汽轮机汽缸进汽管口大直径内锥管螺纹的加工方法
【专利摘要】汽轮机汽缸进汽管口大直径内锥管螺纹的加工方法。本发明属于光机电一体化领域，具体涉及汽轮机汽缸进汽管口大直径内锥管螺纹的加工方法。本发明目的是解决现有技术不能以同一种尺寸刀具对相同螺距、不同直径及深度的汽缸进汽管口内锥管螺纹加工的问题。本发明采用圆周等分逼近法设计机床主程序，通过对程序中输入参数的修改，实现以同一种尺寸刀具对相同螺距、不同直径及深度的汽轮机汽缸进汽管内锥管螺纹的加工，提高加工效率。本发明方法用于汽轮机汽缸进汽管口大直径内锥管螺纹的加工。
【专利说明】汽轮机汽缸进汽管口大直径内锥管螺纹的加工方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光机电一体化领域，具体涉及汽轮机汽缸进汽管口大直径内锥管螺纹的加工方法。
【背景技术】
[0002]某型汽轮机汽缸进汽管口内锥管螺纹结构与进汽管连接，组成“锥/锥”密封配合形式，要求具有良好的密封效果。汽缸材料为ZG0Crl3Ni4Mo，硬度260~320HB，螺纹规格为NPT8，螺纹深度62.5mm,螺纹精度及表面粗糙度要求高。传统加工方法是车削或者采用专用丝锥，但汽轮机汽缸外形复杂，进汽管口位于中分面处两侧，无法在车床上装夹，不适用于加工螺纹尺寸大、外形复杂的零件，同时机床加工方法存在不能以同一种尺寸刀具对相同螺距、不同直径及深度的内锥管螺纹的加工的问题，各种参数需要重新计算后编制主程序，降低了生产效率。
【发明内容】
[0003]本发明目的是解决现有技术不能以同一种尺寸刀具对相同螺距、不同直径及深度的汽轮机汽缸进汽管口内锥管螺纹加工的问题，而提供一种汽轮机汽缸进汽管口大直径内锥管螺纹的加工方法。
[0004]本发明技术方案:
[0005]一、在数控机床上采用锥度铣刀铣削螺纹底孔，并利用光塞规检测底孔尺寸；
[0006]二、根据内锥管螺纹的螺距、直径及深度，采用圆周等分逼近法编制数控加工程序；设定螺纹参数=NPT螺纹基准平面的基准直径(大径)D、每英寸螺纹牙数η、螺纹深度、安全距离S、螺纹锥度、刀具有效齿数和步进角；
[0007]三、根据步骤二中的螺纹参数利用如下公式计算得到基准平面半径、螺距、基准平面处底孔半径、进退刀距离、铣削一圈螺纹程序段循环次数这些初步参数:基准平面半径=D/2、螺距P=25.4/n、基准平面处底孔半径(小径)=基准平面半径一0.8X螺距、进退刀Z轴距离=螺距/2 (采用1/2圆弧切入和1/2圆弧切出时)、铣削一圈螺纹程序段循环次数=360/步进角一 I ；
[0008]四、根据步骤二和步骤三中得到的参数根据如下公式计算得到切入点Ni (i=l, 2，3……m-Ι)坐标:初始切入点Ntl半径ra=基准平面半径一螺纹深度X螺纹锥度/2、初始切入点Ntl对应的底孔半径=初始切入点半径A — 0.8 X螺距、进刀点对应的半径=基准平面半径一(螺纹深度+螺距)X螺纹锥度/2、进刀点对应的底孔半径=进刀点对应的半径一0.8X螺距、切入切出圆半径Re=(初始切入点半径A+初始切入点对应的底孔半径一安全距离S)/2、角度步距增量Θ=循环次数X步进角，初始值为O、切入点半径r=初始切入点半径A+螺距X螺纹锥度X角度步距增量Θ /360/2、切入点对应的底孔半径=切入点半径r一0.8X螺距、 切入点Ni(i=l，2，3……m_l)坐标:X=切入点半径rXC0S(角度步距增量θ) ;Y=切入点半径rXSIN(角度步距增量θ) ;Z=螺距X角度步距增量Θ/360—螺纹深度、角度步距增量e加上一个步进角后进行重新赋值给角度步距增量0得到新的角度步距增量e ;计算得到进刀点M和起刀点O，NPT螺纹梳刀沿螺孔轴线快速进至孔底，刀具再由起刀点O进至进刀点M，然后刀具由进刀点圆弧插补进至初始切入点NO铣削至切入点 Ni(i=l，2，3……m-1)；
[0009]五、通过将切入点Ni (i=l, 2，3……m-1)作为新的初始切入点NO，按照步骤四方法计算得到下一个切入点Nj (j=2，3，4……m)坐标以及角度步距增量0 ;刀具以圆弧插补铣削一个步进角完成1/m个圆之后,到达下一个切入点Nj (j=2, 3，4......m)；
[0010]六、判断:是否完成一个完整的360°铣削，若为否，则重复步骤四~步骤六，若为是，则计算切出圆半径Rtl,刀具从切出圆圆弧切出退回起刀点0 ;
[0011]七、根据剩余螺纹长度=螺纹长度一螺距X刀具有效齿数计算剩余螺纹长度； [0012]八、判断:剩余螺纹长度，若剩余螺纹长度>0则重复步骤三~步骤八过程，若剩余螺纹长度< 0则铣削完成，停止铣削，退刀；
[0013]其中，步进角通过将360°圆弧分成m等份，每一份所对应的角度为一个步进角得到。
[0014]本发明的有益效果:
[0015]本发明采用圆周等分逼近法，通过对程序中输入参数的修改，实现以同一种尺寸刀具对相同螺距、不同直径及深度的汽轮机汽缸进汽管口内锥管螺纹的加工，提高加工效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为主程序流程图；图2为铣刀切入切出示意图，图中Rtl为螺纹大径(螺纹牙底半径)、R1为螺纹小径(螺纹牙顶半径)、Re为铣刀切入、切出圆半径、最小的圆为铣刀、S为安全距离、M为进刀点、0进刀点；图3为汽轮机汽缸管口大直径内锥管螺纹铣削加工示意图1，图中r为切入点半径、0为进刀点，N为切入点(角标代表步骤四循环次数，Ntl为初始切入点)，6为角度步距增量；图4为汽轮机汽缸管口大直径内锥管螺纹铣削加工示意图2，图中M为进刀点、N为切入点(角标代表步骤四循环次数，N0为初始切入点)，L表示内锥管深度;。
【具体实施方式】
[0017]【具体实施方式】一:结合图2~图4具体说明实施方式中汽轮机汽缸进汽管口大直径内锥管螺纹的加工方法，具体按照以下步骤进行:
[0018]一、在数控机床上采用锥度铣刀铣削螺纹底孔，并利用光塞规检测底孔尺寸；
[0019]二、根据内锥管螺纹的螺距、直径及深度，采用圆周等分逼近法编制数控加工程序；设定螺纹参数=NPT螺纹基准平面的基准直径(大径)D、每英寸螺纹牙数n、螺纹深度、安全距离S、螺纹锥度、刀具有效齿数和步进角；
[0020]三、根据步骤二中的螺纹参数利用如下公式计算得到基准平面半径、螺距、基准平面处底孔半径、进退刀距离、铣削一圈螺纹程序段循环次数这些初步参数:基准平面半径=D/2、螺距P=25.4/n、基准平面处底孔半径(小径)=基准平面半径一0.8X螺距、进退刀Z轴距离=螺距/2 (采用1/2圆弧切入和1/2圆弧切出时)、铣削一圈螺纹程序段循环次数=360/步进角一 I ；
[0021]四、根据步骤二和步骤三中得到的参数根据如下公式计算得到切入点Ni (i=l, 2，3……m-Ι)坐标:初始切入点Ntl半径r(ι=基准平面半径一螺纹深度X螺纹锥度/2、初始切入点Ntl对应的底孔半径=初始切入点半径A — 0.8 X螺距、进刀点对应的半径=基准平面半径一(螺纹深度+螺距)Χ螺纹锥度/2、进刀点对应的底孔半径=进刀点对应的半径一0.8 X螺距、切入切出圆半径Re=(初始切入点半径r#初始切入点对应的底孔半径一安全距离S)/2、角度步距增量Θ=循环次数X步进角，初始值为O、切入点半径r=初始切入点半径A+螺距X螺纹锥度X角度步距增量Θ /360/2、切入点对应的底孔半径=切入点半径r一0.8X螺距、切入点Ni (i=l, 2，3……m_l)坐标-X二切入点半径r X COS (角度步距增量θ) ;Y=切入点半径rXSIN(角度步距增量θ) ;Z=螺距X角度步距增量Θ/360—螺纹深度、角度步距增量Θ加上一个步进角后进行重新赋值，得到新的角度步距增量Θ ;计算得到进刀点M和起刀点0，NPT螺纹梳刀沿螺孔轴线快速进至孔底，刀具再由起刀点O进至进刀点M，然后刀具由进刀点圆弧插补进至初始切入点Ntl铣削至切入点Ni (i=l, 2，3……m-Ι)(如图2、图4所示)；
[0022]五、通过将切入点Ni (i=l, 2，3……m-Ι)作为新的初始切入点NO，按照步骤四方法计算得到下一个切入点Nj (j=2，3，4……m)坐标以及角度步距增量Θ ;刀具以圆弧插补铣削一个步进角完成I/η个圆之后,到达下一个切入点Nj (j=2, 3，4......m)(如图3所示)；
[0023]六、判断:是否完成一个完整的360°铣削，若为否，则重复步骤四~步骤六，若为是，则计算切出圆半径Rtl,刀具从切出圆圆弧切出退回起刀点O ;
[0024]七、根据剩余螺纹长度=螺纹长度一螺距X刀具有效齿数计算剩余螺纹长度；
[0025]八、判断:剩余螺纹长度，若剩余螺纹长度>0则重复步骤三~步骤八过程，若剩余螺纹长度< O则铣削完成，停止铣削，退刀；
[0026]其中，步进角通过将360°圆弧分成m等份，每一份所对应的角度为一个步进角得到。
[0027]【具体实施方式】二:本【具体实施方式】中汽轮机汽缸进汽管口大直径内锥管螺纹的加工方法与【具体实施方式】一的不同之处在于铣刀刀杆使用避震刀杆，其余与【具体实施方式】一相同。
[0028]本实施方式提高螺纹的表面质量。
[0029]【具体实施方式】三:本【具体实施方式】中汽轮机汽缸进汽管口大直径内锥管螺纹的加工方法与【具体实施方式】一的不同之处在于采用1/2圆弧切入和1/2圆弧切出。其余与【具体实施方式】一相同。
[0030]本实施方式可保证螺纹的平滑过渡。
[0031]在加工汽轮机进汽管口 NPT8螺纹管时使用的主程序编程如下:
[0032]%_N_NPT8_THREAD_MPF
[0033];$PATH=/_N_WKS_DIR/_N_Y495_0I1_1Z_WPD
[0034]N0005MSG (〃螺纹铣刀加工NPT内螺纹〃)
[0035]N0010G54G90G64G00G17
[0036]N0015M42S500F300M03
[0037]N0020T1D1Z100W0[0038];螺纹参数
[0039]N0025R01=218.441 ；R01为NPT螺纹基准平面的基准直径(大径)，可通过有关标准查询(GB/T12716-2002)
[0040]N0030R02=8 ;每英寸螺纹牙数，查询标准
[0041]N0035R03=66 ;螺纹深度，根据图纸
[0042]N0040R04=3 ;安全距离(刀齿距底孔距离)，附图a中S值
[0043]N0045R05=1/16 ;螺纹锥度，查询标准
[0044]N0050R06=4 ;刀具有效齿数
[0045]N0055R07=22.5 ;步进角，单位(° )，即将一圈螺纹(360° /R07)等分
[0046];初步参数计算
[0047]N0060R10=R01/2 ;基准平面半径
[0048]N0065R11=25.4/R02 ;螺距 P
[0049]N0070R12=R10-0.8*R11 ;基准平面处底孔半径(小径)
[0050]N0075R13=Rll/2 ;进退刀Z轴距离(采用1/2圆弧切入、1/2圆弧切出方式，故为1/2螺距)
[0051]N0080R14=360/R07-1 ;铣削一圈螺纹程序段(DDD — EEE段)循环次数
[0052]N0085G00X0Y0Z20
[0053];中间参数计算
[0054]N0090AAA:
[0055]N0095R20=R10-R03*R05/2 ;切入点 NO 半径
[0056]N0100R21=R20-0.8*R11 ;切入点NO对应的底孔半径
[0057]N0105R22=R10- (R03+R13) *R05/2 ;进到点 M 对应的半径
[0058]N0110R23=R22-0.8*R11 ;进到点M对应的底孔半径
[0059]NO 115R24= (R20+R21-R04) /2 ;切入、切出圆半径
[0060]N0120R31=0 ；N点对应的角度(初始值为0)
[0061]N0125BBB:
[0062]N0130R32=R20+Rll*R31*R05/360/2 ；N 点半径
[0063]N0135R33=R32-0.8*R11 ；N 点对应的底孔半径
[0064]N0140R34=R32*C0S (R31) ；N 点 X 坐标值
[0065]N0145R35=R32*SIN(R31) ;N 点 Y 坐标值
[0066]N0150R36=Rll*R31/360-R03 ；N 点 Z 坐标值
[0067]N0155R31=R31+R07 ;计算角度步距增量
[0068]N0160CCC:
[0069]NO 165G01X0Y0Z=-R03-R13 ;刀具直线进至起刀点 0
[0070]N0170G01G41X=R04-R23Y0 ;刀具直线进至进刀点 M
[0071]N0175G03X=R34Y=R35Z=R36CR=R24 ;圆弧进刀至切入点 N
[0072]N0180DDD:
[0073]N0185REPEATBBBCCCP=1 ;计算下一点 N 坐标
[0074]N0190G03X=R34Y=R35Z=R36CR=R32 ;铣削至 N 点[0075]N0195EEE:[0076]N0200REPEATDDDEEEP=R14 ;刀具运动一周铣削完η圈螺纹(η取决于刀片)
[0077]N0205R24= (R32+R33-R04) /2 ；计算切出圆半径
[0078]N0210G03X=R04-R33Y0Z=R11+R13-R03CR=R24 ;刀具圆弧切出
[0079]N0215G01G40X0Y0 ;取消刀补，刀具直线退回至螺孔中心
[0080]N0220R03=R03-R11*R06 ;计算剩余螺纹长度
[0081]N0225IFR03>0G0T0BAAA ;判断是否铣削完整个螺纹，如未完成，重新开始继续铣削
[0082]N0230G00X0Y0Z20
[0083]N0235M05M02
[0084]注:上述N点指所有切入点(如N1、N2、N3……N16……)；N0点指初始切入点。
【权利要求】
1.汽轮机汽缸进汽管口大直径内锥管螺纹的加工方法，其特征在于，所述方法按照以下步骤进行: 一、在数控机床上采用锥度铣刀铣削螺纹底孔，并利用光塞规检测底孔尺寸得到螺纹参数； 二、设定螺纹参数=NPT螺纹基准平面的基准直径D、每英寸螺纹牙数η、螺纹深度、安全距离S、螺纹锥度、刀具有效齿数；设定步进角； 三、根据步骤二中的螺纹参数计算如下初步参数:基准平面半径、螺距P、基准平面处底孔半径、进退刀Z轴距离和铣削360°螺纹程序段循环次数； 四、根据步骤二和步骤三得到的参数计算得到:切入点Ni坐标、角度步距增量Θ、起刀点O和进到点M ;其中i=l，2，3……m-1 ；NPT螺纹梳刀沿螺孔轴线进至孔底，刀具再由起刀点O至进刀点M，然后刀具由进刀点M的圆弧插补进至切入点Ntl并洗削至切入点Ni ;其中i=l, 2，3......m-Ι ； 五、以切入点N作为初始切入点按照步骤四方法计算出下一个切入点Nj的坐标以及角度步距增量Θ ;刀具以圆弧插补铣削一个步进角完成Ι/m个圆之后，到达下一个切入点Nj;其中j=2，3,4……m; 六、判断:是否完成一个完整的360°铣削，若为否，则重复步骤六~步骤八过程；若为是，则计算切出圆半径Rtl,刀具从切出圆圆弧切出退回螺孔轴线； 七、计算剩余螺纹长度； 八、判断:剩余螺纹长度，若剩余螺纹长度>0则重复步骤三~步骤八过程，若剩余螺纹长度< O则铣削完成，停止铣削，退刀； 其中，步进角通过将360°圆弧分成m等份，每一份所对应的角度为一个步进角得到。
2.根据权利要求1中汽轮机汽缸进汽管口大直径内锥管螺纹的加工方法其特征在于铣刀刀杆使用避震刀杆。
3.根据权利要求1中汽轮机汽缸进汽管口大直径内锥管螺纹的加工方法其特征在于采用1/2圆弧切入和1/2圆弧切出。
【文档编号】B23G1/32GK103658875SQ201310572503
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年11月15日 优先权日:2013年11月15日
【发明者】于克, 王莉莉, 高楠楠, 骆占山, 贾春艳, 陈佩娟, 孙桂玲, 张俊成, 车利民, 朱建军 申请人:哈尔滨汽轮机厂有限责任公司