CN102079033A

CN102079033A - 一种数字化螺纹修复方法

Info

Publication number: CN102079033A
Application number: CN 201010593733
Authority: CN
Inventors: 周会成; 仰儆; 龚兴武; 唐小琦; 陈吉红; 宋宝; 任清荣
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology; Wuhan Huazhong Numerical Control Co Ltd
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology; Weihai Huadong Automation Co Ltd; Wuhan Huazhong Numerical Control Co Ltd
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2030-12-17
Also published as: CN102079033B

Abstract

本发明公开了一种新型螺纹修复方法，即采用数控技术实现各种内外直螺纹和锥螺纹的修复，该螺纹修复方法主要包括螺纹参数数控车床在线测量、螺纹数据处理、螺纹修复代码生成、数控车床螺纹修复加工四个步骤，该方法适用于具有主轴码盘的普及型数控车床，较传统螺纹修复方法精度高，成本低，快速高效，适用范围广泛。

Description

一种数字化螺纹修复方法

技术领域

本发明属于数控技术领域，尤其是有关螺纹修复的数控技术领域。

背景技术

螺纹是一种广泛采用的连接结构。由于存在磨损、腐蚀，或冲击等因素，造成部分螺纹齿面齿形的损坏而失效，常常需要报废更新。为了降低成本和减少损失，许多行业如石油钻井和机车半轴套的管螺纹，一般采取修复的方法再次利用。

传统的螺纹修复主要采用机械修复方法，但这些方法存在不同程度的缺点。①直接切除原有螺纹，重新加工，这种方法会缩减原长，只能有进行有限次修复；②手工小切除量法找螺纹起点进行修复，但费工费时，不能自动退刀，且存在过切，不精确；③可采用专用的螺纹修复器，该方法只能用于修复小口径外圆直螺纹；④采用测量工具寻找螺纹起点，该方法需要和标准螺纹比较，且需要定制好特定口径的测量工具。

数控车削螺纹的特点是加工时控制系统实时监测主轴转速，从而使刀具移动位移和主轴转角保持同步关系，由于机床存在升速过程，升速段工件转动角度和刀具进给位移之间是非线性的，且与具体机床和加工条件的改变，加速段长度各不相同。目前大多采用经验或理论公式估算通常不能吻合特定加工条件下的实际状况，因此如何在普通数控车床上实现精确的修复方法具有重要的实用价值。

发明内容

本发明提出了一种数字化螺纹修复方法，适用于具有主轴码盘的普及型数控车床，克服传统螺纹修复方法精度底，成本高的技术缺陷。

为解决上述技术问题，本发明提供一种数字化螺纹修复方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将待修复螺纹在修复加工的数控车床上一次装夹完成，然后在线测量螺纹参数，包括：每个采样周期的螺纹坐标位置数据和主轴实测转速S；几何参数：螺纹起点(X1，Z1)，螺纹终点(X2，Z2)，螺纹段某牙底位置(Cm，Zm)；工艺参数：螺纹导程F，螺纹高度H和刀具号T；

步骤二、利用数控系统内部任务调度机制实时采集螺纹加工现场的位移数据，然后分析处理该数据并找到加速段终点，进而推算出准确的加工起点处的Z轴位置和主轴转角；

步骤三、根据加工起点处的Z轴位置和主轴转角数据，生成数控机床螺纹修复加工代码；

步骤四、在数控机床上选择上述步骤三生成的螺纹修复加工代码，在没有改动螺纹装夹的情况下，进行修复加工。

优选的，所述步骤一的测量过程包括：

首先启动测量进程，再启动螺纹测量加工进程；

测量加工进程等待开始测量信号；

测量进程发出开始测量信号；

测量加工进程开始加工螺纹；

测量进程定时采集移动轴坐标增量，并加入到数据缓冲区，并检测加工完成信号；

测量加工代码发出加工完成信号；

测量进程完成，并保存缓冲区数据。

优选的，所述步骤二求出加工起点Z0和加工起点的主轴角度C0包括如下步骤：

1)设定最大比较偏差，最大比较次数；

2)初始化加速段长度，比较次数；

3)周期性读一个测量点Zi，与上次比较偏差；

4)若偏差值大于最大比较偏差，则重复3)；

5)比较次数加1，加速段长度增加本次测量值；

6)若比较次数小于最大比较次数，则重复3)；

7)比较完成，记录当前点序号，加速段长度；

8)根据当前点序、采样周期和主轴转速，计算该段时间内的主轴转角S1；

9)根据螺纹起点Z1、测量点Zm和实际主轴转速，计算该段位移内的主轴转角S2；

10)根据螺纹测量点Cm、S1，S2和主轴旋向，确定加工起点的主轴角度C0：等于Cm±(S1+S2)；

11)根据螺纹起点Z1、加速段长度，计算加工起点的Z0：等于Z1+加速段长度。

优选的，所述步骤三生成螺纹修复加工代码，包括如下步骤：

i、生成代码文件名；

ii、输出M，S，T辅助功能；

iii、输出螺纹加工起点；

iv、输出螺纹固定循环；

v、输出结束指令M30；

vi、自动保存修复文件。

本发明利用数控机床现场实时测量的方法实现受损螺纹的修复加工。该方法无需购买或定制专用的工具修复套件，适用于具有主轴码盘的普及型数控车床，较传统螺纹修复方法精度高，成本低，快速高效，适用适用范围广，对于直螺纹或锥螺纹、外圆或内圆螺纹，单头或多头螺纹都能进行修复。

附图说明

图1为螺纹测量示意图。

图2为数据处理示意图。

图3为螺纹修复方法原理图。

表1为螺纹测量数据表。

表2为测量数据分析表。

具体实施方式

如图3所示，本发明中的螺纹修复方法主要包括螺纹参数数控车床在线测量、螺纹数据处理、螺纹修复代码生成、数控车床螺纹修复加工四个步骤。

1.螺纹参数数控车床在线测量

螺纹参数的数控车床在线测量可以在修复加工的数控车床上一次装夹完成，避免测量后修复的对刀，螺纹修复精度高。采集的参数包括：

1)每个采样周期的坐标位置数据(如表1)和主轴实测转速S。

2)几何参数(如图1)：螺纹起点(X1，Z1)，螺纹终点(X2，Z2)，螺纹段某牙底位置(Cm，Zm)。

3)工艺参数：螺纹导程F，螺纹高度H，和刀具号T。

数控系统是一个强实时多任务的控制系统，多个任务通过内部进程调度机制周期性并行处理。通过创建定时测量进程可以对螺纹修复加工时的坐标点现场采集，对运动特性进行确定的分析处理。如图1所示，测量过程主要如下：

1)先启动测量进程，再启动螺纹测量加工进程；

2)测量加工进程等待开始测量信号；

3)测量进程发出开始测量信号；

4)测量加工进程开始加工螺纹；

5)测量进程定时采集移动轴坐标增量，并加入到数据缓冲区，并检测加工完成信号；

6)测量加工代码发出加工完成信号；

7)测量进程完成，并保存缓冲区数据。

2.数据处理

螺纹加工过程中，从零速到稳速之间存在着加速过渡区间，该区间的长度主要和特定机床(包含机床本体、驱动器和电机)的特定加工条件(主要是主轴转速和螺距)的不同而不同。通过在线测量的方法，针对特定机床的特定加工条件下，利用数控系统内部任务调度机制实时采集螺纹加工现场的位移数据，然后分析处理该数据并找到加速段终点，进而推算出准确的加工起点处的Z轴位置和主轴转角。

如图2，已知：假设有效螺纹段的起点Z1和终点Z2，测量点的螺纹长轴Zm坐标和主轴角度Cm值，以及通过测量获得的一系列数据点Zi如表1；则可通过如下方法求出加工起点Z0和加工起点的主轴角度C0：

1)设定最大比较偏差，最大比较次数；

2)初始化加速段长度，比较次数；

3)周期性读一个测量点Zi，与上次比较偏差；

4)若偏差值大于最大比较偏差，则重复3)；

5)比较次数加1，加速段长度增加本次测量值；

6)若比较次数小于最大比较次数，则重复3)；

7)比较完成，记录当前点序号，加速段长度；

11)根据螺纹起点Z1、加速段长度，计算加工起点的Z0：等于Z1+加速段长度；

12)根据上述数据，生成螺纹修复加工代码。

3.螺纹修复代码生成

根据上述数据，生成螺纹修复加工代码过程如下.

1、生成文件名(如：O1001)；

2、根据工艺参数，输出M，S，T辅助功能；

3、根据步骤11)的数据，输出螺纹加工起点；

4、根据几何参数和步骤10)的数据，输出螺纹固定循环；

5、输出结束指令M30；

6、自动保存修复文件。

4.螺纹修复加工

通过选择上述生成的螺纹修复代码，在没有改动螺纹装夹的情况下，立即进行修复加工。由于修复代码中的螺纹主要加工参数和测量过程中保持一致，因此可以保证螺纹车削的准确性。

值得注意的是：通过延长加工起点，使加工起点正好处于匀速段，且为整数倍螺距，可简化计算.无需考虑主轴正反转或主轴编码器方向的影响.通过调整相对主轴Z脉冲的转角，处于匀速段且距离测量点为整数倍螺距，可使加工起点固定在某个合适的距离。

多次测量和加工试验表明，同一机床在同一加工条件下，本方法具有很高的精确性，平均误差小于0.5％，最大误差约为螺距的1.02％-2.88％如表2所示。

表1螺纹测量数据表

0	4	20	42	68	89	99	98	87	73
										58	49	45	50	59	68	76	81	80	77
72	65	63	61	61	64	68	69	72	72
										71	70	68	67	66	66	66	68	69	69
69	70	69	68	67	68	67	67	68	68
										68	68	68	69	69	68	68	68	68	68
67	68	67	69	69	69	69	68	69	68
										67	68	69	69	69	69	69	68	68	68

68	68	68	68	68	69	68	68	68	68
										68	69	68	68	68	68	69	68	69	68
68	68	68	69	69	68	69	69	68	68
										67	68	68	68	69	68	69	69	69	68
69	68	67	68	68	68	68	68	68	69
										68	69	68	69	68	69	68	68	68	68

表2测量数据分析表

S(rpm)	Ld (mm)	Max-Min (um)	误差率(Δ/Ld)
				100	1.0	10.2	1.02％
300	1.0	20.4	2.04％
				200	2.0	48.0	2.40％
300	2.0	39.6	1.98％
				100	3.0	37.8	1,26％
300	3.0	86.4	2.88％

具体实施例

1.选择合适的数控车床，上电回零，设置参数，对刀。

2.编制代码，加工一段螺纹，以备修复。然后卸下该工件。加工代码类似如下：

O1234

M03S300

G00X100Z0

G82U0W-100F3.0P100

M30

实际修复时由于已有待修复的工件，故无需通过第1～2步来制作螺纹试件。

3.选择合适的数控车床，上电回零，设置参数，对刀。

4.安装所需修复螺纹的工件，记录附图1所示的Zm，Cm。

5.按测量键开始测量，等待测量完成。如失败，重新测量。如果测量成功，系统将对测量数据进行处理，并输出类似如下的螺纹修复加工代码：

O1234

M03S300

G00X100Z10.567

G82U0W-100F3.0P321

M30

6.选择该螺纹修复加工代码，循环启动代码开始修复加工。

7.等待修复完成，检验修复后的螺纹。

Claims

1.一种数字化螺纹修复方法，其特征在于，包括以下步骤:

步骤一、将待修复螺纹在修复加工的数控车床上一次装夹完成，然后在线测量螺纹参数，包括：每个采样周期的螺纹坐标位置数据和主轴实测转速S；几何参数：螺纹起点(X1,Z1)，螺纹终点(X2,Z2)，螺纹段某牙底位置(Cm, Zm)；工艺参数：螺纹导程F, 螺纹高度H和刀具号T；

2.根据权利要求1所述的数字化螺纹修复方法，其特征在于，所述步骤一的测量过程包括：

首先启动测量进程，再启动螺纹测量加工进程；

测量加工进程等待开始测量信号；

测量进程发出开始测量信号；

测量加工进程开始加工螺纹；

测量加工代码发出加工完成信号；

测量进程完成，并保存缓冲区数据。

3.根据权利要求2所述的数字化螺纹修复方法，其特征在于所述步骤二求出加工起点Z0和加工起点的主轴角度C0包括如下步骤：

1)设定最大比较偏差，最大比较次数；

2)初始化加速段长度，比较次数；

3)周期性读一个测量点Zi，与上次比较偏差；

4)若偏差值大于最大比较偏差, 则重复3）；

5)比较次数加1，加速段长度增加本次测量值；

6)若比较次数小于最大比较次数，则重复3)；

7)比较完成，记录当前点序号，加速段长度；

10)根据螺纹测量点Cm、S1，S2和主轴旋向，确定加工起点的主轴角度C0: 等于 Cm ±(S1+S2)；

11)根据螺纹起点Z1、加速段长度，计算加工起点的Z0: 等于Z1 + 加速段长度。

4.根据权利要求3所述的数字化螺纹修复方法，其特征在于所述步骤三生成螺纹修复加工代码，包括如下步骤：

ⅰ、生成代码文件名；

ⅱ、输出M，S，T辅助功能；

ⅲ、输出螺纹加工起点；

ⅳ、输出螺纹固定循环；

ⅴ、输出结束指令M30；

ⅵ、自动保存修复文件。