CN110722224B - 一种变主轴转速数控车修不同导程外螺纹的方法 - Google Patents

Abstract

一种变主轴转速数控车修不同导程外螺纹的方法，包括：以刀具起点S在参照工件上分别以主轴转速n₀、n₂车削导程均为P₀的螺旋线T₀、T₂；将刀尖定位于点A₀；转动主轴到一角度位使刀尖指向T₀；移动刀尖使其指向与T₀相邻的T₂并定位于点A₂；通过A₀和A₂的坐标计算T₀、T₂间的轴向或周向偏差，修正在主轴转速n₂下的螺纹车修程序以消除该轴向或周向偏差；卸下参照工件；安装待修工件并转动主轴至所述角度位；移动刀尖指向待修螺纹的牙底位置点B；计算车修所需刀具起点E’与车修程序设定的刀具起点E的轴向偏移距离或周向偏差；消除该轴向偏移距离或周向偏差；执行调整后的程序。该方法能够实现在变主轴转速下对不同导程的外螺纹进行维修。

Description

一种变主轴转速数控车修不同导程外螺纹的方法

技术领域

本发明涉及螺纹的维修方法，具体涉及一种变主轴转速数控车修不同导程外螺纹的方法。

背景技术

每年石油钻井技术服务企业有大量螺纹被加工和维修，石油管螺纹维修服务本身对钻探行业控制装备成本是十分必要的，通过维修可以延长石油管具的服役寿命，节省装备投入。石油管螺纹维修的技术要点在于沿着螺纹原有螺旋线车制，而非全部去除重新加工。

一直以来，业内普遍使用专用的管子车床加工螺纹，其优点是结构简单，适用性强，其缺点也是明显的，操作人员劳动强度高，劳动环境状况差，存在着意外伤害、伤残等职业风险。采用数控车床对螺纹进行车修能够降低劳动强度，然而，螺纹的数控车削加工、维修过程中存在着以下问题：

1、存在变速乱牙现象：数控车床车削螺纹时不能象普通车床一样随意改变转速，否则螺纹就要乱扣。当由于工件材料力学性能的原因，已加工螺纹表面质量不符合技术要求时，普通车床操作者可以通过调整机床主轴转速来改变刀具切削速度来克服，但数控车床的变速乱牙特性导致这一问题变得十分困难，致使在不同转速下车削的螺纹轨迹之间存在偏差。

文献(《数控车床螺纹加工调节实用方法》，刘斌，《金属加工：冷加工》，2014年第1期，36-37,共2页)提供了一种数控车床螺纹加工调节实用方法，其通过计算所加工的螺纹螺距和系统响应时间来得到牙距差，通过补偿牙距差使转速改变前与改变后的螺纹切入点重合，从而避免螺纹乱扣。然而，该方法目的是解决形成螺纹的加工过程中转速改变前后的螺纹乱扣现象，其在变主轴转速之前的刀具起点是已知的；而在螺纹维修时，其维修过程与形成螺纹的加工过程属于不同加工过程，在螺纹的车修维修过程中，待修螺纹的位置信息是未知的，因此，该文献不适用于螺纹的维修过程，其也未给出如何在螺纹维修时避免螺纹乱扣的方法。

2、螺纹的数控车削加工、维修过程中存在对刀问题：每头待修螺纹在机床上的安装都是随机的，即当前安装的螺纹相较前次安装在位置和角度上差异较大，之前程序中设定的大部分加工位置数据对现在的加工毫无意义，而全部更新这些数据会大大降低操作者的劳动效率，增加程序的出错几率，增加工件螺纹和维修装备受损风险。同时，在石油管螺纹维修过程中，每批车修的石油管通常具有不同的牙型、导程，则无疑增加了对刀的难度，导致螺纹车修效率降低。

现有技术中，通常采用以下方法在车修螺纹时对数控车床进行对刀：

(1)手工调整类技术：通常，在没有更简便技术方案的时候，操作者可以采用动态修正法来对刀，如文献(高兴兰.如何在数控车床上修复螺纹[J].现代教育科学：中学教师,2011(7):38-38)；文献(向建平.解决数控车床精车蜗杆对刀难的方法[J].机械工人：冷加工,2004(7):24-25)和文献(李恒征,张斌辉.数控车床螺纹修复问题[J].宿州学院学报,2015,30(08):97-98+124)，该方法可称为始点标记法，即找到并标记已知螺纹始点位置。这些方法均不能一次性准确找到车修起点，效率较低，仅适用于个别车修。

(2)系统特殊功能拓展类技术：国内可查阅到最早资料是文献(王可，唐宗军，赵文珍.管螺纹数控加工中的几个技术问题[J].石油机械，1998，26(11)：42-43)，其总体思路是在数控车床设备上增加测量和反馈功能，直至彻底改变机床布局，该方法经济性欠佳。

(3)螺纹轮廓扫描检测类技术：相关科技人员最早想到解决问题的方法就是通过为数控设备额外引入一整套工件轮廓扫描系统，获取工件轮廓表面信息，实现自动对刀，如文献(张耀辉,王启民,王秀梅,王士立,李继斌.石油钻杆接头螺纹的数控修复加工方法[J].中国机械工程,1999(6):41-43+4-5)、文献(张耀辉,王秀梅,王启民,王士立.石油钻杆接头螺纹的数控修复加工系统[J].装甲兵工程学院学报,2001,15(1):37-41)、文献(王筱,王庆明.基于CCD摄像机的数控车床螺纹修复方法[J].机床与液压,2011,39(8):22-25)及文献(蔡善乐,廖忠浩,蒋钧钧.基于线阵CCD的数控车床螺纹加工自动对刀[J].机械制造,2008,46(4):53-54)。

这种思路没有被相关企业广泛采用，原因如下：由于石油管螺纹车修中大负荷切削、工况恶劣、工件形式多样、螺纹型式多变的特点，决定了该工艺过程所采用的加工设备需具备结构简单、便捷操作、稳定可靠、易维护的使用要求，而该办法因其需增加设备而使设备结构复杂化，购置、使用、维护成本高昂，因位置暴露增加设备损坏、出现故障的几率，降低数控车床稳定性、可靠性和操作的便捷性，因此，这种方法对于有大量螺纹车修需求的石油企业来说是难以接受的。

(4)特殊系统功能类技术：文献(张德武,宫俊艳,张辉,赵海院.西门子828D在数控管螺纹车床中修复螺纹的应用[J].金属加工：冷加工,2015(2):71-72)、文献(唐宗军,谷艳玲.数控车床上已有螺纹的继续切削[J].制造技术与机床,2003(12):96-97)、文献(马彬,余力.FAGOR系统蜾纹修复功能在管螺纹专机上的应用[J].数控机床市场,2007(12):108-110)分别介绍了西门子828D、FAGOR和NUM系统提供的螺纹修复功能的应用，其可以完成相关的位置计算和坐标系设定的工作，免去了部分人工劳动，但其没有对待修螺纹位置的检测能力，而对车修螺纹来说，待修螺纹每次安装的特征部位都是不同的，因此，该技术通常需要另外在数控车床上安装位置检测装置，导致设备成本增加；同时，这类系统限于自身功能和应用范围的局限，只能在具备相应系统的数控车床上应用，在具备其他系统的数控车床上不适用，不具有普遍适用性。

(5)标识零位信号类技术：文献(蔡善乐,马志宏.数控车床手工螺纹对刀[J].机床与液压,2004(9):177-178)、文献(孟生才.数控车床上修复螺纹时的对刀问题[J].机电工程技术,2008,37(4):100-102+112)、文献(范芳洪,石金艳.数控车床主轴自动定位修复螺纹方法的探讨与应用[J].制造技术与机床,2015(4):173-176)及文献(万法伟,赵军友,曹清园,王富涛,曹建明,韩学义.石油钻杆螺纹修复技术研究[J].机床与液压,2017,45(2):15-19)的思路是将主轴的零位信号标识出来，该方法存在无法克服的缺点，即对应零位信号的螺纹上的测量点和切削始点的距离并非导程整数倍，因此，导致计算出来的起始点不准确，还需要修正，这是由数控机床的螺纹进给运行原理先天性决定的。

(6)制做专用工量具类：文献(李培梅,李雪岗,宋顺平,高锋伟,王举堂.管具螺纹的数控加工及修理技术应用[J].石油矿场机械,2007(06):74-75)自行设计了有计量仪器的光栅数显对螺纹装置，称能够测量出待修螺纹牙型的位置偏差值并显示，未介绍工作原理。此外，该方法需要另购置及安装设备，成本较高。

此外，公开号为CN102350548A的中国发明专利申请公开了一种数控车床维修螺纹的对刀方法，该方法要求在主轴前方设置一与主轴垂直的“平面板”或采用主轴前方某与主轴垂直的平面，之后需测量螺纹上一点到该平面距离L1，还要测量待修螺纹上对应点与该平面距离L2，并计算L1和L2之间的差值。但在实际操作中，该方法还存在以下缺点：1、在实际操作中难以保证“平面板”与主轴垂直，使得后续对刀的精度降低；2、距离L1无法从机床上直接得到，如采用人工测量，则难以保证L1的测量精度，如采用仪器测量，则会导致设备结构复杂；3、该方法还需要检测、计算“转角差”，但是现有技术中大多数的数控车床系统没有主轴相位角显示功能，因此，限制了该方法的适用范围；而检测“转角差”，需使用检测仪器，或改装、改造机床，则使每头螺纹的车修操作复杂化，增加成本投入，降低工效；此外，“转角差”的引入，使位置计算复杂化。因此，该方法中“平面板”和“转角差”的存在，使其操作繁琐、效率低、对刀精度低，其也未给出如何在螺纹维修时避免螺纹乱扣的方法。

公开号为CN109799783A的中国发明专利申请公开了一种数控机床维修螺纹管体的方法、控制装置及数控机床，该方法通过获取这根螺纹管的螺纹轨迹数据，和数控机床程序数据做出对比，计算出程序螺纹线和待修螺纹线的数据差异，该方法属于“螺纹轮廓扫描检测类技术”，需增加其他系统来获取方法中提及的信息及模拟车削该螺纹，导致设备复杂化；同时，该方法需要获取数控机床主轴编码器、机床的角度量，使得整个对刀过程较为复杂。此外，其也未给出如何在螺纹维修时避免螺纹乱扣的方法。

公开号为CN104148752A的中国发明专利申请公开了一种数控螺纹磨对刀与磨削中偏差量的自动提取与消除方法，该方法自动计算Z轴和A轴的同步跟随误差作为偏差量，其相当于数控车床车修螺纹最普遍采用的试车法，依靠操作者目测刀具与现有螺纹牙的间距，随后反复多次调整消除间距，其过程较为复杂；且现有技术的大部分数控车床系统不具备对数据的连续的多点多维度采集、记录、存储、计算功能，因此，限制了该方法的适用范围。此外，该方法适用于车修导程相同的螺纹，而没有给出如何批量修复不同导程螺纹的方法。

发明内容

针对上述存在的问题，有必要提供一种变主轴转速数控车修不同导程外螺纹的方法，实现在变主轴转速条件下对不同导程的外螺纹进行维修，解决变主轴转速车削螺纹时的乱扣问题，且经济、便捷、具有普遍适用性。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种变主轴转速数控车修不同导程外螺纹的方法，包括以下步骤：

S1，以刀具起点S[X_S,Z_S]，在一参照工件上以主轴转速n₀车削可见螺旋线T₀，并以主轴转速n₂车削可见螺旋线T₂，其中，X_S为刀具起点S的径向坐标，Z_S为刀具起点S的轴向坐标，所述螺旋线T₀、T₂的导程均为P₀；

S2，将车刀的刀尖定位于点A₀[X_A,Z_A0]，其中，X_A为点A₀的径向坐标，Z_A0为点A₀的轴向坐标，Z_A0位于螺旋线T₀中部的任意位置；

S3，转动主轴到一角度位，该角度位使刀尖指向螺旋线T₀，标记或识记该角度位；

S4，保持主轴的角度位不变，沿主轴移动刀尖至点A₂[X_A,Z_A2]，使得刀尖指向与螺旋线T₀相邻的螺旋线T₂，其中，X_A为点A₂的径向坐标，Z_A2为点A₂的轴向坐标；

S5，通过点A₀和点A₂的坐标计算螺旋线T₀、T₂间的轴向偏差r_2Z＝Z_A2-Z_A0或周向偏差r_2C＝360*(Z_A2-Z_A0)/P,修正在主轴转速n₂下的螺纹车修程序，以消除所述轴向偏差r_2Z或周向偏差r_2C；

S6，从数控车床的卡盘上卸下参照工件；

S7，在数控车床的卡盘上安装待修螺纹的工件，并转动所述主轴至所述角度位，待修螺纹的导程为P，待修螺纹车修程序设定的刀具起点E[X_E,Z_E]，其中，X_E为点E的径向坐标，Z_E为点E的轴向坐标；

S8，移动刀尖，使得刀尖指向待修螺纹的任意牙底位置点B[X_B,Z_B]，其中，X_B为点B的径向坐标，Z_B为点B的轴向坐标；

S9，计算车修所需刀具起点E’与车修程序设定的刀具起点E在轴向上的实际间距L＝Z_B-Z_E-P*[Z_A0-Z_S]/P₀，并将该实际间距L折算成相对待修螺纹在一个螺距范围内的轴向偏移距离L'，L'＝L-FIX(L/P)*P，-P<L'<P，其中，函数FIX(L/P)表示取L/P值的整数部分，或计算车修所需刀具起点E’与车修程序设定的刀具起点E的周向偏差r_0C＝360*L'/P；

S10，在数控车床的工作空间将车修程序设定的刀具起点E移动至车修所需刀具起点E’，以消除轴向偏移距离L'，或调整车修程序设定的刀具起点E的角位移，以消除周向偏差r_0C；

S11，数控车床执行调整后的程序，以完成对待修螺纹的车修。

进一步地，所述参照工件为满足车制一段目视可见不少于2倍导程P₀长度螺旋线的工件。

进一步地，步骤S1中，以参照工件远离卡盘的一端中心为坐标系原点。

进一步地，所述点A₀的径向坐标X_A使刀尖径向位置大于螺旋线T₀在A₀点处的大径。

进一步地，所述步骤S3中，通过手动转动主轴到所述角度位。

进一步地，步骤S10中，对于不具备宏程序功能的数控车床，通过平移坐标系或附加刀补的方法以消除轴向偏移距离L'；对于具备宏程序功能的数控车床，通过采用平移坐标系、附加刀补、在车修程序中调整车修程序设定的刀具起点位置或角偏移、设置并调用局部坐标系G54～G59中的任一方法消除轴向偏移距离L'或周向偏差r_0C。

进一步地，步骤S5中，通过在主轴转速n₂下的螺纹车削程序段增加Q参数来消除所述周向偏差r_2C。

进一步地，步骤S3中，在转动主轴到所述角度位后，在机床主轴箱与卡盘上做标记，以标记该角度位，或识记机床主轴箱与卡盘的相对位置特征。

进一步地，步骤S7中，在卡盘上安装待修螺纹的工件后，对待修螺纹的工件进行校正，以使得待修螺纹的中心轴线与主轴的中心轴线重合。

进一步地，所述螺旋线指车刀刀尖中心点在工件表面留下的轨迹。

由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

1、采用上述方法能够在变主轴转速下数控车修不同导程的外螺纹，解决变主轴转速车削螺纹时的乱扣问题，达成车刀车削轨迹与待修螺纹轨迹重合的目的，解决了数控车床在变主轴转速车修螺纹时出现的螺纹乱扣，导致在不同转速下车削的螺纹轨迹之间存在偏差，致使车刀车削轨迹与待修螺纹轨迹不重合的技术问题。采用该方法后，可通过调整数控车床的主轴转速来改变车刀切削速度，以克服已加工螺纹表面质量不符合技术要求的问题，因此，采用该方法维修螺纹能够提高螺纹的表面质量，可为车削工艺提供更具性价比的优化组合选择，有利于节省刀具成本。

2、该变主轴转速数控车修不同导程外螺纹的方法，无需对数控车床做任何改造、改装，无需借助任何外在检测仪器，成本更低廉，对具备螺纹加工功能的数控车床及各种数控系统普遍适用，具有普遍适用性。

3、该变主轴转速数控车修不同导程外螺纹的方法，不需要寻找或标记主轴编码器零位，能够一次性精准对刀，对螺纹的维修更便捷。

附图说明

图1为本发明一较佳实施方式中变主轴转速数控车修不同导程外螺纹的方法的流程图。

图2为本发明较佳实施方式中变主轴转速数控车修不同导程外螺纹的方法的原理图，其视角为自上而下观察数控车床主轴所在的水平面。

附图中，1-机床主轴箱；2-卡盘；3-参照工件；4-待修螺纹的工件；5-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变主轴转速数控车修不同导程外螺纹的方法，其采用数控车床在变主轴转速条件下对不同导程的外螺纹进行维修，所述方法包括以下步骤：

S1，以刀具起点S[X_S,Z_S]，在一参照工件3上以主轴转速n₀车削可见螺旋线T₀，并以主轴转速n₂车削可见螺旋线T₂，其中，X_S为点S的径向坐标，Z_S为点S的轴向坐标，所述螺旋线T₀、T₂的导程均为P₀。该刀具起点S[X_S,Z_S]的坐标值由车削程序设定。

在步骤S1中，优选以参照工件3远离卡盘2的一端中心为坐标系原点，以更便于后续坐标的计算。优选地，所述参照工件3为满足车制一段目视可见不少于2倍导程P₀长度螺旋线的工件，以便于后续的操作；所述螺旋线指车刀5刀尖中心点在工件表面留下的轨迹。螺旋线T₀、T₂均为外螺纹，以便于车刀5的定位。其中，n₀为去除螺纹余量转速，n₂为达到螺纹最终尺寸、提高螺纹最终表面质量转速或满足其他要求的转速。

S2，将车刀5的刀尖定位于点A₀[X_A,Z_A0]，其中，X_A为点A₀的径向坐标，Z_A0为点A₀的轴向坐标，Z_A0位于螺旋线T₀中部的任意位置。

点A₀[X_A,Z_A0]的坐标值能够从数控车床直接获取。优选地，所述点A₀的径向坐标X_A使刀尖径向位置大于螺旋线T₀在A₀点处的大径，以防止车刀5与参照工件3发生碰撞而导致车刀5或参照工件3损伤。

S3，转动主轴到一角度位，该角度位使刀尖指向螺旋线T₀，标记或识记该角度位。

在步骤S3中，可通过手动转动主轴到所述角度位；当主轴转动到所述角度位后，可通过记号笔等在机床主轴箱1与卡盘2上做标记，以标记该角度位。具体地，可在机床主轴箱1上标记记号F，并在卡盘2上标记记号G，记号F与记号G位于同一水平线上，如图2中的(a)；或识记机床主轴箱1与卡盘2的相对位置特征。

S4，保持主轴的角度位不变，沿轴向移动刀尖至点A₂[X_A,Z_A2]，以使刀尖指向与螺旋线T₀相邻的螺旋线T₂，其中，X_A为点A₂的径向坐标，Z_A2为点A₂的轴向坐标。

S5，通过点A₀和点A₂的坐标计算螺旋线T₀、T₂间的轴向偏差r_2Z＝Z_A2-Z_A0或周向偏差r_2C＝360*(Z_A2-Z_A0)/P,修正在主轴转速n₂下的螺纹车修程序，以消除所述轴向偏差r_2Z或周向偏差r_2C。

步骤S5中，可通过在主轴转速n₂下的螺纹车削程序段增加Q参数等方法来消除所述轴向偏差r_2Z或所述周向偏差r_2C，采用任一方式使得主轴转速n₂下的车削螺旋轨迹与主轴转速n₀下的车削螺旋轨迹重合。

S6，从数控车床的卡盘2上卸下参照工件3。

S7，在数控车床的卡盘2上安装待修螺纹的工件4，如图2中的(b)所示，并转动所述主轴至所述角度位，待修螺纹的导程为P，待修螺纹车修程序设定的刀具起点E[X_E,Z_E]，X_E为点E的径向坐标，Z_E为点E的轴向坐标。

在步骤S7中，在安装待修螺纹的工件4时，主轴会发生转动使得其角度位发生变化，因此，在安装好待修螺纹的工件4后，需要转动主轴，使得机床主轴箱1上标记的记号F与卡盘2上标记的记号G重新位于同一水平线，以将主轴定位至所述角度位。主轴的转动可通过手动进行。

优选地，在卡盘2上安装待修螺纹的工件4后，优先对待修螺纹的工件4进行校正，以使得待修螺纹的中心轴线与所述数控车床的主轴中心轴线重合，从而进一步提高螺纹维修的精度。

S8，移动刀尖，使得刀尖指向待修螺纹的任意牙底位置点B[X_B,Z_B]，其中，X_B为点B的径向坐标，Z_B为点B的轴向坐标，X_B及Z_B能够从数控机床中直接获取。

S9，计算车修所需刀具起点E’与车修程序设定的刀具起点E在轴向上的实际间距L＝Z_B-Z_E-L_p＝Z_B-Z_E-P*[Z_A0-Z_S]/P₀，并将该实际间距L折算成相对待修螺纹在一个螺距范围内的轴向偏移距离L'，L'＝L-FIX(L/P)*P，-P<L'<P，其中，函数FIX(L/P)表示取L/P值的整数部分，或计算车修所需刀具起点E’与车修程序设定的刀具起点E的周向偏差r_0C＝360*L'/P。

S10，在数控车床的工作空间将车修程序设定的刀具起点E移动至车修所需刀具起点E’，以消除轴向偏移距离L'，或调整车修程序设定的刀具起点E的角位移，以消除周向偏差r_0C。

在步骤S10中，对于不具备宏程序功能的数控车床，通过平移坐标系或附加刀补的方法以消除轴向偏移距离L'。对于具备宏程序功能的机床，可以采用多种方法，例如平移坐标系、附加刀补、在车修程序中调整车修程序设定的刀具起点位置或角偏移、设置并调用局部坐标系G54～G59等任一方式移动刀具起点或对刀具起点的角位移进行调整。采用消除轴向偏移距离L'或周向偏差r_0C中任一方式，确保车刀5的刀尖轨迹与待修螺纹轨迹重合。

车修螺纹之所以成为数控车床应用中的一个比较难处理的问题，主要是由于每件待修螺纹安装到数控车床后，它的螺纹实际起始点所处角度(相对于“主轴零位信号”所处角度)都是不一样的，具有随机性，而且这个起始点具体在哪里是不容易便捷、经济地获取，主轴圆周360度范围内哪个角度位置都有可能，找不到、找不准这个起始点就没法车修，所以技术人员应用各种先进技术、想各种办法去找它的这个位置，例如，用CCD相机、磁感应、激光测距、红外线、自制量具、改造数控机床等方法，导致螺纹车修成本高、方法复杂。本方法与其他现有技术在思路上的显著区别是：取个捷径，用“和已知的比较”绕开“对未知的测量”,具体为先确定一个主轴的角度位(即F-G标记的角度位)，在这个位置上和每一件待修螺纹上的B点进行比较得到偏差，然后对偏差进行消除，来实现车刀按待修螺纹轨迹车削。

S11，数控车床执行调整后的程序，以完成对待修螺纹的车修，从而实现变主轴转速数控车修不同导程外螺纹。

若待修螺纹的工件数量为两件以上，只需重复执行步骤S7～S11，直至对所有工件完成螺纹的车修。

该变主轴转速数控车修不同导程外螺纹的方法技术原理为：

在同一数控车床空间内，车刀螺旋轨迹的位置由车削起点、导程和主轴转速共同确定，进而，螺旋轨迹上任意选定点A₀的位置相对刀具起点S有确定的轴向关系和周向位置关系。由此，以该确定的轴向关系或周向位置关系为参照，在导程为P的待修螺纹上找到与点A₀具有相同相位角的点B，按所述确定的轴向关系或周向位置计算车修所需刀具起点E’，按导程P折算E’与车修程序设定的刀具起点E的偏差，消除该偏差，可使车刀以转速n₀按导程P车修螺纹。

以相同刀具车削起点S、不同主轴转速n₀和n₂获得两条螺旋线T₀、T₂(n₀为去除材料余量转速，n₂为达到螺纹最终尺寸、提高表面质量转速或满足其他要求转速)，T₀、T₂间存在确定的偏差r₂，该偏差可以具体表述为轴向偏差r_2Z或周向偏差r_2C，以螺旋线T₀为参照消除偏差，可以使车刀以转速n₂按螺旋线T₀车削螺纹。

在转速n₂下车修导程为P的螺纹，车修程序设定的刀具起点E相对车修所需刀具起点E’的偏差应是偏差r₀和偏差r₂的代数叠加。

基于以上原理，可在机床空间内采用任何方法调整程序中刀具起点E的位置或角位移，使程序实现在不同转速n₀、n₂下的刀具车削轨迹与待修螺纹轨迹重合的目的。

为了便于理解，下述给出本发明实施例提供的一个具体实例：

准备工作：

1.以具有Fanuc数控系统的机床为例，螺纹车削刀具使用15号刀补对刀

2.准备导程P＝5.08或其他实用螺纹加工程序，螺纹车削刀具调用15号刀补，螺纹余量车削转速n₀＝150转/分，最终车削转速n₂＝250转/分

3.准备参照工件，直径无特别要求，本例使用直径为Φ139.7mm，长度不小于200mm的石油套管

4.以参照工件右端面(即远离卡盘的一端)中心为坐标系原点，以150转/分在参照工件外表面车削一条导程为P₀＝6.35mm的无锥度螺旋线T₀，目视可见长度不小于12.7mm，刀具起点的坐标为(139,12.7)，同样地，以250转/分车削另一条螺旋线T₂

5.主轴停转，移动刀尖至A₀(141,-50.8)，转动主轴至刀尖指向螺旋线T₀，标记当前卡盘角度位置(可记号笔做标记F-G，或识记卡盘角度位置特征)，移动刀尖指向T₂，至点A₂(141,-50.1)，卸下参照工件

6.原程序在主轴转速n₂下所有螺纹车削段增加Q参数“Q#507”

7.原程序所有指令之前，写入如下指令(以车修导程为5.08为例，使用时无需修改)：

#501＝5.08；(待修螺纹导程)

#511＝10.16；(原程序车削螺纹起点坐标Z_E)

M98P6350；(调用子程序6350)

8.将以下代码写入新程序O6350

O6350；

#502＝6.35；(参照螺纹导程)

#503＝12.7；(参照螺纹起点坐标Z_S)

#504＝-50.8；(A₀点坐标Z_A0)

#505＝-50.1；(A₂点坐标Z_A2)

#507＝360000*[#505-#504]/#502；(计算r_0C＝360*(Z_A2-Z_A0)/P)

#515＝xxx.xxx；(记录15#刀补原值)

#2115＝#515；(清除之前车修的改动，恢复15#刀补原值)

#1＝#5042；(读取当前对刀位置轴向坐标Z_B的系统参数#5042的值传递给参数#1)

#2＝#1-#511-#501*[#504-#503]/#502；(L＝Z_B-Z_E-P*[Z_A0-Z_S]/P₀)

#2＝#2-FIX[#2/#501]*#501；(单螺距折算L')

#2115＝#2115+#2；(L'累加到Z向15号刀补)

G0U20；(车刀X正向移动10mm，远离对刀位置)

W200；(车刀Z正向移动200mm，远离待修螺纹)

M99；(返回原程序)

批量车修操作步骤：

1.安装并校正待修螺纹4_1/2REG(石油钻具螺纹型号P＝5.08)工件

2.转动卡盘至标记F-G位置

3.移动车刀至刀尖中心指向任意螺纹牙底

4.运行螺纹加工程序

采用上述方法能够在变主轴转速下数控车修不同导程的外螺纹，解决主轴转速车削螺纹时的乱扣问题，达成车刀车削轨迹与待修螺纹轨迹重合的目的，解决了数控车床在变主轴转速车修螺纹时出现的螺纹乱扣，导致在不同转速下车削的螺纹轨迹之间存在偏差，致使车刀车削轨迹与待修螺纹轨迹不重合的技术问题。采用该方法后，可通过调整数控车床的主轴转速来改变车刀切削速度，以克服已加工螺纹表面质量不符合技术要求的问题，因此，采用该方法维修螺纹能够提高螺纹的表面质量，可为车削工艺提供更具性价比的优化组合选择，有利于节省刀具成本。

该变主轴转速数控车修不同导程外螺纹的方法，无需对数控车床做任何改造、改装，无需借助任何外在检测仪器，成本更低廉，对具备螺纹加工功能的数控车床及各种数控系统普遍适用，具有普遍适用性。

该变主轴转速数控车修不同导程外螺纹的方法，不需要寻找或标记主轴编码器零位，能够一次性精准对刀，对螺纹的维修更便捷。

该变主轴转速数控车修不同导程外螺纹的方法，在机床空间内调整刀具位置，不改动原程序，锥螺纹不受影响，对具备宏程序功能的数控系统，无需人工记录、输入数据和计算，使用更方便。

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 (10)

1.一种变主轴转速数控车修不同导程外螺纹的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，以刀具起点S[X_S,Z_S]，在一参照工件上以主轴转速n₀车削可见螺旋线T₀，并以主轴转速n₂车削可见螺旋线T₂，其中，X_S为刀具起点S的径向坐标，Z_S为刀具起点S的轴向坐标，所述螺旋线T₀、T₂的导程均为P₀；

S2，将车刀的刀尖定位于点A₀[X_A,Z_A0]，其中，X_A为点A₀的径向坐标，Z_A0为点A₀的轴向坐标，Z_A0位于螺旋线T₀中部的任意位置；

S3，转动主轴到一角度位，该角度位使刀尖指向螺旋线T₀，标记或识记该角度位；

S4，保持主轴的角度位不变，沿主轴移动刀尖至点A₂[X_A,Z_A2]，使得刀尖指向与螺旋线T₀相邻的螺旋线T₂，其中，X_A为点A₂的径向坐标，Z_A2为点A₂的轴向坐标；

S5，通过点A₀和点A₂的坐标计算螺旋线T₀、T₂间的轴向偏差r_2Z＝Z_A2-Z_A0或周向偏差r_2C＝360*(Z_A2-Z_A0)/P,修正在主轴转速n₂下的螺纹车修程序，以消除所述轴向偏差r_2Z或周向偏差r_2C；

S6，从数控车床的卡盘上卸下参照工件；

S7，在数控车床的卡盘上安装待修螺纹的工件，并转动所述主轴至所述角度位，待修螺纹的导程为P，待修螺纹车修程序设定的刀具起点E[X_E,Z_E]，其中，X_E为点E的径向坐标，Z_E为点E的轴向坐标；

S8，移动刀尖，使得刀尖指向待修螺纹的任意牙底位置点B[X_B,Z_B]，其中，X_B为点B的径向坐标，Z_B为点B的轴向坐标；

S9，计算车修所需刀具起点E’与车修程序设定的刀具起点E在轴向上的实际间距L＝Z_B-Z_E-P*[Z_A0-Z_S]/P₀，并将该实际间距L折算成相对待修螺纹在一个螺距范围内的轴向偏移距离L'，L'＝L-FIX(L/P)*P，-P<L'<P，其中，函数FIX(L/P)表示取L/P值的整数部分，或计算车修所需刀具起点E’与车修程序设定的刀具起点E的周向偏差r_0C＝360*L'/P；

S10，在数控车床的工作空间将车修程序设定的刀具起点E移动至车修所需刀具起点E’，以消除轴向偏移距离L'，或调整车修程序设定的刀具起点E的角位移，以消除周向偏差r_0C；

S11，数控车床执行调整后的程序，以完成对待修螺纹的车修。

2.如权利要求1所述的变主轴转速数控车修不同导程外螺纹的方法，其特征在于，所述参照工件为满足车制一段目视可见不少于2倍导程P₀长度螺旋线的工件。

3.如权利要求1所述的变主轴转速数控车修不同导程外螺纹的方法，其特征在于，步骤S1中，以参照工件远离卡盘的一端中心为坐标系原点。

4.如权利要求1所述的变主轴转速数控车修不同导程外螺纹的方法，其特征在于，所述点A₀的径向坐标X_A使刀尖径向位置大于螺旋线T₀在A₀点处的大径。

5.如权利要求1所述的变主轴转速数控车修不同导程外螺纹的方法，其特征在于，所述步骤S3中，通过手动转动主轴到所述角度位。

6.如权利要求1所述的变主轴转速数控车修不同导程外螺纹的方法，其特征在于，步骤S10中，对于不具备宏程序功能的数控车床，通过平移坐标系或附加刀补的方法以消除轴向偏移距离L'；对于具备宏程序功能的数控车床，通过采用平移坐标系、附加刀补、在车修程序中调整车修程序设定的刀具起点位置或角偏移、设置并调用局部坐标系G54～G59中的任一方法消除轴向偏移距离L'或周向偏差r_0C。

7.如权利要求1所述的变主轴转速数控车修不同导程外螺纹的方法，其特征在于，步骤S5中，通过在主轴转速n₂下的螺纹车削程序段增加Q参数来消除所述周向偏差r_2C。

8.如权利要求1所述的变主轴转速数控车修不同导程外螺纹的方法，其特征在于，步骤S3中，在转动主轴到所述角度位后，在机床主轴箱与卡盘上做标记，以标记该角度位，或识记机床主轴箱与卡盘的相对位置特征。

9.如权利要求1所述的变主轴转速数控车修不同导程外螺纹的方法，其特征在于，步骤S7中，在卡盘上安装待修螺纹的工件后，对待修螺纹的工件进行校正，以使得待修螺纹的中心轴线与主轴的中心轴线重合。

10.如权利要求1所述的变主轴转速数控车修不同导程外螺纹的方法，其特征在于，所述螺旋线指车刀刀尖中心点在工件表面留下的轨迹。

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