[发明专利]一种管管相交的马鞍形曲面焊接、切割方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对于管-管相交所形成的马鞍形曲面的焊接、切割方法。

背景技术

在工程中存在大量的主管-支管相交(尤其是对于斜交)焊接、切割的情况，此时会在主管、支管相交的管内壁和管外壁形成两条对称的马鞍形曲线，由于焊接工艺要求，其管件相交处还需要形成不同角度的坡口，这些坡口表面就构成了一个很复杂的马鞍形曲面。

现有的对于该种管-管相交的马鞍形曲面的焊机或者切割方法，首先需要利用三维软件拟合出马鞍形曲面的形状，再由工人在管壁上手工描点、画线，最后由经验丰富的工人进行手工切割、焊接，劳动强度大、环境恶劣。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够通过机器人自动实现的管-管相交的马鞍形曲面焊接、切割方法。

该方法包括如下步骤：(a)联立管-管相交形成的空间马鞍形交线所在的主管圆柱表面及支管圆柱表面的方程，通过主管坐标系与支管坐标系之间的坐标系变化矩阵，求出管-管相交的空间马鞍形交线的曲线方程，该曲线方程仅与支管的极角变量相关；(b)对上述马鞍形交线按照预定精度进行分割，得到多个分割点，该分割点即为方向点；(c)根据轨迹点与方向点的连线经过支管的中心轴线，且坡口的角度为预设值，从方向点导出轨迹点；(d)将所有轨迹点顺序以直线连接即得到焊枪运动轨迹。

本发明首先推导出一种精确的工程计算方法，可以直接应用于各种管径、管壁厚、各种角度的管-管相交及各种管坡口角度的马鞍形曲面的切割和焊接加工。应用本方法编制出程序，经使用KUKA机器人验证，可实现机器人对马鞍形曲面切割、焊接工作的离线编程、切割、自动焊接。

附图说明

图1显示了第一实施例的坐标系建立过程，在该实施例中主管带坡口；

图2显示了第一实施例中θ₁，θ₂的定义；

图3显示了第一实施例中焊枪空间位置，图中A，O₁分别为轨迹点、方向点，B₁为A，O₁两点的连线与Z′轴的交点；

图4显示了第二实施例的坐标系建立过程，在该实施例中支管带坡口；

图5显示了第二实施例中焊枪空间位置，图中A，O₁分别为轨迹点、方向点，B₁为A，O₁两点的连线与Z′轴的交点。

具体实施方式

【实施例一】主管带坡口

1.1求方向点的曲线方程：

参见图1，如图所示，建立主管所在坐标系OXYZ以及支管所在坐标系O′X′Y′Z′。支管与主管的轴线在XOZ平面内交α角，坡口角度为γ角(即方向点与轨迹点的连线与支管得轴线交角)。主管壁厚δ₁，半径r₁，支管壁厚r₂。

建立管-管相交形成的空间马鞍形交线所在的主管圆柱表面在主管坐标系下的方程，即主管内壁方程：

y²+z²＝(r₁-δ₁)²    r＝r(θ，x)＝(x，(r₁-δ₁)cosθ₁，(r₁-δ₁)sinθ₁)...............(1)

建立管-管相交形成的空间马鞍形交线所在的支管圆柱表面在支管坐标系下的方程，即支管外壁方程：

x²+y²＝r₂²    r＝r(θ，z)＝(r₂ cosθ₂，r₂ sinθ₂，z)    ..............................(2)