一種數字化螺紋修復方法技術

本發明專利技術公開了一種新型螺紋修復方法，即采用數控技術實現各種內外直螺紋和錐螺紋的修復，該螺紋修復方法主要包括螺紋參數數控車床在線測量、螺紋數據處理、螺紋修復代碼生成、數控車床螺紋修復加工四個步驟，該方法適用于具有主軸碼盤的普及型數控車床，較傳統螺紋修復方法精度高，成本低，快速高效，適用范圍廣泛。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于數控
，尤其是有關螺紋修復的數控

技術介紹
螺紋是一種廣泛采用的連接結構。由于存在磨損、腐蝕，或沖擊等因素，造成部分 螺紋齒面齒形的損壞而失效，常常需要報廢更新。為了降低成本和減少損失，許多行業如石 油鉆井和機車半軸套的管螺紋，一般采取修復的方法再次利用。傳統的螺紋修復主要采用機械修復方法，但這些方法存在不同程度的缺點。①直 接切除原有螺紋，重新加工，這種方法會縮減原長，只能有進行有限次修復；②手工小切除 量法找螺紋起點進行修復，但費工費時，不能自動退刀，且存在過切，不精確；③可采用專用 的螺紋修復器，該方法只能用于修復小口徑外圓直螺紋；④采用測量工具尋找螺紋起點，該 方法需要和標準螺紋比較，且需要定制好特定口徑的測量工具。數控車削螺紋的特點是加工時控制系統實時監測主軸轉速，從而使刀具移動位移 和主軸轉角保持同步關系，由于機床存在升速過程，升速段工件轉動角度和刀具進給位移 之間是非線性的，且與具體機床和加工條件的改變，加速段長度各不相同。目前大多采用經 驗或理論公式估算通常不能吻合特定加工條件下的實際狀況，因此如何在普通數控車床上 實現精確的修復方法具有重要的實用價值。
技術實現思路
本專利技術提出了，適用于具有主軸碼盤的普及型數控車 床，克服傳統螺紋修復方法精度底，成本高的技術缺陷。為解決上述技術問題，本專利技術提供，其特征在于，包括以 下步驟步驟一、將待修復螺紋在修復加工的數控車床上一次裝夾完成，然后在線測量螺 紋參數，包括每個采樣周期的螺紋坐標位置數據和主軸實測轉速S ；幾何參數螺紋起點 (XI，Zl)，螺紋終點(X2，Z2)，螺紋段某牙底位置(Cm，Zm)；工藝參數螺紋導程F，螺紋高度 H和刀具號T ；步驟二、利用數控系統內部任務調度機制實時采集螺紋加工現場的位移數據，然 后分析處理該數據并找到加速段終點，進而推算出準確的加工起點處的Z軸位置和主軸轉 角；步驟三、根據加工起點處的Z軸位置和主軸轉角數據，生成數控機床螺紋修復加 工代碼；步驟四、在數控機床上選擇上述步驟三生成的螺紋修復加工代碼，在沒有改動螺 紋裝夾的情況下，進行修復加工。優選的，所述步驟一的測量過程包括首先啟動測量進程，再啟動螺紋測量加工進程；測量加工進程等待開始測量信號；測量進程發出開始測量信號；測量加工進程開始加工螺紋；測量進程定時采集移動軸坐標增量，并加入到數據緩沖區，并檢測加工完成信 號；測量加工代碼發出加工完成信號；測量進程完成，并保存緩沖區數據。優選的，所述步驟二求出加工起點ZO和加工起點的主軸角度CO包括如下步驟1)設定最大比較偏差，最大比較次數；2)初始化加速段長度，比較次數；3)周期性讀一個測量點Zi，與上次比較偏差；4)若偏差值大于最大比較偏差，則重復3)；5)比較次數加1，加速段長度增加本次測量值；6)若比較次數小于最大比較次數，則重復3)；7)比較完成，記錄當前點序號，加速段長度；8)根據當前點序、采樣周期和主軸轉速，計算該段時間內的主軸轉角Sl ；9)根據螺紋起點Z1、測量點a!和實際主軸轉速，計算該段位移內的主軸轉角S2 ；10)根據螺紋測量點Cm、Si，S2和主軸旋向，確定加工起點的主軸角度CO 等于 Cm士(S1+S2)；11)根據螺紋起點Z1、加速段長度，計算加工起點的ZO 等于Zl+加速段長度。優選的，所述步驟三生成螺紋修復加工代碼，包括如下步驟i、生成代碼文件名；ii、輸出M，S，T輔助功能；iii、輸出螺紋加工起點；iv、輸出螺紋固定循環；V、輸出結束指令M30;Vi、自動保存修復文件。本專利技術利用數控機床現場實時測量的方法實現受損螺紋的修復加工。該方法無 需購買或定制專用的工具修復套件，適用于具有主軸碼盤的普及型數控車床，較傳統螺紋 修復方法精度高，成本低，快速高效，適用適用范圍廣，對于直螺紋或錐螺紋、外圓或內圓螺 紋，單頭或多頭螺紋都能進行修復。附圖說明圖1為螺紋測量示意圖。圖2為數據處理示意圖。 圖3為螺紋修復方法原理圖。表1為螺紋測量數據表。表2為測量數據分析表。具體實施例方式如圖3所示，本專利技術中的螺紋修復方法主要包括螺紋參數數控車床在線測量、螺 紋數據處理、螺紋修復代碼生成、數控車床螺紋修復加工四個步驟。1.螺紋參數數控車床在線測量螺紋參數的數控車床在線測量可以在修復加工的數控車床上一次裝夾完成，避免 測量后修復的對刀，螺紋修復精度高。采集的參數包括1)每個采樣周期的坐標位置數據(如表1)和主軸實測轉速S。2)幾何參數(如圖1)螺紋起點(XI，Zl)，螺紋終點(X2，Z2)，螺紋段某牙底位置 (Cm，Zm) ο3)工藝參數螺紋導程F，螺紋高度H，和刀具號T。數控系統是一個強實時多任務的控制系統，多個任務通過內部進程調度機制周期 性并行處理。通過創建定時測量進程可以對螺紋修復加工時的坐標點現場采集，對運動特 性進行確定的分析處理。如圖1所示，測量過程主要如下1)先啟動測量進程，再啟動螺紋測量加工進程；2)測量加工進程等待開始測量信號；3)測量進程發出開始測量信號；4)測量加工進程開始加工螺紋；5)測量進程定時采集移動軸坐標增量，并加入到數據緩沖區，并檢測加工完成信 號；6)測量加工代碼發出加工完成信號；7)測量進程完成，并保存緩沖區數據。2.數據處理螺紋加工過程中，從零速到穩速之間存在著加速過渡區間，該區間的長度主要和 特定機床(包含機床本體、驅動器和電機)的特定加工條件(主要是主軸轉速和螺距)的 不同而不同。通過在線測量的方法，針對特定機床的特定加工條件下，利用數控系統內部任 務調度機制實時采集螺紋加工現場的位移數據，然后分析處理該數據并找到加速段終點， 進而推算出準確的加工起點處的Z軸位置和主軸轉角。如圖2，已知假設有效螺紋段的起點Zl和終點Z2，測量點的螺紋長軸Sii坐標和 主軸角度Cm值，以及通過測量獲得的一系列數據點Zi如表1 ；則可通過如下方法求出加工 起點ZO和加工起點的主軸角度CO 1)設定最大比較偏差，最大比較次數；2)初始化加速段長度，比較次數；3)周期性讀一個測量點Zi，與上次比較偏差；4)若偏差值大于最大比較偏差，則重復3)；5)比較次數加1，加速段長度增加本次測量值；6)若比較次數小于最大比較次數，則重復3)；7)比較完成，記錄當前點序號，加速段長度；8)根據當前點序、采樣周期和主軸轉速，計算該段時間內的主軸轉角Sl ；9)根據螺紋起點Z1、測量點a!和實際主軸轉速，計算該段位移內的主軸轉角S210)根據螺紋測量點Cm、Si，S2和主軸旋向，確定加工起點的主軸角度CO 等于 Cm士(S1+S2)；11)根據螺紋起點Z1、加速段長度，計算加工起點的ZO 等于Zl+加速段長度；12)根據上述數據，生成螺紋修復加工代碼。3.螺紋修復代碼生成根據上述數據，生成螺紋修復加工代碼過程如下.1、生成文件名(如01001)；2、根據工藝參數，輸出M，S，T輔助功能；3、根據步驟11)的數據，輸出螺紋加工起點；4、根據幾何參數和步驟10)的數據，輸出螺紋固定循環；5、輸出結束指令M30;6、自動保存修復文件。4.螺紋修復加工通過選擇上述生成的螺紋修復代碼，在沒有改動螺紋裝夾的情況下，立即進行修 復加工。由于修復代碼中的螺紋主要加工參數和測量過程中本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種數字化螺紋修復方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟一、將待修復螺紋在修復加工的數控車床上一次裝夾完成，然后在線測量螺紋參數，包括：每個采樣周期的螺紋坐標位置數據和主軸實測轉速Ｓ；幾何參數：螺紋起點（Ｘ１，Ｚ１），螺紋終點（Ｘ２，Ｚ２），螺紋段某牙底位置（Ｃｍ，Ｚｍ）；工藝參數：螺紋導程Ｆ，螺紋高度Ｈ和刀具號Ｔ；步驟二、利用數控系統內部任務調度機制實時采集螺紋加工現場的位移數據，然后分析處理該數據并找到加速段終點，進而推算出準確的加工起點處的Ｚ軸位置和主軸轉角；步驟三、根據加工起點處的Ｚ軸位置和主軸轉角數據，生成數控機床螺紋修復加工代碼；步驟四、在數控機床上選擇上述步驟三生成的螺紋修復加工代碼，在沒有改動螺紋裝夾的情況下，進行修復加工。

【技術特征摘要】
1.一種數字化螺紋修復方法，其特征在于，包括以下步驟步驟一、將待修復螺紋在修復加工的數控車床上一次裝夾完成，然后在線測量螺紋 參數，包括每個采樣周期的螺紋坐標位置數據和主軸實測轉速S ；幾何參數螺紋起點 (XI，Zl)，螺紋終點(X2，Z2)，螺紋段某牙底位置(Cm，Zm)；工藝參數螺紋導程F，螺紋高 度H和刀具號T ；步驟二、利用數控系統內部任務調度機制實時采集螺紋加工現場的位移數據，然后分 析處理該數據并找到加速段終點，進而推算出準確的加工起點處的Z軸位置和主軸轉角； 步驟三、根據加工起點處的Z軸位置和主軸轉角數據，生成數控機床螺紋修復加工代碼；步驟四、在數控機床上選擇上述步驟三生成的螺紋修復加工代碼，在沒有改動螺紋裝 夾的情況下，進行修復加工。2.根據權利要求1所述的數字化螺紋修復方法，其特征在于，所述步驟一的測量過程 包括首先啟動測量進程，再啟動螺紋測量加工進程； 測量加工進程等待開始測量信號； 測量進程發出開始測量信號； 測量加工進程開始加工螺紋；測量進程定時采集移動軸坐標增量，并加入到數據緩沖區，并檢測加工完成信號； 測量加工代碼發出加工完成信號； 測量進程完成，并保存...

【專利技術屬性】
技術研發人員：周會成，仰儆，龔興武，唐小琦，陳吉紅，宋寶，任清榮，
申請(專利權)人：武漢華中數控股份有限公司，華中科技大學，
類型：發明
國別省市：83[]