CN101025621A - 加工钩型齿螺纹的车丝机循环加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种加工钩型齿螺纹的车丝机循环加工工艺，该工艺包括以下步骤：①加工前的准备工作；②刀具加工起点及工艺路线的确定；③进行程序校验及加工轨迹仿真及修改程序；④测量修调；⑤至对刀位，自动加工。本发明的效果是该工艺操作简单方便，工艺性强，调整快捷，不仅提高了螺纹加工的质量，并且极大的提高了生产效率，对于换规格时可以方便直接使用，无需另外编程，具有通用性。设置界面形象直观，适合普通工程技术人员使用，具有良好的经济效益和实际推广应用前景，可以使车丝机向高精度、高效率、高柔性和智能化方向发展。
Description
技术领域
本发明涉及一种螺纹加工设备工艺，特别是一种加工钩型齿螺纹的车丝机循环加工工艺。
背景技术
车丝机是一种技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备，是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的设备。车丝机是目前使用最广泛的数控车床之一，车丝机在钢管加工中也广泛应用，同时也是至关重要的设备，车丝机加工精度的高低直接影响钢管螺纹的尺寸精度，车丝机虽然加工柔性比普通车床优越，但单就某一种零件的生产效率而言，与普通车床还存在一定的差距。因此，提高车丝机的效率便成为关键，而合理运用编程技巧，编制高效率的加工程序，对提高机床效率往往具有意想不到的效果。
随着石油套管的日益走俏，在生产的特殊扣螺纹(如TP-CQ、TP-FJ、TP-G2等)销量也日益走高，现有试验线的比利时ΔLP车丝机加工方式，存在加工遍数较多、不能控制调整车丝吃刀量和切削深度、不能重复设置车丝走刀过程等问题。这些问题给操作工带来极大的不便，使得加工废品量较大，这样在提高加工精度、提高螺纹质量方面受到很大的限制，直接影响生产效率和经济效益。同时，对新型的TP-G2螺纹钩型齿螺纹于轴线的垂线成负4度角，在加工中需要调整每次车丝起刀点的位置坐标才能满足螺纹负角度的要求，因此，改进试验线的ΔLP车丝机的有利于提高加工合格率，有利于操作工进行合理调整的新型加工程序的产生是至关重要的环节。
发明内容
为解决上述技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种加工钩型齿螺纹的车丝机循环加工工艺，通过这种车丝机，对TP-G2扣型钩型齿螺纹加工，可以调整车丝遍数、调整车丝吃刀量和重复设置车丝程序，以利于方便操作工进行调整，提高加工合格率，增强生产效率。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种加工钩型齿螺纹的车丝机循环加工工艺，该工艺包括以下步骤：
①加工前的准备工作
包括钢管装夹定位的确定和各种参数的确定，在确定钢管螺纹全长的同时，合理设置钢管管体前端面距卡爪端面距离，以保证有足够长的行程位置来完成螺纹的加工，在夹紧定位后，根据管体当前的位置关系以及管体外径大小、钢级确定切削用量的具体数值，采用该数值设置宏变量及加工程序，来完成车丝循环程序中吃刀量深度，把后三遍车丝的半径吃刀量深度进行宏变量的设置，然后以倒数第三遍的宏变量作为基数，倒数第四编车丝的半径吃刀量深度乘以这个基数的整数倍，依此类推，能够重复进行N遍车丝编程，然后设置循环变量，依次递减进行车丝的循环加工；
②刀具加工起点及工艺路线的确定
建立工件坐标系，以刀具和刀杆的总长度作为刀具的几何刀补值，这个补偿点点为程序原点；
加工的工艺路线采用先粗加工后精加工、先端面后车丝的方式，路线为对钢管管体的外表面进行扒皮、粗车密封面、车端面、倒内倒、对管体进行螺纹车丝、精车密封面；
③进行程序校验及加工轨迹仿真及修改程序
针对扣型钩型齿螺纹所产生负4度角，由于X方向的吃刀量深度于Z轴方向的位置坐标存在三角函数的关系，把X轴和Z轴有机的结合；
按照加工路线和ΔLP车丝机机床控制输入格式要求，完成加工圆弧/直线程序段，具体步骤如下：首先判断是加工直线段/圆弧段，当加工直线段/非圆曲线段(用直线逼近)时，输出G01代码；若加工圆弧，则需判断圆弧是顺时针/逆时针，分别输出G02、G03代码，计算各节点位置的坐标值，包括对刀点、起刀点、终点、退刀点、换刀点的各个位置坐标，修改并最终完成程序；然后结合刀位点的信息(X，Z的坐标值)和切削参数，将这些信息结合起来依次放入指定的文件中，则得到数控代码；
④测量修调
调整对刀的位置和钢管管体外径尺寸是否配合，修改刀补值(几何刀补值和磨损刀补值)及丝杠间隙补偿值、切削参数(切削深度、切削速度、进给量)、数控代码在机床存储单元的位置信息，并且根据验收标准调整合适的参数，最终确定加工程序；
⑤至对刀位，自动加工
回到对刀点，打开自动，对钢管螺纹进行自动加工。
本发明的效果是该工艺操作简单方便，工艺性强，调整快捷，不仅提高了螺纹加工的质量，并且极大的提高了生产效率，对于换规格时可以方便直接使用，无需另外编程，具有通用性。设置界面形象直观，适合普通工程技术人员使用。具有良好的经济效益和实际推广应用前景。可以使车丝机向高精度、高效率、高柔性和智能化方向发展。
附图说明
图1为本发明的车丝机走刀的方向及梳刀与管体之间的位置关系；
图2为TP-G2扣型钩型齿螺纹结构示意图；
图3为本发明的车丝机加工中X轴与Z轴位置关系及梳刀吃刀深度。
图4本发明工艺②中工艺路线流程图。
具体实施方式
结合附图及实施例对本发明的加工钩型齿螺纹的车丝机循环加工工艺加以说明。
本发明的加工钩型齿螺纹的车丝机循环加工工艺，该工艺包括以下步骤：在原有加工程序中设置加工中所需要的宏变量，把最后三遍车丝的半径吃刀量深度进行宏变量的设置，同时，也可以设置更多的宏变量，然后以倒数第三遍的宏变量作为基数，倒数第四编车丝的半径吃刀量深度乘以这个基数的整数倍，依此类推，可以重复进行N遍车丝编程。然后设置循环变量，依次递减进行车丝的循环加工。
另外针对TP-G2扣型钩型齿螺纹所产生负4度角，由于X方向的吃刀量深度于Z轴方向的位置坐标存在三角函数的关系，利用这种三角函数的关系就可以把X轴和Z轴有机的结合起来，这样更进一步的简化了加工的程序。如图1所示，图中箭头代表走刀方向，该工艺具体操作步骤如下：
①加工前的准备工作
包括钢管装夹定位的确定和各种参数的确定，比利时ΔLP车丝机采用的是三爪卡盘夹紧定位的方式，在确定钢管螺纹全长的同时，合理设置钢管管体前端面距卡爪端面距离，以保证有足够长的行程位置来完成螺纹的加工，在夹紧定位后，根据管体当前的位置关系以及管体外径大小、钢级等来料情况确定切削用量的具体数值，采用该数值设置宏变量及加工程序，目的都是为了方便操作工的调整。其中重要的是宏变量的设置，来完成车丝循环程序中吃刀量深度，在原有加工程序中设置加工中所需要的宏变量，把最后三遍车丝的半径吃刀量深度进行宏变量的设置，同时，也可以设置更多的宏变量，然后以倒数第三遍的宏变量作为基数，倒数第四编车丝的半径吃刀量深度乘以这个基数的整数倍，依此类推，能够重复进行N遍车丝编程，然后设置循环变量，依次递减进行车丝的循环加工；
②刀具加工起点及工艺路线的确定
比利时ΔLP车丝机采用的CNC是GE FANUC 18IT的系统，它的程序原点为三爪夹具的径向和轴向的交点，建立工件坐标系，以刀具和刀杆的总长度作为刀具的几何刀补值，这个补偿点为程序原点；
加工的工艺路线采用先粗加工后精加工、先端面后车丝的方式，路线为对钢管管体的外表面进行扒皮、粗车密封面、车端面、倒内倒、对管体进行螺纹车丝、精车密封面，如图4所示。这样编制的工艺可以极大地提高加工的合格率，同时也有效的利用了旋转刀台上的四个刀杆。
③进行程序校验及加工轨迹仿真及修改程序
针对TP-G2扣型钩型齿螺纹所产生负4度角，由于X方向的吃刀量深度于Z轴方向的位置坐标存在三角函数的关系，利用这种三角函数的关系就可以把X轴和Z轴有机的结合起来，这样更进一步的简化了加工的程序。
按照加工路线和ΔLP车丝机机床控制输入格式要求，完成加工圆弧/直线程序段，具体步骤如下：首先判断是加工直线段/圆弧段，此信息在加工图纸中可以获得，当加工直线段/非圆曲线段(用直线逼近)时，输出G01代码；若加工圆弧，则需判断圆弧是顺时针/逆时针，分别输出G02、G03代码，计算各节点位置的坐标值，包括对刀点、起刀点、终点、退刀点、换刀点等的各个位置坐标，修改并最终完成程序；然后结合刀位点的信息(X，Z的坐标值)和切削参数，将这些信息结合起来依次放入指定的文件中，则得到数控代码；
④测量修调
调整对刀的位置和钢管管体外径尺寸是否配和，修改刀补值(几何刀补值和磨损刀补值)及丝杠间隙补偿值、切削参数(切削深度、切削速度、进给量)、数控代码在机床存储单元的位置等信息，并且根据验收标准等调整合适的参数，最终确定加工程序；
⑤至对刀位，自动加工
回到对刀点，打开自动，对钢管螺纹进行自动加工。
ΔLP车丝机采用的CNC是GE FANUC 18IT的系统，现截取部分车丝程序进行说明：N1160 IF[#511GT8.]THEN#511＝8.(赋值，控制为共8遍车丝，可以修改，如图3所示，由于X方向的吃刀量深度于Z轴方向的位置坐标存在三角函数的关系，即形成图中所示的θ角。)
N1170#144＝#511(设置循环)
N1180IF[#144EQ8.]THEN#145＝#512+#513+#514*5.
N1190IF[#144EQ7.]THEN#145＝#512+#513+#514*4.
N1200IF[#144EQ6.]THEN#145＝#512+#513+#514*3.
N1210IF[#144EQ5.]THEN#145＝#512+#513+#514*2.
N1220IF[#144EQ4.]THEN#145＝#512+#513+#514(倒数三刀半径吃刀深度，如图3所示最后3遍车丝的径向吃刀量可设为宏变量#512、#513、#514，如果需要可设置更多)
N1230IF[#144EQ3.]THEN#145＝#512+#513(倒数二刀半径吃刀深度，如图3所示倒数第2遍车丝的径向吃刀量加上倒数第2遍车丝的径向吃刀量)
N1240IF[#144EQ2.]THEN#145＝#512(最后一刀半径吃刀深度，如图3所示最后1遍车丝的径向吃刀量)
N1250IF[#144EQ1.]THEN#145＝0.
N1260#101＝XXX(X轴最终起点坐标，如图1所示位置)
N1270#102＝YYY(Z轴起点坐标，如图1所示位置)
N1280#103＝ZZZ(Z轴终点坐标，如图1所示位置)
N1290#104＝0.0625(螺纹锥度，API 5CT&5B标准中规定)
N1300#105＝#101+#104*AAA(X轴终点坐标，AAA螺纹加工全长)
N1310#106＝#105+5.08*2.(45度退刀坐标)
N1320#107＝#145*0.212(X轴与Z轴三角函数关系，Z轴每次增加吃刀量)
N1330 G00 X[#101+#145*2.+#146]Z[#102+#107]M08
N1340 G33 X[#105+#145*2.+#146]Z[#103+#107]F5.08
N1350 G33 X[#106+#145*2.+#146]Z[#103+#107-5.08]F5.08(45度退刀)
N1360 G00 Z[#102](退刀)
N1370#144＝#144-1(循环递减)
N1380 IF[#144GT0.]GOT01 180
以加工7寸TP-G2扣型钩型齿螺纹为例，如图2所示，经过计算车丝的X轴最终的起点坐标为168.661mm，于是可以将宏变量#101设置为168.661。Z轴的起点和终点坐标和螺纹全长L4有关系，上述程序中的AAA值为螺纹全长L4值加上一个余量，这个余量可以根据实际进行调整，比如我们可以留3mm。经过计算车丝Z轴的起点坐标和终点坐标分别为295.050mm和130.000mm，于是可以将宏变量#102和#103设置为295.050和130.000，当程序实际运行到这两个宏变量时，会自动代入到程序中，完成该指令的位置坐标。
宏变量#512、#513和#514为切削深度，我们根据车丝螺纹基础知识，可以设定为0.2mm，这个数值是可以修改，操作工根据实际加工中存在的问题，比如打刀、划道等原因进行调整，这也是该项目的一个优点之一。
N1310这行是设置45°退刀，根据美国石油学会出版的石油套管和油管的技术规范的要求(API 5CT及API 5B)，螺纹加工中有45°退刀的要求。在机床加工中，X轴坐标为直径坐标，所以要有45°退刀X轴退刀坐标为Z轴退刀坐标的2倍。
钩型齿进刀角度和X轴与Z轴三角函数关系为正切三角函数，也就是Z轴每次增加吃刀量的坐标＝TANθ*X轴每次切削深度的坐标，θ值为图3所示的进刀角度，在前面的程序中我们使用了0.212，因为TAN12＝0.212，这是由于我们认为在12°时钩型齿两边的切削余量相等，有利于加工的有力平衡和稳定性，这个数值也是可以修改，如果在实际加工中存在齿高或者螺距有不合的想象，操作工可以适当调整。
纵上所述，在达到方便快捷、提高生产效率的目的，采用这种编程工艺加工钩型螺纹只需要设置几个参数就可以完成加工，比那些CAM的软件更加方便实用。先将加工7寸TP-G2扣型钩型齿螺纹需要更改的程序段所列如下，其他宏变量只需要相应设置一下即可，也可有操作工实际加工中进行调整：
N1260#101＝168.661
N1270#102＝295.050
N1280#103＝130.000
N1300#105＝#101+#104*165.05
实现了完整的钩型齿螺纹加工工艺包括完成从加工前的准备工作到加工指令正确的加工出套管的全过程。
总结以上技术，本发明将数控加工车床与编程技术两者紧密结合，使数控加工机床的性能提升，进而推动了编程技术的发展，而编程手段的提高也促进了数控加工车床的发展，二者相辅相成。以上这种编程技术促进了车丝机向高精度、高效率、高柔性和智能化方向发展。
Claims (1)
1、一种加工钩型齿螺纹的车丝机循环加工工艺，该工艺包括以下步骤：
①加工前的准备工作
包括钢管装夹定位的确定和各种参数的确定，在确定钢管螺纹全长的同时，合理设置钢管管体前端面距卡爪端面距离，以保证有足够长的行程位置来完成螺纹的加工，在夹紧定位后，根据管体当前的位置关系以及管体外径大小、钢级确定切削用量的具体数值，采用该数值设置宏变量及加工程序，来完成车丝循环程序中吃刀量深度，把后三遍车丝的半径吃刀量深度进行宏变量的设置，然后以倒数第三遍的宏变量作为基数，倒数第四编车丝的半径吃刀量深度乘以这个基数的整数倍，依此类推，能够重复进行N遍车丝编程，然后设置循环变量，依次递减进行车丝的循环加工；
②刀具加工起点及工艺路线的确定
建立工件坐标系，以刀具和刀杆的总长度作为刀具的几何刀补值，这个补偿点点为程序原点；
加工的工艺路线采用先粗加工后精加工、先端面后车丝的方式，路线为对钢管管体的外表面进行扒皮、粗车密封面、车端面、倒内倒、对管体进行螺纹车丝、精车密封面；
③进行程序校验及加工轨迹仿真及修改程序
针对扣型钩型齿螺纹所产生负4度角，由于X方向的吃刀量深度于Z轴方向的位置坐标存在三角函数的关系，把X轴和Z轴有机的结合；
按照加工路线和ΔLP车丝机机床控制输入格式要求，完成加工圆弧/直线程序段，具体步骤如下：首先判断是加工直线段/圆弧段，当加工直线段/非圆曲线段(用直线逼近)时，输出G01代码；若加工圆弧，则需判断圆弧是顺时针/逆时针，分别输出G02、G03代码，计算各节点位置的坐标值，包括对刀点、起刀点、终点、退刀点、换刀点的各个位置坐标，修改并最终完成程序；然后结合刀位点的信息(X，Z的坐标值)和切削参数，将这些信息结合起来依次放入指定的文件中，则得到数控代码；
④测量修调
调整对刀的位置和钢管管体外径尺寸是否配和，修改刀补值(几何刀补值和磨损刀补值)及丝杠间隙补偿值、切削参数(切削深度、切削速度、进给量)、数控代码在机床存储单元的位置信息，并且根据验收标准调整合适的参数，最终确定加工程序；
⑤至对刀位，自动加工
回到对刀点，打开自动，对钢管螺纹进行自动加工。
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| CN100474189C (zh) | 2009-04-01 |
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