专利名称：减小薄壁零件螺纹颤纹的加工方法
技术领域：
本发明涉及一种薄壁零件螺纹的加工方法，尤其是一种减小薄壁零件螺纹颤纹的加工方法。
背景技术：
薄壁管具有重量轻、节约材料、结构紧凑等特点，薄壁零件已日益广泛地应用在各工业部门。但薄壁零件的加工是比较棘手的，原因是薄壁零件刚性差、强 度弱，在加工中极容易变形，容易产生颤纹，不易保证零件的加工质量。如何提高薄壁零件的加工精度是业界越来越关心的话题。目前，薄壁零件螺纹加工一般采用数控车削的方式进行加工，在切削力(特别是径向切削力)的作用下，受力很大，刚性不足，容易引起晃动，很容易产生振动和变形，影响工件的尺寸精度、形状、位置精度和表面粗糙度。FANUC数控系统螺纹编程指令有G32/G33、G92、G76。其中G32/G33指令是简单螺纹切削，G92指令是螺纹切削循环采用直进式进刀方式。G32或G92指令加工时如图3所示(图3中X1、X2、X3分别表示第一刀切削量、第二刀切削量和第三刀切削量)，刀具2的两侧刃同时切削工件，切削力较大，而且排削困难，在切削时两切削刃容易磨损，在切削螺距较大的螺纹时，由于切削深度较大，刀刃磨损较快，从而造成螺纹中径产生误差，但G92指令加工的牙形精度较高。G76指令是螺纹切削循环采用斜进式进刀方式，加工时如图4所示(图4中Ad、2nd、3rd、nth分别表示第一刀切削量、第二刀切削量、第三刀切削量第第n次切削时的切削量)，切削时刀具2接触面小，可以避免因切削量大而产生的薄壁变形，不易产生颤纹，而且容易排屑，能够提高刀片寿命。然而由于采用G76指令螺纹切削进给，螺纹只能选择六种角度(分别为80度、60度、55度、30度、29度、0度)，例如API偏梯形螺纹的牙侧角度分别是导向面E为10度、承载面F为3度，牙型角度为13度(如图5所示，其中导向面是指螺纹的引导面，承载面是指内外螺纹连接后油套管下井后承受重力的螺纹齿面)，对于这样的螺纹是无法用G76指令完成的。对于这种API偏梯形螺纹只能用传统的偏梯形螺纹切削方式G32/G33/G92，加工螺纹时如图6，螺纹的两侧都在参与切削，切削阻力较大，因而不易排屑，容易产生颤纹，并且刀片容易被铁屑打坏。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种减小薄壁零件螺纹颤纹的加工方法，可以降低螺纹在加工中的阻力，从而降低或消除加工薄壁偏梯螺纹时的表面颤纹。按照本发明提供的技术方案，所述减小薄壁零件螺纹颤纹的加工方法，在数控车丝机SL-803C上进行，该数控车丝机为两轴机床，操作系统为FANUC系统；包括以下工艺步骤(1)将薄壁管固定在卡盘上并由卡爪夹紧，薄壁管伸出卡盘的长度为L+A1，L为薄壁管加工完成后伸出卡盘端面的长度，A I为I 2mm的加工端面余量；
(2)建立坐标系设定卡盘端面的中心为薄壁管的原点，以薄壁管的轴向作为Z轴方向，以刀片相对薄壁管的径向进行上下移动的方向为X轴；
(3)运用普通加工指令GOl采用外圆刀刀片，将薄壁管的端面、外锥圆和外倒角进行加工，外锥圆的锥度为a，加工过程中薄壁管以125 150转/分钟的速度转动，并使用冷却水进行冷却；保证平完端面后的薄壁管端面至卡盘端面的距离为L，加工后的外锥圆保留直径余量AD ；
(4)加工好薄壁管的外锥圆、外倒角和端面后进行换刀，将外圆刀刀片换成螺纹刀杆和 螺纹刀片；换刀后采用螺纹切削指令G32/G33对薄壁管外螺纹进行螺纹切削，螺纹的加工过程中薄壁管的转速为125 150转/分钟，螺纹刀片沿着外螺纹的导向面或承载面进行切削；具体步骤为
a、设定外螺纹的加工刀数为n刀，设定每一刀的切削量为bn，每一刀的切削量依次递增，并且切削量的总和>外螺纹的齿高X2+AD ;
b、设定外螺纹加工起刀点的Z轴坐标为L+L1，LI为距离薄壁管端面的长度值；螺纹刀片每切削一刀后退回下一刀的起刀点，Z轴下一刀的起刀点坐标为L+L1+AZ，Az为bn/2Xtan[A]，A为外螺纹的导向面或承载面的角度；
C、设定外螺纹加工起刀点的X轴坐标为距薄壁管管端LI处锥度为a的螺纹齿底值加上第一刀切削量，螺纹刀片每切削一刀后退回下一刀的起刀点，X轴下一刀的起刀点为前一刀的起刀点加上切削量的变化量Ah, Ab=bn — bn—1;
d、根据步骤a 步骤c设定的参数，螺纹刀片在起刀点对薄壁管进行第一刀切削；第一刀切削完成后，以大于等于135度的角度进行退刀，退回至下一刀的起刀点；重复完成n次切削，最终完成薄壁管外螺纹的切削过程；每一刀的走刀量与薄壁管外螺纹的螺距相等；其中，n为大于I的正整数。本发明可以根据螺纹齿形角度的不同，更改程序的相应的角度，也能达到减小颤纹的同样目的。
图I为螺纹刀片沿着螺纹承载面切削的示意图。图2为螺纹刀片沿着螺纹导向面切削的示意图。图3为采用G32或G92加工螺纹时普通切削每刀切削的示意图。图4为采用G76加工螺纹时的每刀切削示意图。图5为标准的API偏梯形螺纹示意图。图6为标准的API偏梯形螺纹采用G32/G33切削螺纹时的示意图。图7为本发明实施例中加工的薄壁管的管端示意图。图8为API标准偏梯形齿形尺寸示意图。
具体实施例方式下面结合具体附图对本发明作进一步说明。
如图I 图2、图7 图8所示所述减小薄壁零件螺纹颤纹的加工方法，在数控车丝机SL-803C上进行，该数控车丝机为两轴(X、Z)机床，操作系统为FANUC系统；本实施例中所加工薄壁管的外径为177. 8_，壁厚为8. 05_，管端至三角形标记底边长度(L6)为112. 5mm，管端外倒角(端面延长线与外倒角斜面之间的角度)为60°，管端至手紧面(即基面)的长度(L7)为56. 286mm，螺纹的中径(D)为176. 632mm，螺纹的锥度为1:16 (即
I。47，24”)，螺纹的齿高(H)为I. 575mm，螺距(A2)为5. 08mm，薄壁管的钢级为J55 (API标准钢级)；采用以下工艺步骤
(1)将薄壁管固定在卡盘上并由卡爪夹紧，薄壁管伸出卡盘的长度为L+Al，L=300mm,为加工完成后的薄壁管伸出卡盘端面的长度，△ I为I 2mm的加工端面余量；
(2)建立坐标系设定卡盘端面的中心为薄壁管的原点，以薄壁管的轴向作为Z轴方向(即刀片相对薄壁管的轴向进行移动的方向)，以刀片相对薄壁管的径向进行上下移动的方向为X轴；
(3)运用普通加工指令GOl采用外圆刀刀片(刀片型号为CNMG160612PM4225)，将薄壁管的端面、外锥圆和外倒角进行加工，外锥圆的锥度为a，加工过程中薄壁管以125 150转/分钟的速度转动，并使用冷却水进行冷却；保证平完端面后的薄壁管端面至卡盘端面的距离为L，即300mm ;加工后的外锥圆保留直径余量AD为0. 3mm ;
(4)加工好薄壁管的外锥圆、外倒角和端面后进行换刀，将外圆刀刀片换成螺纹刀杆和螺纹刀片，螺纹刀片选用成都工研科技股份有限公司生产的成型螺纹刀片，刀片型号为C5BW1-3 ;换刀后采用螺纹切削指令G32/G33对薄壁管外螺纹进行螺纹切削，螺纹的加工过程中薄壁管的转速为125 150转/分钟，如图I、如图2所示，螺纹刀片I沿着外螺纹的导向面E或承载面F进行切削；具体步骤为
a、设定外螺纹的加工刀数为7刀，每一刀的切削量依次递增，第一刀至最后一刀的切削量分别为 bl=l. 0mm、b2=0. 6mm、b3=0. 5mm、b4=0. 5mm、b5=0. 4mm、b6=0. 3mm、b7=0. 15mm,切削量的总和>外螺纹的齿高HX 2+A D ；
b、设定外螺纹加工起刀点的Z轴坐标为L+Ll=315mm(即距离薄壁管端面长度为15mm处)，LI为距离薄壁管端面的长度值，为15mm，设定此值螺纹刀杆端面不会碰到薄壁管端面，有一定的安全距离；螺纹刀片每切削一刀后退回下一刀的起刀点，Z轴下一刀的起刀点坐标为L+L1+AZ，AzSbn/2Xtan[A]，n为大于I的正整数，即Z轴下一刀的起刀点坐标为第一刀起刀点坐标加上变量Az , Az为X轴每刀切削量bn/2Xtan[A]汸为外螺纹的导向面或承载面的角度，在本实施例中为10度或3度，当螺纹刀片沿着外螺纹的导向面进行切削时，A为10度，当螺纹刀片沿着外螺纹的承载面进行切削时，A为3度；如果是其它类型的角度时，也可以按其它螺纹类型的牙侧角度进行变化；此时还要注意这个变量的正负号，如果是角度在第一象限，那么变量为负值，如果角度在第二象限，那么变量值为正值；
C、设定外螺纹加工起刀点的X轴坐标为距薄壁管管端15mm处锥度为1:16的螺纹齿底值加上第一刀切削量，螺纹刀片每切削一刀后退回下一刀的起刀点，X轴下一刀的起刀点为前一刀的起刀点加上切削量的变化量；
d、根据步骤a 步骤c设定的参数，螺纹刀片在起刀点对薄壁管进行第一刀切削；第一刀切削完成后，以大于等于135度的角度进行退刀，退回至下一刀的起刀点；重复完成n次切削，最终完成薄壁管外螺纹的切削过程，并且达到减小或消除颤纹的目的；每一刀的走刀量与薄壁管外螺纹的螺距相等，为5. 08mm/转。对于各类牙型的螺纹均可采用本发明所述的方法进行加工螺纹，本发明可以根据 螺纹齿形角度的不同，更改程序的相应的角度，也能达到减小颤纹的同样目的。
权利要求
1. 一种减小薄壁零件螺纹颤纹的加工方法，在数控车丝机SL-803C上进行，该数控车丝机为两轴机床，操作系统为FANUC系统；其特征是，包括以下工艺步骤 (1)将薄壁管固定在卡盘上并由卡爪夹紧，薄壁管伸出卡盘的长度为L+Al，L为薄壁管加工完成后伸出卡盘端面的长度，A I为I 2mm的加工端面余量； (2)建立坐标系设定卡盘端面的中心为薄壁管的原点，以薄壁管的轴向作为Z轴方向，以刀片相对薄壁管的径向进行上下移动的方向为X轴； (3)运用普通加工指令GOl采用外圆刀刀片，将薄壁管的端面、外锥圆和外倒角进行加工，外锥圆的锥度为a，加工过程中薄壁管以125 150转/分钟的速度转动，并使用冷却水进行冷却；保证平完端面后的薄壁管端面至卡盘端面的距离为L，加工后的外锥圆保留直径余量AD ； (4)加工好薄壁管的外锥圆、外倒角和端面后进行换刀，将外圆刀刀片换成螺纹刀杆和 螺纹刀片；换刀后采用螺纹切削指令G32/G33对薄壁管外螺纹进行螺纹切削，螺纹的加工过程中薄壁管的转速为125 150转/分钟，螺纹刀片沿着外螺纹的导向面或承载面进行切削；具体步骤为 a、设定外螺纹的加工刀数为n刀，设定每一刀的切削量为bn，每一刀的切削量依次递增，并且切削量的总和>外螺纹的齿高X2+AD ; b、设定外螺纹加工起刀点的Z轴坐标为L+L1，LI为距离薄壁管端面的长度值；螺纹刀片每切削一刀后退回下一刀的起刀点，Z轴下一刀的起刀点坐标为L+L1+AZ，Az为bn/2Xtan[A]，A为外螺纹的导向面或承载面的角度； C、设定外螺纹加工起刀点的X轴坐标为距薄壁管管端LI处锥度为a的螺纹齿底值加上第一刀切削量，螺纹刀片每切削一刀后退回下一刀的起刀点，X轴下一刀的起刀点为前一刀的起刀点加上切削量的变化量Ah, Ab=bn — bn—1; d、根据步骤a 步骤c设定的参数，螺纹刀片在起刀点对薄壁管进行第一刀切削；第一刀切削完成后，以大于等于135度的角度进行退刀，退回至下一刀的起刀点；重复完成n次切削，最终完成薄壁管外螺纹的切削过程；每一刀的走刀量与薄壁管外螺纹的螺距相等； 其中，n为大于I的正整数。
全文摘要
本发明涉及一种减小薄壁零件螺纹颤纹的加工方法，包括以下工艺步骤(1)薄壁管固定在卡盘上；(2)建立坐标系设定卡盘端面的中心为薄壁管的原点，以薄壁管的轴向作为Z轴方向，以刀片相对薄壁管的径向进行上下移动的方向为X轴；(3)运用普通加工指令G01采用外圆刀刀片，将薄壁管的端面、外锥圆和外倒角进行加工；(4)将外圆刀刀片换成螺纹刀杆和螺纹刀片，采用螺纹切削指令G32/G33对薄壁管外螺纹进行螺纹切削，螺纹刀片沿着外螺纹的导向面或承载面进行切削，螺纹刀片每切削一刀后退回下一刀的起刀点，每一刀的切削量依次递增，重复完成多次切削，最终完成薄壁管外螺纹的切削过程。本发明对于不同齿形角度的螺纹均能达到减小颤纹的目的。
文档编号B23G1/22GK102744470SQ20121024847
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月17日 优先权日2012年7月17日
发明者乔礼勇 申请人:无锡西姆莱斯石油专用管制造有限公司