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相贯线坡口切割原理及坡口角度计算

发布日期:2016-03-29

目前国内只有为数不多的公司在数控相贯线切割机的研究领域有比较突出的成果,如图1-1所示,在控制 方式基本都是采用偏摆和旋转结合的方式,由5-6轴进行控制,但都存在的问题是缺少加工检测装置、加工误差补偿功能、管件制造误差影响、装备的兼容性差并且加工周期较长。

图1-1 具有坡口相贯线切割功能的5轴数控切管机

随着各行业对管类元件需求的增大,管与管之间的连接形式也变得多样化,而两管空间相并在一起所形成的空间轨迹曲线即相贯线,其形式也受管件的直径、位置、形状等因素的影响,在实际的生产加工过程中,由于管件的形状不同,相互之间所成的相贯形式也是复杂多样。常见有圆管与圆管、方管与圆管、圆锥管与圆管、方管与圆锥管、方管与方管、圆锥管与圆锥管。如图2-1所示,建立方法是采用空间坐标的平移转换的计算方法,在管件参数方程的基础上,对相贯线方程进行求解。

图2-1 管件相贯示意图

而相贯线坡口切割的质量决定了加工后所留钝边高度,而钝边高度的大小直接影响了焊接质量。因此,保证焊接质量的根源在于相贯线坡口加工的准确度。

切割原理:

切割带钝边的坡口可以分为两个步骤,第一步先切割出圆柱孔,在圆柱孔的基础上切割出钝边坡口,切割原理如图3-1所示。在切割坡口过程中,为了保证加工连贯性,割炬要完成两步运动。第一步,割炬绕调整基准点旋转一定角度;第二步,割炬移动到待焊位置。在整个加工过程中,割炬需沿着某一固定曲线切割,为了得到精确的钝边高度,则割炬需始终与工件保持固定的距离α,则能够满足这两个条件的空间曲线就是加工过程中割炬的切割轨迹。

图3-1 切割原理图

数控相贯线切割机就是用数字程序驱动机床运动,随着机床运动时,随机配带的切割工具对物体进行切割。这种机电一体化的切割机就称之为数控切割机。

相贯线切割机在切割时,为了保证焊接的质量和可靠性,需要预留出一定角度的坡口,有定角度坡口和变角度坡口之分。

定角度坡口指的就是在切割过程中,支管上各个相贯节点处的素线与支管轴线始终保持一定数值的角度。然而实践证明,定角度坡口仅仅适用于两管垂直对心相交或者是各个节点处的二面角都比较大的情况。

变角度坡口指的是在整个切割过程中,各个节点处的切割角(当相贯接头为插入式时,切割角等于坡口角)始终随着二面角的变化而变化,这样切割出的坡口既均匀又可靠。因为,二面角比较大,切割出来的坡口则可能过小;而二面角比较小,切割出来的坡口则可能过大,这样就会大大影响切割后焊接的质量和可靠性,同时对于壁厚不大的钢管来说,在切割时甚至会熔断部分坡口,导致焊接无法正常进行。

当然,无论是定角度坡口还是变角度坡口,都应该尽量避免极限切割,因为在这一切割过程中,局部节点处的坡口角变化剧烈,切割后会大大降低焊接的质量和稳定性。那么广州奥凌数控今天就教大家如何计算数控相贯线的坡口角度

相贯线切割机为了进一步研究切割时的运动规律,还需要对切割过程中的坡口进行相应的研究。由于在切割坡口时,必须先确定钢管相贯接头的空间几何关系,因此需要对有关参考平面和空间几何角度加以定义。针对管端切割给出了相关参数的具体定义如下:

1、主管轴剖面Pm

相贯线上任选点的主管轴剖面,是通过该点并包含主管轴线的平面。

2、支管轴剖面Pb

相贯线上任选点的支管轴剖面,是通过该点并包含支管轴线的平面。

3、主切面Q

相贯线上任选点的主切面是过该点并切于主管表面的平面。

4、支切面Qb

相贯线上任选点的支切面是过该点并切于支管内表面的平面(注:考虑到绘图效果,在表达Qb时可能会引起误解,请见谅)。

5、法剖面Pf及其方向向量晰

相贯线上任选点的法剖面是过该点并垂直于两轴剖面的平面,方向向量以f通过点M且垂直于法剖面Pf。

6、法向量Hm、nb和坡口向量np

法向量露巾、‰分别为过点M且垂直于切平面Qm、Qb的向量,坡口向量n。指定了切割时割炬所在的位置方向。

7、二面角中

二面角西是主切面Q矗和支切面Qb在法剖面内且位于支管外部的夹角。

8、坡VI角妒以及理论切割角∞

对于管端切割来说,坡口角妒指的是坡口向量以。与主切面Q。之间的夹角,而理论切割角∞则是坡口向量万。与支切面Qb之间的夹角;对于主管开孔来说,坡口角妒指的是坡口向量唧与支切面Qb之间的夹角,而理论切割角CO则是坡口向量弗。与主切面Q。之间的夹角。二者的大小取决于二面角咖的大小。根据美国石油协会标准规定,当二面角西≥900时,坡I=l角p---450;当二面角少<900时。