錐度1∶16的（de）API螺紋（wén）銑削參數化標準（zhǔn）程序編製及質量控製

01
序言

GB/T 9253.2—2017中規定的石油天然氣工業用套管（guǎn）、油管和管線（xiàn）管螺紋，統一俗稱為API螺紋，廣泛應用於泵、閥、防噴器等石油天然氣機械設備的管道聯接[1]。其中油管螺（luó）紋分為不加厚油管圓螺紋（TBG）和外加厚油管圓螺紋（wén）（UP TBG），套管螺紋分為套管（guǎn）短圓螺紋（wén）（CSG）、套管長圓螺紋（LCSG）和偏梯形套管螺紋（BCSG），另外還（hái）有（yǒu）一類管線管螺紋（LP）。在全部89種API螺紋中，除（chú）BCSG 16、185/8和20三種螺紋代號的錐度為1∶12外，其餘錐度均為1∶16[2]。本文（wén）程序以錐度1∶16螺紋加工為例介紹。

API螺紋通常可以（yǐ）通過數控車削加工製造，但在一（yī）些石油（yóu）天然氣機械設備中，特別是（shì）大（dà）型主體零件中有（yǒu）API螺紋時，因零件本體笨重，所以不便（biàn）使用（yòng）數控車削方法，隻能通過數控銑削完成加工。這類螺紋代號眾多，如果每一種代號螺紋都獨立編程，不僅工作量大（dà），而且調試繁瑣。為（wéi）了規範編程和標準化（huà）作業，我們經過數學計算，推導（dǎo）出API螺紋參數（shù）的變量關（guān）係，編寫（xiě）出銑削外、內兩種（zhǒng）螺紋的參數化標準程序。無論是銑削該類螺紋中哪一種代號，隻要在GB標（biāo）準中查出幾個主要參數（shù），改寫標準程序中前幾行的獨（dú）立變量值，即可直接（jiē）銑（xǐ）削。為簡明起見，本文中也列出根據GB/T 9253.2—2017查取的銑削TBG螺紋（wén）所需（xū）的各獨立（lì）變量，以便讀者參考。

02
API螺紋銑削變量及其計算

2.1 銑削變量含義及其之間的數學運算關（guān）係

為了便（biàn）於應用時查（chá）取和比（bǐ）較內、外螺紋各變量，現將各銑削變量含義列於表1中。表1中變量分（fèn）為兩類，一類為獨立變量，包（bāo）括#1～#5、#7、#11以及僅內螺紋的#6、#8，在GB/T 9253.2—2017中可查出對應數據；另一（yī）類為派生變量，可由獨立變量計（jì）數，根據（jù）銑（xǐ）削工（gōng）況確定。

表1　銑削變（biàn）量定義

派生變量（liàng）可在程序內計算得出。其中內、外螺紋（wén）相同的參數在程序內計算如下。

#3=25.4/#3

#9=#7+10

#15=#3/32

#24=#23*TAN[#11]

#25=#23/32

外螺紋參數在程（chéng）序內計算如下。

#8=FIX[#2/2-#5-#1/32]（即FIX[#12]）

#12=#2/2-#5-#1/32

#13=#2/2+#4-#5-#8-#1/32

#13=#13/[TAN[#11]-1/32]

#14=#13*TAN[#11]+#8

#8=#8+#20

#12=#12+#30

#14=#14+#20

#16=2*#8

d=#2+(#7+10-#1)/16+2*(#4-#5)

內螺紋參數在程序（xù）內計算（suàn）如下。

#7=#7+2*#3+12.7+#1

#8=#8/2

#12=#2/2+#5+#1/32

#13=#8-#12+#4+TAN[#11]*#6

#13=#13/[TAN[#11]-1/32]

#14=#12-#4-#13/32

#8=#8-#20

#12=#12-#30

#14=#14-#20

D=#2-(#7+10-#1)/16-2*(#4-#5)

2.2 API螺紋銑削時獨立變量取值方法

為了便於銑削（xuē）時查取並進一（yī）步（bù）說明各代號螺紋獨立變量是如何取（qǔ）值的，以9種不加厚油管圓螺紋（TBG螺紋）為（wéi）例，在GB/T 9253.2—2017中查取參數，根據定義將獨立變量建立統一表格，具（jù）體見表2。

表2 9種TBG螺紋獨立變量取值

API螺紋（wén）中錐度1∶16的其他螺紋可參照（zhào）表2在GB/T 9253.2—2017中查取到相應值。值得（dé）一提的是BCSG螺紋的內螺紋無端麵引導孔，其變量#6=0。另外，GB/T 9253.2—2017較前版本螺紋倒角有修改，外螺紋倒（dǎo）角均為#11=30，內螺紋倒角除LP螺紋為#11=35外，其餘均為#11=25。

03
銑削工藝及質（zhì）量控製（zhì）

1）為簡明起見，內、外（wài）螺紋工件（jiàn）毛坯分別按表1中公式計算出直徑d、長（zhǎng）度（#7+10）和孔徑（jìng）D、長度（#7+10），並加工成圓（yuán）柱體和圓柱孔。

2）根據各代（dài）號螺紋的大小選擇足夠直徑的銑刀杆，以滿足加工剛（gāng）性的（de）需求（qiú）。對於每英寸8牙和10牙的螺紋，銑削外圓錐或圓錐孔使用D32規格的銑刀，刀號T2，銑削（xuē）外（wài）、內螺紋使用D30規格的螺紋銑刀，刀號T3。對於TBG 1.050等代號的螺紋，銑（xǐ）刀杆直徑相應選小，並增加銑削次數。

3）選擇自帶頂牙切削的螺紋銑刀（dāo），頂牙圓錐在銑削時半徑留0.2mm餘量（liàng），由螺紋銑刀頂牙切削。

4）不作配合使用（yòng）的螺紋以外的加工部位（wèi），粗、精銑用同（tóng）一把刀一次銑削完成，在編（biān）程時不使用刀尖圓弧半徑補（bǔ）償和刀具磨耗（hào）補（bǔ）償。

5）設置#10作為螺紋（wén）銑刀磨耗補償或分次切削的（de）精銑餘量。當#10＞0時，程序執行（háng）頂牙銑削（xuē）和2次螺紋銑削（xuē）；#10≤0時，程序跳轉僅執（zhí）行1次螺紋銑削。

6）對於絕大部分每英寸10牙或8牙的API螺紋，其（qí）牙高為1.412mm或1.81mm。為提高螺紋加工精度，采用2次螺紋銑削，精銑時餘量為30%左右，一般#10=0.4（另含0.2mm的頂牙切削量）。

7）當發現螺紋銑刀有磨耗而牙型切削未達深度時，可設#10=－0.3（舉例），重新調用程序，此時程序直接跳轉（zhuǎn）至N201，進行帶補（bǔ）償後的1次螺紋切（qiē）削，然（rán）後結（jié）束。此程序之所以有2次#10≤0判斷（duàn），而不是直接跳轉（zhuǎn）至（zhì）N202，是因為程序中T3刀銑削螺紋（wén）的起動設置在N201之後，且便於刀補（bǔ）#10僅一次計入。

8）在機床操作時，圓錐頂牙銑削和圓錐螺紋銑削，每一次進給銑削的螺旋線，其起點與終點半徑均不（bú）相等。即使是起點與終點半徑相差最小的1∶16每英寸10牙的API螺紋，其差值也有（25.4/10）/32≈0.08mm=80μm。35°圓錐（zhuī）倒角部分的（de）起點與終點半徑差值則更大。查閱FANUC係統使用說明書，找到控製G02/G03指令執行時設定起點與終點半徑極限差值的參數NO.3410[3]，其默認值為30μm，可設定該參數值為0，不進行圓弧半徑差的檢查，編程時按起點半徑編程。本次銑削後，可立即修改回默（mò）認（rèn）值（zhí）。

04
程序編製

基於FANUC係統分別編寫外、內兩種API螺紋的（de）數控銑削參數化標準程序，程序開頭的獨立變量取值以TBG 23/8代號（hào）的螺紋（wén）為例（lì）。程序中句後帶“（V）”標記的為每一代號API螺紋的獨立變量參數，其值在GB/T 9253.2—2017中可以查取。

（1）外螺紋（wén）銑削程序 具體如下（xià）。

%

O2201(TBG2.3/8-10-W-T2D32\T3D30)

#10=0.4（設置螺紋刀補或精銑餘量或分次切削）

#20=32/2（M）

#30=30/2（M）

#31=100（M）

#1=24.87（V）

#2=58.757（V）

#3=10（V）

#3=25.4/#3

#4=1.412（V）

#5=0.744（V）

#7=41.28（V）

#8=FIX[#2/2-#5-#1/32]

#9=#7+10

#11=30（V）

#12=#2/2-#5-#1/32

#13=#2/2+#4-#5-#8-#1/32

#13=#13/[TAN[#11]-1/32]

#14=#13*TAN[#11]+#8

#15=#3/32

#8=#8+#20

#12=#12+#30+#10 （計入刀補）

#14=#14+#20+0.2 （留（liú）0.2mm由螺紋銑刀頂牙切削）

#16=2*#8

IF[#10 LE 0]GOTO 201

N100 （銑削倒角和頂徑（jìng））

M6T2(T2D32)

#21=0

#23=0.5 （M）

#24=#23*TAN[#11]

#25=#23/32

G90G54G17G0X#16Y0

M03S2000F500

M08

G43H2Z#31

Z#21

G03X#8I-[#16/2-#8/2]

N10IF[#21LE-#13]GOTO11

#21=#21-#23

#8=#8+#24

G02X#8I-[#8-#24]Z#21

GOTO10

N11#21=-#13

G1Z#21（#13不（bú）被#23整除，引起過深）

X#14（恢複（fù）刀具至倒角終（zhōng）止處）

N12IF[#21LE-#9]GOTO13

#21=#21-#23

#14=#14+#25

G02X#14I-[#14-#25]Z#21

GOTO12

N13G03X#16I[#16/2-#14/2]

G0Z#31

M05

N201（銑削螺紋1）

M6T3(T3D30-TBG)

#21=0

G90G54G17G0X#16Y0

M03S2000F200

G43H3Z#31

Z#21

G03X#12I-[#16/2-#12/2]

N20IF[#21LE-#7]GOTO21

#21=#21-#3

#12=#12+#15

G02X#12I-[#12-#15]Z#21

GOTO20

N21G03X#16I[#16/2-#12/2]

N202 （銑削螺紋2）

IF[#10 LE 0]GOTO 300

#12=#2/2-#5-#1/32

#12=#12+#30 （重新（xīn）定義#12，無刀補）

#21=0

G0Z#21

G03X#12I-[#16/2-#12/2]

N22IF[#21LE-#7]GOTO23

#21=#21-#3

#12=#12+#15

G02X#12I-[#12-#15]Z#21

GOTO22

N23G03X#16I[#16/2-#12/2]

N300

G0Z#31

X0Y250

M30

%

（2）內螺紋銑削程序 具體如下。

%

O2202(TBG2.3/8-10-N-T2D32\T3D30)

#10=0.4（設置螺紋刀補（bǔ）或精銑餘量或分次切削）

#20=32/2（M）

#30=30/2（M）

#31=100（M）

#1=11.33（V）

#2=58.757（V）

#3=10（V）

#3=25.4/#3

#4=1.412（V）

#5=0.744（V）

#6=7.9（V）

#7=24.87（V）

#7=#7+2*#3+12.7+#1

#8=61.9（V）

#8=#8/2

#9=#7+10

#11=25（V）

#12=#2/2+#5+#1/32

#13=#8-#12+#4+TAN[#11]*#6

#13=#13/[TAN[#11]-1/32]

#14=#12-#4-#13/32

#15=#3/32

#8=#8-#20

#12=#12-#30-#10 （計入刀補）

#14=#14-#20-0.2 （留0.2mm由螺紋刀頂牙切削）

IF[#10 LE 0]GOTO 201

N100 （銑（xǐ）削引導孔、倒角和（hé）頂徑（jìng））

M6T2(T2D32）

#21=0

#23=0.5（M）

#24=#23*TAN[#11]

#25=#23/32

G90G54G17G0X0Y0

M03S2000F500

M08

G43H2Z#31

Z#21

G02X#8I[#8/2]

#6=#6-#23 （#6不被#23整（zhěng）除，防（fáng）止深度過切）

N10IF[#21LE-#6]GOTO11

#21=#21-#23

G02I-#8Z#21

GOTO10

N11#21=-[#6+#23]

G02I-#8Z#21

I-#8

N12IF[#21LE-#13]GOTO13

#21=#21-#23

#8=#8-#24

G02X#8I-[#8+#24]Z#21

GOTO12

N13#21=-#13

G1Z#21（[#13-#6]不被#23整除，引起過深）

X#14（恢複刀具至（zhì）倒角終止處）

N14IF[#21LE-#9]GOTO15

#21=#21-#23

#14=#14-#25

G02X#14I-[#14+#25]Z#21

GOTO14

N15G02X0I-[#14/2]

G0Z#31

M05

N201（銑削螺紋1）

M6T3(T3D30-TBG)

#21=0

G90G54G17G0X0Y0

M03S2000F200

G43H3Z#31

Z#21

G02X#12I[#12/2]

N20IF[#21LE-#7]GOTO21

#21=#21-#3

#12=#12-#15

G02X#12I-[#12+#15]Z#21

GOTO20

N21G02X0I-[#12/2]

N202（銑（xǐ）削（xuē）螺紋2）

IF[#10 LE 0]GOTO 300

#12=#2/2+#5+#1/32

#12=#12-#30（重（chóng）新定義#12，無刀補）

#21=0

G0Z#21

G02X#12I[#12/2]

N22IF[#21LE-#7]GOTO23

#21=#21-#3

#12=#12-#15

G02X#12I-[#12+#15]Z#21

GOTO22

N23G02X0I-[#12/2]

N300

G0Z#31

X0Y250

M30

%

05
結束語（yǔ）

使用本文程（chéng）序銑削有兩種代號TBG螺紋的（de）法蘭。該編（biān）程方（fāng）法（fǎ）同樣適用於尺寸較大，錐（zhuī）度1∶16的NPT螺紋（GB/T 12716—2011）以及PT、Rc、R1、R2螺紋（GB/T 7306.1—2000和GB/T 7306.2—2000）或其他錐度（dù）的錐（zhuī）度螺紋銑削（xuē）加工。