CN110076628B - 一种补偿精加工变槽宽螺纹误差的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种补偿精加工变槽宽螺纹误差的方法，包括如下步骤：步骤一、定义机床误差；步骤二、识别机床误差；步骤三、求得单位距离下时间延迟；步骤四、获得加工处油管断面的转角和加工处油管断面挠度；步骤五、补偿。本发明的有益效果如下：通过识别安装大尺寸油管造成的机床运动误差及油管旋转过程中的偏心运动误差，并补偿其造成的误差，提高了变槽宽螺纹的加工精度。

Description

一种补偿精加工变槽宽螺纹误差的方法

【技术领域】

本发明涉及精加工技术领域，尤其涉及一种补偿精加工变槽宽螺纹误差的方法。

【背景技术】

油管或者气管的变槽宽螺纹连接不仅需要紧密连接螺纹，具有较高的强度，还需要具有较高的密封性能，这对变槽宽螺纹加工精度提出了较高的要求。目前，车削加工作为一种高效加工螺纹的有效方法。由于用于连接的油管的长度较大，超过15米，直径较大，超过0.5米，在其加工中，机床夹具夹紧工件一端旋转，造成了工件在旋转过程中的偏心运动，而刀具在加工螺纹中只是沿着油管的轴向运动，不能实时补偿由于其偏心运动造成的误差，且机床上改装后，在其装夹大尺寸油管，造成了机床配重比，运动传递时间延迟等变化，进一步降低了加工大尺寸油管变槽宽螺纹的精度。

【发明内容】

本发明提供了一种补偿精加工变槽宽螺纹误差的方法，其可以识别安装大尺寸油管造成的机床运动误差及油管旋转过程中的偏心运动误差，并补偿其造成的误差，提高变槽宽螺纹的加工精度。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种补偿精加工变槽宽螺纹误差的方法，包括如下步骤：

步骤一、定义机床误差，设x方向位移误差为ξ_x，y方向位移误差为ξ_y，z方向位移误差为ξ_z，机床改装并装卡大尺寸油管前后刀具与工件的角度误差为ζ_yz；

步骤二、识别机床误差，理想相对位置P_t'-P_w'的x,y,z方向位置及角度分别为：Δx'_w-t，Δy'_w-t，Δz'_w-t，θ_y'_z；实际相对位置P_t-P_w的x,y,z方向位置及角度分别为：Δx_w-t，Δy_w-t，Δz_w-t，θ_yz，则机床改装并装卡大尺寸油管前后刀具与工件的相对位移误差及角度误差分别为：

ξ_x＝Δx'_w-t-Δx_w-t

ξ_y＝Δy'_w-t-Δy_w-t

ξ_z＝Δz'_w-t-Δz_w-t；

ζ_yz＝θ_y'_z-θ_yz

步骤三、求得单位距离下时间延迟，设定加工中刀具的运动传递时间延迟为Δt₁，通过测试改装及装卡大尺寸油管前运动从初始点传递到某一个位置时刻t₁₁，通过测试改装及装卡大尺寸油管后运动从初始点传递到某一个位置时刻t₁₂，其中初始点到某一点时间运动路径的距离为l₁，则Δt₁＝t₁₁-t₁₂，单位距离下延迟的时间为

选择从初始点到某一点之间的运动路径距离为l_i,i＝2,…,10，求出时间延迟分别为Δt_i＝t_i1-t_i2，从初始点到某一点之间的运动路径距离为l_i时单位距离下延迟的时间为

根据以上数据，求得单位距离下时间延迟为

步骤四、获得加工处油管断面的转角和加工处油管断面挠度，设卡盘到油管加工端的距离为λ₁，刀具卡盘到另外一端的距离为λ₂，单位距离长度油管的质量为m₁，则在加工尺寸超过预设长度的油管时，在加工中两端重量不均造成弯曲为：

M_e＝m₁g(λ₂-λ₁)

依据卡盘到油管加工端的绕曲线方程，可以获得加工处油管断面的转角为：

加工处油管断面挠度为：

步骤五、补偿，通过加工参数的修正对机床改装及装卡大尺寸油管后造成的刀具及工件的相对位移及角度误差进行有效补偿，补偿的加工参数如下：

θ_t＝θ₀-θ+ζ_yz

其中，a_p ^c,f_y ^c,θ_t分别为对机床改装及装卡大尺寸油管后造成的刀具及工件的相对位移及角度误差进行有效补偿后的切削深度，进给速度，刀具在y-z平面内的偏转角度；a_p,f_y，θ₀分别为优化选择后，机床未改装及装卡大尺寸油管的切削深度，进给速度，以及刀具在y-z平面内的偏转角度。

作为本发明的一种改进，在步骤四中，预设长度为15米。

本发明的有益效果如下：通过识别安装大尺寸油管造成的机床运动误差及油管旋转过程中的偏心运动误差，并补偿其造成的误差，提高了变槽宽螺纹的加工精度。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1为在通用坐标系中刀具与工件相对位置在改装前后位移误差及角度误差模型示意图；

图2为加工中由于大尺寸油管造成的偏心旋转示意图。

【具体实施方式】

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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。

机床改装后及在装载大尺寸油管后，改变了机床配重比及传动链响应，其对机床的静态误差及加工运动误差均有较大影响，因此，在改装前，其装配、静态等误差均已测试并通过内部程序补偿。在此基础上，本发明提供了一种补偿精加工变槽宽螺纹误差的方法，包括如下步骤：

步骤一、定义机床误差，设x方向位移误差为ξ_x，y方向位移误差为ξ_y，z方向位移误差为ξ_z，机床改装并装卡大尺寸油管前后刀具与工件的角度误差为ζ_yz；

需要进一步说明的是，刀具与工件的理想相对位置可通过测量改装前刀具与工件的相对位置获得，改装后的刀具与工件的实际相对位置可以通过测量改装后刀具与工件的相对位置获得，通过刀具与工件之间的实际位置由非接触式的一对传感器检测，一个传感器布置在工作台上，另一个传感器布置在刀具中心，用于检测工件与刀具中心的相对位置，具体可参见图1所示。

步骤二、识别机床误差，理想相对位置P_t'-P_w'的x,y,z方向位置及角度分别为：Δx'_w-t，Δy'_w-t，Δz'_w-t，θ_y'_z；实际相对位置P_t-P_w的x,y,z方向位置及角度分别为：Δx_w-t，Δy_w-t，Δz_w-t，θ_yz，则机床改装并装卡大尺寸油管前后刀具与工件的相对位移误差及角度误差分别为：

ξ_x＝Δx'_w-t-Δx_w-t

ξ_y＝Δy'_w-t-Δy_w-t

ξ_z＝Δz'_w-t-Δz_w-t；

ζ_yz＝θ_y'_z-θ_yz

步骤三、求得单位距离下时间延迟，设定加工中刀具的运动传递时间延迟为Δt₁，通过测试改装及装卡大尺寸油管前运动从初始点传递到某一个位置时刻t₁₁，通过测试改装及装卡大尺寸油管后运动从初始点传递到某一个位置时刻t₁₂，其中初始点到某一点时间运动路径的距离为l₁，则Δt₁＝t₁₁-t₁₂，单位距离下延迟的时间为

选择从初始点到某一点之间的运动路径距离为l_i,i＝2,…,10，求出时间延迟分别为Δt_i＝t_i1-t_i2，从初始点到某一点之间的运动路径距离为l_i时单位距离下延迟的时间为

根据以上数据，求得单位距离下时间延迟为

步骤四、获得加工处油管断面的转角和加工处油管断面挠度，设卡盘到油管加工端的距离为λ₁，刀具卡盘到另外一端的距离为λ₂，单位距离长度油管的质量为m₁，则在加工尺寸超过预设长度的油管时，在本发明中，具体，所述预设长度为15米，在加工中两端重量不均造成弯曲为：

M_e＝m₁g(λ₂-λ₁)

依据卡盘到油管加工端的绕曲线方程，可以获得加工处油管断面的转角为：

加工处油管断面挠度为：

从该步骤四可以看出，由于油管螺纹长度不足油管长度的1％，加工初始端(油管末端)到加工螺纹结束处的距离内，挠度及转角微弱变化造成的加工精度变化可以忽略不计。

步骤五、补偿，通过加工参数的修正对机床改装及装卡大尺寸油管后造成的刀具及工件的相对位移及角度误差进行有效补偿，补偿的加工参数如下：

θ_t＝θ₀-θ+ζ_yz

其中，a_p ^c,f_y ^c,θ_t分别为对机床改装及装卡大尺寸油管后造成的刀具及工件的相对位移及角度误差进行有效补偿后的切削深度，进给速度，刀具在y-z平面内的偏转角度；a_p,f_y，θ₀分别为优化选择后，机床未改装及装卡大尺寸油管的切削深度，进给速度，以及刀具在y-z平面内的偏转角度。

需要进一步说明的是，参见图2所示，由于在加工中，夹具卡盘夹持工件旋转运动，刀具在油管轴向(图2中y方向)及油管径向(图2中x向)运动，因此机床运动过程的角度误差对加工精度影响可以忽略不记。在大尺寸油管变槽宽螺纹加工中只需补偿位移误差及刀具端面偏转角度误差，最合适的途径是通过刀具的运动进行补偿。

本发明的有益效果如下：通过识别安装大尺寸油管造成的机床运动误差及油管旋转过程中的偏心运动误差，并补偿其造成的误差，提高了变槽宽螺纹的加工精度。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但并不仅仅限于说明书和实施方案中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里所示出与描述的图例。

Claims (2)

1.一种补偿精加工变槽宽螺纹误差的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、定义机床误差，设x方向位移误差为ξ_x，y方向位移误差为ξ_y，z方向位移误差为ξ_z，机床改装并装卡大尺寸油管前后刀具与工件的角度误差为ζ_yz；

步骤二、识别机床误差，理想相对位置P_t′-P_w′的x,y,z方向位置及角度分别为：Δx′_w-t，Δy′_w-t，Δz′_w-t，θ′_yz；实际相对位置P_t-P_w的x,y,z方向位置及角度分别为：Δx_w-t，Δy_w-t，Δz_w-t，θ_yz，则机床改装并装卡大尺寸油管前后刀具与工件的相对位移误差及角度误差分别为：

步骤三、求得单位距离下时间延迟，设定加工中刀具的运动传递时间延迟为Δt₁，通过测试改装及装卡大尺寸油管前运动从初始点传递到某一个位置时刻t₁₁，通过测试改装及装卡大尺寸油管后运动从初始点传递到某一个位置时刻t₁₂，其中初始点到某一点时间运动路径的距离为l₁，则Δt₁＝t₁₁-t₁₂，单位距离下延迟的时间为

选择从初始点到某一点之间的运动路径距离为l_i,i＝2,…,10，求出时间延迟分别为Δt_i＝t_i1-t_i2，从初始点到某一点之间的运动路径距离为l_i时单位距离下延迟的时间为

根据以上数据，求得单位距离下时间延迟为

步骤四、获得加工处油管断面的转角和加工处油管断面挠度，设卡盘到油管加工端的距离为λ₁，刀具卡盘到另外一端的距离为λ₂，单位距离长度油管的质量为m₁，则在加工尺寸超过预设长度的油管时，在加工中两端重量不均造成弯曲为：

M_e＝m₁g(λ₂-λ₁)

依据卡盘到油管加工端的绕曲线方程，可以获得加工处油管断面的转角为：

加工处油管断面挠度为：

步骤五、补偿，通过加工参数的修正对机床改装及装卡大尺寸油管后造成的刀具及工件的相对位移及角度误差进行有效补偿，补偿的加工参数如下：

θ_t＝θ₀-θ+ζ_yz

其中，a_p ^c,f_y ^c,θ_t分别为对机床改装及装卡大尺寸油管后造成的刀具及工件的相对位移及角度误差进行有效补偿后的切削深度，进给速度，刀具在y-z平面内的偏转角度；a_p,f_y，θ₀分别为优化选择后，机床未改装及装卡大尺寸油管的切削深度，进给速度，以及刀具在y-z平面内的偏转角度。

2.根据权利要求1所述的一种补偿精加工变槽宽螺纹误差的方法，其特征在于，在步骤四中，预设长度为15米。

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