鉆具接頭自動刻印機工件定位裝置的改進

楊勇平，陳 靜，王春雷，牛成杰

（中國石油渤海裝備渤海能克鉆桿公司，河北滄州 062658）

0 引言

中國石油渤海裝備渤海能克鉆桿公司（以下簡稱“公司”）主要生產銷售API標準E75到S135鋼級的全系列鉆桿，采用自動化生產線。鉆桿自動化生產線包括鉆具接頭加工線和鉆桿摩擦壓接線：鉆具接頭加工線負責鉆具接頭加工，鉆桿摩擦壓接線任務是把鉆具接頭的成品與管體進行焊接，最終得到鉆桿產品。當鉆具接頭加工線完成對鉆具接頭的加工后，需要將產品的生產信息標識在鉆具接頭上面，根據公司的工藝技術標準以及用戶要求，生產信息標識的位置是在鉆具接頭表面的指定位置，離臺肩面（3.175±0.1）mm 處。

1 自動刻印機概況

在生產線上，同一種規格的鉆具接頭進行標識刻印是成批自動刻印。公司使用的設備是日本森井雕刻株式會社1983年生產的GMH-3WNC型自動刻印機，該機由液壓站、鉆具接頭搬送裝置、刻印機本體、PLC（Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器）自動控制電器柜、裝料機械手等構成，其刻印生產見流程圖1。

鉆具接頭刻印生產流程中的自動定位依靠的是與推料器導向桿一起移動的定位擋塊，定位擋塊在移動中被接近開關感應到后，接近開關將到位信號傳給控制系統，控制系統發出指令，利用電磁閥油路換向斷掉推料器油缸的進油從而使推料器停止移動而實現定位。

在鉆具接頭刻印工作開始前，操作人員需要根據鉆具接頭的大鉗區長度調整好定位擋塊位置以實現刻印生產中的接頭定位。調整依據是：當推料器向前移動并且前端的定位板與鉆具接頭焊徑端面接觸后推動鉆具接頭在水平托輥上面移動，保證鉆具接頭大鉗區處臺肩面與軸向定位輥的端面貼合，這樣才能確保刻印機的刻字頭下降刻印時能夠完成工藝要求的刻印位置和尺寸。

在自動刻印生產中，此種定位方式在調整完畢定位擋塊后只能對一個固定的長度尺寸進行準確定位，根據鉆具接頭技術工藝標準的規定：所有鉆具接頭大鉗區長度極限偏差值均是±6.4 mm。當加工過程中由于加工不穩定而出現鉆具接頭大鉗區長度在公差范圍內變化時，由于在鉆具接頭自動刻印生產的情況下定位尺寸無法變化，則會出現接頭無法正確定位的情況，從而導致廢品的產生。因此，在自動刻印前操作人員只能對所有工具接頭測量長度尺寸，將尺寸異常的工具接頭做記號。當刻印尺寸異常鉆具接頭時須將刻印機關閉，人工將工具接頭推至刻印位置，然后啟動刻印機進行刻印，增加了現場操作人員的勞動強度，降低生產效率。

圖1 刻印生產流程

2 改進措施

提供一種應用于鉆具接頭標識刻印工藝中的自動定位裝置，取代推料器前端的定位板，解決鉆具接頭標識刻印工藝中定位不準確、需要人工介入定位的問題。

圖2為定位補償裝置在使用中的結構布置，其關鍵改進在于：將推料器前端的定位板拆下放置定位補償裝置，定位補償裝置借助于掛板與推進器前端的推板卡接，推料器帶動定位補償裝置前進與后退，實現對工具接頭的定位。

圖2 定位補償裝置

定位補償裝置包括托板和推板，推板穿過托板中部的孔，并通過設置在推板和托板相交線上的軸套借助于銷軸鉸接，推板一端設置旋轉套，另外一端與托板之間設置彈簧，推板和推板呈剪刀狀設置，設置在一端的預壓縮的彈簧可以對推板和推板另外一端的距離進行補償和抵消。彈簧借助于設置在托板和推板之間的螺栓固定，螺栓固定安裝在托板和推板之間，彈簧套裝在螺栓上，彈簧兩端分別與托板和推板平面接觸，在安裝過程中彈簧設置一個初始壓縮量，托板和推板受到彈簧彈力的作用而有相背運動的趨勢，但是由于安裝有螺栓對托板和掛板起到限位作用（圖3）。

圖3 定位補償裝置

在托板上固定設置掛板，掛板固接在托板的軸套上，并與托板平行設置，掛板用于將自動定位裝置安裝在推料器前端的推板上（圖4）。

圖4 托板結構

旋轉套包括固結在推板上的軸承座，旋轉套內圈穿過軸承座設置，旋轉套內圈一端的外側設置環形凸臺，凸臺與軸承座之間設置推力滾子軸承，旋轉套內圈穿過軸承座的一端設置限位擋圈，限位擋圈通過頂絲固定在旋轉套內圈上（圖5）。在使用過程中，旋轉套內圈與工具接頭端面上的圓柱間隙配合，旋轉套內圈端面與工具接頭端面貼合，而旋轉套內圈與軸承座之間設有推力滾子軸承，當水平托輥驅動工具接頭旋轉過程中轉套內圈隨工具接頭旋轉，而推板由于受到彈簧彈力而旋轉，進而推動工具接頭定位，同時還可以抵消由于鉆具接頭的長度小于預先設定的旋轉套內圈端面與軸向定位輥之間距離的部分長度。

圖5 旋轉套結構

具體使用過程中，首先按照接頭大鉗區長度尺寸的下限預先調節設定推料器的推進長度，將自動定位裝置安裝在推料器前端推板上，保證自動定位裝置在推料器運動過程中無軸向的相對位移，并保持自動定位裝置中旋轉套內圈的軸線與工具接頭的軸線相互重合，開啟設備自動運行后，搬送裝置將工具接頭放置在用于驅動鉆具接頭旋轉的水平托輥上，推料器開始推進，由于推料器的行程是根據鉆具接頭的大鉗區長度尺寸的下限長度預先設定好的，所以當鉆具接頭的長度在公差允許范圍內出現變化的時候，自動定位裝置的托板和推板之間會產生相對位移，從而壓縮彈簧，抵消大于大鉗區長度尺寸的下限長度的那部分長度，保證鉆具接頭的大鉗區端面與軸向定位輥的端面貼合，實現自動補償定位。

3 效果

自動刻印機鉆具接頭定位裝置改進后，經過在現場一年多的使用，鉆具接頭定位準確，自動定位裝置運行穩定，避免了由于定位不良造成的廢品率的發生，提高了生產效率，降低了操作人員勞動強度。