宏程序在圆管与椭圆管相贯坡口加工中的应用研究

王祥祯　连俊茂

摘 要：通过建立圆管与椭圆管相贯线的数学模型，确定刀具的运动轨迹，根据运动轨迹编制相贯坡口加工用宏程序，通过修改变量控制相贯坡口的加工精度，解决圆管与椭圆管相贯坡口加工的手工编程难题。

关键词：圆管；椭圆管；相贯线；坡口；宏程序

引言

石油、化工、电力等行业中经常有不同直径的圆形和椭圆形管件需要焊接。图1所示为一圆管零件示意图，由于该容器制造质量要求较高，所以焊接前在管件上需要先加工坡口，由于两管件的结合部为圆柱与椭圆柱的相贯线，故只能采用数控铣削加工。由于相贯线为空间曲线，编程方法只能采用CAM辅助编程或宏程序编程，而宏程序具有较好的易读性和易修改性，且通用性极强，文章通过建立圆管与椭圆管相贯线的数学模型，编制相贯坡口加工用宏程序。

1 圆管与椭圆管相贯坡口加工工艺分析

圆管与椭圆管相贯坡口的加工方案可以采用先预钻下刀工艺孔，然后再按照圆管内径与椭圆管外径相贯线的轨迹加工出贯穿孔，最后按照圆管不同直径与椭圆管外径相贯线的轨迹加工相贯坡口。

2 圆管与椭圆管相贯线数学模型

3 圆管与椭圆管相贯坡口数学模型

4 加工用宏程序编制

基于FANUC 0i系统编程的宏程序如下：

4.1 圆管与椭圆管相贯线加工用宏程序

O1111；

G54G17G80G90；

M03S600；

#101=d/2；//圆管内圆半径

#102=D/2；//圆管外圆半径

#103=a；//椭圆管外径长半轴

#104=b；//椭圆管外径短半轴

#105=b；//相贯线x坐标起点坐标

#108=0.1；//相贯线x坐标变化量

#115=r；//加工刀具的实际半径值

G00Z[#102+50]；//安全高度

G00X[#104-#115-1]Y0；//下刀点位置

G00Z[#102+5]；//参考高度

G01Z[SQRT [#101*#101-#105*#105]]F120；

G41D01 X[#104]；//建立刀具半径补偿

WHILE[#105GE-#104] DO1；

#106=#103*SQRT[1-#105*#105/#104/#104]；

#107=SQRT[#101*#101-#105*#105]；

G01X[#105]Y[#106]Z[#107]；

#105=#105-#108；//相贯线x坐标赋值

END1；

#105=#105+#108*2

WHILE[#105LE#104] DO1；

#106=#103*SQRT[1-#105*#105/#104/#104]；

#107=SQRT[#101*#101-#105*#105]；

G01X[#105]Y[-#106]Z[#107]；

#105=#105+#108；//相贯线x坐标赋值

END1；

G00 Z[#102+50] ；

G40X0Y0；

M30；

4.2 圆管与椭圆管相贯坡口加工用宏程序

O2222；

G54G17G80G90；

M03S3600；

#101=d/2；//圆管内圆半径

#102=D/2；//圆管外圆半径

#103=a；//椭圆管外径长半轴

#104=b；//椭圆管外径短半轴

#105=b；//相贯线x坐标起点坐标

#109=t ；//坡口倒角总量

#110=0；//坡口倒角变量dt（赋初值）

#111=0.1；//坡口倒角变化量

#112=α；//坡口倒角角度

#115=r；//加工刀具的实际半径值r

G00Z[#102+50]；//安全高度

G00X[#104-#115-1]Y0；//下刀点位置

G00Z[#102+5]；//参考高度

WHILE[#110LE#109] DO1；//

#113=#103+#110；//倒角量为dt处椭圆长半轴

#114=#104+#110；//倒角量为dt处椭圆短半轴

#120=#102-[#109-#110]*TAN[#112]；

G01Z[SQRT[#120*#120-#105*#105]]F3000；

G41D01 X[#114]；//建立刀具半径补偿

#105=#114；//倒角量为dt处相贯线x坐标初值

#108=0.1；//相贯线x坐标变化量

WHILE[#105GE-#114] DO2；

#106=#113*SQRT[1-#105*#105/#114/#114]；

#107=SQRT[#120*#120-#105*#105]；

G01X[#105]Y[#106]Z[#107]；

#105=#105-#108；//相贯线x坐标赋值

END2；

#105=#105+#108*2

WHILE[#105LE#114] DO2；

#106=#113*SQRT[1-#105*#105/#114/#114]；

#107=SQRT[#120*#120-#105*#105]；

G01X[#105]Y[-#106]Z[#107]；

#105=#105+#108；//相贯线x坐标赋值

END2；

#110=#110+#111；//坡口倒角变量dt赋值

END1；

G00 Z[#102+50] ；

G40X0Y0；

M30；

5 结束语

在上述加工程序中，当工件形状发生变化时，只要修改#101到#104的值即可；当坡口形状发生变化时，只要修改#109和#112的值即可；当刀具直径发生变化时，只要修改#115值即可；通过修改#108和#111的值可以控制相贯线坡口的加工精度。由此可知，宏程序在圆管与椭圆管相贯坡口加工中具有较强的灵活性和通用性，因而具有较强的应用价值。

参考文献

[1]胡运林.圆管体相贯坡口数控铣削加工技术的研究[J].组合机床与自动化加工技术，2012（2）：109-112.

[2]吴金会，刘越，王祥祯.基于宏程序的方形体斜角面铣削加工应用研究[J].组合机床与自动化加工技，2012（2）：94-96.

[3]吴金会，汪程，余传佩.宏程序在凸形椭球面铣削加工中的应用研究[J].煤矿机械，2012（2）：135-137.

[4]杨静云.数控编程与加工[M].北京：高等教育出版社，2010.

作者简介：王祥祯（1981-），男，汉族，江西兴国人，九江职业技术学院讲师，学士，主要从事数控加工技术研究。