專利名稱：一種數(shù)字化螺紋修復(fù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，尤其是有關(guān)螺紋修復(fù)的數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
螺紋是一種廣泛采用的連接結(jié)構(gòu)。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(yè)如石 油鉆井和機(jī)車半軸套的管螺紋，一般采取修復(fù)的方法再次利用。傳統(tǒng)的螺紋修復(fù)主要采用機(jī)械修復(fù)方法，但這些方法存在不同程度的缺點(diǎn)。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(jìn)行有限次修復(fù)；②手工小切除 量法找螺紋起點(diǎn)進(jìn)行修復(fù)，但費(fèi)工費(fèi)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(fù)器，該方法只能用于修復(fù)小口徑外圓直螺紋；④采用測量工具尋找螺紋起點(diǎn)，該 方法需要和標(biāo)準(zhǔn)螺紋比較，且需要定制好特定口徑的測量工具。數(shù)控車削螺紋的特點(diǎn)是加工時控制系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)測主軸轉(zhuǎn)速，從而使刀具移動位移 和主軸轉(zhuǎn)角保持同步關(guān)系，由于機(jī)床存在升速過程，升速段工件轉(zhuǎn)動角度和刀具進(jìn)給位移 之間是非線性的，且與具體機(jī)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(jīng) 驗(yàn)或理論公式估算通常不能吻合特定加工條件下的實(shí)際狀況，因此如何在普通數(shù)控車床上 實(shí)現(xiàn)精確的修復(fù)方法具有重要的實(shí)用價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種數(shù)字化螺紋修復(fù)方法，適用于具有主軸碼盤的普及型數(shù)控車 床，克服傳統(tǒng)螺紋修復(fù)方法精度底，成本高的技術(shù)缺陷。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種數(shù)字化螺紋修復(fù)方法，其特征在于，包括以 下步驟步驟一、將待修復(fù)螺紋在修復(fù)加工的數(shù)控車床上一次裝夾完成，然后在線測量螺 紋參數(shù)，包括每個采樣周期的螺紋坐標(biāo)位置數(shù)據(jù)和主軸實(shí)測轉(zhuǎn)速S ；幾何參數(shù)螺紋起點(diǎn) (XI，Zl)，螺紋終點(diǎn)(X2，Z2)，螺紋段某牙底位置(Cm，Zm)；工藝參數(shù)螺紋導(dǎo)程F，螺紋高度 H和刀具號T ；步驟二、利用數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部任務(wù)調(diào)度機(jī)制實(shí)時采集螺紋加工現(xiàn)場的位移數(shù)據(jù)，然 后分析處理該數(shù)據(jù)并找到加速段終點(diǎn)，進(jìn)而推算出準(zhǔn)確的加工起點(diǎn)處的Z軸位置和主軸轉(zhuǎn) 角；步驟三、根據(jù)加工起點(diǎn)處的Z軸位置和主軸轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)，生成數(shù)控機(jī)床螺紋修復(fù)加 工代碼；步驟四、在數(shù)控機(jī)床上選擇上述步驟三生成的螺紋修復(fù)加工代碼，在沒有改動螺 紋裝夾的情況下，進(jìn)行修復(fù)加工。優(yōu)選的，所述步驟一的測量過程包括首先啟動測量進(jìn)程，再啟動螺紋測量加工進(jìn)程；
測量加工進(jìn)程等待開始測量信號；測量進(jìn)程發(fā)出開始測量信號；測量加工進(jìn)程開始加工螺紋；測量進(jìn)程定時采集移動軸坐標(biāo)增量，并加入到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，并檢測加工完成信 號；測量加工代碼發(fā)出加工完成信號；測量進(jìn)程完成，并保存緩沖區(qū)數(shù)據(jù)。優(yōu)選的，所述步驟二求出加工起點(diǎn)ZO和加工起點(diǎn)的主軸角度CO包括如下步驟1)設(shè)定最大比較偏差，最大比較次數(shù)；2)初始化加速段長度，比較次數(shù)；3)周期性讀一個測量點(diǎn)Zi，與上次比較偏差；4)若偏差值大于最大比較偏差，則重復(fù)3)；5)比較次數(shù)加1，加速段長度增加本次測量值；6)若比較次數(shù)小于最大比較次數(shù)，則重復(fù)3)；7)比較完成，記錄當(dāng)前點(diǎn)序號，加速段長度；8)根據(jù)當(dāng)前點(diǎn)序、采樣周期和主軸轉(zhuǎn)速，計算該段時間內(nèi)的主軸轉(zhuǎn)角Sl ；9)根據(jù)螺紋起點(diǎn)Z1、測量點(diǎn)a!和實(shí)際主軸轉(zhuǎn)速，計算該段位移內(nèi)的主軸轉(zhuǎn)角S2 ；10)根據(jù)螺紋測量點(diǎn)Cm、Si，S2和主軸旋向，確定加工起點(diǎn)的主軸角度CO 等于 Cm士(S1+S2)；11)根據(jù)螺紋起點(diǎn)Z1、加速段長度，計算加工起點(diǎn)的ZO 等于Zl+加速段長度。優(yōu)選的，所述步驟三生成螺紋修復(fù)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(diǎn)；iv、輸出螺紋固定循環(huán)；V、輸出結(jié)束指令M30;Vi、自動保存修復(fù)文件。本發(fā)明利用數(shù)控機(jī)床現(xiàn)場實(shí)時測量的方法實(shí)現(xiàn)受損螺紋的修復(fù)加工。該方法無 需購買或定制專用的工具修復(fù)套件，適用于具有主軸碼盤的普及型數(shù)控車床，較傳統(tǒng)螺紋 修復(fù)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(nèi)圓螺 紋，單頭或多頭螺紋都能進(jìn)行修復(fù)。


圖1為螺紋測量示意圖。圖2為數(shù)據(jù)處理示意圖。
圖3為螺紋修復(fù)方法原理圖。表1為螺紋測量數(shù)據(jù)表。表2為測量數(shù)據(jù)分析表。
具體實(shí)施例方式如圖3所示，本發(fā)明中的螺紋修復(fù)方法主要包括螺紋參數(shù)數(shù)控車床在線測量、螺 紋數(shù)據(jù)處理、螺紋修復(fù)代碼生成、數(shù)控車床螺紋修復(fù)加工四個步驟。1.螺紋參數(shù)數(shù)控車床在線測量螺紋參數(shù)的數(shù)控車床在線測量可以在修復(fù)加工的數(shù)控車床上一次裝夾完成，避免 測量后修復(fù)的對刀，螺紋修復(fù)精度高。采集的參數(shù)包括1)每個采樣周期的坐標(biāo)位置數(shù)據(jù)(如表1)和主軸實(shí)測轉(zhuǎn)速S。2)幾何參數(shù)(如圖1)螺紋起點(diǎn)(XI，Zl)，螺紋終點(diǎn)(X2，Z2)，螺紋段某牙底位置 (Cm，Zm) ο3)工藝參數(shù)螺紋導(dǎo)程F，螺紋高度H，和刀具號T。數(shù)控系統(tǒng)是一個強(qiáng)實(shí)時多任務(wù)的控制系統(tǒng)，多個任務(wù)通過內(nèi)部進(jìn)程調(diào)度機(jī)制周期 性并行處理。通過創(chuàng)建定時測量進(jìn)程可以對螺紋修復(fù)加工時的坐標(biāo)點(diǎn)現(xiàn)場采集，對運(yùn)動特 性進(jìn)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(jìn)程，再啟動螺紋測量加工進(jìn)程；2)測量加工進(jìn)程等待開始測量信號；3)測量進(jìn)程發(fā)出開始測量信號；4)測量加工進(jìn)程開始加工螺紋；5)測量進(jìn)程定時采集移動軸坐標(biāo)增量，并加入到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，并檢測加工完成信 號；6)測量加工代碼發(fā)出加工完成信號；7)測量進(jìn)程完成，并保存緩沖區(qū)數(shù)據(jù)。2.數(shù)據(jù)處理螺紋加工過程中，從零速到穩(wěn)速之間存在著加速過渡區(qū)間，該區(qū)間的長度主要和 特定機(jī)床(包含機(jī)床本體、驅(qū)動器和電機(jī))的特定加工條件(主要是主軸轉(zhuǎn)速和螺距)的 不同而不同。通過在線測量的方法，針對特定機(jī)床的特定加工條件下，利用數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部任 務(wù)調(diào)度機(jī)制實(shí)時采集螺紋加工現(xiàn)場的位移數(shù)據(jù)，然后分析處理該數(shù)據(jù)并找到加速段終點(diǎn)， 進(jìn)而推算出準(zhǔn)確的加工起點(diǎn)處的Z軸位置和主軸轉(zhuǎn)角。如圖2，已知假設(shè)有效螺紋段的起點(diǎn)Zl和終點(diǎn)Z2，測量點(diǎn)的螺紋長軸Sii坐標(biāo)和 主軸角度Cm值，以及通過測量獲得的一系列數(shù)據(jù)點(diǎn)Zi如表1 ；則可通過如下方法求出加工 起點(diǎn)ZO和加工起點(diǎn)的主軸角度CO 1)設(shè)定最大比較偏差，最大比較次數(shù)；
2)初始化加速段長度，比較次數(shù)；
3)周期性讀一個測量點(diǎn)Zi，與上次比較偏差；
4)若偏差值大于最大比較偏差，則重復(fù)3)；
5)比較次數(shù)加1，加速段長度增加本次測量值；
6)若比較次數(shù)小于最大比較次數(shù)，則重復(fù)3)；
7)比較完成，記錄當(dāng)前點(diǎn)序號，加速段長度；
8)根據(jù)當(dāng)前點(diǎn)序、采樣周期和主軸轉(zhuǎn)速，計算該段時間內(nèi)的主軸轉(zhuǎn)角Sl ；
9)根據(jù)螺紋起點(diǎn)Z1、測量點(diǎn)a!和實(shí)際主軸轉(zhuǎn)速，計算該段位移內(nèi)的主軸轉(zhuǎn)角S2
10)根據(jù)螺紋測量點(diǎn)Cm、Si，S2和主軸旋向，確定加工起點(diǎn)的主軸角度CO 等于 Cm士(S1+S2)；11)根據(jù)螺紋起點(diǎn)Z1、加速段長度，計算加工起點(diǎn)的ZO 等于Zl+加速段長度；12)根據(jù)上述數(shù)據(jù)，生成螺紋修復(fù)加工代碼。3.螺紋修復(fù)代碼生成根據(jù)上述數(shù)據(jù)，生成螺紋修復(fù)加工代碼過程如下.1、生成文件名(如01001)；2、根據(jù)工藝參數(shù)，輸出M，S，T輔助功能；3、根據(jù)步驟11)的數(shù)據(jù)，輸出螺紋加工起點(diǎn)；4、根據(jù)幾何參數(shù)和步驟10)的數(shù)據(jù)，輸出螺紋固定循環(huán)；5、輸出結(jié)束指令M30;6、自動保存修復(fù)文件。4.螺紋修復(fù)加工通過選擇上述生成的螺紋修復(fù)代碼，在沒有改動螺紋裝夾的情況下，立即進(jìn)行修 復(fù)加工。由于修復(fù)代碼中的螺紋主要加工參數(shù)和測量過程中保持一致，因此可以保證螺紋 車削的準(zhǔn)確性。值得注意的是通過延長加工起點(diǎn)，使加工起點(diǎn)正好處于勻速段，且為整數(shù)倍螺 距，可簡化計算.無需考慮主軸正反轉(zhuǎn)或主軸編碼器方向的影響.通過調(diào)整相對主軸Z脈 沖的轉(zhuǎn)角，處于勻速段且距離測量點(diǎn)為整數(shù)倍螺距，可使加工起點(diǎn)固定在某個合適的距離。多次測量和加工試驗(yàn)表明，同一機(jī)床在同一加工條件下，本方法具有很高的精確 性，平均誤差小于0. 5%，最大誤差約為螺距的1. 02% -2. 88%如表2所示。表1螺紋測量數(shù)據(jù)表
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字化螺紋修復(fù)方法，其特征在于，包括以下步驟步驟一、將待修復(fù)螺紋在修復(fù)加工的數(shù)控車床上一次裝夾完成，然后在線測量螺紋 參數(shù)，包括每個采樣周期的螺紋坐標(biāo)位置數(shù)據(jù)和主軸實(shí)測轉(zhuǎn)速S ；幾何參數(shù)螺紋起點(diǎn) (XI，Zl)，螺紋終點(diǎn)(X2，Z2)，螺紋段某牙底位置(Cm，Zm)；工藝參數(shù)螺紋導(dǎo)程F，螺紋高 度H和刀具號T ；步驟二、利用數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部任務(wù)調(diào)度機(jī)制實(shí)時采集螺紋加工現(xiàn)場的位移數(shù)據(jù)，然后分 析處理該數(shù)據(jù)并找到加速段終點(diǎn)，進(jìn)而推算出準(zhǔn)確的加工起點(diǎn)處的Z軸位置和主軸轉(zhuǎn)角； 步驟三、根據(jù)加工起點(diǎn)處的Z軸位置和主軸轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)，生成數(shù)控機(jī)床螺紋修復(fù)加工代碼；步驟四、在數(shù)控機(jī)床上選擇上述步驟三生成的螺紋修復(fù)加工代碼，在沒有改動螺紋裝 夾的情況下，進(jìn)行修復(fù)加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化螺紋修復(fù)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(jìn)程，再啟動螺紋測量加工進(jìn)程； 測量加工進(jìn)程等待開始測量信號； 測量進(jìn)程發(fā)出開始測量信號； 測量加工進(jìn)程開始加工螺紋；測量進(jìn)程定時采集移動軸坐標(biāo)增量，并加入到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，并檢測加工完成信號； 測量加工代碼發(fā)出加工完成信號； 測量進(jìn)程完成，并保存緩沖區(qū)數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字化螺紋修復(fù)方法，其特征在于所述步驟二求出加工起點(diǎn) ZO和加工起點(diǎn)的主軸角度CO包括如下步驟1)設(shè)定最大比較偏差，最大比較次數(shù)；2)初始化加速段長度，比較次數(shù)；3)周期性讀一個測量點(diǎn)Zi，與上次比較偏差；4)若偏差值大于最大比較偏差，則重復(fù)3)；5)比較次數(shù)加1，加速段長度增加本次測量值；6)若比較次數(shù)小于最大比較次數(shù)，則重復(fù)3)；7)比較完成，記錄當(dāng)前點(diǎn)序號，加速段長度；8)根據(jù)當(dāng)前點(diǎn)序、采樣周期和主軸轉(zhuǎn)速，計算該段時間內(nèi)的主軸轉(zhuǎn)角Sl；9)根據(jù)螺紋起點(diǎn)Z1、測量點(diǎn)a!和實(shí)際主軸轉(zhuǎn)速，計算該段位移內(nèi)的主軸轉(zhuǎn)角S2；10)根據(jù)螺紋測量點(diǎn)Cm、Si，S2和主軸旋向，確定加工起點(diǎn)的主軸角度CO:等于Cm 士 (S1+S2)；11)根據(jù)螺紋起點(diǎn)Z1、加速段長度，計算加工起點(diǎn)的Z0:等于Zl+加速段長度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)字化螺紋修復(fù)方法，其特征在于所述步驟三生成螺紋修復(fù) 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(diǎn)；iv、輸出螺紋固定循環(huán)； ν、輸出結(jié)束指令M30; vi、自動保存修復(fù)文件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型螺紋修復(fù)方法，即采用數(shù)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)各種內(nèi)外直螺紋和錐螺紋的修復(fù)，該螺紋修復(fù)方法主要包括螺紋參數(shù)數(shù)控車床在線測量、螺紋數(shù)據(jù)處理、螺紋修復(fù)代碼生成、數(shù)控車床螺紋修復(fù)加工四個步驟，該方法適用于具有主軸碼盤的普及型數(shù)控車床，較傳統(tǒng)螺紋修復(fù)方法精度高，成本低，快速高效，適用范圍廣泛。
文檔編號B23P6/00GK102079033SQ20101059373
公開日2011年6月1日 申請日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者仰儆, 任清榮, 周會成, 唐小琦, 宋寶, 陳吉紅, 龔興武 申請人:華中科技大學(xué), 武漢華中數(shù)控股份有限公司