用于生产螺纹、特别是用于钻杆等的螺纹的方法和设备

摘要

本发明建议一种用于生产螺纹，特别是用于钻杆等的螺纹的方法，其中工件和车刀(4)具有绕工件轴线的高速相对旋转运动和相对较低速度的相对纵向运动，且其中进一步地在车刀(4)和工件之间导致摆动的径向相对旋转运动，其中，径向摆动运动机械地(3.2、3.3)产生，其中径向摆动运动尤其与相对旋转运动同步。本发明还包括一种通过用于产生径向机械摆动运动的装置(3.2)生产螺纹的设备，其中径向摆动运动尤其与相对旋转运动同步。

权利要求

1.一种用于通过车削生产螺纹的方法，其中，工件和车刀具有绕所述工件轴线的高速相对旋转运动和速度相对较低的相对纵向运动，且其中进一步地在所述车刀和所述工件之间引起相对径向摆动运动，其特征在于：所述径向摆动运动由凸轮盘引起并与所述相对旋转运动机械地同步。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述摆动运动的频率与所述相对旋转运动的转速的比率F为：其中S是螺纹的螺距，单位为毫米，而V为相对纵向运动的进给，单位为毫米/转。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：借助所述凸轮盘使所述车刀相对于所述工件运动。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：借助所述凸轮盘使所述车刀克服弹簧的弹簧力运动。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述车刀固定在推杆上，所述推杆通过所述凸轮盘克服弹簧作用顶靠所述工件且在所述弹簧的作用下被向回导引。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述方法用于生产用于钻杆的螺纹。

7.一种用于通过车削生产螺纹的设备，该设备带有用于在工件和车刀之间产生绕工件轴线的高速相对旋转运动的装置和用于在所述工件和所述车刀之间产生速度相对较低的相对纵向运动的装置，以及用于在所述工件和所述车刀之间产生相对径向摆动运动的装置，其特征在于：设有用于将所述径向摆动运动与所述相对旋转运动机械地同步的装置，其中，所述用于产生所述径向摆动运动的机械装置是凸轮盘。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于：所述摆动运动的频率与所述相对旋转运动的转速的比率F为：其中S是螺纹的螺距，单位为毫米，而V为相对纵向运动的进给，单位为毫米/转。

9.根据权利要求7所述的设备，其特征在于：借助所述凸轮盘可以按照所述径向摆动运动移动所述车刀。

10.根据权利要求7所述的设备，其特征在于：设有用于将承载所述车刀的所述推杆弹性地压向所述凸轮盘的弹簧。

11.根据权利要求7所述的设备，其特征在于：所述车刀固定在所述推杆上，所述推杆通过所述凸轮盘克服弹簧作用顶靠所述工件且在所述弹簧的作用下被向回导引。

说明书

用于生产螺纹、特别是用于钻杆等的螺纹的方法和设备

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于生产螺纹，特别是生产用于钻杆等的螺纹的方法，其中工件和车刀具有绕工件轴线的高速相对旋转运动和相对较低速度的相对纵向运动，且其中进一步地在车刀和工件之间导致相对径向摆动运动，本发明还涉及一种用于生产螺纹，特别是生产用于钻杆等的螺纹的设备，该设备带有用于在工件和车刀之间产生绕工件轴线的高速相对旋转运动的装置和用于在工件和车刀之间产生相对较低速度的相对纵向运动的装置，以及用于在工件和车刀之间产生相对径向摆动运动的装置。

背景技术

[0002] 螺纹通常通过螺纹切削生产，其中螺纹切削可通过车床完成。在此，工件和刀具的相对旋转运动和相对纵向运动相互精确地协调，且为生产希望的螺纹深度，必要时必须以多次刀具进给来加工，其中这对每个螺纹可能是直至40次刀具进给。在螺纹切削中还有缺点的是产生了很难应对的长金属屑。

[0003] 此外已建议与螺纹切削不同，通过车削加工来生产螺纹，其中通过对相应的马达的电子控制为车刀赋予径向摆动运动。

[0004] 在用于通过车削加工生产螺纹的电子控制和同步中所需要的运动可以仅最高为每分钟300转，因为借助于所提供的数字电子器件不能对更高的转速同步。存在同步问题和因此导致的外形变形，使得以更高速加工的工件不可用。因此，通过车削加工进行的螺纹生产与螺纹切削相比的生产率提高受到限制。

发明内容

[0005] 因此，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于通过车削加工生产螺纹的方法和设备，其中可以在高转速下以一次刀具进给生产螺纹，且因此可实现高的生产率提高。

[0006] 根据本发明，以本文开头所述类型的方法解决所述技术问题，该方法的特 征在于，机械地产生径向摆动运动。为解决此技术问题，本发明还建议了相应类型的(gattungsgemass)设备，该设备的特征在于，设有用于产生机械的径向摆动运动的装置。螺纹基本形状这样纯机械地产生。

[0007] 根据本发明的方法基于车削过程，车削过程具有与螺距无关的进给，且螺纹外形的生产使用直接影响刀具的进刀的旋转曲线盘。在此将工件和曲线盘的旋转运动这样地同步，使得由旋转的工件和摆动的刀具的相对运动得到具有希望的螺距和方向的螺纹。螺纹的外形通过凸轮的造型确定。根据刀具的稳定性，以直至最多两次刀具进给将螺纹车削到多个毫米(例如尤其是3毫米)的深度而完成车削，这构成了本发明与不是相应类型的常规螺纹切削相比在生产率上的优点，在常规的螺纹切削中，通过刀具与螺距同步的纵向运动利用刀具在螺纹深度上的逐步横向进给来生产螺纹，其中根据外形尺寸需要较多次的刀具进给，刀具进给次数也由工件性质和刀具质量确定。

[0008] 通过本发明可以在圆柱形和圆锥形的工件基本形式上生产不同的螺纹形式，其中可以生产齿形R螺纹(绳索螺纹)或也可以生产梯形螺纹，特别是平的梯形形式的螺纹。本发明特别地适合于生产钻杆的连接螺纹。

[0009] 在优选设计中，使径向摆动运动与相对旋转运动同步，其中相对旋转运动的转数与摆动运动的频率的比率F按下式计算：

[0010]

[0011] 其中S是螺纹的螺距，单位为毫米，且V为相对纵向运动的进给，单位为毫米/转。将分子和分母的值预先提供给车床的控制装置，由分子和分母的值自动地计算同步因数。
值(+1)产生了右旋螺纹，值(-1)产生了左旋螺纹。

[0012] 在此方法和设备的进一步的优选设计中，径向摆动运动由凸轮盘引起，并且，用于产生径向摆动运动的机械装置是凸轮盘。

[0013] 通过本发明实现了将加工过程划分为螺纹外形的简单且可靠的机械生产和产生螺距的线性电子同步，以及使用车床的十字滑架来产生螺纹锥面。用于产生螺纹外形的凸轮形式的生产可以在常规的坐标磨床上或在铣床上完成。不同的螺纹形式的转换通过更换凸轮和子程序而以简单的方式实现。由于凸轮的柔和的外形变化(带有半径的螺纹过渡)，可以以直至约1000转/分的主轴转速进行加工。

[0014] 通过本发明实现了以800至1000转/分之间的相对转速加工，其中通常以 常规方式进行工件的车削。刀具相对于工件的轴向纵向进给在0.15至0.25毫米/转的数量级上，优选地为0.2毫米/转。螺纹在一次刀具进给中产生，其中可很好地控制螺纹的精度。通过本发明螺纹外形可以分别以一次刀具进给产生，使得可以省去分开的粗车和精车。可以得到很好的切屑形成。通过刀具的摆动，在每转中得到了带有增加和减少的厚度的切屑，切屑可靠地在最薄的位置断裂且主要是在内螺纹情况下便于通过吹出或浮出而从孔中清除。

[0015] 在这种钻杆螺纹中，在10厘米的长度上根据螺纹直径的不同有大约5至8圈。 [0016] 根据本发明的用于生产螺纹的设备(该设备是带有根据本发明的用于产生摆动运动的装置的常规车床)可以是对置主轴车床，使得可以同时加工两个工件，特别在需要生产对旋螺纹的情况下(对旋螺纹是指例如在套管的内螺纹中两个螺纹分别从其各自的开始侧相向旋转)。

[0017] 根据按本发明的方法的优选设计，车刀通过凸轮盘相对于工件运动，其中车刀进一步地通过凸轮盘克服弹簧的弹簧力而运动。具体的设计是，车刀固定在推杆上，推杆通过凸轮盘克服弹簧作用顶靠工件且在弹簧的作用下被向回导引。

[0018] 因此，根据本发明的设备的扩展，车刀通过凸轮盘在径向摆动运动中可移动，其中特别地设有用于使支承车刀的推杆弹性地压靠凸轮盘的弹簧，且驱动轴与用于纵向运动的驱动器运行地相连。

[0019] 通过将各螺纹的外形画出且在纵向方向上划分为截面，从各螺纹的外形导出螺纹生产所需的曲线盘的形式。可以得到好于5°的分辨率。同时，在考虑刀具轮廓的情况下将截面转化为径向移动而作为曲线盘形式的基础。

[0020] 在由毛坯生产曲线盘时，可以通过数控铣床产生盘的外形，其中将在CAD中确定的曲线半径直接用于编程。由于相对粗糙的分辨率而通过样条函数进行中间值的内插，这已经是现代CNC控制的组成部分。

附图说明

[0021] 本发明的其他优点和特征由权利要求和如下的说明给出，在本发明的实施例中参考附图详细解释。各图为：

[0022] 图1是带有两个螺纹车削装置的对置主轴车床的示意图；

[0023] 图2是根据本发明的螺纹车削装置的示意性透视图；

[0024] 图3是穿过图2的螺纹车削装置的纵截面；

[0025] 图4是带有用于外加工中空管的刀具的螺纹车削装置的基本部分的侧视图； [0026] 图4a是对应于图4的视图，带有用于内加工的刀具(不过与图3的刀具方向相对)

[0027] 图5是沿V-V穿过螺纹车削装置的凸轮单元的截面；

[0028] 图5a是沿图5的A-A穿过凸轮单元的截面；

[0029] 图6是沿图5的VI-VI穿过凸轮单元的截面；

[0030] 图7是用于生产所谓的R螺纹(带有在纵截面内的正弦形螺纹轮廓的绳索螺纹)的凸轮盘；

[0031] 图7a是通过图7的凸轮盘生产R螺纹的说明；

[0032] 图8是用于生产T螺纹(梯形螺纹)的凸轮盘的图示；

[0033] 图8a是通过图8的凸轮盘生产T螺纹的说明；

[0034] 图9a和图9b是杆螺纹的螺钉部分(图9a)和螺母部分(图9b)的梯形螺纹。 具体实施方式

[0035] 图1示出了带有两个螺纹车削装置2的车床1的示意图，因此该车床可以同时车削两个螺纹。在螺纹车削装置2上在凸轮部分3上布置了车刀4。

[0036] 图2示出了螺纹车削装置2的透视图，螺纹车削装置2带有保持部分2.1、作为驱动马达2.2的伺服马达、驱动轴2.3、离合器单元2.4和凸轮单元3。

[0037] 图3示出了穿过图2的螺纹车削装置2的纵截面，其中已陈述的部分以相同的方式陈述。

[0038] 凸轮单元具有保持部分3.1，保持部分3.1与离合器单元2.4固定相连，且与轴2.3相连的凸轮盘3.2可在保持部分3.1内旋转。保持部分3.1以将更详细地描述的方式承载了垂直于凸轮盘3.2的轴线且可沿保持部分3.1的纵向方向移动的滑架3.3，滑架3.3承载车刀4(在图3中未图示，见图1、图4、图5)，且在图4的设计中所示车刀4用于外加工而在图4a的设计中车刀4a用于内加工。

[0039] 如在图5中可见，在保持部分3.1内在其纵向接收部分3.1a内具有推杆，该推杆可在保持部分3.1以及纵向接收部分3.1a的纵向方向上且因此垂直于凸轮盘3.2的轴线X运动，在推杆上在其下端支承有滚子3.5，滚子3.5与凸轮盘3.2滚动接触。在保持部分3.1的上肩部3.1b和具有径向凸缘形式的支座3.4a之间布置了构造为螺旋弹簧的复位弹簧3.5a，复位弹簧3.5因此将推杆3.4压在凸轮盘3.2上。推杆3.4形状闭合地与已提及的可移动滑架3.3相连，滑架3.3在其上侧上承载了车刀4或4a(图4、图4a)。此外，滑架与两个导向杆3.6相连，每个导向杆可以以紧公差在保持部分3.1的其它接收部分3.1c内滑动且由位于保持部分3.1的上端和下端的滚珠套筒3.1d引导。两个导向杆3.6和推杆
3.4形成了横截面(图6)。

[0040] 图7以大致1∶1的比例示出了凸轮盘，而图7a说明了如何通过车刀4的由于推杆3.4和滑架3.3的运动导致的沿工件的上下运动而通过车刀的机械加工过程来生产螺钉的螺纹。图示的圆在此对应于车刀的半径。

[0041] 在螺纹的任意位置观察螺纹横截面，则根据螺纹类型出现了切削面，该切削面在沿螺纹轴向方向移动时重复，不过旋转了一个角度，该角度由z向进给和螺距之间的关系给出。在螺距为12.7毫米且进给为0.25毫米/转时，这意味着在两个相邻的截面之间旋转了(0.25/12.7)×360＝7.087°，且正负根据螺纹的螺线方向(右旋还是左旋)。 [0042] 切削面的外形根据本发明通过摆动的刀具4、4a产生，刀具的径向运动通过回转的凸轮生产。凸轮的转速与工件的转速这样地同步，使得切削面发生连续的车削。对于以上的例子，根据螺线方向得到的因数为1.02008或0.98069。原则上有： [0043]

[0044] 其中S是螺纹的螺距，单位为毫米，且V为相对纵向运动的进给，单位为毫米/转。 [0045] 在螺纹深度上的横向进给运动以及锥螺纹的产生通过车床的作为附加滑架的承载件的现有十字滑架实现。附加滑架安装在车床的回转盘的前端上且通过回转摆动轴以伺服马达驱动，伺服马达与主轴以所述的形式同步。

[0046] 虽然螺纹的生产基本上在一个工作过程中完成，但只要需要也可以在两个刀具进给(粗车和精车)中生产螺纹。这导致使用了不同的进给和对可编程同步因数的相应匹配。

[0047] 图7中的凸轮盘(如在图7a中可见)用于生产R螺纹，即绳索螺纹，而 图8中示出的凸轮盘用于生产T螺纹或梯形螺纹，如在图8a中可见。可知图7的凸轮盘的曲线范围延伸180°，而在图8的构造中曲线范围延伸小于180°的角度，且剩余部分以圆弧形成。 [0048] 图9a和图9b对比解释了在两个可通过螺旋耦接的工件上的相互作用的螺纹，即带有外螺纹的“阳”件(图9a)和对应的带有内螺纹的“阴”件(图9b)，其中螺旋角α大约为35°且S为螺纹的螺距。

[0049] 通过车削加工这样生产螺纹，即：在生产外螺纹时将工件高速旋转且同时以相对低的轴向进给移动纵向滑架，而车刀4以与进给速度协调的速度通过凸轮盘上下运动，使得如果工件位于车刀上方，则在车刀的上部位置生产螺旋螺线的槽底或波底，在车刀的下部位置生产螺旋螺线的槽顶或波顶，其中通过使得工件的进给和车刀的进给以确定的方式相互协调而形成螺旋螺线，优选地根据以上所述的协调方式。

[0050] 附图标记列表

[0051] 1 车床

[0052] 2 螺纹车削装置

[0053] 2.1 凸轮部分、保持部分

[0054] 2.2 驱动马达

[0055] 2.3 驱动轴

[0056] 2.4 离合器单元

[0057] 3 凸轮部分/凸轮单元

[0058] 3.1 保持部分

[0059] 3.1a 纵向接收部分

[0060] 3.1b 肩部

[0061] 3.1c 接收部分

[0062] 3.1d 滚珠套筒

[0063] 3.2 凸轮盘

[0064] 3.3 滑架

[0065] 3.4 推杆

[0066] 3.4a 支座

[0067] 3.5 滚子

[0068] 3.5a 复位弹簧

[0069] 3.6 导向杆

[0070] 4 车刀

[0071] 4a 刀具

[0072] S 螺距

[0073] V 进给

[0074] X 轴线

[0075] α 螺旋角