管道相貫線自動(dòng)切割機(jī)器人切割系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)含proe三維仿真及8張CAD圖,管道,相貫線,自動(dòng),切割,機(jī)器人,系統(tǒng),研究,鉆研,設(shè)計(jì),proe,三維,仿真,cad 關(guān)于相貫線切割機(jī)器人的專題綜述報(bào)告 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，鋼管焊接結(jié)構(gòu)以其特有的優(yōu)勢(shì)應(yīng)用于各行各業(yè)的大型工程項(xiàng)目中，工程中繁多的鋼管連接相貫接口(圖1)需進(jìn)行切割。管道相貫連接在電力、水利、供水、石油、化工、冶金、建筑等技術(shù)行業(yè)中有廣泛的應(yīng)用，相貫線接頭屬于多品種、多規(guī)格、單件小批量生產(chǎn)，因此對(duì)切割機(jī)的切割功能、控制功能、工藝、調(diào)整和操作等都有非常嚴(yán)格的要求，以適應(yīng)工廠、工地的惡劣環(huán)境。相貫線切割機(jī)器人正是為滿足這些要求而設(shè)計(jì)研發(fā)的管道相貫線切割的專用自動(dòng)化設(shè)備，它能夠幫助用戶對(duì)鋼管的多種相貫形式進(jìn)行計(jì)算，并通過(guò)數(shù)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng)以完成主管或支管相貫線的自動(dòng)切割。 圖1 多種相貫線相交形式 現(xiàn)階段我們切割鋼管一般有兩種方案，手工放樣切割和數(shù)控切割。 鋼管相貫線切割傳統(tǒng)的做法是采用手工放樣切割，根據(jù)鋼管之間的交角，以及鋼管直徑大小，計(jì)算相貫線型的平面圖(即根據(jù)相交形式，把鋼管按平面展開(kāi))，根據(jù)相貫線的平面圖形數(shù)據(jù)，用薄鋼板制作模板，把模板緊貼鋼管外壁在鋼管上劃線，然后按照劃線路徑手工氣割的一種加工方法。 以桁架下腹桿377X14鋼管與水平弦桿180X6鋼管為例，手工放樣主要步驟如下： ①按已知尺寸畫(huà)出主視圖、右視圖和支管斷面圖； ②求結(jié)合線：6等分主視圖支管斷面半圓周，由等分點(diǎn)引下垂線，6等分右視圖支管斷面半圓周得到交點(diǎn)，再由各交點(diǎn)向右引水平線與前由主視圖支管斷面圓周等分點(diǎn)向下所引直線對(duì)應(yīng)焦點(diǎn)連成曲線即為結(jié)合線； ③畫(huà)支管展開(kāi)圖：畫(huà)一段直線等于支管斷面圓周長(zhǎng)度，并12等分，由等分點(diǎn)向下引垂線，與由結(jié)合線各點(diǎn)向右所引水平線對(duì)應(yīng)交點(diǎn)連成光滑曲線，即得到支管的展開(kāi)圖。 ④按照所得圖形標(biāo)注曲線上各個(gè)點(diǎn)相對(duì)坐標(biāo)值，在薄鋼板上1：l放樣畫(huà)線，制作出加工模板。 由于管道相交形式多樣，相貫線類型多，數(shù)量大，精度要求高，手工放樣切割質(zhì)量人為影響因素比較大，難以保證切割精度，并且工作效率極低，根本無(wú)法保證工程工期以及工程質(zhì)量。 圖2 鋼管手工放樣圖 三維數(shù)控相貫線切割利用圖形幾何原理，自動(dòng)進(jìn)行相貫線線型的計(jì)算，無(wú)需制作模板，大大縮短了輔助加工時(shí)間，采用機(jī)械傳動(dòng)，降低人為誤差，提高了加工質(zhì)量。 現(xiàn)階段數(shù)控相貫線切割設(shè)備一般有兩種：一種是專用數(shù)控相貫線切割機(jī)；一種是數(shù)控相貫線切割部件，可將其配置到相應(yīng)的切割機(jī)上，來(lái)完成相貫線的切割。 前者適用于大批量專業(yè)相貫線切割，后者適用于當(dāng)批量不大時(shí)，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，以便減少設(shè)備的投入和場(chǎng)地的占用。 數(shù)控相貫線切割機(jī)功能： 1、能在主管上切割多個(gè)不同方向、不同直徑的圓柱相貫線孔，滿足支管軸線與主管軸線偏心和非偏心的垂直相交的條件。 2、能在支管端部切割圓柱相貫線端頭，滿足支管軸線與主管軸線偏心和非偏心的垂直相交、傾斜相交的條件。 3、能在圓管端部切割斜截端面。 4、能在圓管上切割焊接彎頭，“蝦米節(jié)”兩端斜截?cái)嗝妗? 5、能切割與環(huán)形主管相交的支管相貫線端頭。 6、能切割變角度坡口面。 7、能在圓管上切割方孔、腰形孔。 8、能進(jìn)行鋼管截?cái)唷? 相貫線切割機(jī)器人分為三個(gè)系統(tǒng)，支撐定位系統(tǒng)，切割系統(tǒng)，控制系統(tǒng)。 支撐定位系統(tǒng)用于被切割鋼管的支撐和定位，定位方案是采用兩個(gè)短V型塊來(lái)定位鋼管的外圓表面。V型塊安裝在導(dǎo)軌滑塊上，滑塊可以沿鋼管軸線方向滑動(dòng)。從而可以保證，當(dāng)鋼管被夾緊后，鋼管可以隨著V型塊沿著導(dǎo)軌在鋼管軸線方向上平動(dòng)。 切割系統(tǒng)采用的是等離子切割，主要由數(shù)控割炬、自動(dòng)點(diǎn)火裝置、氣路管帶裝置等組成。數(shù)控割炬安裝在環(huán)形壁上，環(huán)形壁由多個(gè)滾子支撐，滾子沿環(huán)形壁周向均布，從而使環(huán)形壁能繞自身軸線均勻轉(zhuǎn)動(dòng)。從而能夠帶動(dòng)割炬圍繞環(huán)形壁軸線整圈轉(zhuǎn)動(dòng)。 當(dāng)整機(jī)切割鋼管時(shí)，鋼管被水平固定在支撐系統(tǒng)上，調(diào)節(jié)環(huán)形壁的高度，使環(huán)形壁的中心軸線與鋼管的軸線重合，再調(diào)節(jié)數(shù)控割炬與鋼管外壁的距離。這樣數(shù)控割炬就能環(huán)繞鋼管的外壁作出整圓的移動(dòng)。再配合支撐系統(tǒng)的軸向移動(dòng)，數(shù)控割炬就能夠在鋼管外壁沿著要求的相貫線的軌跡進(jìn)行移動(dòng)了。通過(guò)控制系統(tǒng)控制相應(yīng)的電機(jī)，來(lái)使支撐系統(tǒng)與切割系統(tǒng)相互配合，走出要求運(yùn)動(dòng)的軌跡，同時(shí)控制等離子的切割，這樣就能沿著相貫線進(jìn)行切割了。 考慮到有些鋼管的切割要求有變角度的坡口，就必須對(duì)割炬的安裝進(jìn)行優(yōu)化。把數(shù)控割炬安裝在一個(gè)擺動(dòng)機(jī)構(gòu)上，擺動(dòng)機(jī)構(gòu)由一個(gè)電機(jī)控制，控制系統(tǒng)通過(guò)控制電機(jī)可以使擺動(dòng)機(jī)構(gòu)繞某一軸線進(jìn)行擺動(dòng)，從而使數(shù)控割炬也隨著擺動(dòng)機(jī)構(gòu)一起擺動(dòng)。選擇適當(dāng)?shù)臄[動(dòng)機(jī)構(gòu)和其軸線，就能使數(shù)控割炬與被切割鋼管軸線之間的角度隨著擺動(dòng)機(jī)構(gòu)的擺動(dòng)而變化。通過(guò)控制系統(tǒng)來(lái)控制電機(jī)使擺動(dòng)機(jī)構(gòu)擺到要求的位置，從而使數(shù)控割炬與被切割鋼管軸線達(dá)到要求的角度，再配合相貫線的切割，就能切出適合的坡口了。 目前，我國(guó)大多數(shù)企業(yè)在切割管子相貫線接口時(shí)，幾乎都采用相貫線模板手工劃線、切割、打磨的落后生產(chǎn)方式，生產(chǎn)效率低、產(chǎn)品質(zhì)量低劣?，F(xiàn)有國(guó)產(chǎn)設(shè)備技術(shù)性能差，而進(jìn)口設(shè)備價(jià)格昂貴，嚴(yán)重地制約了鋼管切割工藝的提高和發(fā)展，因此采用數(shù)控切割技術(shù)切割管子相貫線已刻不容緩。 參考文獻(xiàn) [1] 李漢宏。管道自動(dòng)等離子切割系統(tǒng)。機(jī)械工人.熱加工。1000-775X.0.2002-10-010。 [2] 孫軍，劉慶英，劉文清。淺談小管徑鋼管的相貫線切割。鋼建筑結(jié)構(gòu)。1671-3362(2008)07-0039-03。 [3] 鄭國(guó)華。機(jī)器人焊接管相貫的運(yùn)動(dòng)分析和軌跡規(guī)劃。沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文。2004年3月。 [4] 王耀華,劉萬(wàn)中,楊久榮。不銹鋼管道坡口加工的新方法[J]。石油工程建設(shè)，2006年6月。 [5] 張曉東，王園宇，郝鵬飛，李元宗。相貫線及其展開(kāi)曲線的方程構(gòu)建方法的研究。機(jī)械設(shè)計(jì)與研究。1006-2343（2008）02-021-04。 [6] 葉長(zhǎng)龍，廉立新，趙永輝。焊接機(jī)器人焊接相貫線曲線仿真。沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)。1000-1646（2003）05-0426-04。 [7] 夏水華，王曉青，雷才洪，劉國(guó)光。大直徑鋼管相貫線數(shù)控切割機(jī)的設(shè)計(jì)。機(jī)電工程。1001-4551（2002）01-0032-03。 [8] 李金伴，馬偉民主編；陸一心，張健生副主編。實(shí)用數(shù)控機(jī)床技術(shù)手冊(cè)?；瘜W(xué)工業(yè)出版社。TG659-62。 [9] 孔德杰,張光先,喬立強(qiáng),齊兆亮. 數(shù)控等離子切割技術(shù)在我國(guó)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 電焊機(jī) , 2005,(01) . [10] 蔣中范. 水下等離子切割技術(shù)的應(yīng)用[J]. 中國(guó)設(shè)備工程 , 2003,(12) . 4