CN110711909B - 一种数控车床去除工件螺纹起始段飞边或毛刺的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种数控车床去除工件螺纹起始段飞边或毛刺的方法，包括以下步骤：在工件上车削螺纹后，将车刀返回至螺纹的最后切削行程起点；设置车刀对飞边或毛刺的切除量；按所述螺纹原有的切削参数作螺纹插补，车削螺纹并定位车刀至螺纹的实际起点；沿所述螺纹起始段倒角走向，以锐边螺旋最大导程作等导程螺纹插补，进行对飞边或毛刺的车削。该数控车床去除工件螺纹起始段飞边或毛刺的方法能够精准切除飞边或毛刺的根基，且无需更换刀具，省去更换刀具的麻烦。

Description

一种数控车床去除工件螺纹起始段飞边或毛刺的方法

技术领域

本发明涉及螺纹的数控加工技术领域，具体涉及一种数控车床去除工件螺纹起始段飞边或毛刺的方法。

背景技术

石油管螺纹规范规定螺纹小端(起始端)应有60或65度倒角，成型刀具车削加工完成后，在螺纹起始倒角段约0～1.5倍导程范围内的不完整段产生飞边或毛刺，飞边或毛刺位于螺纹牙型的远端面侧(牙槽的近端面侧)。飞边或毛刺的存在不但影响螺纹参数的正常检测，还将影响螺纹使用中的密封性，增加螺纹表面受损风险，甚至导致螺纹连接失效。

现有去除飞边或毛刺的方法是在螺纹车削加工完成后，更换刀具，用较锋利的宽刃车刀重复倒角，和(或)手工用锉刀打磨。通过手工用锉刀打磨，其不足之处在于效率低下，需要人工参与，增加螺纹表面意外损伤风险以及额外的人工成本投入。此外，更换刀具后，需重新对刀具进行安装、校正，其也会导致螺纹加工效率降低。例如，公开号为CN104084653A的中国发明专利申请公开的一种螺纹毛刺去除方法，其在去除毛刺时需要调换宽刀刃。

目前，现有技术很少对飞边或毛刺的存在规律进行探究，其不能精准地切除飞边根基，因此，现有技术普遍是把飞边或毛刺依附的不完整螺纹牙从整体开始逐渐递减式切除，其切除范围宽、切除量大，为提高效率、追求整体切除效果而采用宽刀刃，切除过程需多刀循环切除，占用较多机动时间，同时切削负荷较大。例如，文献1(黄明刚.在普通数控车床上剃削螺纹半牙[J].金属加工(冷加工),2012(20):35-36)及文献2(侯祖刚,王立源.基于数控车床剃削螺纹半牙的拓展与应用[J].金属加工(冷加工),2015(21):71-73)均需在螺纹车削后再更换刀具，使用额外的宽刃刀具进行飞边或毛刺的去除，且该两篇文献均采用剃削1/2圈螺纹半牙的方式，余量较大，需要多刀切除，而通常飞边附着的锐边不仅只有1/2圈。此外，两文献均着眼于无锥度直螺纹始末两端，其不适用于锥形螺纹的飞边或毛刺去除。

发明内容

针对上述存在的问题，有必要提供一种数控车床去除工件螺纹起始段飞边或毛刺的方法，其能够精准切除飞边或毛刺的根基，且无需更换刀具，省去更换、校准刀具的麻烦。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种数控车床去除工件螺纹起始段飞边或毛刺的方法，包括以下步骤：

在工件上车削螺纹后，将车刀返回至螺纹的最后切削行程起点S[X_S,Z_S]，其中，X_S为最后切削行程起点S的径向坐标，Z_S为最后切削行程起点S的轴向坐标；

设置车刀对飞边或毛刺的切除量r；

按所述螺纹原有的切削参数作螺纹插补，车削螺纹并定位车刀至螺纹的实际起点：按所述螺纹的导程P车削螺纹至螺纹实际起点A[X_A,Z_A]，其中，Z_A为点A的轴向坐标，Z_A＝[h-hc]*sin[c]*cos[t]/sin[90°-t-c]，式中，h为所述螺纹的螺纹牙型高度，t为所述螺纹的锥半角角度，c为所述螺纹的倒角角度，hc为螺纹起始端倒角的径向高度，X_A为点A的径向坐标，X_A＝[Z_S-Z_A]*tan[t]*2+X_S；

沿所述螺纹起始段倒角走向，以锐边螺旋最大导程作等导程螺纹插补，进行对飞边或毛刺的车削：按锐边螺旋最大导程Pc、所述螺纹的倒角角度c控制车刀从所述位置A[X_A,Z_A]车削螺纹至点B[X_B,Z_B]，完成对飞边或毛刺的车削，其中，Pc＝P-P*sin[90°-t-c]*sin[s]/sin[s+c]/cos[t]，式中，s为所述螺纹的牙型半角，Z_B为点B的轴向坐标，Z_B＝-hc*tan[c]+Z_A；X_B为点B的径向坐标，X_B＝hc*2+X_A。

进一步地，选择螺纹起始端所在车床旋转中心为坐标系原点。

进一步地，所述切除量r为0.1mm。

进一步地，所述工件为石油管。

进一步地，所述设置车刀对飞边或毛刺的切除量r的步骤具体为：将所述车刀沿朝向飞边或毛刺的位置轴向移动r距离。

由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

1、上述数控车床去除工件螺纹起始段飞边或毛刺的方法基于飞边或毛刺存在规律(即飞边或毛刺附着于螺纹外表面与倒角锥面交界处的棱边，该棱边沿倒角锥面呈变导程螺旋形)，根据螺纹起始段飞边或毛刺的存在规律，按照锐边螺旋最大导程(小于螺纹原导程)对倒角面上棱边倒角，其能够精准、可控地切除飞边或毛刺所依附的根基，从而实现对飞边或毛刺的完全去除，且无残留。

2、由于该数控车床去除工件螺纹起始段飞边或毛刺的方法能够精准切除飞边或毛刺的根基，因此，该方法切除量小，所以不需换刀，使用原螺纹车刀一次简短行程即可解决，无需多刀循环切除，省去更换、校准刀具的麻烦，能够提高螺纹加工的精度及效率；又由于材料切除量少，因此其切削负荷小。

3、上述数控车床去除工件螺纹起始段飞边或毛刺的方法，其对飞边或毛刺根基的切除量可调，进而能够对切除效果进行调节、控制，以满足不同的需求。

4、上述数控车床去除工件螺纹起始段飞边或毛刺的方法，其在去除飞边或毛刺时将螺纹的倒角作为技术变量，使得该方法不仅适用于直螺纹飞边或毛刺的去除，还适用于其他类型螺纹，例如锥形螺纹起始段飞边或毛刺的去除。

附图说明

图1为本发明一较佳实施方式中数控车床去除工件螺纹起始段飞边或毛刺的方法流程图。

图2为本发明较佳实施方式中数控车床去除工件螺纹起始段飞边或毛刺的方法原理图。

图3为工件螺纹起始段飞边去除前的结构示意图。

图4为图3所示工件螺纹起始段飞边去除后的结构示意图。

图5为图3的俯视图。

图6为图4的俯视图。

其中，100-被切除的飞边根基；101-飞边；P-螺纹的导程；t-螺纹的锥半角；h-螺纹的螺纹牙型高度；c-螺纹的倒角角度，hc-螺纹始端的倒角高度；Pc-锐边螺旋最大导程；r-切除量；200-车刀。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请同时参见图1及图2，本发明一较佳实施方式提供一种数控车床去除工件螺纹起始段飞边或毛刺的方法，包括以下步骤：

步骤S1，在工件上车削螺纹后，将车刀200返回至螺纹的最后切削行程起点S[X_S,Z_S]，其中，X_S为最后切削行程起点S的径向坐标，Z_S为最后切削行程起点S的轴向坐标。

请一并参见图3，在本实施方式中，采用该方法去除石油管外螺纹起始段形成的飞边。优选地，选择螺纹起始端所在车床旋转中心为坐标系原点，以更便于计算点坐标。

步骤S2，设置车刀200对飞边101或毛刺的切除量r。具体地，设置车刀200对飞边101或毛刺的切除量r的步骤为：将所述车刀200沿朝向飞边101或毛刺的位置轴向移动r距离，此时，车刀200微移至位置S’[X_S,Z_S+r]。所述切除量r优选为0.1mm。可以理解，切除量r也可根据实际需要设置为其他数值。

步骤S3，按所述螺纹原有的切削参数作螺纹插补，车削螺纹并定位车刀200至螺纹的实际起点：按所述螺纹的导程P车削螺纹至螺纹的实际起点A[X_A,Z_A]，其中，Z_A为点A的轴向坐标，Z_A＝[h-hc]*sin[c]*cos[t]/sin[90°-t-c]，式中，h为所述螺纹的螺纹牙型高度，t为所述螺纹的锥半角，c为所述螺纹的倒角角度，hc为所述螺纹起始端倒角的高度，X_A为点A的径向坐标，X_A＝[Z_S-Z_A]*tan[t]*2+X_S。

步骤S4，沿所述螺纹起始段倒角走向，以锐边螺旋最大导程作等导程螺纹插补，进行对飞边101或毛刺的车削：按锐边螺旋最大导程Pc、所述螺纹的倒角角度c控制车刀200从所述位置A[X_A,Z_A]车削螺纹至点B[X_B,Z_B]，完成对飞边101或毛刺的车削，其中，Pc＝P-P*sin[90°-t-c]*sin[s]/sin[s+c]/cos[t]，式中，s为所述螺纹的牙型半角，Z_B为点B的轴向坐标，Z_B＝-hc*tan[c]+Z_A；X_B为点B的径向坐标，X_B＝hc*2+X_A。

经过研究发现，飞边101或毛刺的几何尺度与材料机械性能、刀具锋利程度、切削参数有关；螺纹车削成型后，飞边101或毛刺附着于螺纹外表面与倒角外表面(锥面)交界处的棱边，该棱边沿倒角锥面呈变导程螺旋形，导程变化范围小于螺纹车刀圆弧半径。由于棱边导程变化范围小于螺纹车刀200的圆弧半径，基于此，可仅依靠车刀200的圆弧形刀尖即可在导程变化的情况下，保持连续地切除飞边101或毛刺所附着的少部分根基100，从而无需切除过多材料。

本发明较佳实施方式提供的数控车床去除工件螺纹起始段飞边或毛刺的方法，其使用原来螺纹车削的刀具，以螺纹车削最后切削行程起点为起点，按螺纹原有切削参数作螺纹插补，定位到螺纹在倒角锥面上的实际起点，随即按倒角实际走向(即按照倒角的实际角度)，以锐边螺旋最大导程作等导程螺纹插补，保持连续、完整车削，可切除飞边101或毛刺所依附棱边的尖锐部分(图2中黑色部分)，从而达到去除飞边101或毛刺的效果。

为了便于理解，下述给出本发明实施例提供的一个具体事例：

对于具备宏程序功能的FANUC数控车床系统，在原程序最后一次螺纹切削行程完成并返回切削起点S[X_S,Z_S]后，加入以下代码：

#501＝P；

#502＝s；

#503＝t；

#504＝h；

#505＝c；

#506＝hc；

#508＝X_S；

#509＝ZS；

M98P7777；

将以下代码写入构成新程序O7777，该程序可以被具有不同螺纹参数的程序共同调用：

O7777；

#507＝r；

#1＝#501-#501*sin[90-#503-#505]*sin[#502]/sin[#502+#505]/cos[#503]；(计算锐边螺旋最大导程)

#2＝[#504-#506]*sin[#505]*cos[#503]/sin[90-#503-#505]-#509；(计算定位到螺纹实际起点的Z向行程)

#3＝-#2*2*tan[#503]；(计算定位到螺纹实际起点的X向行程)

#4＝-#506/tan[#505]；(计算去除飞边Z向行程)

#5＝#506*2；(计算去除飞边X向行程)

G0W[#507]；(切除材料量轴向偏移量)

G32U#3W#2F[#501]；(沿螺纹路径定位至去除飞边起点)

G32U[#5]W[#4]F[#1]；(去除飞边)

G0U20；(完成去除飞边,X向远离螺纹表面)

G0X[#508]Z[#509]；(返回螺纹切削起点)

M99；(返回螺纹车削程序)

将工件坐标系设在螺纹起始端面中心处，在原程序完成螺纹车削后，将车刀200位于螺纹的最后车削行程起点[Xs,Zs]，调用该新程序，可实现去除飞边101。对于不具备宏程序功能的数控车床系统，可人工计算各参数，然后将其替换原车刀移动部分的宏变量。其中占位符含义：P为锥管螺纹导程，t为锥半角，s为牙型半角，h为螺纹牙型高度，c为螺纹的倒角角度，hc为螺纹起始端倒角高度，r为切除材料量轴向调整系数(切除量)，程序输入时替换为实际数值。

请一并参见图3及图5，其为工件去除飞边前的结构示意图，图4及图6为采用切除量r＝0.1mm去除飞边后的结构示意图，由上述附图可知，采用上述数控车床去除工件螺纹起始段飞边或毛刺的方法，能够对依附在倒角锥面锐边的飞边进行完全去除，且切除量少。

上述数控车床去除工件螺纹起始段飞边或毛刺的方法，其根据螺纹起始段飞边101或毛刺的存在规律，按照锐边螺旋最大导程对倒角面上棱边倒角，其能够精准去除飞边101或毛刺，车削行程全覆盖，无残留。

上述数控车床去除工件螺纹起始段飞边或毛刺的方法能够适应螺纹参数、结构参数的变化，不仅适用于直螺纹飞边101或毛刺的去除，还适用于其他类型，例如锥形螺纹的飞边101或毛刺的去除。

上述数控车床去除工件螺纹起始段飞边或毛刺的方法在完成螺纹车削后，直接使用螺纹车削刀进行一次行程去除飞边101或毛刺，连贯执行，无需换刀。

上述数控车床去除工件螺纹起始段飞边或毛刺的方法，车刀定位准确，材料切除量少，切削负荷小。

上述数控车床去除工件螺纹起始段飞边或毛刺的方法，可设置不同的切除量，使得切除效果可调节、可控制。

上述数控车床去除工件螺纹起始段飞边或毛刺的方法，能够即时在数控车床去除飞边101或毛刺，无额外人工、工序、工具、刀具、设备需求。

可以理解，在其他实施方式中，可以执行步骤S3后再设定车刀200的切除量r。

可以理解，上述数控车床去除工件螺纹起始段飞边或毛刺的方法不限用于石油管螺纹的飞边去除，其还可用于其他工件起始段螺纹的飞边去除。

可以理解，上述数控车床去除工件螺纹起始段飞边或毛刺的方法同样适用于螺纹起始段毛刺的去除。

可以理解，上述数控车床去除工件螺纹起始段飞边或毛刺的方法不限于外螺纹起始段飞边或毛刺的去除，也适用于内螺纹起始段飞边或毛刺的去除。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (5)

1.一种数控车床去除工件螺纹起始段飞边或毛刺的方法，其特征在于，包括以下步骤：

在工件上车削螺纹后，将车刀返回至螺纹的最后切削行程起点S[X_S,Z_S]，其中，X_S为最后切削行程起点S的径向坐标，Z_S为最后切削行程起点S的轴向坐标；

设置车刀对飞边或毛刺的切除量r；

按所述螺纹原有的切削参数作螺纹插补，车削螺纹并定位车刀至螺纹的实际起点：按所述螺纹的导程P车削螺纹至螺纹实际起点A[X_A,Z_A]，其中，Z_A为点A的轴向坐标，Z_A＝[h-hc]*sin[c]*cos[t]/sin[90°-t-c]，式中，h为所述螺纹的螺纹牙型高度，t为所述螺纹的锥半角角度，c为所述螺纹的倒角角度，hc为螺纹起始端倒角的径向高度，X_A为点A的径向坐标，X_A＝[Z_S-Z_A]*tan[t]*2+X_S；

沿所述螺纹起始段倒角走向，以锐边螺旋最大导程作等导程螺纹插补，进行对飞边或毛刺的车削：按锐边螺旋最大导程Pc、所述螺纹的倒角角度c控制车刀从所述位置A[X_A,Z_A]车削螺纹至点B[X_B,Z_B]，完成对飞边或毛刺的车削，其中，Pc＝P-P*sin[90°-t-c]*sin[s]/sin[s+c]/cos[t]，式中，s为所述螺纹的牙型半角，Z_B为点B的轴向坐标，Z_B＝-hc*tan[c]+Z_A；X_B为点B的径向坐标，X_B＝hc*2+X_A。

2.如权利要求1所述的数控车床去除工件螺纹起始段飞边或毛刺的方法，其特征在于，选择螺纹起始端所在车床旋转中心为坐标系原点。

3.如权利要求1所述的数控车床去除工件螺纹起始段飞边或毛刺的方法，其特征在于，所述切除量r为0.1mm。

4.如权利要求1所述的数控车床去除工件螺纹起始段飞边或毛刺的方法，其特征在于，所述工件为石油管。

5.如权利要求1所述的数控车床去除工件螺纹起始段飞边或毛刺的方法，其特征在于，所述设置车刀对飞边或毛刺的切除量r的步骤具体为：将所述车刀沿朝向飞边或毛刺的位置轴向移动r距离。

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