□ 陳 靜 □ 高福萬 □ 楊賀來

天津中杰科技發(fā)展有限公司 天津 300011

割縫篩管是石油完井工程采油防砂用的工具。1992年7月16日，割縫篩管陶瓷刀具加工專利技術(shù)成果［1］通過鑒定，用陶瓷刀具加工的割縫篩管開始在油田生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。陶瓷刀具割縫加工原理是將CBN微粉燒結(jié)在圓片形銅基體上高速磨縫，具有多刀加工效率高、縫隙表面粗糙度值低（Ra≤1.6 μm）等優(yōu)點，但縫寬受刀具厚度限制，且加工梯形縫時效率低。

1998年激光割縫專利技術(shù)［2］在割縫篩管加工中成功應(yīng)用，加工原理是用激光束焦斑照射到鋼管上，材料瞬間熔融、蒸發(fā)而被去除，當光束和鋼管相對運動時，在管體上割出縫來。激光割縫加工效率很高，10 s多即可在壁厚9.19 mm的石油套管上加工出端剖面為等腰梯形、錐度為6～12°的梯形縫。激光加工的割縫篩管在油田生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，但加工耗能高，有污染。

還有一些加工方法，如電腐蝕（電解加工［3］）、電熱蝕（電火花加工，也稱“等離子加工”［4-5］），這些加工效率都低，不能加工錐度≥6°的梯形縫。

國外，如加拿大的G﹠L、REGENT公司，一直采用銑削方法割縫。銑削割縫具有耗能低、無污染、刀具可重磨、縫表面粗糙度值較低（Ra≤6.3 μm）等優(yōu)點，但縫寬受刀具厚度限制，刀具少時，割縫效率低。

為此，筆者研制出石油篩管數(shù)控多刀銑床［6］，以適應(yīng)市場的需求。

1 石油篩管數(shù)控多刀銑床結(jié)構(gòu)特點

石油篩管多刀銑床主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 多刀銑床主要技術(shù)參數(shù)

石油篩管數(shù)控多刀銑床的結(jié)構(gòu)特點如下。

（1）15.6 m長的機床，80把銑刀一字排開，能同時對12 m長的整根石油套管沿同一條母線進行割縫，效率高。伺服電機可驅(qū)動80把銑刀沿套管軸向位移，最大位移距離290 mm，最大移動速度80 mm/min。

（2）12 m長的導(dǎo)向平鍵可使各個銑刀軸的中心距沿著石油套管軸線方向調(diào)整，滿足不同縫間距的篩管加工。

（3）銑刀軸電機通過變頻調(diào)速，使銑刀轉(zhuǎn)速可根據(jù)工藝要求無級調(diào)整。刀軸轉(zhuǎn)速240～960 r/min。

（4）5組連體楔形傳動機構(gòu)將下拖板的水平驅(qū)動轉(zhuǎn)換成14 m長的動力滑臺沿垂直方向無級運動，帶動80個刀軸實現(xiàn)垂直進退刀，垂直方向行程200 mm。

▲圖1 刀軸箱結(jié)構(gòu)

（5）數(shù)控系統(tǒng)主機采用高性能32位微處理器,配備9.4"高分辨率圖形顯示器,全封閉觸摸式操作鍵盤，可控制3個直線移動軸和1個旋轉(zhuǎn)軸，石油套管可實現(xiàn)360°無級回轉(zhuǎn)與數(shù)控分度。

2 石油篩管數(shù)控多刀銑床主要結(jié)構(gòu)分析

2.1 刀軸箱

如圖1所示，刀軸箱裝有銑刀軸。因為在銑縫過程中，刀具軸只受徑向力，故前軸承選用帶錐孔的雙列圓柱滾子軸承NN3000K，旋轉(zhuǎn)時刀軸剛度變化較小，可提高刀軸的回轉(zhuǎn)精度，延長薄型（刀片厚度為0.3 mm）銑刀片的使用壽命。為了提高傳動效率，緩和沖擊，吸收振動，變頻調(diào)速電機與刀軸之間采用同步齒形帶傳動。

滑板帶著箱體及刀軸通過導(dǎo)向鍵沿導(dǎo)軌移動，以調(diào)整各個刀軸之間的距離，滿足不同縫間距的銑縫要求。

2.2 連體楔形傳動機構(gòu)

銑削切割裝置，上面裝有80個銑刀軸及箱體、變頻電機、同步帶傳動機構(gòu)、滑板、縱向位移伺服電機、螺旋傳動機構(gòu)等，長12.154 m，重10 t多，要完成整體垂直上下進刀運動，難度很大，特設(shè)計楔形傳動機構(gòu)，如圖2所示。

5套相同結(jié)構(gòu)的楔鐵傳動機構(gòu)通過拉桿與連體連接孔固定連接，形成一個整體，由伺服電機和螺旋傳動機構(gòu)帶動，沿套管軸線方向移動，從而帶動上楔鐵及銑削切割裝置實現(xiàn)垂直方向上下進、退刀運動，結(jié)構(gòu)簡單，運動穩(wěn)定。

2.3 防傾翻裝置

80把銑刀在割縫過程中會產(chǎn)生很大的翻轉(zhuǎn)力矩，為了防止銑削切割裝置發(fā)生傾翻，沿銑削切割裝置的長度方向設(shè)計了4套相同結(jié)構(gòu)的防傾翻裝置，如圖3所示。

底座作為支撐基礎(chǔ)，通過地腳螺栓與地面固定。防傾翻立柱安裝在底座上，銑削切割裝置及滑塊沿防傾翻立柱上的導(dǎo)軌實現(xiàn)垂直方向的進、退刀運動。

▲圖2 單個連體楔形傳動機構(gòu)結(jié)構(gòu)

▲圖3 單個防傾翻裝置

3 石油篩管數(shù)控多刀銑床加工精度檢測

經(jīng)天津市計量檢測科學(xué)研究院對石油篩管數(shù)控多刀銑床的加工件進行檢測，檢測結(jié)果見表2。

表2 測試結(jié)果

4 結(jié)論

（1）石油篩管數(shù)控多刀銑床可實現(xiàn)多刀加工，效率高。

（2）刀軸中心距可調(diào)整，轉(zhuǎn)速可調(diào)整，操作方便。

［1］ 楊賀來，鞏萬安，孫善平．厚壁長筒管子開縫機［P］.中國專利:CN92225922.4，1992-06-30.

［2］ 楊賀來.組合式多工位厚壁長筒管切縫機 ［P］.中國專利:CN93242674.3，1993-10-27.

［3］ 譚作仁，蘆旭，張守忠,等.采油篩管的電化學(xué)與機械復(fù)合加工方法及設(shè)備［P］.中國專利:CN91110984.6，1993-06-23.

［4］ 劉永紅.電火花加工微縫篩管［J］.現(xiàn)代制造工程，2006（8）:67-68.

［5］ 劉永紅,李小朋,紀仁杰,等.復(fù)合縫腔割縫篩管的加工設(shè)備［P］.中國專利:：CN101088689A，2007-12-19.

［6］ 陳靜，楊銳，數(shù)控割縫篩管多刀銑床［P］.中國專利:CN20-021222.3，2011-09-07.