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【摘要】本文主要从刀具、钻头转速、打孔时基管卡具的支撑刚性强度、钻杆长度、主轴力传递等五个方面对绕丝筛管基管排钻打孔翻边问题进行了简要分析，以供相关参考。
【关键词】基管排钻 绕丝筛管 打孔翻边 主轴
绕丝筛管基管排钻是用于石油行业的油管筛孔加工的专用数控机床。在实际的打孔加工过程中往往会出现打出来的孔都会有不同程度的向外或向内（基管内部）翻边的问题。通过多年的观察、对比、及分析研究，我认为造成对绕丝筛管基管排钻打孔翻边问题的主要原因有如下几方面：
1 刀具不快
当钻头不快即钻头刀刃发钝时，由于其排钻的主轴在正常旋转，故就造成了发钝的钻头与基管正在打的孔之间发生碾磨现象，其结果是导致一部分打的孔的外沿向外翻边。当打孔接近打透时，对于发钝的钻头，由于主轴块的压力通过主轴压在钻头尖上，致使接近打穿管时钻头靠压力和刀忍一起旋转，连压带打一起打穿其孔，其结果是造成部分孔的外沿向内翻边（基管内部）。那么什么原因会造成钻头发钝呢？
正常情况下一把钻头可以打两根管。一根管一般长度是十二米左右，分两段打孔（十二米左右长度的管打孔数量基本上是一样的，靠盲段长度调节余量），每段一般打十二排，一圈是360度，即360÷12=30度，一般一排按螺旋布孔方式计算一把钻头打四个孔，一根管下来一个钻头就是96个孔（4×12×2=96），两根管一把钻头就打192个孔。
但是在实际打孔过程中，由于钻头是重复使用的刀具，即钻头钝了拿下来在砂轮机上磨削后再重复使用。由于磨削钻头操作人员的技术水平不同，工作年限不同等原因，这就导致了钻头打孔时间一长，钻头刀刃发钝，打出来的孔不免有的向外或向内翻边。另外还有一个，就是由于种种原因（如忘了是打第几根管等等）操作人员没有及时更换磨削好了的钻头，其结果是导致钻头过长时间钻孔，而实际上钻头早已钝了。这也是钻头刀刃发钝的原因之一。其最终结果是导致基管打孔向外或向内翻边。
2 钻头转速不够
当钻头刀刃的速度达不到某种金属的切削速度时，由于金属材料的延展性使得其金属材料向外翻而不断开。对于钻头打孔而言当钻头转速不够时，打的孔必然会产生翻边。这也是导致基管排钻打孔翻边的原因之一。那么为什么钻头的转速达不到其基管管材的切削速度呢？
此基管排钻用的打孔刀具为：φ=1/2”（φ约=12.7mm）的锥柄高速钢麻花钻头。打孔的基管一般使用N80和L80（13Cr）的石油钢管，N80和L80（13Cr）是钢管的强度级别，其中N80的抗拉强度≥689MPa、屈服强度在552～758Mpa范围；而L80（13Cr）的抗拉强度≥655MPa、屈服强度在552～655Mpa范围。机床设计最大额定转速400转/分。我们可以这样计算一下：钻头周长S=2πR=2×3.14×6.35=39.878mm，那么钻头的最大额定线速度为：400×39.878=15.95（米/分）。理论上对于基管N80和L80材质来讲，线速度越高切削效果越好。但是由于各种原因一般在实践中基管排钻钻头的切割线速度在28米/分左右时为较好。而高速鋼麻花钻头对基管排钻来讲，只能或者说其较好的切削速度一般为16米/分左右，因为速度过高容易折断其钻头。
这就不难看出当时的设计本身存在一定的问题（当然由于当时的年代和价格等原因）。再说此排钻是2003年出厂的，由于使用时间较长，机床部分部件的老化以及其它等等原因，导致现在实际使用的转速一般在330～360转/分，这就使得其钻头的线速度更低了。其结果是导致基管打孔向外或向内翻边。
3 打孔时基管卡具的支撑刚性强度不够
目前我们打孔时采用的支撑方式是采用横向液压缸夹紧方式。由于基管打孔时基管是被夹在基管卡具中的，卡具是横向靠液压缸的力量来夹紧基管的，而打孔时是纵向向下打孔的，虽然从图中也可以看出，每个卡具之间还有辅助支撑，但每一个辅助支撑之间大约有1.2米左右的距离。这就是说管子在打孔时靠其卡具夹紧的力来支撑管子是远远不够的，而每个辅助支撑距离又较远，不能满足基管打孔时的刚性支撑，使得在给基管打孔时基管产生挠性变形。打孔时本身钻头的进给量就不大，这么一挠性变形，挠性变形大的地方就使得钻头的顶尖与基管打孔的孔产生不规则的碾磨。最终导致打出来的孔向外或向内翻边。
4 钻杆过长也是导致打孔翻边的原因之一
本基管排钻主轴的驱动方式为：主电机通过其负载端的同步带轮经同步带传递给主轴同步带轮，主轴同步带轮通过其下端的齿轮分别传递给8个小齿轮，8个小齿轮再分别带动8个主轴钻杆（共7个主电机56只主轴），主轴钻杆下端经3号锥柄变径套与锥柄麻花钻头链接，如图1所示。
这样一来从主轴钻干的上端（小齿轮与钻杆的链接处计算）至钻头的顶尖计算，其长度一般为650～700mm（新旧钻头长度不等），虽然钻杆的中间部位有钻杆套筒作为导向支撑，但总还是有一定间隙的。故在打孔时主轴块向下的压力是通过了这么长度的纵向杆传递到钻头尖上的，因此必然产生纵向的挠性。结果就是当刀刃相对不快时，部分钻头的顶尖与基管打孔的孔之间产生碾磨，基管上的部分孔就向外或向内翻边。
5 主轴力传递的转换环节过多
事实上钻杆系统是由钻杆、套筒、接杆、钻头和箱体组成。钻杆前端的深沟球轴承、止推轴承和后端的深沟球轴承组成钻杆在套筒中的定位支撑。接杆与钻杆通过3号锥柄联接。接杆与钻头用顶丝固定。松开套筒的固定顶丝调整套筒高低位置。这就是说（也可从图1看出），主轴力传递需要经过：一是主电机驱动同步带轮传递到同步带上，二是同步带再传递到过渡同步轮上，四是过渡同步轮再传递到过渡轮轴上，五是过渡轮轴再传递到介齿轮上，六是介齿轮再分别传递到8个主轴齿轮上，七是主轴齿轮再带动主轴旋转，八是主轴下端接杆再传递到3号锥柄变径套上，九是锥柄变径套再传递到锥柄高速钢麻花钻头上。这样计算下来共有九个力传递的转换环节，而事实上每一个转换环节都有不同程度的间隙，这就造成了当打孔钻头不太快时，主轴块给钻头的压力将会在各个转换环节上消耗掉，导致发钝的钻头实际进给量没有达到数控值的进给量，即钻头顶尖与基管打孔的孔之间产生碾磨，最终导致部分打的孔向外或向内翻边。
参考文献
[1] 王光辉，王登庆，梅明霞，卫然.绕丝筛管砾石充填防砂在胜利浅海油田的应用[J].石油钻采工艺，2002（06）
【关键词】基管排钻 绕丝筛管 打孔翻边 主轴
绕丝筛管基管排钻是用于石油行业的油管筛孔加工的专用数控机床。在实际的打孔加工过程中往往会出现打出来的孔都会有不同程度的向外或向内（基管内部）翻边的问题。通过多年的观察、对比、及分析研究，我认为造成对绕丝筛管基管排钻打孔翻边问题的主要原因有如下几方面：
1 刀具不快
当钻头不快即钻头刀刃发钝时，由于其排钻的主轴在正常旋转，故就造成了发钝的钻头与基管正在打的孔之间发生碾磨现象，其结果是导致一部分打的孔的外沿向外翻边。当打孔接近打透时，对于发钝的钻头，由于主轴块的压力通过主轴压在钻头尖上，致使接近打穿管时钻头靠压力和刀忍一起旋转，连压带打一起打穿其孔，其结果是造成部分孔的外沿向内翻边（基管内部）。那么什么原因会造成钻头发钝呢？
正常情况下一把钻头可以打两根管。一根管一般长度是十二米左右，分两段打孔（十二米左右长度的管打孔数量基本上是一样的，靠盲段长度调节余量），每段一般打十二排，一圈是360度，即360÷12=30度，一般一排按螺旋布孔方式计算一把钻头打四个孔，一根管下来一个钻头就是96个孔（4×12×2=96），两根管一把钻头就打192个孔。
但是在实际打孔过程中，由于钻头是重复使用的刀具，即钻头钝了拿下来在砂轮机上磨削后再重复使用。由于磨削钻头操作人员的技术水平不同，工作年限不同等原因，这就导致了钻头打孔时间一长，钻头刀刃发钝，打出来的孔不免有的向外或向内翻边。另外还有一个，就是由于种种原因（如忘了是打第几根管等等）操作人员没有及时更换磨削好了的钻头，其结果是导致钻头过长时间钻孔，而实际上钻头早已钝了。这也是钻头刀刃发钝的原因之一。其最终结果是导致基管打孔向外或向内翻边。
2 钻头转速不够
当钻头刀刃的速度达不到某种金属的切削速度时，由于金属材料的延展性使得其金属材料向外翻而不断开。对于钻头打孔而言当钻头转速不够时，打的孔必然会产生翻边。这也是导致基管排钻打孔翻边的原因之一。那么为什么钻头的转速达不到其基管管材的切削速度呢？
此基管排钻用的打孔刀具为：φ=1/2”（φ约=12.7mm）的锥柄高速钢麻花钻头。打孔的基管一般使用N80和L80（13Cr）的石油钢管，N80和L80（13Cr）是钢管的强度级别，其中N80的抗拉强度≥689MPa、屈服强度在552～758Mpa范围；而L80（13Cr）的抗拉强度≥655MPa、屈服强度在552～655Mpa范围。机床设计最大额定转速400转/分。我们可以这样计算一下：钻头周长S=2πR=2×3.14×6.35=39.878mm，那么钻头的最大额定线速度为：400×39.878=15.95（米/分）。理论上对于基管N80和L80材质来讲，线速度越高切削效果越好。但是由于各种原因一般在实践中基管排钻钻头的切割线速度在28米/分左右时为较好。而高速鋼麻花钻头对基管排钻来讲，只能或者说其较好的切削速度一般为16米/分左右，因为速度过高容易折断其钻头。
这就不难看出当时的设计本身存在一定的问题（当然由于当时的年代和价格等原因）。再说此排钻是2003年出厂的，由于使用时间较长，机床部分部件的老化以及其它等等原因，导致现在实际使用的转速一般在330～360转/分，这就使得其钻头的线速度更低了。其结果是导致基管打孔向外或向内翻边。
3 打孔时基管卡具的支撑刚性强度不够
目前我们打孔时采用的支撑方式是采用横向液压缸夹紧方式。由于基管打孔时基管是被夹在基管卡具中的，卡具是横向靠液压缸的力量来夹紧基管的，而打孔时是纵向向下打孔的，虽然从图中也可以看出，每个卡具之间还有辅助支撑，但每一个辅助支撑之间大约有1.2米左右的距离。这就是说管子在打孔时靠其卡具夹紧的力来支撑管子是远远不够的，而每个辅助支撑距离又较远，不能满足基管打孔时的刚性支撑，使得在给基管打孔时基管产生挠性变形。打孔时本身钻头的进给量就不大，这么一挠性变形，挠性变形大的地方就使得钻头的顶尖与基管打孔的孔产生不规则的碾磨。最终导致打出来的孔向外或向内翻边。
4 钻杆过长也是导致打孔翻边的原因之一
本基管排钻主轴的驱动方式为：主电机通过其负载端的同步带轮经同步带传递给主轴同步带轮，主轴同步带轮通过其下端的齿轮分别传递给8个小齿轮，8个小齿轮再分别带动8个主轴钻杆（共7个主电机56只主轴），主轴钻杆下端经3号锥柄变径套与锥柄麻花钻头链接，如图1所示。
这样一来从主轴钻干的上端（小齿轮与钻杆的链接处计算）至钻头的顶尖计算，其长度一般为650～700mm（新旧钻头长度不等），虽然钻杆的中间部位有钻杆套筒作为导向支撑，但总还是有一定间隙的。故在打孔时主轴块向下的压力是通过了这么长度的纵向杆传递到钻头尖上的，因此必然产生纵向的挠性。结果就是当刀刃相对不快时，部分钻头的顶尖与基管打孔的孔之间产生碾磨，基管上的部分孔就向外或向内翻边。
5 主轴力传递的转换环节过多
事实上钻杆系统是由钻杆、套筒、接杆、钻头和箱体组成。钻杆前端的深沟球轴承、止推轴承和后端的深沟球轴承组成钻杆在套筒中的定位支撑。接杆与钻杆通过3号锥柄联接。接杆与钻头用顶丝固定。松开套筒的固定顶丝调整套筒高低位置。这就是说（也可从图1看出），主轴力传递需要经过：一是主电机驱动同步带轮传递到同步带上，二是同步带再传递到过渡同步轮上，四是过渡同步轮再传递到过渡轮轴上，五是过渡轮轴再传递到介齿轮上，六是介齿轮再分别传递到8个主轴齿轮上，七是主轴齿轮再带动主轴旋转，八是主轴下端接杆再传递到3号锥柄变径套上，九是锥柄变径套再传递到锥柄高速钢麻花钻头上。这样计算下来共有九个力传递的转换环节，而事实上每一个转换环节都有不同程度的间隙，这就造成了当打孔钻头不太快时，主轴块给钻头的压力将会在各个转换环节上消耗掉，导致发钝的钻头实际进给量没有达到数控值的进给量，即钻头顶尖与基管打孔的孔之间产生碾磨，最终导致部分打的孔向外或向内翻边。
参考文献
[1] 王光辉，王登庆，梅明霞，卫然.绕丝筛管砾石充填防砂在胜利浅海油田的应用[J].石油钻采工艺，2002（06）