谢建雷，周海芳，郎 帆，赵春喜，方继鸿

（1.渤海石油装备新世纪机械制造有限公司，天津 300280； 2.中国石油管道局工程有限公司天津分公司，天津 300280）

0 引言

840D是由西门子公司开发的一种先进数控系统，将CNC和驱动控制集成在一块板上，将闭环控制的全部硬件和软件集成在一个空间中，便于编程、操作和监控。它的人机界面建立在FlexOs基础上，更易操作、掌握。840D与西门子611D伺服驱动模块及西门子S7-300PLC模块构成的全数字数控系统，应用于众多数控加工领域，能实现钻、车、铣、磨等数控功能,在API油套管螺纹加工编程中广泛应用。

在西门子840D数控系统中，通过使用计算参数R可以灵活编制加工程序，可以用同一程序对不同尺寸、不同几何形状类似的工件进行加工，节省编程时间，操作简单，提高工作效率。渤海石油装备新世纪机械制造有限公司的套管螺纹加工机床MPM T7，采用西门子840D数控系统，主要用于加工油套管螺纹。下面将主要介绍计算参数R在油套管螺纹加工编程中的应用。

1 油套管螺纹

油管和套管是油井管的主要组成部分，是封隔地层和产出油气的唯一通道，在油气勘探开发中有重要作用。其中，油套管之间全部靠螺纹进行连接，油套管的螺纹加工质量直接影响其使用的安全可靠性和油井的开采寿命。常用的API油套管螺纹为圆螺纹和偏梯形螺纹，圆螺纹（齿顶、齿底为圆弧状）锥度为1∶16；牙型角为 60°，牙侧角为 30°；螺距为 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）。偏梯形螺纹13 3/8英寸以下锥度为1∶16，16英寸以上锥度为 1∶12，螺距为 5.08 mm（5 牙/英寸）；牙型高为 1.575 mm；牙侧角为 3°和 13°，牙型角为 13°。

以圆螺纹为例，圆螺纹套管公扣部分基本参数如图1所示。在API Spec 5B中，手紧啮合平面处螺纹中径E1和管端至手紧面长度L1是螺纹各部分要素进行计算、加工、测量和检验的基本尺寸，通过螺纹锥度和E1，L1的大小计算出螺纹小头外径尺寸，作为油套管螺纹程序加工的起刀位置，常用规格套管圆螺纹尺寸如表1。

图1 套管圆螺纹公扣基本参数

2 840D螺纹加工代码介绍

西门子数控系统中带恒定螺距的切削螺纹代码为G33，在带纵向轴Z和横向轴X的车床编程应用：

（1）加工圆柱形螺纹。G33 Z K SF=

（2）加工锥螺纹。G33 X Z K/ISF=

其中，X，Z为直角坐标中的终点；I，K为螺纹导程（K用于锥角＜45°，I用于锥角＞45°）；SF为起点偏置，编制复式螺纹程序时才需要。

在数控系统中，完成螺纹加工的要素为：主轴转速n和螺纹螺距t，进给速度F=nt，控制系统从已编程的主轴速度及螺距中计算所需的进给率，车刀按照此进给率穿过螺距长度，所以在G33代码中不用给出进给速度F，其编程加工示例如图2。

表1 常用规格套管圆螺纹尺寸/mm

图2 G33编程加工示例

编程示例：加工如图锥形螺纹

N10 G1 X60 Z0 S500 F100 M3

靠近起刀点，激活主轴

N20 G33 X110 Z-60 K4

锥形螺纹 Z和X方向终点，螺纹导程K=4，锥角＜45°

N30 G0 Z0 M30

退回，程序结束

3 840D计算参数R

西门子840D数控系统中存在一种变量计算参数R，计算参数的格式为Rn=REAL（实数型），例如R99=123.45。计算参数R的具体数量由数控系统决定，MPM T7数控机床840D系统中提供了200个R参数，在加工程序中编程人员可以从R0到R199任意赋值或读取R参数中的数值，使用R参数进行上例的加工编程：

上例中，通过参数R可以赋值主轴转速、进给量、坐标位置、螺纹导程及数据计算。在程序中，使用参数R替代不同的数值，参数R的数值可以在参数界面中统一进行更改,可以不更改程序、只更改参数R的数值就可以完成程序的改变。对于单一程序而言，编程中利用参数R的优势不明显，但对于相似的加工程序，使用参数化的编程方式有助于提高程序的通用性，避免重复编程，特别适合油套管螺纹的加工。

4 计算参数R在油套管螺纹加工编程中的具体应用

油套管螺纹加工程序应用计算参数R进行编程，可以将油套管螺纹程序统一化，特别是对于只更换规格时，只进入参数界面对计算参数R进行更改即可，简化了操作。具体应用的参数R的程序如下所示：

;R parameters R参数介绍

S26=250; 管子有效长度（从卡盘中心大挡料臂距离定位253）

R28=139.7; 管子外径

;R32=3; 螺纹加工循环次数

;R40=180.; 粗加工、螺纹加工切削速度（m/min）

;R41=180.; 端面、倒角加工切削速度（m/min）

R43=3.175; 螺纹导程（螺距）

R62=-0.063; 螺纹锥度

R77=81.66; 有效螺纹长度L2

R78=137.246;手紧面处中径E1

R79=R26-61.49; 管端至手紧面长度L1

R86=1.81; 齿高

R87=88.9; 管端至消失点总长度L4

R94=125; 内支撑直径

油套管螺纹加工部分程序如下所示：

;Threading+internal chamfrain螺纹加工和内倒角加工

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

加工不同规格的油套管时，只需进入参数界面，选择R参数，就能进入R参数区，利用“Page”键进行上下翻页，对主要R参数进行相应更改，即可完成油套管规格的更换，大大简化了操作。

操作者要对油套管程序中主要使用的R参数熟悉掌握，了解每个R参数代表的意义，只有这样才能在以后更换油套管规格时熟练操作。对于一些原来没有加工过的油套管,同样可以利用R参数调整数控程序，进行更改。

5 结论

在油套管螺纹加工数控编程过程中，可以充分利用西门子840D数控系统中的计算参数R，定义一些主要的油套管螺纹参数,方便地进行统一编程，从而将众多的油套管螺纹加工程序统一化。这样，加工不同规格油套管时，只需在系统参数界面对R参数进行调整即可，大大简化了油套管螺纹加工的操作。另外，该系统中的R参数编程也适用于多几何外形类工件的加工。

［1］API Spec 5B-2008.套管、油管和管线管螺纹的加工、测量和检验规范（第15版）［S］.北京：石油工业标准化研究所，2008.

［2］SINUMERIK840D/840Di/810D 高级编程手册 03［Z］.2004.

［3］SINUMERIK 840Di，Manual 01［Z］.2005.

［4］艾裕丰，吴建，已尊义，等.API油管和套管螺纹加工与检验探讨［J］.工具技术，2013，47（3）：51-54.