专利名称：悬索桥索鞍曲线型鞍槽的加工方法
技术领域：
本发明涉及悬索桥索鞍的加工技术，具体说，涉及索鞍曲线型鞍槽的加工方法。
肖靴*
在现代桥梁建设中，悬索桥由于跨越能力大、抗震性能好、外型美观，已经 成为大跨度桥梁的首选桥型。
悬索桥索鞍的鞍槽有两种形状 一种是直线型，即鞍槽垂直投影线为直线； 另一种是曲线型，鞍鞍槽垂直投影线为曲线。直线型索鞍容易加工，而曲线型索 鞍加工难度很大，须用四坐标联动数控镗铣床，即X、 Y、 Z轴加旋转轴，用计算 机三维软件自动生成数控加工程序，方可加工曲线型鞍槽。但计算机三维软件是 国外开发的软件，进口价格极其昂贵，导致索鞍加工成本偏高，桥梁造价高。
另外，用计算机三维软件自动生成的数控加工程序，当因故加工中断时，要 重新对刀非常困难。
发明内容
本发明的目的，是提供一种悬索桥索鞍鞍槽的加工方法。该方法无须用计算 机三维软件生成数控加工程序，而是人工编程，以降低加工成本。 本发明的技术解决方案是
一种悬索桥索鞍曲线型鞍槽的加工方法，配置一台四坐标联动数控镗铣床， 将索鞍置于该镗铣床的工作台上，并使索鞍底平面与工作台面垂直，刀具从法向 对被加工面进行切削，由该镗铣床控制系统预存的数控加工程序控制切削过程， 加工出曲线型鞍槽；在切削之先，根据索鞍与工作台的相对位置，编写数控加工
3程序，用该程序控制切削过程；所述数控加工程序的编写步骤如下
1) 设定参数
工件立面为XZ平面；工件平面为XY平面；工作台旋转中心坐标为(0， 0); 工作台每次旋转度数a;工件圆弧半径R1;平面夹角e;
2) X、 Z坐标确定利用数控设备的寻边器，测量出工件圆弧中心坐标(Pl， P2)，该圆弧中心围绕机床工作台中心的旋转半径R = (Pl2+P22) 1/2，起始角 aO=artSIN(Pl/P2);工作台旋转a角度后，工件圆弧中心的坐标为P^SIN (a0+a)， R*COS (aO+a)]，则加工处X、 Z坐标为[I^SIN (aO+a)， (Rl-R*COSa)];
3) Y坐标确定工作台旋转a角度后，工件圆弧中心在X轴向移动距离为 R* SIN (aO+a)，对应Y轴移动距离，即Y坐标为R* SIN (aO+a) *TANP ;
所述数控加工程序编制后，用计算机进行调试、仿真，无误后通过数控传输 软件传至机床，利用机床自带的仿真软件再次仿真模拟。
所述工件在工作台安装就位后，用机床寻边器找出工件立面圆弧中心位置， 代入其坐标P1、 P2的参数值，试切无误后，再进行切削加工。
本发明的技术效果
上述鞍槽三维空间曲线法向加工技术，打破了传统的空间三维曲线加工依赖 计算机三维软件编程的限制，通过人工编程，成功地实现了索鞍曲线型鞍槽的数 控加工，有效地解决了大型笨重工件空间三维曲线加工中的系列复杂问题，使加 工简单化、通用化，是一项适用、经济的新技术。
用本发明编写的程序，当因故加工中断时，重新对刀简便，只需重新输入参 数的初始值，即可自动对刀。
图l是本曲线型鞍槽索鞍的结构示意图，其中 图l-a是曲线型鞍槽索鞍的主视图； 图l-b是图l-a的俯视图。图2是本方法的原理示意图(工件立面圆弧中心与机床工作台旋转中心重合
的理想状态)，其中
图2-a是旋转后索鞍侧面坐标示意图； 图2-b是旋转后索鞍鞍槽面坐标示意图。
图3是本方法的坐标变换原理示意图(工件立面圆弧中心与机床工作台旋转
中心不重合的实际状态)，其中 图3-a是旋转前索鞍侧面坐标示意图； 图3-b是旋转前索鞍鞍槽面坐标示意图； 图3-C是旋转后索鞍侧面坐标示意图； 图3-d是旋转后索鞍鞍槽面坐标示意图。
具体实施例方式
在说明本方法之前，有必要先介绍索鞍的结构，以便更好地理解本发明。
参见图1 (图l-a，图l-b):曲线型鞍槽的索鞍具有三个重要参数，即索鞍 立面圆弧半径Rp鞍槽的曲率半径R2，鞍槽曲线的平面夹角e。索鞍鞍槽为被 加工面，加工时，该面与机床工作台面垂直。不难看出，鞍槽型线是典型的三维 空间曲线，必须使用四坐标联动数控镗铣床才能加工。
以往，是用计算机三维5轴软件自动生成数控加工程序，由于计算机三维5 轴加工软件是国外开发的软件，进口价格极其昂贵，故索鞍加工成本偏高。而且， 用该程序加工，当因故加工中断时，要重新对刀非常困难。
本发明不用计算机三维5轴软件自动生成数控加工程序，而是人工编写数控 加工程序，能够等效地完成曲线型鞍槽加工，降低加工成本。
人工编程的核心内容是建立数学模型，定义坐标系。
显然，解决问题的关键在于数控加工程序应始终以工作台的旋转中心为基 点，引入旋转角度变量，获得刀具运动轨迹。
数学模型将工件围绕立面圆弧圆心旋转，保持刀具轴线始终经过立面圆弧
5圆心，旋转角度设为自变量，每加工完一角度后，程序角度自动^l环、递增，计 算对应的各轴坐标值，连续旋转形成的刀具轨迹即为鞍槽法向轮廓，从而实现鞍 槽法向加工。
如果机床旋转中心能与工件立面圆弧中心重合，即可以机床旋转中心为程序 原点，此程序非常简单X轴坐标始终为"0"， Z轴坐标始终为圆弧的半径"R"， Y轴坐标为"R*sina*tane "如图2-a，图2-b所示。
事实上，工件(索鞍)立面圆弧的半径都很大，其圆心位置在工件形体外， 受旋转工作台尺寸限制，同时因工件外型大、笨重找正非常困难，无法保证机床 旋转中心与工件立面圆弧中心重合，如何建立机床旋转中心与工件立面圆弧中心 的逻辑关系，成为此程序的难点和关键。
参见图3-a，图3-b，图3-c，图3-d，经分析，工件一旦在工作台定位，工件 圆弧中心和旋转工作台中心的位置关系就确定，工作台旋转，圆弧中心就围绕工 作台旋转中心旋转，已知旋转角度，旋转半径，即可计算其旋转后的位置坐标值， 将此坐标值代入前面，问题就迎刃而解。
鞍槽程序坐标变量计算
1) 设定参数
工件侧立面为XZ平面；工件鞍槽面为XY平面；工作台旋转中心坐标为(0，
0);工作台每次旋转度数a;工件圆弧半径R1;平面夹角P ;
2) X、Z坐标确定利用数控机床的寻边器，测量出工件圆弧中心坐标(P1，
P2)，该圆弧中心围绕机床工作台中心的旋转半径R = (Pl2+P22) 1/2，起始角 aO=artSIN(Pl/P2);工作台旋转a角度后，工件圆弧中心的坐标为[I^SIN (a0+a)， R*COS (aO+a)]，则加工处X、 Z坐标为[R承SIN (aO+a)， (Rl-R*COSa)];
3) Y坐标确定工作台旋转a角度后，工件圆弧中心在X轴向移动距离为 R*SIN (aQ+a)，对应Y轴移动距离，即Y坐标为R承SIN (aO+a) *TAN0 。
概言之，本发明的特点是，用工件立面圆弧与Z轴的2个夹角作为程序起始 和终止条件，旋转角度a作为循环变量，X、 Y、 Z变量作为加工点，编制加工程
6序。
附程序源代码如下 N5 GOO G90 G80 G40 N15 G53 N20 Z0
N25 P25=100 P19=10 P20=0 P25=P25-P19 P07=0 P23=125 P17=9
N65 P00=36. 685 TO8=0.100 P09=13. 315 P15=15.175 P18=14800 P21=3200
N75 P04= 39.134 P06=3638+P25 P14=-219. 5—P23 P10=P18—P14
N125 P01=0 P02=-2000 N130 P03=ATAN(P01/P02)-P09-P00
N135 P05=SQRT(P01*P01+P02*P02) N140 P24=0.45*P23
N145 P"=P05*SIN(TO3+P07)-P24 N150 P24=P24*C0S(P09+P00~P07)
N1551F (P07GE(P09+P00))P24=P24*C0S(P07-P09~P00)
N160 P22=P21*SIN(P07-P09"P00)-P24 N165 IF(P22 LE 0)P22=0
N170 P19=P21*SIN(P00) N175 P23=P21*(SIN(POO)-SIN(P09+P00~P07))-P24
N180 IF(P23 LE 0) P23=0 N185 IF(P23 GE P19)P23=P19
N190 P02=P21*(SIN(P00)+SIN(P04)) N195 P01=P22+P23-P02
N200 IF(P01 LE 0)P01=0 N205 P22=P22+P23 N210 IF(P22 GE P02)P22=P02
N215 P12=P10~SQRT(P10*P10-P22*P22)+ P14+P01*TAN(P15)
N220 P16=P06-P05*C0S(P03+P07)-P25 N225 G54
N230 IF(P07 GT O)GOTO 245 N235XP11 YO B-P07
N240Z (P16+P25) F1000 S100 M03 N245G01 XP11 YP12 ZP16 BP07
N250 P07=P07+P08 N255 IF (P09+P00+P04+P09) GE P07) GOTO 45
N270 IF(P25 GT P20)G0T0 30
N275 M05
N280 M30
7程序编制后，用计算机进行调试、仿真，无误后通过数控传输软件传至机床, 利用机床自带的仿真软件再次仿真模拟。
加工时，工件在工作台安装就位后，将其垫平，使被加工面与工作台垂直，
再用机床寻边器找出工件立面圆弧中心位置，代入其坐标P1、 P2的参数值，试切 无误后，再进行切削加工。
人工编写程序虽然速度慢、调试时间长，但工件在机床定位后，根据其位置 修改变量程序中的参数值，即可将程序中心与工件中心重合。出现加工异常时， 重新输入异常前的位置参数，即可重新加工。故找正和对刀复原速度大大加快， 有效提高加工效率。对编写速度慢、调试时间长的弊端，可通过提前介入，以减 少其影响。
当因故加工中断时，重新对刀很简便，只需重新输入参数的坐标初始值，即 可自动对刀。
权利要求
1.一种悬索桥索鞍曲线型鞍槽的加工方法，配置一台四坐标联动数控镗铣床，将索鞍置于该镗铣床的工作台上，并使索鞍平面与工作台面垂直，由该镗铣床控制系统预存的数控加工程序控制切削过程，加工出曲线型鞍槽；其特征在于，在切削之先，根据索鞍与工作台的相对位置，编写数控加工程序，用该程序控制切削过程；所述数控加工程序的编写步骤如下1)设定参数工件立面为XZ平面；工件平面为XY平面；工作台旋转中心坐标为(0，0)；工作台每次旋转度数a；工件圆弧半径R1；平面夹角β；2)X、Z坐标确定利用数控设备的寻边器，测量出工件圆弧中心坐标(P1，P2)，该圆弧中心围绕机床工作台中心的旋转半径R＝(p12+P22)1/2，起始角a0＝artSIN(P1/P2)；工作台旋转a角度后，工件圆弧中心的坐标为[R*SIN(a0+a)，R*COS(a0+a)]，则加工处X、Z坐标为[R*SIN(a0+a)，(R1-R*COSa)]；3)Y坐标确定工作台旋转a角度后，工件圆弧中心在X轴向移动距离为R*SIN(a0+a)，对应Y轴移动距离，即Y坐标为R*SIN(a0+a)*TANβ。
2. 根据权利要求l所述的悬索桥索鞍曲线型鞍槽的加工方法，其特征在 于，所述数控加工程序编制后，用计算机进行调试、仿真，无误后通过数控传 输软件传至机床，利用机床自带的仿真软件再次仿真模拟。
3. 根据权利要求l所述的悬索桥索鞍曲线型鞍槽的加工方法，其特征在 于，所述工件在工作台安装就位后，用机床寻边器找出工件立面圆弧中心位 置，代入其坐标P1、 P2的参数值，试切无误后，再进行切削加工。
全文摘要
本发明公开一种悬索桥索鞍曲线型鞍槽的加工方法，用四坐标联动数控镗铣床加工，其数控加工程序的编写步骤如下1)工件立面为XZ平面；工件平面为XY平面；工作台旋转中心坐标为(0，0)；工作台每次旋转度数a；工件圆弧半径R1；平面夹角β；2)X、Z坐标确定设工件立面圆弧中心坐标为(P1，P2)，该圆弧中心围绕机床工作台中心的旋转半径R＝(P1<sup>2</sup>+P2<sup>2</sup>)<sup>1/2</sup>，旋转起始角a0＝artSIN(P1/P2)；工作台旋转a角度后，工件圆弧中心的坐标为[R*SIN(a0+a)，R*COS(a0+a)]，刀具加工坐标为[R*SIN(a0+a)，(R1-R*COSa)]；3)Y坐标确定工作台旋转a角度后，工件圆弧中心在X轴向移动距离为R*SINa，对应Y轴移动距离为R*SIN(a0+a)*TANβ。
文档编号G05B19/19GK101667028SQ20091016761
公开日2010年3月10日 申请日期2009年9月9日 优先权日2009年9月9日
发明者王安顺, 赵鹏贤 申请人:四川天元机械工程股份有限公司