CN112170993A - 一种数控车床维修螺纹的对刀测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明为数控车床维修螺纹的无接触式对刀测量方法，数控车床卡盘的中心轴为主轴，管体被卡盘夹紧并以主轴为旋转轴旋转；包括以下步骤：S1、将安装有电子测距传感器的车床刀架沿车床主轴方向运动，并扫描管体的螺纹，获取螺纹断面的数据；S2、根据螺纹断面的数据，测量出螺纹的齿底主轴坐标a，螺纹的齿顶主轴坐标b，端面的主轴坐标c；并计算出螺距X＝a‑b；S3、根据计算公式计算出待修管体中心轴的相对于端面的偏移距离L，L＝(a‑c)％X；(％符号表示取余)；S4、根据计算公式计算出待修管体中心轴偏转角度α，α＝L/(X/360°)；S5、控制车床卡盘旋转α角度，或移动L距离实现对刀；用非接触测量法对螺纹进行断面扫描，测出位置偏差量，调整管体对刀。

Description

一种数控车床维修螺纹的对刀测量方法

技术领域

本发明涉及钻杆螺纹维修技术领域，尤其涉及一种数控车床维修螺纹的对刀测量方法。

背景技术

钻杆是石油开采，天然气开采，打井的重要生产物质和工具。但是钻杆在多次使用后会出现两个方面的磨损。其一螺纹的磨损，其二钻杆外沿的磨损。螺纹受损后会对工件之间的连接效果造成影响，并且还会导致使用该工件的器具在使用过程中故障频发，为了保障器具的正常使用，需要对工件的螺纹部分进行维修。

我国现阶段的石油装备生产和维修单位面临钻杆螺纹修复都没有好的解决方案只能采用传统的普通车床进行手工式的维修。传统的普通车床维修过程是，采用手动方式将刀具刀尖对入螺纹的沟槽中，以完成对刀，再由丝杠带动刀架进给，沿原螺纹沟槽加深，从而完成螺纹的修复工作，由于对刀存在肉眼误差和普通车床的加工精度低的特性，因此维修后的螺纹精度难以达到设计标准要求，产品质量不高，甚至部分螺纹工件提前报废。由于数控车床更擅长加工新零件或者毛坯件，并不适合维修旧零件。加工旧零件具有效率低、对刀难且报废率高的缺陷。因此急需一种能够提高加工精度的螺纹螺纹维修数控车床对刀测量方法。

发明内容

针对上述技术中存在的问题如：在现有的数控车床维修中对螺纹对刀的精准度不高，还未有一种加工精度的高的螺纹对刀方法。

具体为一种数控车床维修螺纹的无接触式对刀测量方法，数控车床卡盘的中心轴定义为主轴，管体被所述卡盘夹紧并以主轴为旋转轴旋转；包括以下步骤：

S1、将安装有电子测距传感器的车床刀架沿车床主轴方向运动，并扫描管体的螺纹，获取螺纹断面的数据；

S2、根据螺纹断面的数据，测量出螺纹的齿底主轴坐标a，螺纹的齿顶主轴坐标b，端面的主轴坐标c；并计算出螺距X＝a-b；

S3、根据计算公式计算出待修管体中心轴的相对于端面的偏移距离L，

L＝(a-c)％X；(％符号表示取余)；

S4、根据计算公式计算出待修管体中心轴偏转角度α，

α＝L/(X/360°)；

S5、控制车床卡盘旋转α角度，或移动L距离实现对刀。

优选的，在步骤S5中，还能够控制刀架的起刀点位置或起刀角度进行对刀。

优选的，在步骤S1中，所述电子测距传感器为激光传感器。

优选的，在步骤S1之后，还包括对所有相邻齿底和齿顶的牙距进行计算，并与被加工管件螺纹的标准牙距进行比对。

优选的，若检测到测量牙距小于或者大于标准牙距，则在将要对此处螺纹加工时，重复S3-S5进行重新对刀走刀。

优选的，所述数控车床上安装有主轴编码器，所述主轴编码器用于检测所述数控车床主轴的角度，即能得出卡盘的角度，并根据检测的到的角度和计算出的齿顶和齿底位移距离值既可以计算出所述数控车床主轴夹紧的工件所旋转角度和位移距离。

优选的，在步骤S1之后，还包括计算端面与卡盘外表面的距离，得出端面的偏移误差Y，在对刀过程中加入偏移误差Y进行修正。

优选的，所述管体为锥形，记锥体螺纹的锥度为1/d，螺纹整体最大磨损部的磨损量是X/d，计算得出锥体螺纹的平头量为L。

优选的，所述螺纹包括外螺纹或者内螺纹，若为内螺纹，则需要设置棱镜配合电子测距传感器对数据进行检测。

优选的，所述电子测距传感器安装在所述数控车床刀架上。

本发明的有益效果是：本发明所提出的数控车床维修螺纹的无接触式对刀测量方法，数控车床卡盘的中心轴定义为主轴，管体被所述卡盘夹紧并以主轴为旋转轴旋转；包括以下步骤：S1、将安装有电子测距传感器的车床刀架沿车床主轴方向运动，并扫描管体的螺纹，获取螺纹断面的数据；S2、根据螺纹断面的数据，测量出螺纹的齿底主轴坐标a，螺纹的齿顶主轴坐标b，端面的主轴坐标c；并计算出螺距X＝a-b；S3、根据计算公式计算出待修管体中心轴的相对于端面的偏移距离L，L＝(a-c)％X；(％符号表示取余)；S4、根据计算公式计算出待修管体中心轴偏转角度α，α＝L/(X/360°)；S5、控制车床卡盘旋转α角度，或移动L距离实现对刀；电子测距传感器采用非接触测量的方法对磨损后的螺纹进行断面扫描，测定出数控车床程序与待修管体实际坐标的位置偏差量，并且能够直接对扫描数据进行计算，然后调整管体移动，实现对刀，全程自动化程度高，且加工定位精度高。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为本发明的工作状态示意图；

图3为本发明螺纹示意图；；

图4为本发明坐标系示意图。

具体实施方式

为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。

本发明的螺纹管的螺纹是一道围绕在管体上的曲线，这条曲线以等距的方式缠绕在管体上形成螺纹，那么螺纹与螺纹之间的距离就是螺距。当然螺纹与螺纹之间一定会出现齿顶和齿底，两个齿顶中心的距离是螺距的距离值，两个齿顶中一定会有一个齿底。数控车床卡盘夹紧维修加工管件后匀速旋转，并且数控车床刀架带动车削刀沿主轴和X轴方向运动就能车削出标准的螺纹。其中X轴为水平横向坐标轴。加工出来的螺纹呈现出如下数据关系：主轴转动360°数控车床车削刀架运动一个螺距，任意螺纹的齿顶和齿顶与管件前端面的轴心方向距离呈螺距倍数关系，一直延续到螺纹末端。相对于新加工的螺纹管件，我们将卡盘起扣点的角度认定为管件轴心的0°，新加工的螺纹管件，管体轴心的零度和加工时数控车床的机床轴心0°是重合的。能够根据以上特征找到每个齿顶中心的坐标位置，也可以找到齿底中心坐标位置。

当一根待修的螺纹管件送入机床并通过机床卡盘夹紧以后，这根待修管件的中心轴角度和管件端面的前后距离坐标(主轴坐标)数据一定不同于新加工时管件机床的中心坐标和Z坐标，那么使用同样的加工程序肯定不能将数控车床的螺纹刀刀架对准工件螺纹。那机床需要维修这根管件就要通过测量扫描旧管件的螺纹数据换算出机床的主轴补偿量和主轴角度补偿量，最终达到维修这根螺纹管的目的。

具体为一种数控车床维修螺纹的无接触式对刀测量方法，请参阅图1-图2；一种数控车床维修螺纹的无接触式对刀测量方法，数控车床卡盘的中心轴定义为主轴，管体被卡盘夹紧并以主轴为旋转轴旋转；包括以下步骤：S1、将安装有电子测距传感器的车床刀架沿车床主轴方向运动，并扫描管体的螺纹，获取螺纹断面的数据；S2、根据螺纹断面的数据，测量出螺纹的齿底主轴坐标a，螺纹的齿顶主轴坐标b，端面的主轴坐标c；并计算出螺距X＝a-b；S3、根据计算公式计算出待修管体中心轴的相对于端面的偏移距离L，L＝(a-c)％X；(％符号表示取余)；S4、根据计算公式计算出待修管体中心轴偏转角度α，α＝L/(X/360°)；S5、控制车床卡盘旋转α角度，或移动L距离实现对刀。能够适用于有锥度的螺纹，主要用于加工石油钻杆。石油钻杆是石油、天然气开采的重要物资，在使用过程中很容易对钻杆上的螺纹造成磨损，本实施例能够解决传统数控车床不能准确维修椎体螺纹的行业难题，增加钻杆的使用寿命，能够给本行业带来巨大的经济效益。

本实施例在步骤S5中，还能够控制刀架的起刀点位置或起刀角度进行对刀。本实施例在步骤S1中，电子测距传感器为激光传感器。本实施例在步骤S1之后，还包括对所有相邻齿底和齿顶的牙距进行计算，并与被加工管件螺纹的标准牙距进行比对。本实施例中，若检测到测量牙距小于或者大于标准牙距，则在将要对此处螺纹加工时，重复S3-S5进行重新对刀走刀。本实施例的数控车床上安装有主轴编码器，主轴编码器用于检测数控车床主轴的角度，即能得出卡盘的角度，并根据检测的到的角度和计算出的偏转角度计算出数控车床主轴夹紧的工件所旋转角度和位移距离。

本实施例在步骤S1之后，还包括计算端面与卡盘外表面的距离，得出端面的偏移误差Y，在对刀过程中加入偏移误差Y进行修正。数控车床维修管件是需要送料机传送钻杆进入机床，由于管体的自身重量产生的惯性，会影响前端面的位置发生前后的位移，由于数控车床编写的程序始终在准确的位置上工作，所以需要调整数控车床刀架的坐标偏移参数。本实施例的管体为锥形，记锥体螺纹的锥度为1/d，螺纹整体最大磨损部的磨损量是X/d，计算得出锥体螺纹的平头量为L。本实施例的螺纹包括外螺纹或者内螺纹，若为内螺纹，则需要设置棱镜配合电子测距传感器对数据进行检测。本实施例的电子测距传感器安装在数控车床刀架上。

测量方法：待加工管件送入机床待卡盘夹紧管件后机床主轴不动。数控车床刀架安装扫描测量工具后沿车床主轴水平运动。采集螺纹外沿到测量端的X轴距离值，加上机床的主轴坐标数据形成二维扫描断面。这里所述的扫描测量工具为激光位移传感器。获取断面扫描数据后通过软件找到所有的齿顶和齿底数据，通过电脑软件分析其所有两个相邻齿顶和齿底的位置是否符合该管件螺纹设计的牙距距离。根据这根管件扫描出来的断面数据也包含了管体主轴当前角度数据的信息。

实施例1：首先对螺纹的数据进行检测，检测到18齿螺纹的齿顶中心坐标分别为[1-X(44.875),Z(67.397)]、[2-X(43.817),Z(73.747)]、[3-X(42.758),Z(80.097)]、[4-X(41.703),Z(86.447)]、……、[18-X(26.884),Z(175.347)]。将两个相邻齿的Z数据相减可以换算牙距距离为X＝67.397-73.747＝6.35mm，将1齿坐标和18齿坐标结合可以算出这根螺纹的齿数和螺纹锥度如下：44.875-26.884＝17.991mm，67.397-175.347＝-107.95mm；107.95/6.35+1＝18齿，107.95/17.991≈6；即该螺纹的齿数为18，锥度为1:6。通过上述计算推算出测量工件的牙距、锥度、齿高、端面齿数、起扣点位置等数据，更为重要的是知道了螺纹齿底在数控车床主轴坐标的绝对位置。

然后对待修管体中心轴角度偏差的数据进行计算，螺纹的起扣点位置和管件齿顶中轴线是为6.35倍数关系。以此类推最后的尾扣也是满足螺纹的螺距倍数关系差值为6.35mm*N。因此根据公式计算出L＝(175.347-216.45)％6.35＝-3.003mm，α＝-3.003/(6.35/360°)＝170.24°。若螺纹的中心轴发生了180°的偏移，其扫描断面数据应该是，第一扣齿顶位置和端面差3.175mm，第二扣齿顶位置和端面差6.35mm+3.175mm，第三扣齿顶位置和端面差为(6.35mm*2)+3.175mm，尾扣齿顶位置和端面差为(3mm*N)+1.5mm。这里是利用螺纹齿顶和管体前后端面计算，同样也可以使用齿底与螺纹管体前后端面计算得到测量结果。对平头量进行计算，由于锥体螺纹的锥度为1:6，当前端面平头量是6mm时，新螺纹经过车削，齿底就会向下移动1mm，后端面同样后移6mm，一次方法计算出螺纹整体最大磨损部的磨损量是1mm，椎体螺纹的平头量就是6mm。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种数控车床维修螺纹的无接触式对刀测量方法，其特征在于，数控车床卡盘的中心轴定义为主轴，管体被所述卡盘夹紧并以主轴为旋转轴旋转；包括以下步骤：

S1、将安装有电子测距传感器的车床刀架沿车床主轴方向运动，并扫描管体的螺纹，获取螺纹断面的数据；

S2、根据螺纹断面的数据，测量出螺纹的齿底主轴坐标a，螺纹的齿顶主轴坐标b，端面的主轴坐标c；并计算出螺距X＝a-b；

S3、根据计算公式计算出待修管体中心轴的相对于端面的偏移距离L，

L＝(a-c)％X；(％符号表示取余)；

S4、根据计算公式计算出待修管体中心轴偏转角度α，

α＝L/(X/360°)；

S5、控制车床卡盘旋转α角度，或移动L距离实现对刀。

2.根据权利要求1所述的数控车床维修螺纹的无接触式对刀测量方法，其特征在于，在步骤S5中，还能够控制刀架的起刀点位置或起刀角度进行对刀。

3.根据权利要求1所述的数控车床维修螺纹的无接触式对刀测量方法，其特征在于，在步骤S1中，所述电子测距传感器为激光传感器。

4.根据权利要求1所述的数控车床维修螺纹的无接触式对刀测量方法，其特征在于，在步骤S1之后，还包括对所有相邻齿底和齿顶的牙距进行计算，并与被加工管件螺纹的标准牙距进行比对。

5.根据权利要求4所述的数控车床维修螺纹的无接触式对刀测量方法，其特征在于，若检测到测量牙距小于或者大于标准牙距，则在将要对此处螺纹加工时，重复S3-S5进行重新对刀走刀。

6.根据权利要求1所述的数控车床维修螺纹的无接触式对刀测量方法，其特征在于，所述数控车床上安装有主轴编码器，所述主轴编码器用于检测所述数控车床主轴的角度数据，即能得出卡盘的角度，并根据检测的到的角度和计算出的齿顶和齿底位移距离值既可以计算出所述数控车床主轴夹紧的工件所旋转角度和位移距离。

7.根据权利要求2所述的数控车床维修螺纹的无接触式对刀测量方法，其特征在于，在步骤S1之后，还包括计算端面与卡盘外表面的距离，得出端面的偏移误差Y，在对刀过程中加入偏移误差Y进行修正。

8.根据权利要求1所述的数控车床维修螺纹的无接触式对刀测量方法，其特征在于，所述管体为锥形，记锥体螺纹的锥度为1/d，螺纹整体最大磨损部的磨损量是X/d，计算得出锥体螺纹的平头量为L。

9.根据权利要求1所述的数控车床维修螺纹的无接触式对刀测量方法，其特征在于，所述螺纹包括外螺纹或者内螺纹，若为内螺纹，则需要设置棱镜配合电子测距传感器对数据进行检测。

10.根据权利要求1所述的数控车床维修螺纹的无接触式对刀测量方法，其特征在于，所述电子测距传感器安装在所述数控车床刀架上。

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