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数控车床加工API螺纹遇到的问题与解决方法

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发表时间:2020-09-21 16:14作者:福道数控机床来源:数控车床加工API螺纹遇到的问题与解决方法网址:http://www.fudao988.cn
文章附图

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螺纹是在圆柱或圆锥表面上,沿着螺旋线所形成的具有相同剖面和规定牙型的连续凸起和沟槽。在各种机械产品中,带有螺纹的零件很广泛,它主要用作连接零件、传动零件、紧固零件等。

在数控车床上车削螺纹在机加工中被越来越多地使用。数控车床以加工精度高、产品同一性好、加工范围广、生产效率高等优势在机加工中占有越来越重要的地位。

随着数控机床高精度发展需要,滚珠丝杠成为数据机床主要进给功能部件之一,来确保机床传动给进精度。在数控车床上车削螺纹时,滚珠丝杠控制X,Z轴的传动进给运动,所以能获得精确的螺距,加工锥面螺纹时可以保证精确的锥度比(也就是角度)。实际加工螺纹时,由于各种原因(如主轴同步传动皮带磨损、X-Z轴丝杠磨损、刀具磨损、程序错误、机床检测系统错误)都会造成螺纹各个参数出现误差,所以任何一个环节出现问题,都不能忽视,应及时加以解决。

螺杆钻具各部件都是靠螺纹连接,螺纹加工的质量直接影响产品的质量,本文介绍在工作中加工API螺纹REG(正规)常见的4种问题和相应的解决方法。

1 扎刀

1.1 故障分析

(1)螺纹车刀安装得过高或过低(螺纹型号越小越明显)。螺纹车刀装得过高时,在车削到一定深度时,车刀的后刀面会顶住工件,增大表面的摩擦力,车削阻力增大,造成扎刀。螺纹车刀装得过低时,容易造成排屑不流畅(尤其是孔径小的正规螺纹),螺纹刀磨损速度会大大提高,未能及时更换造成扎刀。

(2)工件装夹不牢,不但会出现扎刀质量问题,而且极容易出现安全问题,应高度注意。

(3)车刀刀片磨损过大。

(4)切削用量太大。

1.2 解决方法

(1)在加工螺纹前,装夹螺纹刀体时先控制好其中心高,数控车床上用的大部分都是自定心刀体,如果不是,可以采用两种方法:用尾座顶尖对刀体的中心高;画线法,先用外圆车刀车实心工件端面(X方向车到负值),端面中心位置会出现一个顶尖橛子,用它来对外圆刀的中心高,然后在端面上画线用这条线去对螺纹刀的中心高。

(2)如果是液压卡盘,装夹工件范围尽量不要在卡爪的行程极限位置,由于工件外径尺寸的变化造成夹紧力不够产生装夹不牢;非液压卡盘,装夹工件时每个卡爪都要用力夹紧,尤其是三爪卡盘三个扳手孔都要夹紧,不要认为联动就紧一个,切削力较大时工件很容易产生窜动。

(3)应勤观察螺纹刀片的使用状态,在加工内螺纹时,及时清理孔内的铁屑。

(4)根据螺纹规格的大小、螺距、工件的刚性,合理选择背吃刀量和切削速度。

2 乱扣

2.1 故障分析

乱扣的原因是丝杠转一转时,工件未转过整数转而造成的乱扣,螺距发生变化。

(1)机床主轴编码器同步传动皮带磨损。数控车床车削螺纹时,主轴与车刀的运动关系是由机床信息处理中心发出指令来控制的,车削螺纹时主轴的转速恒定不变,Z轴可以根据螺纹的螺距大小和主轴转速调整移动速度,所以机床信息处理中心必须检测到主轴的真实转速以发出正确的指令控制Z轴的正确移动。主轴编码器同步传动皮带磨损,系统就不能检测到主轴的真实转速,实际加工出的工件螺距就不一致,出现乱扣。

(2)Z轴丝杠的窜动量过大。

(3)用中心架加工螺纹时,由于中心不在一条轴线上,工件在Z轴方向发生变动,从而发生乱扣。

(4)编制输入的程序不正确。如例1所示,N10和N50的起点不一样,分别为210和212,且螺距输入错误,N20和N40的F6.35和F5.08(F代表螺距),数据机床加工螺纹时输入错误也会造成乱扣。


2.2 解决方法

(1)上述故障(1)和(2)都是机床自身的机械问题,由维修人员解决。

(2)编制程序时一定仔细检查程序,务必使程序中的指令与图纸要求一致。

(3)在调整中心架子(图1)的时候应注意:

卡盘装夹工件的圆跳动不能太大,在φ0.05mm以内,先修卡爪;找正的工件圆跳动φ0.05mm以内,在找正中心架子处的工件外圆也达到φ0.05mm,这样就可以保证找正两处的同轴度。

(4)图2是加工合格的螺纹;图3由于中心架与卡盘处出现不同轴,主轴旋转后造成工件外移,在加工螺纹时,出现“双眼皮”的乱扣现象。图3的不合格螺纹可以修复,有两种常用方法:橡皮泥对螺距法、肉眼观察对螺距法。




这两种方法还是存在一点误差,最精确的是固定位置装夹修复螺纹法,把需要修复的工件装夹在卡盘上与刚加工完工件的装夹位置一致。为保证装夹位置一致,在装夹每一个工件时,工件与卡盘的一个爪画一条连接标识线,起到一个标记作用,修复工件上的标记直线与卡爪标记直线对齐,因为需要修复的螺纹已加工完成,所以先要将端面车掉1mm,为了保证外圆和端面(轴向和径向)的垂直,也为了端面与螺纹轴线垂直,用这种方法螺纹修复一次加工完成,省时省力,保证螺纹的各项参数达到技术要求。

3 牙型参数不正确

石油专用的螺纹都是API螺纹,在数控车床加工螺纹时,都是成型螺纹刀片,刀片分几种类型,如果使用错误,就会造成牙型参数不正确,出现质量事故。对数控机床在加工REG(正规)时,刀片的选用如例2所示,V50代表平牙顶、牙底三角形60°螺纹;0402前两位数字代表螺纹每英寸牙数,后两位数字代表螺纹锥度比;数字与REG结合就是API标准的螺纹扣型(REG正规扣)。

4 螺纹表面粗糙度大

4.1 故障分析

(1)刀片磨损严重。

(2)螺纹刀刀柄刚性差,出现震刀(工件的刚性差也会出现)。

(3)螺纹切削时,切削厚度太小或铁屑堆积划伤牙的两侧面,造成螺纹表面粗糙度差。

4.2 解决方法

(1)及时更换刀片(切削液的浓度比也影响刀片的使用寿命)。

(2)在不影响加工的前提下,尽可能增加刀柄的横截面积,并减小刀柄的伸出长度。

(3)切削螺纹时,最后一刀切削深度一般在0.1mm,选择合理的切削速度。

5 结论

API螺纹在石油装备领域使用普遍,各个部分连接有严格的要求,所以螺纹加工质量要求高。本文阐述的数控加工API螺纹时常见的故障及解决方案,加工产品合格率98%,生产效率提高了60%。


 
 

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