中国石油渤海装备渤海能克钻杆公司（以下简称“公司”）主要生产销售API标准E75到S135钢级的全系列钻杆，采用自动化生产线。钻杆自动化生产线包括钻具接头加工线和钻杆摩擦压接线：钻具接头加工线负责钻具接头加工，钻杆摩擦压接线任务是把钻具接头的成品与管体进行焊接，最终得到钻杆产品。当钻具接头加工线完成对钻具接头的加工后，需要将产品的生产信息标识在钻具接头上面，根据公司的工艺技术标准以及用户要求，生产信息标识的位置是在钻具接头表面的指定位置，离台肩面（3.175±0.1）mm 处。

1 自动刻印机概况

在生产线上，同一种规格的钻具接头进行标识刻印是成批自动刻印。公司使用的设备是日本森井雕刻株式会社1983年生产的GMH-3WNC型自动刻印机，该机由液压站、钻具接头搬送装置、刻印机本体、PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）自动控制电器柜、装料机械手等构成，其刻印生产见流程图1。

钻具接头刻印生产流程中的自动定位依靠的是与推料器导向杆一起移动的定位挡块，定位挡块在移动中被接近开关感应到后，接近开关将到位信号传给控制系统，控制系统发出指令，利用电磁阀油路换向断掉推料器油缸的进油从而使推料器停止移动而实现定位。

在钻具接头刻印工作开始前，操作人员需要根据钻具接头的大钳区长度调整好定位挡块位置以实现刻印生产中的接头定位。调整依据是：当推料器向前移动并且前端的定位板与钻具接头焊径端面接触后推动钻具接头在水平托辊上面移动，保证钻具接头大钳区处台肩面与轴向定位辊的端面贴合，这样才能确保刻印机的刻字头下降刻印时能够完成工艺要求的刻印位置和尺寸。

在自动刻印生产中，此种定位方式在调整完毕定位挡块后只能对一个固定的长度尺寸进行准确定位，根据钻具接头技术工艺标准的规定：所有钻具接头大钳区长度极限偏差值均是±6.4 mm。当加工过程中由于加工不稳定而出现钻具接头大钳区长度在公差范围内变化时，由于在钻具接头自动刻印生产的情况下定位尺寸无法变化，则会出现接头无法正确定位的情况，从而导致废品的产生。因此，在自动刻印前操作人员只能对所有工具接头测量长度尺寸，将尺寸异常的工具接头做记号。当刻印尺寸异常钻具接头时须将刻印机关闭，人工将工具接头推至刻印位置，然后启动刻印机进行刻印，增加了现场操作人员的劳动强度，降低生产效率。

图1 刻印生产流程

2 改进措施

提供一种应用于钻具接头标识刻印工艺中的自动定位装置，取代推料器前端的定位板，解决钻具接头标识刻印工艺中定位不准确、需要人工介入定位的问题。

图2为定位补偿装置在使用中的结构布置，其关键改进在于：将推料器前端的定位板拆下放置定位补偿装置，定位补偿装置借助于挂板与推进器前端的推板卡接，推料器带动定位补偿装置前进与后退，实现对工具接头的定位。

图2 定位补偿装置

定位补偿装置包括托板和推板，推板穿过托板中部的孔，并通过设置在推板和托板相交线上的轴套借助于销轴铰接，推板一端设置旋转套，另外一端与托板之间设置弹簧，推板和推板呈剪刀状设置，设置在一端的预压缩的弹簧可以对推板和推板另外一端的距离进行补偿和抵消。弹簧借助于设置在托板和推板之间的螺栓固定，螺栓固定安装在托板和推板之间，弹簧套装在螺栓上，弹簧两端分别与托板和推板平面接触，在安装过程中弹簧设置一个初始压缩量，托板和推板受到弹簧弹力的作用而有相背运动的趋势，但是由于安装有螺栓对托板和挂板起到限位作用（图3）。

图3 定位补偿装置

在托板上固定设置挂板，挂板固接在托板的轴套上，并与托板平行设置，挂板用于将自动定位装置安装在推料器前端的推板上（图4）。

图4 托板结构

旋转套包括固结在推板上的轴承座，旋转套内圈穿过轴承座设置，旋转套内圈一端的外侧设置环形凸台，凸台与轴承座之间设置推力滚子轴承，旋转套内圈穿过轴承座的一端设置限位挡圈，限位挡圈通过顶丝固定在旋转套内圈上（图5）。在使用过程中，旋转套内圈与工具接头端面上的圆柱间隙配合，旋转套内圈端面与工具接头端面贴合，而旋转套内圈与轴承座之间设有推力滚子轴承，当水平托辊驱动工具接头旋转过程中转套内圈随工具接头旋转，而推板由于受到弹簧弹力而旋转，进而推动工具接头定位，同时还可以抵消由于钻具接头的长度小于预先设定的旋转套内圈端面与轴向定位辊之间距离的部分长度。

图5 旋转套结构

具体使用过程中，首先按照接头大钳区长度尺寸的下限预先调节设定推料器的推进长度，将自动定位装置安装在推料器前端推板上，保证自动定位装置在推料器运动过程中无轴向的相对位移，并保持自动定位装置中旋转套内圈的轴线与工具接头的轴线相互重合，开启设备自动运行后，搬送装置将工具接头放置在用于驱动钻具接头旋转的水平托辊上，推料器开始推进，由于推料器的行程是根据钻具接头的大钳区长度尺寸的下限长度预先设定好的，所以当钻具接头的长度在公差允许范围内出现变化的时候，自动定位装置的托板和推板之间会产生相对位移，从而压缩弹簧，抵消大于大钳区长度尺寸的下限长度的那部分长度，保证钻具接头的大钳区端面与轴向定位辊的端面贴合，实现自动补偿定位。