謝建雷，周海芳，郎 帆，趙春喜，方繼鴻

（1.渤海石油裝備新世紀機械制造有限公司，天津 300280； 2.中國石油管道局工程有限公司天津分公司，天津 300280）

0 引言

840D是由西門子公司開發(fā)的一種先進數控系統，將CNC和驅動控制集成在一塊板上，將閉環(huán)控制的全部硬件和軟件集成在一個空間中，便于編程、操作和監(jiān)控。它的人機界面建立在FlexOs基礎上，更易操作、掌握。840D與西門子611D伺服驅動模塊及西門子S7-300PLC模塊構成的全數字數控系統，應用于眾多數控加工領域，能實現鉆、車、銑、磨等數控功能,在API油套管螺紋加工編程中廣泛應用。

在西門子840D數控系統中，通過使用計算參數R可以靈活編制加工程序，可以用同一程序對不同尺寸、不同幾何形狀類似的工件進行加工，節(jié)省編程時間，操作簡單，提高工作效率。渤海石油裝備新世紀機械制造有限公司的套管螺紋加工機床MPM T7，采用西門子840D數控系統，主要用于加工油套管螺紋。下面將主要介紹計算參數R在油套管螺紋加工編程中的應用。

1 油套管螺紋

油管和套管是油井管的主要組成部分，是封隔地層和產出油氣的唯一通道，在油氣勘探開發(fā)中有重要作用。其中，油套管之間全部靠螺紋進行連接，油套管的螺紋加工質量直接影響其使用的安全可靠性和油井的開采壽命。常用的API油套管螺紋為圓螺紋和偏梯形螺紋，圓螺紋（齒頂、齒底為圓弧狀）錐度為1∶16；牙型角為 60°，牙側角為 30°；螺距為 3.175 mm（8 牙/英寸）和 2.54 mm（10牙/英寸）；牙型高度1.81 mm（8牙/英寸）和1.412 mm（10牙/英寸）。偏梯形螺紋13 3/8英寸以下錐度為1∶16，16英寸以上錐度為 1∶12，螺距為 5.08 mm（5 牙/英寸）；牙型高為 1.575 mm；牙側角為 3°和 13°，牙型角為 13°。

以圓螺紋為例，圓螺紋套管公扣部分基本參數如圖1所示。在API Spec 5B中，手緊嚙合平面處螺紋中徑E1和管端至手緊面長度L1是螺紋各部分要素進行計算、加工、測量和檢驗的基本尺寸，通過螺紋錐度和E1，L1的大小計算出螺紋小頭外徑尺寸，作為油套管螺紋程序加工的起刀位置，常用規(guī)格套管圓螺紋尺寸如表1。

圖1 套管圓螺紋公扣基本參數

2 840D螺紋加工代碼介紹

西門子數控系統中帶恒定螺距的切削螺紋代碼為G33，在帶縱向軸Z和橫向軸X的車床編程應用：

（1）加工圓柱形螺紋。G33 Z K SF=

（2）加工錐螺紋。G33 X Z K/ISF=

其中，X，Z為直角坐標中的終點；I，K為螺紋導程（K用于錐角＜45°，I用于錐角＞45°）；SF為起點偏置，編制復式螺紋程序時才需要。

在數控系統中，完成螺紋加工的要素為：主軸轉速n和螺紋螺距t，進給速度F=nt，控制系統從已編程的主軸速度及螺距中計算所需的進給率，車刀按照此進給率穿過螺距長度，所以在G33代碼中不用給出進給速度F，其編程加工示例如圖2。

表1 常用規(guī)格套管圓螺紋尺寸/mm

圖2 G33編程加工示例

編程示例：加工如圖錐形螺紋

N10 G1 X60 Z0 S500 F100 M3

靠近起刀點，激活主軸

N20 G33 X110 Z-60 K4

錐形螺紋 Z和X方向終點，螺紋導程K=4，錐角＜45°

N30 G0 Z0 M30

退回，程序結束

3 840D計算參數R

西門子840D數控系統中存在一種變量計算參數R，計算參數的格式為Rn=REAL（實數型），例如R99=123.45。計算參數R的具體數量由數控系統決定，MPM T7數控機床840D系統中提供了200個R參數，在加工程序中編程人員可以從R0到R199任意賦值或讀取R參數中的數值，使用R參數進行上例的加工編程：

上例中，通過參數R可以賦值主軸轉速、進給量、坐標位置、螺紋導程及數據計算。在程序中，使用參數R替代不同的數值，參數R的數值可以在參數界面中統一進行更改,可以不更改程序、只更改參數R的數值就可以完成程序的改變。對于單一程序而言，編程中利用參數R的優(yōu)勢不明顯，但對于相似的加工程序，使用參數化的編程方式有助于提高程序的通用性，避免重復編程，特別適合油套管螺紋的加工。

4 計算參數R在油套管螺紋加工編程中的具體應用

油套管螺紋加工程序應用計算參數R進行編程，可以將油套管螺紋程序統一化，特別是對于只更換規(guī)格時，只進入參數界面對計算參數R進行更改即可，簡化了操作。具體應用的參數R的程序如下所示：

;R parameters R參數介紹

S26=250; 管子有效長度（從卡盤中心大擋料臂距離定位253）

R28=139.7; 管子外徑

;R32=3; 螺紋加工循環(huán)次數

;R40=180.; 粗加工、螺紋加工切削速度（m/min）

;R41=180.; 端面、倒角加工切削速度（m/min）

R43=3.175; 螺紋導程（螺距）

R62=-0.063; 螺紋錐度

R77=81.66; 有效螺紋長度L2

R78=137.246;手緊面處中徑E1

R79=R26-61.49; 管端至手緊面長度L1

R86=1.81; 齒高

R87=88.9; 管端至消失點總長度L4

R94=125; 內支撐直徑

油套管螺紋加工部分程序如下所示：

;Threading+internal chamfrain螺紋加工和內倒角加工

N3030 G00 Z=R26+21.+21.5 M06 T14 D01;tool

selection

N3030R23=1000*R40/（3.14*R78）;rotation speed

N3040 MSG（“Threading”）

N3050 M04 S=R23

;PASS 1

N3060 G00 Z=R26+21.+21.5 X=R62*（（R26+21.+21.5）

-R79）+R78+R88+0.2

N3070M07

N3080 G33 Z=R26-R77X=R62*（（R26-R77）-R79）

+R78+R88+0.2 K=R43

N3090 G33 Z=R26-R77-（R87-R77）X=R62*（（R26-

R77）-R79）+R78+R88+0.2+（R87-R77）K=R43

N3091 IF R32==3 GOTO N3141

N3092 IF R32==2 GOTO N3145

;PASS 2

;N3100 G00 X=R28+100.

N3110 G00 Z=R26+21.+21.5+R96

N3120 G00 X=R62*（（R26+21.+21.5）-R79）

+R78+R88+0.1

N3130 G33 Z=R26-R77+R96X=R62*（（R26-R77）-

R79）+R78+R88+0.1 K=R43

N3140 G33 Z=R26-R77-（R87-R77）+R96 X=R62*

（（R26-R77）-R79）+R78+R88+0.1+（R87-R77） K=R43

N3092 IF R32==2GOTO N3145

N3141M07

;PASS 3

;N3100 G00 X=R28+100.

N3110 G00 Z=R26+21.+21.5+R96

N3120 G00 X=R62*（（R26+21.+21.5）-R79）+R78+R88

N3130 G33 Z=R26-R77+R96X=R62*（（R26-R77）-

R79+R78+R88K=R43

N3140 G33 Z=R26-R77-（R87-R77）+R96 X=R62*

（（R26-R77）-R79）+R78+R88+（R87-R77） K=R43

N3145 G00 Z=R26+21.+21.5+R96

加工不同規(guī)格的油套管時，只需進入參數界面，選擇R參數，就能進入R參數區(qū)，利用“Page”鍵進行上下翻頁，對主要R參數進行相應更改，即可完成油套管規(guī)格的更換，大大簡化了操作。

操作者要對油套管程序中主要使用的R參數熟悉掌握，了解每個R參數代表的意義，只有這樣才能在以后更換油套管規(guī)格時熟練操作。對于一些原來沒有加工過的油套管,同樣可以利用R參數調整數控程序，進行更改。

5 結論

在油套管螺紋加工數控編程過程中，可以充分利用西門子840D數控系統中的計算參數R，定義一些主要的油套管螺紋參數,方便地進行統一編程，從而將眾多的油套管螺紋加工程序統一化。這樣，加工不同規(guī)格油套管時，只需在系統參數界面對R參數進行調整即可，大大簡化了油套管螺紋加工的操作。另外，該系統中的R參數編程也適用于多幾何外形類工件的加工。

［1］API Spec 5B-2008.套管、油管和管線管螺紋的加工、測量和檢驗規(guī)范（第15版）［S］.北京：石油工業(yè)標準化研究所，2008.

［2］SINUMERIK840D/840Di/810D 高級編程手冊 03［Z］.2004.

［3］SINUMERIK 840Di，Manual 01［Z］.2005.

［4］艾裕豐，吳建，已尊義，等.API油管和套管螺紋加工與檢驗探討［J］.工具技術，2013，47（3）：51-54.