数控管切割机床相贯线切割的研究

求 解 相 贯 线坐 标 ，不 能 直 接 提 供 给数 控 切 割机 床
加 工 ，本 文建 立 了一 种 在 同 坐 标 系下 求 解 相 贯 线
坐 标 的 数 学模 型 ，并 应 用 到 相 应 的数 控 系统 中 。
１ 相贯 线 坐标 计 算
１１ 计 算切 管母 线方程 ． 本 文 以２ 管相 贯 为例 ，将 坐 标原 点设 在 切管 轴
骞ｌ 、
勺 似
２２ 实 际切 割角计算 ．
在 建 立 的 坐 标 系 中 ，切 管 内 壁 的 方 程 为 ：
Ｘ＋ 号一） Ｙ＝ ｔ ，对切管方程分别求对ｘ Ｙ ｚ （ 。 ， ，的
偏 导 ，可得 在 点 （ ，ｙ ）处 ，切 管切 平面 的法 ｘ ，ｚ
同量 ｎ 为 （ ，Ｙ ０ 。 ｏ ｘ ， ）
轴 名 称 定 义
ｖ轴 与 切 管 圆柱 的 中心 轴 线 重 合 ，切 管绕 其 做 叫转 运 动
Ｙ轴 与 切 管 圆柱 的 中心 轴 线 平 行 ， 割咀 工 作 台 沿其 做直 线运 动 Ｚ 轴 垂 直 丁 切 管轴 线 ，割 咀 工 作 台沿 其 做上 下 的 直 线运 ｉ １
而且 效 率 低 ，精 度 不 高 ，早 已无 法 满 足现 代 桁 架
结构 制 造 的要 求 ，迫 切 需要 现 代化 的数 控 加 工 手
段 来解 决这 一难 题 。
所 示 。加 工 过 程 的 运 动 为 ：切 管绕 Ｙ轴 做 回转 运
动 ，同时割 咀工 作 台沿Ｙ轴 和Ｚ 轴 做直 线运 动切割 ２
（ 川大 学 制造 科 学 与 工 程 学 院 ，成 都 ６ ０ ６ ） 四 １ ０ ５
摘
要 ：为 了满足数控切割管材的需要 ，构建了一种计算 相贯 线和坡 口的数学模型。该模型首先在 同个
坐标 系中建立 圆柱 管数学方程 ，计算出 切管内相贯线 上点的坐标数 据 ，然后根 据坡 口角度 ， 计算 出数控机床 割咀摆动角度 ，引导数 控切割机床 正确进行相贯 线和 坡 口一次 成型的切割 。 通过 应用实例 ，验 证了该数 学模型的可 行性和有 效性 ，研究成果 已应 用于五轴数 控火焰切割
出 相 贯 线 ，割 咀 绕０ 做 摆 动 ，ｚ１ 一 确定 值 （ 轴 为 切 割半 径 与割 咀 长 度之 和 ） ，使 在 切割 相贯 线 的 同时
切 割 出坡 口 ，一 次 定 位 安装 完成 管 切 割 ，减 少 多 次切 割的加 工误 差和 定位误 差 。
表１ 各数控轴 的定义
（ ．ｏ （ ）Ｚｓｎｃ） 。 ｙｃ ｓａ 一—ｉ（ ） ￣
在 切管 内壁 与交 管外 壁 的相贯 线上 的 点 （ ， Ｘ
ｊ ，
Ｙ
ｄ
× ｃ ｏ
实 际加 工 所 需 要 的位 置 数 据 ，通 过 Ｐ Ｃ与Ｐ Ｃ 讯 Ｌ 通 给 数 控机 床 传递 加 工数 据 。五 个加 工轴 定 义如 表 １
中有 广 泛 运 用 ，它 是 由 管 与管 相 贯 搭 接 后 焊 接 而 成的 ”。传 统人 工切 割 出管 材 的相贯 线 比较 困难 ，
１
匐 似
数 控 管 切 割 机 床 相 贯 线 切 割 的研 究
Ｃｕｔ ｉ ｇ ｉ ｅｒ ｅｃｔ ｏｎ ｌｎｅ ｂｙ ｔ ＮＣ ｐｅ ｃｕ ｔ ｎｇ ｓ ｓ ｅｍ ｔ ｎ ｎｔ ｓ ｉ ｉ ｈｅ Ｃ ｐｉ ｔ ｉ ｙ ｔ
何 赛松 ，徐 雷
ＨＥ Ｓａ — ｏ ｇ ＸＵ Ｌ ｉ ｉ ｎ 。 ｅ ｓ
ｌ ｌ 数 控 管 切 割 机 意 图 割
Ｚ 轴 垂 直 与切 管轴 线 ，割 咀沿 其 做 上 下的 直 线 运动 ２ ０ 轴 在 切割 轴 线 的切 平 面 内 ，割 咀 绕 回转 点 做 旋转 运 动
现 在 已 经 有 许多研 究 者 开 始研 究相 贯 线 切 割 和 坡 口处理 的数 学 模型 ” ，都 是 在不 同坐 标 系 中 。。
收 稿 日期 ：２ １－１－１ ００ ０ ３ 基金 项 目 ：四 川 省科 技 支撑 Ｈ ￣ ２０ ｚ ０ １ －： ０ ８ ｏ００ ）； 成 都 市 科 技 支 撑 计 划项 目 （ ９ Ｋ ９ ０ Ｆ０ ３ Ｉ ｊ（ ０ Ｒ ＹＢ ８Ｚ 一３ ） ｌ 吉简介：何赛忪 （ ９６一 ，四川攀枝花人 ，在读研究生 ，主要从事数控技 术与 自动化 的学 习研究 。 ｌ Ｅ １８ ）， 第３卷 ３ 第４ 期 ２ １－ （ ） ［５ ０ ４ 上 ６ ｌ １
由交管 方 程 分 别求 对Ｘ，Ｙ，Ｚ的偏 导 ，可 得 出在 相贯 线上 的 点（ ，Ｙ ） ，交管切 平 面 的法 ｘ ，ｚ处 ｘ轴 的交角 ，６ ： ； 向量 为 （ ，ｃ ｓ￣ ・ ． ｓ ）Ｚｓ （ ） ｓ （ ・ ｘ ｏ （ ） ｙｃ （ 一—ｉ ｏ ，一ｉ ａ） ｔ（ ｏ ａ ｎｒ ｎ
机床数控系统的开发中。
关键 词 ：相 贯 线 坐 标 计 算 ；坡 口 处 理 ；数 控 系 统 中图 分 类 号 ：Ｔ ４ ＠８ 文 献标 识码 ：Ａ
Ｄｏ ： ． ９ ９ ． ｓ ． ０ ９ ０ ． ０ １ ４ Ｅ） ２ ｉ １ ３ ６ ／ｊ ｓ ｎ １ ０ － １ ４ ２ １ ． （ ． １ ０ ｉ ３
文 章 编 号 ： １ ０—０ ３ （ ０ １４ 上 ） ０ ６ — ３ ９ １ ４ ２ １ ） （ 一 ０ ５ ０ ０
０ 引 言
桁架结构在现今的许多大跨度的场馆建筑，
如会 展 中心 、体 育 场 馆 或其 他 一 些大 型 公 共 建 筑
Hale Waihona Puke Baidu
图 １ 五轴 四联 动 相贯 线切 割数 控 机床 的示 意 图 ， 为 它采 用Ｐ Ｃ ＋ Ｌ 运动 控 制模 块＋ 服 电机进 行 系统 控 伺 制 ， 由上 位机 Ｐ 计 算 出相 贯线 点的 坐标 ，切 割坡 Ｃ 口的 实 际切 割 角 ，并将 这些 数 据 转 化 为 数 控 系统