一种悬索桥主索鞍数控镗铣清根方法与流程

本发明涉及机械加工领域，特别涉及一种悬索桥主索鞍数控镗铣清根方法。

背景技术：

主索鞍是设置在悬索桥主塔顶的大型钢构件，处于主缆的转折处，为主缆提供支撑，并将整个悬索桥及其载重通过主索鞍传递给主塔，因此，主索鞍是悬索桥重要的承力部件。主索鞍上设置有大量按规律分布的鞍槽，对于常见主索鞍，各个鞍槽的槽底的正投影为等距曲线，各个鞍槽侧壁的垂直投影为平行直线，即各个鞍槽在鞍体各部位的宽度相等。

目前有一种悬索桥主索鞍的鞍槽加工方法，采用直角铣头装夹90°盘铣头，加工靠近最外侧侧壁的若干条鞍槽。剩下的因干涉无法用直角铣头加工的若干条鞍槽分布在主索鞍鞍身的中心线附近，对于这些鞍槽，采用主轴装夹方肩铣刀加工。由于鞍槽的槽底为曲面，当方肩铣刀加工鞍槽的槽底的最高点处时，方肩铣刀刀底与鞍槽槽底贴平，加工出的鞍槽的最高点处无残留。当方肩铣刀加工鞍槽的槽底的最高点两侧的区域时，由于鞍槽的槽底为曲面，方肩铣刀刀底为平面，此时方肩铣刀刀底与鞍槽的槽底之间具有一定的倾斜角度，因此方肩铣刀刀底与鞍槽的槽底无法完全贴平，且距离鞍槽的槽底越远，方肩铣刀刀底与鞍槽的槽底之间的倾斜角度越大，在垂直于鞍身中心线的待加工余量横截面上，方肩铣刀刀底不能到达的区域面积越来越大，故在鞍槽的槽底的最高点两侧的区域内产生了残留，该残留位于鞍槽的两侧壁与鞍槽的槽底的连接处附近。且距离鞍槽的槽底最高点处越远，残留越大。为了减小残留，一般会采用较小直径的刀具再加工鞍槽的两侧壁与鞍槽的槽底的连接处附近的残留，然后由钳工清理剩余残留。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

采用较小直径的刀具再加工鞍槽侧壁的残留，然后由钳工清理剩余残留，会使加工周期过长，降低加工效率，且钳工清理剩余残留时工作量大，劳动强度大。

技术实现要素：

为了解决现有技术中清根时间长、效率低、工人劳动强度大的问题，本发明实施例提供了一种悬索桥主索鞍数控镗铣清根方法，所述技术方案如下：

本发明实施例提供了一种悬索桥主索鞍数控镗铣清根方法，所述方法包括：

将主索鞍中采用数控机床的主轴上的刀具加工的m条鞍槽沿所述鞍槽的延伸方向分成n段，m≥3，n≥2；

将所述主索鞍侧卧装夹在数控机床的回转工作台上；

控制所述数控机床，对所述n段鞍槽依次进行清根操作。

进一步地，所述将主索鞍中采用数控机床的主轴上的刀具加工的m条鞍槽沿所述鞍槽的延伸方向分成n段，包括：

根据所述鞍槽的最大机械加工残留允许值以及所述鞍槽的槽底弧长，将所述m条鞍槽沿所述鞍槽的延伸方向分成n段；

其中，所述鞍槽的最大机械加工残留允许值为所述n段鞍槽中的任意相邻两段鞍槽间的最大机械加工残留允许值。

进一步地，其特征在于，所述控制所述数控机床，对所述n段鞍槽依次进行清根操作，包括：

确定所述数控机床的回转工作台的旋转次数；

确定所述数控机床的回转工作台每次旋转的角度值；

根据所述旋转次数和所述每次旋转的角度值旋转所述数控机床的回转工作台，使得所述n段鞍槽依次对准所述刀具，并对对准所述刀具的鞍槽进行加工，直至所述n段鞍槽中的每段鞍槽均进行了清根操作。

进一步地，所述数控机床的回转工作台每次旋转的角度值为所述n段鞍槽中的第p段鞍槽的槽底的最高点的法线与第p+1段鞍槽的槽底的最高点的法线之间的夹角值，所述第p段鞍槽为当前清根的鞍槽，所述第p+1段鞍槽为下一段需要清根的鞍槽，1≤p≤n-1；

其中，所述最高点为所述n段鞍槽中各个鞍槽的圆弧最高点。

进一步地，所述根据所述旋转次数和所述每次旋转的角度值旋转所述数控机床的回转工作台，使得所述n段鞍槽依次对准所述刀具，并对对准所述刀具的鞍槽进行加工，包括：

对所述n段鞍槽的第1段鞍槽进行清根操作，所述第1段鞍槽为所述主索鞍的最外侧的一段鞍槽；

按照所述n段鞍槽的排列顺序，旋转所述数控机床的回转工作台，对所述n段鞍槽中的除第1段鞍槽外的n-1段鞍槽依次进行清根操作。

进一步地，对所述n段鞍槽中的任意一段鞍槽进行清根操作，包括：

控制所述刀具从所述最高点的一侧进刀，进给移动至所述最高点处，对所述最高点的一侧进行清根操作；

控制所述刀具退出，并移动到所述最高点的另一侧，控制所述刀具从所述最高点的另一侧进刀，进给移动至所述最高点处，对所述最高点的另一侧进行清根操作。

进一步地，所述方法还包括：

选取所述主索鞍中主缆的中心线的理论交点或与所述主索鞍中主缆的中心线的理论交点有固定位置关系的点为基准点。

进一步地，所述数控机床的地平台上设有对刀块，所述对刀块包括三个对刀平面，且所述三个对刀平面分别与所述数控机床的x、y、z轴垂直，所述方法还包括：

对所述n段鞍槽中的每段鞍槽进行清根操作之前，获取所述基准点到所述对刀块的所述三个对刀平面的距离，得到所述基准点与所述三个对刀平面的相对位置关系。

进一步地，所述方法还包括：

对所述n段鞍槽中的每段鞍槽进行清根操作之前，在所述获取所述基准点到所述对刀块的所述三个对刀平面的垂直距离，得到所述基准点与所述三个对刀平面的相对位置关系后，控制所述刀具在所述三个对刀平面上对刀，根据已获取的所述基准点到所述对刀块的所述三个对刀平面的距离，将所述基准点设置为加工坐标系原点，建立加工坐标系；

基于所述加工坐标系，控制所述刀具对所述n段鞍槽中的每段鞍槽进行清根操作。

进一步地，所述刀具为方肩铣刀。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过将主索鞍中采用数控机床的主轴上的刀具加工的m条鞍槽沿所述鞍槽的延伸方向分成n段，选择直径较大的刀具，控制数控机床对每一段鞍槽的最高点及其两侧的一定区域进行清根操作，使得每一段鞍槽的最高点的残留均能被完全清除，且相邻两段鞍槽间的残留值为设定的最大机械加工残留允许值，大幅降低了鞍槽内的残留，同时缩短了加工周期，提高了加工效率，使得钳工在清理剩余残留时的工作量大大减小，保证了产品的尺寸精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种主索鞍的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种主索鞍的俯视图；

图3为本发明实施例提供的一种悬索桥主索鞍数控镗铣清根方法流程图；

图4为本发明实施例提供的对主索鞍的第1段鞍槽进行清根的清根示意图；

图5是本发明实施例提供的对主索鞍的第2段鞍槽进行清根的清根示意图；

图6是本发明实施例提供的对主索鞍的第3段鞍槽进行清根的清根示意图；

图7是本发明实施例提供的对主索鞍的第4段鞍槽进行清根的清根示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1是本发明实施例提供的一种主索鞍结构示意图，如图1所示，主索鞍10为整体式主索鞍，主索鞍10上设置有大量按规律分布的鞍槽11，各个鞍槽11的槽底的正投影11a为等距曲线，图2是本发明实施例提供的一种主索鞍10的俯视图，如图2所示，主索鞍10的各个鞍槽11侧壁的垂直投影11b为平行直线，即各个鞍槽在鞍体各部位的宽度相等，不同的鞍槽的宽度可以相同或不同。

由于主索鞍10的鞍槽11形状为复杂的空间曲面，且尺寸、重量都较大，因此常需要使用大型数控镗铣床对主索鞍10进行加工，目前采用的主索鞍鞍槽加工的工艺方法包括，采用主轴装夹方肩铣刀，加工靠近主索鞍10的鞍身中心线12的若干条鞍槽，但由于鞍槽11的槽底为曲面，方肩铣刀刀底为平面，因此采用主轴加工的鞍槽11的槽底的最高点的两侧区域会产生残留，此时，需要对鞍槽11内的残留进行加工，使得清根后的主索鞍10中的鞍槽11内的残留减少，力求达到如图1和图2所示的主索鞍的鞍槽11的效果。

本发明实施例提供了一种悬索桥主索鞍数控镗铣清根方法，通过上述数控镗铣机床对该主索鞍进行数控清根，图3为本发明实施例提供的一种悬索桥主索鞍数控镗铣清根方法流程图，如图3所示该方法包括：

步骤s1、将主索鞍中采用数控机床的主轴上的刀具加工的m条鞍槽沿鞍槽的延伸方向分成n段，n段鞍槽中的每段鞍槽均包括m条鞍槽，m≥3，n≥2。

需要说明的是，n段鞍槽中的每段鞍槽的长度可以相同或不同，本发明对此不作限制。

进一步地，根据鞍槽的最大机械加工残留允许值以及鞍槽的槽底的圆弧的特征尺寸，通过理论计算或cam软件模拟仿真将主索鞍中采用主轴加工的m条鞍槽沿鞍槽的延伸方向分成n段，此时该n段鞍槽中的每段鞍槽中均包括m条鞍槽。

具体地，通过理论计算，计算思路为：基于工件坐标系，列出鞍槽侧壁与槽底曲面交线l的方程，再列出刀具与鞍槽侧壁及槽底曲面均相切时，刀具底平面外圆的方程。假设刀具与鞍槽侧壁及槽底曲面均相切时，刀具底平面中心的x坐标为x0，然后以x0为自变量，通过上述两个方程解出刀具底平面外圆上各点与线l的距离d的表达式，并求出其最小值dmin。然后令dmin等于最大机械加工残留允许值，即可求出临界位置的x0坐标，进而可确定工作台旋转角度值。

更简单的方法是利用cam软件模拟仿真，将主索鞍中采用主轴加工的鞍槽进行分段，并对每段鞍槽进行模拟清根操作，通过多次模拟仿真，观察相邻两段鞍槽间的残留值，当该残留值小于设定的最大机械加工残留允许值时，即可确定出鞍槽分段的段数。

其中，鞍槽的最大机械加工残留允许值为n段鞍槽中的任意相邻两段鞍槽间的最大机械加工残留允许值。当最大机械加工残留允许值设置过大时，鞍槽内仍有较大残留，钳工打磨剩余残留的工作量仍较大。当残留允许值设置过小时，鞍槽的分段段数n就会过多，使得主索鞍的旋转次数增加，则数控加工的找正与对刀等辅助时间会增加，降低整体的加工效率。在实际加工过程中，最大机械加工残留允许值可根据实际需要设置。

步骤s2、将主索鞍侧卧装夹在数控机床的回转工作台上。

在本实施例中，将主索鞍侧卧装夹在数控机床的回转工作台上，使得主索鞍的鞍槽的槽底对准数控机床的主轴上的刀具，便于对鞍槽的槽底进行加工。

步骤s3、控制数控机床，对n段鞍槽依次进行清根操作。

进一步地，步骤s3包括：

步骤s31、确定数控机床的回转工作台的旋转次数；

数控机床的回转工作台的旋转次数q可根据鞍槽分段的段数n来确定，q＝n-1例如，当鞍槽分成4段时，数控机床的回转工作台需旋转3次。

在实际的清根过程中，通常旋转3-6次，鞍槽内的残留即较少。

步骤s32、确定数控机床的回转工作台每次旋转的角度值；

具体地，首先需确定n段鞍槽中，每段鞍槽的槽底的最高点的位置。数控机床的回转工作台每次旋转的角度值θ＝θp，其中，θp为n段鞍槽中第p段鞍槽的槽底的最高点的法线与第p+1段鞍槽的槽底的最高点的法线之间的夹角，第p段鞍槽为当前清根的鞍槽，第p+1段鞍槽为下一段需要清根的鞍槽，1≤p≤n-1。

步骤s33、根据旋转次数和每次旋转的角度值旋转数控机床的回转工作台，使得n段鞍槽依次对准刀具，并对对准刀具的鞍槽进行加工，直至n段鞍槽中的每段鞍槽均进行了清根操作。

其中，使得n段鞍槽依次对准刀具指当刀具位于每段鞍槽的槽底的最高点时，刀具的底部与每段鞍槽的槽底贴平。

进一步地，步骤s33包括：

步骤s331、对n段鞍槽的第1段鞍槽进行清根操作。

图4为本发明实施例提供的对主索鞍的第1段鞍槽进行清根的清根示意图，如图4所示，主索鞍中采用主轴加工的鞍槽有3条，将这3条鞍槽分成4段，每段鞍槽中均包括3条鞍槽，其中，第1段鞍槽为4段鞍槽中处于主索鞍的最左侧的一段鞍槽，将第1段鞍槽对准刀具a，即刀具a位于第1段鞍槽的槽底的最高点1b时，刀具a的底部与第1段鞍槽的槽底贴平，对第1段鞍槽内的3条鞍槽的槽底的最高点1b两侧的一定区域进行清根操作。

具体地，控制刀具a从第1段鞍槽内的每条鞍槽的鞍槽的槽底的最高点1b的一侧进刀，进给移动至最高点1b，对最高点1b的一侧进行清根操作，然后控制刀具a退出，并移动到最高点1b的另一侧，控制刀具a从最高点1b的另一侧进刀，进给移动至最高点1b处，对最高点1b的另一侧进行清根操作。

步骤s332、按照n段鞍槽的排列顺序，旋转数控机床的回转工作台，对n段鞍槽中的除第1段鞍槽外的n-1段鞍槽依次进行清根操作。

在本实施例中，按照4段鞍槽的排列顺序，顺时针旋转数控机床的回转工作台，对其它3段鞍槽依次进行清根操作。图5-7分别是本发明实施例提供的对主索鞍的第2段、第3段和第4段鞍槽进行清根的清根示意图。

如图5所示，当对主索鞍10的第1段鞍槽进行清根操作后，根据确定出的旋转角度，旋转所述数控工作台，此时旋转角度为第2段鞍槽的槽底的最高点2b的法线与第1段鞍槽的槽底的最高点1b的法线之间的夹角，将第2段鞍槽对准刀具a，控制刀具a开始对第2段鞍槽内的3条鞍槽的鞍槽的槽底最高点2b及最高点2b两侧的一定区域依次进行清根操作。

如图6所示，当对主索鞍10的第2段鞍槽进行清根操作后，根据确定出的旋转角度，旋转所述数控工作台，此时旋转角度为第3段鞍槽的槽底的最高点3b的法线与第2段鞍槽的槽底的最高点2b的法线之间的夹角，将第3段鞍槽对准刀具a，控制刀具a开始对第3段鞍槽内的3条鞍槽的鞍槽的槽底最高点3b及最高点3b两侧的一定区域依次进行清根操作。

如图7所示，当对主索鞍10的第3段鞍槽进行清根操作后，根据确定出的旋转角度，旋转所述数控工作台，此时旋转角度为第4段鞍槽的槽底的最高点4b的法线与第3段鞍槽的槽底的最高点3b的法线之间的夹角，将第4段鞍槽对准刀具a，控制刀具a开始对第4段鞍槽内的3条鞍槽的鞍槽的槽底最高点4b及最高点4b两侧的一定区域依次进行清根操作。

其中，该4段鞍槽中，相邻两段鞍槽的最高点两侧的一定区域有部分重叠，例如第1段鞍槽和第2段鞍槽的最高点两侧的一定区域有部分重叠，则在对第1段鞍槽和第2段鞍槽进行清根操作时，该重叠区域均被清根，经过两次清根，保证该重叠区域的残留值小于最小最大机械加工残留允许值，防止两次清根区域之间的出现未被清根的区域。

需要说明的是，本发明实施例中是从主索鞍最左侧的鞍槽开始按鞍槽的排列顺序依次对每段鞍槽进行加工，在本发明的其它实施例中，还可从主索鞍最右侧的鞍槽开始按鞍槽的排列顺序依次对每段鞍槽进行加工，或者从主索鞍中部的鞍槽开始依次对两侧的鞍槽进行加工，或者按任意顺序对每一段鞍槽进行加工，本发明对此不作限制。数控机床的回转工作台可根据实际需要进行顺时针旋转或逆时针旋转。

进一步地，当每次旋转数控机床的回转工作台，对下一段鞍槽进行清根操作时，为保证每段鞍槽的清根区域的接刀痕迹小，应保证对每一段鞍槽进行清根时，加工的基准一致。具体地，在主索鞍的鞍体上选取一基准点，对于整体式主索鞍，该基准点可选用鞍体鞍槽的i.p.点(主索鞍中主缆的中心线的理论交点)，或与i.p.点有固定位置关系的点，例如，在螺栓连接分体式主索鞍中，包括边跨和中跨，可将待加工鞍体(边跨或中跨)的结合面上的某一点设置为主索鞍的基准点，优选地，选取鞍体的螺栓连接结合面与鞍体正中间的鞍槽槽底的交线的中点为基准点。

进一步地，在数控机床的地平台上固定设置有一对刀块，该对刀块包括三个对刀平面，且该三个对刀平面两两垂直，该三个对刀平面分别与数控机床的x轴、y轴、z轴垂直。具体地，该三个对刀平面的第一对刀平面与数控机床的x轴垂直，第二对刀平面与数控机床的y轴垂直，第三对刀平面与数控机床的z轴垂直。

当刀具对n段鞍槽中的每段鞍槽进行清根操作前，通过在主轴上固定百分表，借助该百分表和数控机床的光栅尺以及数控系统分别测量出基准点到对刀块的三个对刀平面的距离，得到基准点与三个对刀平面的相对位置关系。然后控制刀具分别在对刀块的三个对刀平面上对刀，并根据已测得的基准点到对刀块的三个对刀平面的距离，将基准点设置为加工坐标系原点，建立加工坐标系。基于此加工坐标系，控制数控机床，对每段鞍槽进行清根操作。此时，刀具在对每一段鞍槽进行加工时，可保证加工基准始终为零件上所选的基准点，实现了加工基准统一，从而保证每段鞍槽的清根区域的接刀痕迹小。

具体实现时，对于整体式主索鞍，可在鞍体侧壁上i.p.点对应的位置钻一个小孔，将该小孔作为基准点。

进一步地，刀具可选用较大直径的方肩铣刀，在对鞍槽加工完之后，无须更换更小直径的刀具，即可对鞍槽进行清根，相对于现有技术中选用直径较小的刀具来进行清根操作，缩短了加工周期，且剩余残留量更小，提高了加工效率。

需要说明的是，本发明实施例中对数控机床的控制，在具体实现时，可由本领域技术人员通过编制相应的数控程序来实现对数控机床的各部位的控制，达到本发明的清根效果，本发明在此不做详细描述

通过将主索鞍中采用数控机床的主轴上的刀具加工的m条鞍槽沿所述鞍槽的延伸方向分成n段，选择直径较大的刀具，控制数控机床对每一段鞍槽的最高点及其两侧的一定区域进行清根操作，使得每一段鞍槽的最高点的残留均能被完全清除，且相邻两段鞍槽间的残留值为设定的最大机械加工残留允许值，大幅降低了鞍槽内的残留，同时缩短了加工周期，提高了加工效率，使得钳工在清理剩余残留时的工作量大大减小，保证了产品的尺寸精度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。