鉆具接頭自動(dòng)刻印打標(biāo)機(jī)的研制與應(yīng)用

黃勝偉，岳 鵬，楊勇平

（中國(guó)石油渤海裝備鉆井裝備公司，河北滄州 062658）

0 引言

渤海能克鉆桿公司的鉆具接頭刻印打標(biāo)機(jī)為日本森井雕刻株式會(huì)社1983 年生產(chǎn)，至今已使用30 多年，該設(shè)備機(jī)械部件磨損嚴(yán)重，液壓系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)老化嚴(yán)重，進(jìn)入到故障頻發(fā)期，影響了正常生產(chǎn)。另外，越來(lái)越多的用戶(hù)要求在出廠時(shí)刻印上具有其管理信息的標(biāo)記。目前由于刻印設(shè)備的功能存在局限性，無(wú)法滿(mǎn)足用戶(hù)多樣化的刻印標(biāo)記要求，如果按照用戶(hù)的要求進(jìn)行刻印標(biāo)識(shí)，只能手動(dòng)敲打標(biāo)記，勞動(dòng)強(qiáng)度大，易產(chǎn)生人為質(zhì)量缺陷。因此，亟需對(duì)鉆具接頭刻印打標(biāo)機(jī)進(jìn)行技術(shù)升級(jí)和更新替代。

1 總體思路

新研制的自動(dòng)刻印打標(biāo)機(jī)適用公司NC26—6 5/8FH 規(guī)格鉆具接頭（鉆具接頭根據(jù)功用及加工形式分為公鉆具接頭與母鉆具接頭）的自動(dòng)刻印打標(biāo)，打標(biāo)區(qū)域包括3 部分：①公、母鉆具接頭大鉗區(qū)處（外圓）；②公鉆具接頭螺紋根部（外圓）、母鉆具接頭螺紋根部（內(nèi)圓）；③公鉆具接頭R35°臺(tái)肩斜面部位（外圓斜面），接頭刻字打標(biāo)工藝符合公司及API 刻字技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

考慮到液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜、出現(xiàn)故障排查困難，而工廠氣源壓力穩(wěn)定，用氣量完全滿(mǎn)足新上設(shè)備的使用要求，決定用氣動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行替代。

原滾壓式刻字方式由于受字盤(pán)、字頭的影響而使得刻印打標(biāo)內(nèi)容受限，并且字盤(pán)、字頭等耗材成本較高。氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)融入計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)，采用高硬度氣動(dòng)打印針進(jìn)行刻印打標(biāo)，打標(biāo)內(nèi)容不受字盤(pán)、字頭尺寸限制，并且可以隨意編輯，打標(biāo)深度可調(diào)，打標(biāo)字體清晰。氣動(dòng)打印針的價(jià)格與滾壓式刻字方式的字盤(pán)、字頭相比，價(jià)格低廉，并且氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)在工件上刻印打標(biāo)技術(shù)成熟。決定采用氣動(dòng)針式打標(biāo)方式，以達(dá)到刻印打標(biāo)內(nèi)容編輯范圍寬，節(jié)約生產(chǎn)成本的目的。

2 主要技術(shù)內(nèi)容

2.1 設(shè)備構(gòu)成

鉆具接頭自動(dòng)刻印打標(biāo)機(jī)主要有送料平臺(tái)、步進(jìn)式傳送機(jī)構(gòu)、取料平移小車(chē)機(jī)構(gòu)各1 套，氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)、打標(biāo)機(jī)架各3 套，對(duì)射開(kāi)關(guān)5 對(duì)等組成（圖1～圖3）。

圖1 自動(dòng)刻印打標(biāo)機(jī)結(jié)構(gòu)

圖2 氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)及打標(biāo)機(jī)架結(jié)構(gòu)

（1）送料平臺(tái)。送料平臺(tái)為自動(dòng)打標(biāo)線的準(zhǔn)備平臺(tái)，前長(zhǎng)5000 mm，寬1000 mm，高800 mm，料臺(tái)斜度1/30，可實(shí)現(xiàn)鉆具接頭的自行滾動(dòng)。

圖3 對(duì)射開(kāi)關(guān)位置

（2）步進(jìn)式傳送機(jī)構(gòu)。升降機(jī)構(gòu)采用雙氣缸限位舉升，每組氣缸兩側(cè)配有導(dǎo)向柱。可實(shí)現(xiàn)5 工位平移機(jī)構(gòu)對(duì)最大鉆具接頭的平穩(wěn)舉升功能。平移機(jī)構(gòu)通過(guò)1 個(gè)650 mm 行程氣缸的伸縮實(shí)現(xiàn)平移。氣缸兩側(cè)配有直線導(dǎo)軌，升降、平移氣缸具有動(dòng)作緩沖功能，以實(shí)現(xiàn)整體機(jī)構(gòu)的平穩(wěn)運(yùn)行。

（3）取料平移小車(chē)機(jī)構(gòu)。取料平移小車(chē)采用齒輪、齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，第四打標(biāo)工位結(jié)束后通過(guò)步進(jìn)梁平移650 mm 距離后，工件到達(dá)第五待料工位的V 臺(tái)上，小車(chē)帶動(dòng)V 臺(tái)平穩(wěn)移動(dòng)距離1500 mm 至機(jī)械手取料工位，機(jī)械手將工件取走后，小車(chē)V 臺(tái)平移返回第五待料工位，等待下一個(gè)刻字完成的工件。

（4）氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)。氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)融入計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)，根據(jù)客戶(hù)的要求可以在鉆具接頭上制作編碼、流水號(hào)、或文字圖形標(biāo)記，便于有效實(shí)施生產(chǎn)作業(yè)管理及產(chǎn)品永久性跟蹤。氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)為3 臺(tái)，其規(guī)格參數(shù)如表1 所示。其工作原理是：打印針在X、Y 二維平面內(nèi)按一定軌跡運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，在壓縮空氣作用下做高頻沖擊運(yùn)動(dòng)，從而在工件上打印出相應(yīng)的標(biāo)記。

表1 氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)的規(guī)格參數(shù)

（5）打標(biāo)機(jī)架。打標(biāo)機(jī)架主要由門(mén)式打標(biāo)機(jī)支撐梁、接頭旋轉(zhuǎn)定位機(jī)構(gòu)、軸向定位機(jī)構(gòu)等部分組成（圖2）：①接頭旋轉(zhuǎn)定位機(jī)構(gòu)（打標(biāo)第三軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由三段滾輪組成，滾輪外部涂膠，由軟件控制步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)；②軸向定位機(jī)構(gòu)，3 臺(tái)打標(biāo)機(jī)器的第三軸滾輪部位，縱向均有氣缸定位，操作員只需每次換型人工調(diào)節(jié)即可；③打標(biāo)機(jī)頭水平方向和垂直方向均有手輪可以調(diào)節(jié)位置，操作員只需每次換型人工調(diào)節(jié)對(duì)位即可。

（6）對(duì)射開(kāi)關(guān)。每工位鉆具接頭檢測(cè)使用的是斜對(duì)角對(duì)射開(kāi)關(guān)，對(duì)射開(kāi)關(guān)將檢測(cè)信號(hào)反饋給控制系統(tǒng)的PLC，實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆具接頭的自動(dòng)刻印打標(biāo)。刻印打標(biāo)的控制程序設(shè)計(jì)是步進(jìn)式傳送機(jī)構(gòu)上即使只有一個(gè)工件也可以讓設(shè)備連續(xù)運(yùn)行，且每工位僅在有鉆具接頭的時(shí)候才能進(jìn)行打標(biāo)作業(yè)。

（7）電氣系統(tǒng)。打標(biāo)控制操作運(yùn)行系統(tǒng)采用XG3000 V6.01版打印操作系統(tǒng)，系統(tǒng)支持工件數(shù)量、加工時(shí)間、程序運(yùn)行時(shí)間、累計(jì)打印時(shí)間、中文顯示以及打印日志報(bào)表數(shù)據(jù)的記錄，特點(diǎn)有：支持WINDOWS98/ME/XP；支持多種字體；支持直線、曲線（任意角度）、鏡面打標(biāo)；所有的標(biāo)記尺寸可調(diào)整；打印速度也可調(diào)整；支持CAD、CORLEDRAW 的MVG 格式的圖標(biāo)；支持流水號(hào)或批量數(shù)據(jù)逐個(gè)打??；打印內(nèi)容能自動(dòng)保存，在斷電情況下也不會(huì)丟失；可打印二維碼。

2.2 動(dòng)作過(guò)程

（1）準(zhǔn)備工作。操作員在3 臺(tái)打標(biāo)控制軟件調(diào)用對(duì)應(yīng)鉆具接頭的打標(biāo)文件數(shù)據(jù)，處于等待狀態(tài)，操作員依次調(diào)整各工位的氣缸限位和打標(biāo)機(jī)頭的氣缸限位。

（2）正常工作。操作員把鉆具接頭用平衡吊，吊至前段平臺(tái)，由于料臺(tái)有1/30 斜度，鉆具接頭自行滾動(dòng)到V 形等待工位進(jìn)行初定位，操作員啟動(dòng)PLC 打印總按鈕，5 工位傳送機(jī)構(gòu)將等待工位的工件運(yùn)送至1#打標(biāo)工位（此工位可完成公接頭螺紋根部、母接頭內(nèi)孔螺紋根部打標(biāo)）；2#打標(biāo)工位（此工位可完成公接頭、母接頭外圓大鉗區(qū)的打標(biāo)）；3#打標(biāo)工位（此工位可完成公接頭35°R 位置圓周打標(biāo)），3 個(gè)打標(biāo)工位同時(shí)工作完成相應(yīng)的打標(biāo)，總控PLC 收到3 個(gè)工位打標(biāo)結(jié)束信號(hào)后，5 工位傳送機(jī)構(gòu)將鉆具接頭運(yùn)向下一個(gè)工位，3#工位的工件被送到結(jié)束下料工位、下料工位采用平移小車(chē)機(jī)構(gòu)平移至機(jī)械手取料位置（呼叫機(jī)械手下料）。

3 實(shí)施效果

通過(guò)鉆具接頭自動(dòng)刻印打標(biāo)機(jī)的研制與實(shí)施，達(dá)到了設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、接頭標(biāo)識(shí)刻印完整清晰美觀的目的，解決現(xiàn)有設(shè)備存在的功能存局限性與設(shè)備嚴(yán)重老化、故障率高的問(wèn)題。同時(shí)，大大降低了材料、備件的消耗，減少了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，經(jīng)濟(jì)效益較為顯著。