專利名稱：減小薄壁零件螺紋顫紋的加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄壁零件螺紋的加工方法，尤其是一種減小薄壁零件螺紋顫紋的加工方法。
背景技術(shù)：
薄壁管具有重量輕、節(jié)約材料、結(jié)構(gòu)緊湊等特點，薄壁零件已日益廣泛地應(yīng)用在各工業(yè)部門。但薄壁零件的加工是比較棘手的，原因是薄壁零件剛性差、強 度弱，在加工中極容易變形，容易產(chǎn)生顫紋，不易保證零件的加工質(zhì)量。如何提高薄壁零件的加工精度是業(yè)界越來越關(guān)心的話題。目前，薄壁零件螺紋加工一般采用數(shù)控車削的方式進行加工，在切削力(特別是徑向切削力)的作用下，受力很大，剛性不足，容易引起晃動，很容易產(chǎn)生振動和變形，影響工件的尺寸精度、形狀、位置精度和表面粗糙度。FANUC數(shù)控系統(tǒng)螺紋編程指令有G32/G33、G92、G76。其中G32/G33指令是簡單螺紋切削，G92指令是螺紋切削循環(huán)采用直進式進刀方式。G32或G92指令加工時如圖3所示(圖3中X1、X2、X3分別表示第一刀切削量、第二刀切削量和第三刀切削量)，刀具2的兩側(cè)刃同時切削工件，切削力較大，而且排削困難，在切削時兩切削刃容易磨損，在切削螺距較大的螺紋時，由于切削深度較大，刀刃磨損較快，從而造成螺紋中徑產(chǎn)生誤差，但G92指令加工的牙形精度較高。G76指令是螺紋切削循環(huán)采用斜進式進刀方式，加工時如圖4所示(圖4中Ad、2nd、3rd、nth分別表示第一刀切削量、第二刀切削量、第三刀切削量第第n次切削時的切削量)，切削時刀具2接觸面小，可以避免因切削量大而產(chǎn)生的薄壁變形，不易產(chǎn)生顫紋，而且容易排屑，能夠提高刀片壽命。然而由于采用G76指令螺紋切削進給，螺紋只能選擇六種角度(分別為80度、60度、55度、30度、29度、0度)，例如API偏梯形螺紋的牙側(cè)角度分別是導(dǎo)向面E為10度、承載面F為3度，牙型角度為13度(如圖5所示，其中導(dǎo)向面是指螺紋的引導(dǎo)面，承載面是指內(nèi)外螺紋連接后油套管下井后承受重力的螺紋齒面)，對于這樣的螺紋是無法用G76指令完成的。對于這種API偏梯形螺紋只能用傳統(tǒng)的偏梯形螺紋切削方式G32/G33/G92，加工螺紋時如圖6，螺紋的兩側(cè)都在參與切削，切削阻力較大，因而不易排屑，容易產(chǎn)生顫紋，并且刀片容易被鐵屑打壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種減小薄壁零件螺紋顫紋的加工方法，可以降低螺紋在加工中的阻力，從而降低或消除加工薄壁偏梯螺紋時的表面顫紋。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述減小薄壁零件螺紋顫紋的加工方法，在數(shù)控車絲機SL-803C上進行，該數(shù)控車絲機為兩軸機床，操作系統(tǒng)為FANUC系統(tǒng)；包括以下工藝步驟(1)將薄壁管固定在卡盤上并由卡爪夾緊，薄壁管伸出卡盤的長度為L+A1，L為薄壁管加工完成后伸出卡盤端面的長度，A I為I 2mm的加工端面余量；
(2)建立坐標系設(shè)定卡盤端面的中心為薄壁管的原點，以薄壁管的軸向作為Z軸方向，以刀片相對薄壁管的徑向進行上下移動的方向為X軸；
(3)運用普通加工指令GOl采用外圓刀刀片，將薄壁管的端面、外錐圓和外倒角進行加工，外錐圓的錐度為a，加工過程中薄壁管以125 150轉(zhuǎn)/分鐘的速度轉(zhuǎn)動，并使用冷卻水進行冷卻；保證平完端面后的薄壁管端面至卡盤端面的距離為L，加工后的外錐圓保留直徑余量AD ；
(4)加工好薄壁管的外錐圓、外倒角和端面后進行換刀，將外圓刀刀片換成螺紋刀桿和 螺紋刀片；換刀后采用螺紋切削指令G32/G33對薄壁管外螺紋進行螺紋切削，螺紋的加工過程中薄壁管的轉(zhuǎn)速為125 150轉(zhuǎn)/分鐘，螺紋刀片沿著外螺紋的導(dǎo)向面或承載面進行切削；具體步驟為
a、設(shè)定外螺紋的加工刀數(shù)為n刀，設(shè)定每一刀的切削量為bn，每一刀的切削量依次遞增，并且切削量的總和>外螺紋的齒高X2+AD ;
b、設(shè)定外螺紋加工起刀點的Z軸坐標為L+L1，LI為距離薄壁管端面的長度值；螺紋刀片每切削一刀后退回下一刀的起刀點，Z軸下一刀的起刀點坐標為L+L1+AZ，Az為bn/2Xtan[A]，A為外螺紋的導(dǎo)向面或承載面的角度；
C、設(shè)定外螺紋加工起刀點的X軸坐標為距薄壁管管端LI處錐度為a的螺紋齒底值加上第一刀切削量，螺紋刀片每切削一刀后退回下一刀的起刀點，X軸下一刀的起刀點為前一刀的起刀點加上切削量的變化量Ah, Ab=bn — bn—1;
d、根據(jù)步驟a 步驟c設(shè)定的參數(shù)，螺紋刀片在起刀點對薄壁管進行第一刀切削；第一刀切削完成后，以大于等于135度的角度進行退刀，退回至下一刀的起刀點；重復(fù)完成n次切削，最終完成薄壁管外螺紋的切削過程；每一刀的走刀量與薄壁管外螺紋的螺距相等；其中，n為大于I的正整數(shù)。本發(fā)明可以根據(jù)螺紋齒形角度的不同，更改程序的相應(yīng)的角度，也能達到減小顫紋的同樣目的。


圖I為螺紋刀片沿著螺紋承載面切削的示意圖。圖2為螺紋刀片沿著螺紋導(dǎo)向面切削的示意圖。圖3為采用G32或G92加工螺紋時普通切削每刀切削的示意圖。圖4為采用G76加工螺紋時的每刀切削示意圖。圖5為標準的API偏梯形螺紋示意圖。圖6為標準的API偏梯形螺紋采用G32/G33切削螺紋時的示意圖。圖7為本發(fā)明實施例中加工的薄壁管的管端示意圖。圖8為API標準偏梯形齒形尺寸示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體附圖對本發(fā)明作進一步說明。
如圖I 圖2、圖7 圖8所示所述減小薄壁零件螺紋顫紋的加工方法，在數(shù)控車絲機SL-803C上進行，該數(shù)控車絲機為兩軸(X、Z)機床，操作系統(tǒng)為FANUC系統(tǒng)；本實施例中所加工薄壁管的外徑為177. 8_，壁厚為8. 05_，管端至三角形標記底邊長度(L6)為112. 5mm，管端外倒角(端面延長線與外倒角斜面之間的角度)為60°，管端至手緊面(即基面)的長度(L7)為56. 286mm，螺紋的中徑(D)為176. 632mm，螺紋的錐度為1:16 (即
I。47，24”)，螺紋的齒高(H)為I. 575mm，螺距(A2)為5. 08mm，薄壁管的鋼級為J55 (API標準鋼級)；采用以下工藝步驟
(1)將薄壁管固定在卡盤上并由卡爪夾緊，薄壁管伸出卡盤的長度為L+Al，L=300mm,為加工完成后的薄壁管伸出卡盤端面的長度，△ I為I 2mm的加工端面余量；
(2)建立坐標系設(shè)定卡盤端面的中心為薄壁管的原點，以薄壁管的軸向作為Z軸方向(即刀片相對薄壁管的軸向進行移動的方向)，以刀片相對薄壁管的徑向進行上下移動的方向為X軸；
(3)運用普通加工指令GOl采用外圓刀刀片(刀片型號為CNMG160612PM4225)，將薄壁管的端面、外錐圓和外倒角進行加工，外錐圓的錐度為a，加工過程中薄壁管以125 150轉(zhuǎn)/分鐘的速度轉(zhuǎn)動，并使用冷卻水進行冷卻；保證平完端面后的薄壁管端面至卡盤端面的距離為L，即300mm ;加工后的外錐圓保留直徑余量AD為0. 3mm ;
(4)加工好薄壁管的外錐圓、外倒角和端面后進行換刀，將外圓刀刀片換成螺紋刀桿和螺紋刀片，螺紋刀片選用成都工研科技股份有限公司生產(chǎn)的成型螺紋刀片，刀片型號為C5BW1-3 ;換刀后采用螺紋切削指令G32/G33對薄壁管外螺紋進行螺紋切削，螺紋的加工過程中薄壁管的轉(zhuǎn)速為125 150轉(zhuǎn)/分鐘，如圖I、如圖2所示，螺紋刀片I沿著外螺紋的導(dǎo)向面E或承載面F進行切削；具體步驟為
a、設(shè)定外螺紋的加工刀數(shù)為7刀，每一刀的切削量依次遞增，第一刀至最后一刀的切削量分別為 bl=l. 0mm、b2=0. 6mm、b3=0. 5mm、b4=0. 5mm、b5=0. 4mm、b6=0. 3mm、b7=0. 15mm,切削量的總和>外螺紋的齒高HX 2+A D ；
b、設(shè)定外螺紋加工起刀點的Z軸坐標為L+Ll=315mm(即距離薄壁管端面長度為15mm處)，LI為距離薄壁管端面的長度值，為15mm，設(shè)定此值螺紋刀桿端面不會碰到薄壁管端面，有一定的安全距離；螺紋刀片每切削一刀后退回下一刀的起刀點，Z軸下一刀的起刀點坐標為L+L1+AZ，AzSbn/2Xtan[A]，n為大于I的正整數(shù)，即Z軸下一刀的起刀點坐標為第一刀起刀點坐標加上變量Az , Az為X軸每刀切削量bn/2Xtan[A]汸為外螺紋的導(dǎo)向面或承載面的角度，在本實施例中為10度或3度，當螺紋刀片沿著外螺紋的導(dǎo)向面進行切削時，A為10度，當螺紋刀片沿著外螺紋的承載面進行切削時，A為3度；如果是其它類型的角度時，也可以按其它螺紋類型的牙側(cè)角度進行變化；此時還要注意這個變量的正負號，如果是角度在第一象限，那么變量為負值，如果角度在第二象限，那么變量值為正值；
C、設(shè)定外螺紋加工起刀點的X軸坐標為距薄壁管管端15mm處錐度為1:16的螺紋齒底值加上第一刀切削量，螺紋刀片每切削一刀后退回下一刀的起刀點，X軸下一刀的起刀點為前一刀的起刀點加上切削量的變化量；
d、根據(jù)步驟a 步驟c設(shè)定的參數(shù)，螺紋刀片在起刀點對薄壁管進行第一刀切削；第一刀切削完成后，以大于等于135度的角度進行退刀，退回至下一刀的起刀點；重復(fù)完成n次切削，最終完成薄壁管外螺紋的切削過程，并且達到減小或消除顫紋的目的；每一刀的走刀量與薄壁管外螺紋的螺距相等，為5. 08mm/轉(zhuǎn)。對于各類牙型的螺紋均可采用本發(fā)明所述的方法進行加工螺紋，本發(fā)明可以根據(jù) 螺紋齒形角度的不同，更改程序的相應(yīng)的角度，也能達到減小顫紋的同樣目的。
權(quán)利要求
1. 一種減小薄壁零件螺紋顫紋的加工方法，在數(shù)控車絲機SL-803C上進行，該數(shù)控車絲機為兩軸機床，操作系統(tǒng)為FANUC系統(tǒng)；其特征是，包括以下工藝步驟 (1)將薄壁管固定在卡盤上并由卡爪夾緊，薄壁管伸出卡盤的長度為L+Al，L為薄壁管加工完成后伸出卡盤端面的長度，A I為I 2mm的加工端面余量； (2)建立坐標系設(shè)定卡盤端面的中心為薄壁管的原點，以薄壁管的軸向作為Z軸方向，以刀片相對薄壁管的徑向進行上下移動的方向為X軸； (3)運用普通加工指令GOl采用外圓刀刀片，將薄壁管的端面、外錐圓和外倒角進行加工，外錐圓的錐度為a，加工過程中薄壁管以125 150轉(zhuǎn)/分鐘的速度轉(zhuǎn)動，并使用冷卻水進行冷卻；保證平完端面后的薄壁管端面至卡盤端面的距離為L，加工后的外錐圓保留直徑余量AD ； (4)加工好薄壁管的外錐圓、外倒角和端面后進行換刀，將外圓刀刀片換成螺紋刀桿和 螺紋刀片；換刀后采用螺紋切削指令G32/G33對薄壁管外螺紋進行螺紋切削，螺紋的加工過程中薄壁管的轉(zhuǎn)速為125 150轉(zhuǎn)/分鐘，螺紋刀片沿著外螺紋的導(dǎo)向面或承載面進行切削；具體步驟為 a、設(shè)定外螺紋的加工刀數(shù)為n刀，設(shè)定每一刀的切削量為bn，每一刀的切削量依次遞增，并且切削量的總和>外螺紋的齒高X2+AD ; b、設(shè)定外螺紋加工起刀點的Z軸坐標為L+L1，LI為距離薄壁管端面的長度值；螺紋刀片每切削一刀后退回下一刀的起刀點，Z軸下一刀的起刀點坐標為L+L1+AZ，Az為bn/2Xtan[A]，A為外螺紋的導(dǎo)向面或承載面的角度； C、設(shè)定外螺紋加工起刀點的X軸坐標為距薄壁管管端LI處錐度為a的螺紋齒底值加上第一刀切削量，螺紋刀片每切削一刀后退回下一刀的起刀點，X軸下一刀的起刀點為前一刀的起刀點加上切削量的變化量Ah, Ab=bn — bn—1; d、根據(jù)步驟a 步驟c設(shè)定的參數(shù)，螺紋刀片在起刀點對薄壁管進行第一刀切削；第一刀切削完成后，以大于等于135度的角度進行退刀，退回至下一刀的起刀點；重復(fù)完成n次切削，最終完成薄壁管外螺紋的切削過程；每一刀的走刀量與薄壁管外螺紋的螺距相等； 其中，n為大于I的正整數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種減小薄壁零件螺紋顫紋的加工方法，包括以下工藝步驟(1)薄壁管固定在卡盤上；(2)建立坐標系設(shè)定卡盤端面的中心為薄壁管的原點，以薄壁管的軸向作為Z軸方向，以刀片相對薄壁管的徑向進行上下移動的方向為X軸；(3)運用普通加工指令G01采用外圓刀刀片，將薄壁管的端面、外錐圓和外倒角進行加工；(4)將外圓刀刀片換成螺紋刀桿和螺紋刀片，采用螺紋切削指令G32/G33對薄壁管外螺紋進行螺紋切削，螺紋刀片沿著外螺紋的導(dǎo)向面或承載面進行切削，螺紋刀片每切削一刀后退回下一刀的起刀點，每一刀的切削量依次遞增，重復(fù)完成多次切削，最終完成薄壁管外螺紋的切削過程。本發(fā)明對于不同齒形角度的螺紋均能達到減小顫紋的目的。
文檔編號B23G1/22GK102744470SQ20121024847
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月17日
發(fā)明者喬禮勇 申請人:無錫西姆萊斯石油專用管制造有限公司