油田用五叶片不均布型钻头钢芯焊接工作站及使用方法与流程

本发明属于油田钻头制造设备技术领域，涉及一种钻头钢芯的制造设备，具体涉及一种油田用五叶片不均布型钻头钢芯焊接工作站及使用方法。

背景技术：

五叶片不均布型钻头钢芯是制造油田钻头的半成品，包括钻柄10和五个叶片，五个叶片分别是叶片一161、叶片二162、叶片三163、叶片四164和叶片五165；钻柄10是钢材做成的在车床上加工出来的空心圆筒形回转体，上端沿着圆周边缘设有五个安装槽，从上往下观察按逆时针方向依次是安装槽一11、安装槽二12、安装槽三13、安装槽四14和安装槽五15；五个安装槽绕钻柄10的轴心线阵列且并不均布，安装槽一11和钻柄10中心的连线与安装槽五15和钻柄10中心的连线之间的夹角1a是86度，安装槽一11和钻柄10中心的连线与安装槽二12和钻柄10中心的连线之间的夹角1b是70度，安装槽二12和钻柄10中心的连线与安装槽三13和钻柄10中心的连线之间的夹角1c是66度，安装槽三13和钻柄10中心的连线与安装槽四14和钻柄10中心的连线之间的夹角1d是68度，安装槽四14和钻柄10中心的连线与安装槽五15和钻柄10中心的连线之间的夹角1e是70度。五个安装槽的槽宽度都是30毫米。相邻两个安装槽之间还都设有狭槽，共有五个狭槽，狭槽一1f位于安装槽五15和安装槽一11之间，从上往下观察按逆时针方向依次是狭槽二1g、狭槽三1h、狭槽四1j和狭槽五1k。狭槽的宽度较小，只有2毫米宽。叶片上设有相互垂直的横贴合面171和纵贴合面172，横贴合面171和安装槽的槽底贴合在一起，纵贴合面172和钻柄10的外圆柱面贴合在一起，叶片和钻柄10之间连续焊接和堆焊。叶片一161、叶片二162、叶片三163、叶片四164和叶片五165分别焊接在安装槽一11、安装槽二12、安装槽三13、安装槽四14和安装槽五15内。

钻头钢芯传统的焊接工艺是由人工完成的，把叶片安放到相应的安装槽内，先点焊，然后叶片的两侧断续焊，等两者已经牢固的联接在一起了，再大电流堆焊。对焊接工艺的要求非常高，里面不得有任何焊接缺陷，否则，如果钻头钢芯在几百米或者几千米的地下如果损坏，则采油公司就会糟受非常大的经济损失。

由于人工焊接的随意性较大，工人累了需要休息，需要吃喝拉撒，这中间不可避免地需要中断焊接，然后再重新启动，工人的素质也都不一样，这样很难保证产品的质量，废品率较高。

技术实现要素：

本发明的目的在于改进现有技术的不足之处，提供一种焊接连续性好、焊接质量比较稳定的油田用五叶片不均布型钻头钢芯的焊接工作站及其使用方法。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种油田用五叶片不均布型钻头钢芯的焊接工作站，包括焊接机器人、翻转组件和底座组件；

焊接机器人和地板固定联接；

底座组件包括底座、被动齿轮二、驱动齿轮二和伺服电机与减速机的组合二；底座和地板固定联接；伺服电机与减速机的组合二的外壳法兰和底座固定联接，驱动齿轮二和伺服电机与减速机的组合二的输出轴固定联接，被动齿轮二和底座通过转动副联接，被动齿轮二和驱动齿轮二啮合，被动齿轮二的中心线水平；

翻转组件包括翻转支架、液压卡盘、伸缩气缸、传感器组件、被动齿轮一、驱动齿轮一和伺服电机与减速机的组合一；翻转支架和被动齿轮二固定联接，被动齿轮一和翻转支架通过转动副相连，液压卡盘和被动齿轮一固定联接，液压卡盘和被动齿轮一的轴心线重合，液压卡盘的轴心线或者被动齿轮一的轴心线与被动齿轮二的中心线相垂直；液压卡盘上有能同步进退的三个液压卡爪；伺服电机与减速机的组合一的外壳法兰和翻转支架固定联接，驱动齿轮一和伺服电机与减速机的组合一的输出轴固定联接，被动齿轮一和驱动齿轮一啮合；传感器组件包括传感器支板和两个传感器，两个传感器分别是传感器一和传感器二，两个传感器分别与传感器支板固定联接；伸缩气缸是带导杆型气缸，伸缩气缸包括伸缩气缸体和伸缩气缸活塞杆，伸缩气缸体和翻转支架固定联接，传感器支板和伸缩气缸活塞杆的末端固定联接，伸缩气缸活塞杆相对于伸缩气缸体做活塞运动；当伸缩气缸活塞杆完全伸出伸缩气缸体时，传感器一和传感器二同时检测钻柄的外圆柱面和/或安装槽，传感器一和钻柄中心的连线与传感器二和钻柄中心的连线之间的夹角同安装槽一和钻柄中心的连线与安装槽五和钻柄中心的连线之间的夹角相等；当伸缩气缸活塞杆完全缩进伸缩气缸体时，传感器一和传感器二远离钻柄，处于暂停工作的状态。

本发明的工作过程如下所述。

0)初始状态。焊接机器人处于安全位置；伸缩气缸活塞杆完全缩进伸缩气缸体内，传感器一和传感器二远离钻柄处于暂停工作的状态；液压卡盘朝上。

1)把钻柄放在张开的液压卡爪拢抱空间内，钻柄有安装槽的一端朝上，然后使液压卡盘夹紧钻柄。

2)伸缩气缸通入压缩空气，伸缩气缸活塞杆完全伸出伸缩气缸体，带动传感器一和传感器二靠近钻柄的外圆柱面和/或安装槽。安装槽的宽度是30毫米，传感器的有效检测宽度是26至30毫米，当传感器的检测区域有钢材时能检测到一个信号，当传感器的检测区域没有钢材时能检测到另一个信号，当钻柄有狭槽的区域处于传感器的检测区域时，由于狭槽只有2毫米宽，尺寸较小，传感器会忽略掉该狭槽，检测到的信号是检测区域有钢材。

3)伺服电机与减速机的组合一旋转，通过被动齿轮一和驱动齿轮一的组合带动液压卡盘和钻柄旋转，同时传感器一和传感器二在检测。

钻柄旋转到某个特定的位置，当安装槽一处于传感器一的检测区域时，安装槽五正好处于传感器二的检测区域，两个传感器都能检测到两个检测区域同时没有钢材。

钻柄旋转到其它任意位置时，两个传感器都不能检测到两个检测区域同时没有钢材，要么两个都检测到检测区域有钢材，要么检测到其中一个检测区域有钢材，另一个检测区域没有钢材。

两个传感器检测到检测区域同时没有钢材的角度位置被当作一个基准位置，五个定位槽的位置都是唯一确定的，该信息也被记载在电控系统中。

4)伸缩气缸反向通入压缩空气，伸缩气缸活塞杆完全缩进伸缩气缸体，带动传感器一和传感器二远离钻柄，传感器一和传感器二处于暂停工作的状态。

5)人工将叶片一安装到钻柄的安装槽一上，使横贴合面和安装槽一的槽底贴合在一起，纵贴合面和钻柄的外圆柱面贴合在一起。

6)启动焊接机器人，叶片一和钻柄之间点焊，至少有三个焊点。由于安装槽一的位置在电控系统中有记载，所以焊接机器人能够顺利地找到位置并进行焊接。

7)重复步骤5)至6)，依次将叶片二、叶片三、叶片四和叶片五分别安放在安装槽二、安装槽三、安装槽四和安装槽五内并由焊接机器人点焊。

8)启动伺服电机与减速机的组合二，则通过被动齿轮二和驱动齿轮二的组合驱动翻转组件向右翻转90度。启动伺服电机与减速机的组合一，则通过被动齿轮一和驱动齿轮一的组合带动液压卡盘和钻头钢芯旋转。伺服电机与减速机的组合二和伺服电机与减速机的组合一协调运动，使待焊接的焊缝处于最利于焊接的姿态，比如船形焊缝，然后启动焊接机器人，连续焊接和堆焊。由于伺服电机是数控和智能控制，所以每一条焊缝处于哪一个位置在电控系统中都有记载，所有焊接都能顺利完成。

9)焊接完成后冷却，然后启动伺服电机与减速机的组合二，使钻头钢芯朝上，松开液压卡爪，钻头钢芯吊装搬运离开，一次焊接结束。

本发明的有益效果：智能化控制焊接，只要程序编制得合适，焊接的质量稳定有保障，随意性小，焊接的连续性好，不必频繁地中断焊接，废品率低，工人的劳动强度低。

附图说明

图1是钻头钢芯1的三维结构示意图；

图2是钻柄10的三维结构示意图；

图3是钻柄10的俯视图；

图4是叶片一161的三维结构示意图；

图5是本发明实施例的三维结构示意图；

图6是本发明实施例的正视图；

图7是图6中a向局部视图，安装槽一11处于传感器一241的检测区域，同时安装槽五15正好处于传感器二242的检测区域的状况；

图8是图6中a向局部视图，伸缩气缸活塞杆缩进伸缩气缸体，带动传感器一和传感器二远离钻柄，传感器一和传感器二处于暂停工作的状态的状况。

图9是翻转组件2和底座组件3的组合的正视图；

图10是翻转组件2和底座组件3的组合的三维结构示意图，翻转组件向右翻转90度的状况；

图11是翻转组件2第一视角的三维结构示意图；

图12是翻转组件2第二视角的三维结构示意图；

图13是伸缩气缸23和传感器组件24的组合的三维结构示意图；

图14是底座组件3的三维结构示意图；

图中所示：1.钻头钢芯；

10.钻柄；

11.安装槽一；12.安装槽二；13.安装槽三；14.安装槽四；15.安装槽五；

1a.安装槽一11和钻柄10中心的连线与安装槽五15和钻柄10中心的连线之间的夹角；

1b.安装槽一11和钻柄10中心的连线与安装槽二12和钻柄10中心的连线之间的夹角；

1c.安装槽二12和钻柄10中心的连线与安装槽三13和钻柄10中心的连线之间的夹角；

1d.安装槽三13和钻柄10中心的连线与安装槽四14和钻柄10中心的连线之间的夹角；

1e.安装槽四14和钻柄10中心的连线与安装槽五15和钻柄10中心的连线之间的夹角；

1a=86度；1b=70度；1c=66度；1d=68度；1e=70度；

1f.狭槽一；1g.狭槽二；1h.狭槽三；1j.狭槽四；1k.狭槽五；

161.叶片一；162.叶片二；163.叶片三；164.叶片四；165.叶片五；

171.横贴合面；172.纵贴合面；

2.翻转组件；21.翻转支架；22.液压卡盘；221.液压卡爪；23.伸缩气缸；231.伸缩气缸体；232.伸缩气缸活塞杆；24.传感器组件；241.传感器一；242.传感器二；243.传感器支板；25.被动齿轮一；26.驱动齿轮一；27.伺服电机与减速机的组合一；

3.底座组件；31.底座；32.被动齿轮二；33.驱动齿轮二；34.伺服电机与减速机的组合二；

r.当伸缩气缸活塞杆232完全伸出伸缩气缸体231时，传感器一241和钻柄10中心的连线与传感器二242和钻柄10中心的连线之间的夹角；

4.焊接机器人。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

实施例：参见图1至图14。

一种油田用五叶片不均布型钻头钢芯的焊接工作站，包括焊接机器人4、翻转组件2和底座组件3；

焊接机器人4和地板固定联接；

底座组件3包括底座31、被动齿轮二32、驱动齿轮二33和伺服电机与减速机的组合二34；底座31和地板固定联接；伺服电机与减速机的组合二34的外壳法兰和底座31固定联接，驱动齿轮二33和伺服电机与减速机的组合二34的输出轴固定联接，被动齿轮二32和底座31通过转动副联接，被动齿轮二32和驱动齿轮二33啮合，被动齿轮二32的中心线水平；

翻转组件2包括翻转支架21、液压卡盘22、伸缩气缸23、传感器组件24、被动齿轮一25、驱动齿轮一26和伺服电机与减速机的组合一27；翻转支架21和被动齿轮二32固定联接，被动齿轮一25和翻转支架21通过转动副相连，液压卡盘22和被动齿轮一25固定联接，液压卡盘22和被动齿轮一25的轴心线重合，液压卡盘22的轴心线或者被动齿轮一25的轴心线与被动齿轮二32的中心线相垂直；液压卡盘22上有能同步进退的三个液压卡爪221；伺服电机与减速机的组合一27的外壳法兰和翻转支架21固定联接，驱动齿轮一26和伺服电机与减速机的组合一27的输出轴固定联接，被动齿轮一25和驱动齿轮一26啮合；传感器组件24包括传感器支板243和两个传感器，两个传感器分别是传感器一241和传感器二242，两个传感器分别与传感器支板243固定联接；伸缩气缸23是带导杆型气缸，伸缩气缸23包括伸缩气缸体231和伸缩气缸活塞杆232，伸缩气缸体231和翻转支架21固定联接，传感器支板243和伸缩气缸活塞杆232的末端固定联接，伸缩气缸活塞杆232相对于伸缩气缸体231做活塞运动；当伸缩气缸活塞杆232完全伸出伸缩气缸体231时，传感器一241和传感器二242检测钻柄10的外圆柱面和/或安装槽，传感器一241和钻柄10中心的连线与传感器二242和钻柄10中心的连线之间的夹角r同安装槽一11和钻柄10中心的连线与安装槽五15和钻柄10中心的连线之间的夹角1a相等；当伸缩气缸活塞杆232完全缩进伸缩气缸体231时，传感器一241和传感器二242远离钻柄10，处于暂停工作的状态。

本实施例的工作过程如下所述。

0)初始状态。焊接机器人处于安全位置；伸缩气缸活塞杆232完全缩进伸缩气缸体231内，传感器一241和传感器二242远离钻柄10处于暂停工作的状态；液压卡盘22朝上。

1)把钻柄10放在张开的液压卡爪221拢抱空间内，钻柄10有安装槽的一端朝上，然后使液压卡盘22夹紧钻柄10。

2)伸缩气缸23通入压缩空气，伸缩气缸活塞杆232完全伸出伸缩气缸体231，传感器一241和传感器二242检测钻柄10的外圆柱面和/或安装槽。安装槽的宽度是30毫米，传感器的有效检测宽度是26至30毫米，当传感器的检测区域有钢材时能检测到一个信号，当传感器的检测区域没有钢材时能检测到另一个信号，当钻柄10有狭槽的区域处于传感器的检测区域时，由于狭槽只有2毫米宽，尺寸较小，传感器会忽略掉该狭槽，检测到的信号是检测区域有钢材。

3)伺服电机与减速机的组合一27旋转，通过被动齿轮一25和驱动齿轮一26的组合带动液压卡盘22和钻柄10旋转，同时传感器一241和传感器二242在检测。

钻柄10旋转到某个位置，当安装槽一11处于传感器一241的检测区域时，安装槽五15正好处于传感器二242的检测区域，两个传感器都能检测到两个检测区域同时没有钢材。

钻柄10旋转到其它任意位置时，两个传感器都不能检测到两个检测区域同时没有钢材，要么两个都检测到检测区域有钢材，要么检测到其中一个检测区域有钢材，另一个检测区域没有钢材。

两个传感器检测到检测区域同时没有钢材的角度位置被当作一个基准位置，五个定位槽的位置都是唯一确定的，该信息也被记载在电控系统中。

4)伸缩气缸23反向通入压缩空气，伸缩气缸活塞杆232完全缩进伸缩气缸体231，传感器一241和传感器二242远离钻柄10，处于暂停工作的状态。

5)人工将叶片一161安装到钻柄10的安装槽一11上，使横贴合面171和安装槽一11的槽底贴合在一起，纵贴合面172和钻柄10的外圆柱面贴合在一起。

6)启动焊接机器人4，叶片一161和钻柄10之间点焊，至少有三个焊点。由于安装槽一11的位置在电控系统中有记载，所以焊接机器人4能够顺利地找到位置并进行焊接。

7)重复步骤5)至6)，依次将叶片二162、叶片三163、叶片四164和叶片五165分别安放在安装槽二12、安装槽三13、安装槽四14和安装槽五15内并由焊接机器人4点焊。

8)启动伺服电机与减速机的组合二34，则通过被动齿轮二32和驱动齿轮二33的组合驱动翻转组件2向右翻转90度，如图10所示。启动伺服电机与减速机的组合一27，则通过被动齿轮一25和驱动齿轮一26的组合带动液压卡盘22和钻头钢芯1旋转。伺服电机与减速机的组合二34和伺服电机与减速机的组合一27协调运动，使待焊接的焊缝处于最利于焊接的姿态，比如船形焊缝，然后启动焊接机器人4，连续焊接和堆焊。由于伺服电机是数控和智能控制，所以每一条焊缝处于哪一个位置在电控系统中都有记载，所有焊接都能顺利完成。

9)焊接完成后冷却，然后启动伺服电机与减速机的组合二34，使钻头钢芯1朝上，松开液压卡爪221，钻头钢芯1吊装搬运离开，一次焊接结束。

本实施例的有益效果：智能化控制焊接，只要程序编制得合适，焊接的质量稳定有保障，随意性小，焊接的连续性好，不必频繁地中断焊接，废品率低，工人的劳动强度低。