水平井定向枪管加工设备及其加工方法与流程

1.本发明涉及一种水平井定向枪管的加工设备及其加工方法，属于油气田开发技术领域。


背景技术：

2.随着油田开发的深入发展，由于水平井具有生产压差小，产能高的优势，水平井开采逐渐增多。部分水平井需要采用定向射孔的完井方式。在定向射孔时需要使用定向枪管，超长的定向枪管（如图1以φ80mm
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8500mm为例）在加工时由于长度长，外圆环形槽多等原因，导致长的定向枪管加工效率低，报废率高的问题，加工成本较高。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种水平井定向枪管加工设备及其加工方法。采用本发明后定向枪管外圆环形槽加工工序可实现全自动化，生产效率高，有效的降低了水平井定向枪管的加工费用。
4.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种水平井定向枪管加工设备，其特征在于：包括数控车床、锁定机构、随动旋转定位组件和工件旋转稳定机构；随动旋转定位组件设置在数控车床的导轨上，用于夹紧待加工工件并随待加工工件旋转；锁定机构设置在数控车床的刀台上，用于锁定或解锁随动旋转定位组件；工件旋转稳定机构固定设置在数控车床外，用于稳定待加工工件在数控车床外的部分。
5.所述随动旋转定位组件设置在数控车床尾部导轨上，包括三爪卡盘、旋转组件和安装座，三爪卡盘通过旋转组件固定在安装座上，安装座固定在数控车床的导轨上，三爪卡盘用于夹紧待加工工件。
6.所述旋转组件为旋转轴承，旋转轴承固定设置在安装座上，三爪卡盘连接在旋转轴承上。
7.所述安装座上设置有与锁定机构配合的锁定孔。
8.所述锁定机构包括动作气缸和锁定销，动作气缸设置在数控车床的刀台上，动作气缸带动锁定销插入或拔出随动旋转定位组件安装座上的锁定孔，完成锁定或解锁动作。
9.所述工件旋转稳定机构包括固定在地面的安装支架和轴承组件，轴承组件内径大于待加工工件外径，在加工待加工工件时，待加工工件穿过轴承组件。
10.一种水平井定向枪管加工设备的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：a、数控车床的三爪卡盘和随动旋转定位组件的三爪卡盘自动定位并夹紧待加工工件，完成待加工工件加工范围内的环形槽；b、数控车床的刀台移动到随动旋转定位组件预定位置后，随动旋转定位组件的三爪卡盘松开待加工工件，且随动旋转定位组件与数控车床解锁；c、锁定机构将刀台与随动旋转定位组件锁定，刀台带动随动旋转定位组件向数控
车床左侧移动到预定位置，随动旋转定位组件上的三爪卡盘夹紧待加工工件，数控车床上的三爪卡盘松开，刀台通过随动旋转定位组件，带动待加工工件一起向右侧移动到预定位置，数控车床上三爪卡盘夹紧待加工工件，刀台上锁定机构松开，随动旋转定位组件上锁定机构锁死，开始加工待加工工件上的环形槽，完成一个工作循环；d、如此循环，直至待加工工件上外圆加工特征全部加工完成。
11.所述步骤a中，待加工工件在数控车床外的部分穿过数控车床外设置的工件旋转稳定机构的轴承内圈，限制待加工工件的摆动。
12.采用本发明的优点在于：一、采用本发明后，现有数控车床理论上可以加工任意长度工件的数控车工序，除上/下料外，整个加工过程实现了自动化，有效的提高了加工效率，降低加工成本。
13.二、采用本发明后，定向枪管外圆环形槽加工工序可实现全自动化，生产效率高，有效的降低了水平井定向枪管的加工费用。
14.三、采用本发明后，待加工工件旋转的摆动小，外圆环形槽加工的精度高，产品报废率低。
15.四、采用本发明后，扩展了已有数控车床对于定向枪管的可加工范围，且本发明成本低、效果好，整体性价比较高。
16.五、本发明通过在标准数控车床上增加气动锁定机构和随动旋转机构，实现了自动化辅助，充分适应水平井定向枪管的加工特点，配合数控车床程序，保证水平井定向枪管加工精度的数控车床上，实现了加工过程的自动化。提高了水平井定向枪管的加工质量，降低了枪管加工的报废率，提高了生产效率，有效的降低了水平井定向枪管的生产成本，提高了水平井定向枪的推广效益。
附图说明
17.图1为φ80mm
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8500mm规格的水平井定向枪管示意图；图2为本发明中的加工设备结构示意图；图3为本发明中加工设备中的随动旋转定位组件结构示意图；图中标记为： 1、标准数控车床，2、待加工工件，3、锁定机构，4、随动旋转定位组件，5、控制箱，6、工件旋转稳定机构，7、三爪卡盘，8、旋转组件，9、安装座。
具体实施方式
18.实施例1一种水平井定向枪管加工设备，包括数控车床1、锁定机构3、随动旋转定位组件4和工件旋转稳定机构6；随动旋转定位组件4设置在数控车床1的导轨上，用于夹紧待加工工件2并随待加工工件2旋转；锁定机构3设置在数控车床1的刀台上，用于锁定或解锁随动旋转定位组件4；工件旋转稳定机构6固定设置在数控车床1外，用于稳定待加工工件2在数控车床1外的部分。
19.所述随动旋转定位组件4设置在数控车床1尾部导轨上，包括三爪卡盘７、旋转组件８和安装座９，三爪卡盘７通过旋转组件８固定在安装座９上，安装座９固定在数控车床的导轨上，三爪卡盘７用于夹紧待加工工件2。随动旋转定位组件4可自动夹紧待加工工件2且随待
加工工件2旋转，其与数控车床1底座可自动解锁及锁定，有效的较小了待加工工件2摆动，降低了产品加工的报废率。
20.所述旋转组件８为旋转轴承，旋转轴承固定设置在安装座９上，三爪卡盘７连接在旋转轴承上。
21.所述安装座上设置有与锁定机构3配合的锁定孔。
22.所述锁定机构3包括动作气缸和锁定销，动作气缸设置在数控车床1的刀台上，动作气缸带动锁定销插入或拔出随动旋转定位组件安装座上的锁定孔，完成锁定或解锁动作。锁定后利用刀台的动力，带动待加工工件2移动，达到加工工序的自动化所述工件旋转稳定机构6包括固定在地面的安装支架和轴承组件，轴承组件内径大于待加工工件2外径，在加工待加工工件2时，待加工工件2穿过轴承组件。
23.一种水平井定向枪管加工设备的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：a、数控车床1的三爪卡盘和随动旋转定位组件4的三爪卡盘自动定位并夹紧待加工工件2，完成待加工工件2加工范围内的环形槽；b、数控车床1的刀台移动到随动旋转定位组件4预定位置后，随动旋转定位组件4的三爪卡盘松开待加工工件2，且随动旋转定位组件4与数控车床1解锁；c、锁定机构3将刀台与随动旋转定位组件4锁定，刀台带动随动旋转定位组件4向数控车床1左侧移动到预定位置，随动旋转定位组件4上的三爪卡盘夹紧待加工工件2，数控车床1上的三爪卡盘松开，刀台通过随动旋转定位组件4，带动待加工工件2一起向右侧移动到预定位置，数控车床1上三爪卡盘夹紧待加工工件2，刀台上锁定机构3松开，随动旋转定位组件4上锁定机构锁死，开始加工待加工工件2上的环形槽，完成一个工作循环；d、如此循环，直至待加工工件2上外圆加工特征全部加工完成。
24.所述步骤a中，待加工工件2在数控车床1外的部分穿过数控车床外设置的工件旋转稳定机构的轴承内圈，限制待加工工件的摆动。
25.实施例2下面将结合附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
26.本发明在现有数控车床的基础上，在数控车床1尾部增加随动旋转定位组件4，该组件具备夹紧待加工工件2并随待加工工件2旋转的功能，且该组件可自动与数控车床的底座锁定或解锁，并可随刀台在数控车床的导轨上移动。
27.增加刀台与随动旋转定位组件连接的锁定机构3，利用刀台前后运动动力，带动枪管轴向移动，实现待加工工件2的自动移位功能，可以完成一次装夹定位，加工多段外圆环形槽的功能。
28.增加数控车床外的工件旋转稳定机构6，该机构固定在数控车床1外的地面上，内圆通孔里安装有轴承，待加工工件2可穿过该通孔，并在通孔轴承限定圆周内旋转。
29.使用工厂气源，用气缸带动各个锁定机构动作，配合数控车床程序，实现整个加工过程自动化。
30.如图1所示，该规格枪管长度达8.5m，外圆环形槽有98个，毛坯料为定制钢管，内/
外圆不加工。
31.如图2和3所示，一种水平井定向枪管加工设备包括：标准数控车床1，待加工工件2，锁定机构3，随动旋转定位组件4，控制箱5，设置在数控车床外的工件旋转稳定机构6。
32.锁定机构3主要包括动作气缸及锁定销，气缸带动锁定销插入/拔出随动旋转定位组件安装座上的锁定孔，完成锁定及解锁动作。
33.随动旋转定位组件4包括三爪卡盘、旋转组件及安装座，三爪卡盘通过旋转组件固定在安装座上，安装座固定在数控车床的导轨上；随动旋转组件的三爪卡盘夹紧待加工工件2后，可以随待加工工件2旋转，起到稳定待加工工件2的作用。
34.工件旋转稳定机构6包括固定在地面的安装支架和轴承组件，轴承组件内径大于待加工工件2外径，在加工待加工工件2时，待加工工件2可以穿过该轴承组件内功，在待加工工件2旋转时起到稳定待加工工件2的作用，减少待加工工件2旋转时的摆动幅度。
35.一种水平井定向枪管加工设备的加工方法如下：待加工工件2进入数控车床1和随动旋转定位组件4后，前后两个三爪卡盘自动定位并夹紧待加工工件2，完成加工待加工工件2可加工范围内的环形槽后，数控车床1的刀台移动到随动旋转定位组件4附近预定的位置后，随动旋转定位组件4的三爪卡盘松开待加工工件2，且其与数控车床1底座连接机构解锁，锁定机构3将刀台与随动旋转定位组件4锁定，刀台带动随动旋转定位组件4向数控车床左侧移动到预定位置，其上的三爪卡盘夹紧待加工工件2，数控车床1上的三爪卡盘松开，刀台通过随动旋转定位组件4，带动待加工工件2一起向右侧移动到预定位置，数控车床1上三爪卡盘夹紧待加工工件2，刀台上锁定机构3松开，随动旋转定位组件4上锁定机构锁死，开始加工待加工工件2上待加工的环形槽，完成一个工作循环。如此循环，直至待加工工件2上外圆加工特征全部加工完成。在整个加工过程中，由于待加工工件2较长，待加工工件2旋转的过程中距离夹持位越远的地方，待加工工件2摆动幅度会更大，为了限制待加工工件2的摆动，待加工工件2在数控车床外的部分会穿过工件旋转稳定机构6上轴承内圈，起到稳定待加工工件2，较小待加工工件2摆动幅度的作用。
36.本实施例中电控元器件均安装在控制箱5，使用工厂气源，完成上述工作流程中的锁定动作及三爪卡盘的夹紧动作。
37.本实施例中工件旋转稳定机构6内圈有一个轴承，在待加工工件2进入孔中后，轴承内圈可以与待加工工件2一起旋转，起到减小待加工工件2摆动的作用，保证工待加工工件2在数控车床1可加工区域内的摆动满足产品加工既定的要求。