[发明专利]带焊接坡口的主管孔切割过程等离子割枪高度的控制方法

说明书

本发明公开了一种带焊接坡口的主管孔切割过程等离子割枪高度的控制方法，根据输入的切割参数，自动的计算出等离子割枪在切割轨迹上的割枪高度，进而计算出割枪末端的轨迹，由数控系统生成切割程序，最后按照生成的切割程序进行切割，提高切割的精度稳定性，有效降低废品率。它的步骤为：对等离子割枪进行抽象并建立割枪与工件的数学模型，确定相关的输入参数；建立焊接坡口的数学模型；坡口切割时，等离子割枪高度的控制方法；将规划后的等离子割枪高度整合到轨迹规划中去，进而生成切割控制程序。

技术领域

本发明涉及一种带焊接坡口的主管孔切割过程中等离子割枪高度的控制方法。

背景技术

在石油、化工、水利、消防等管道工程应用中，管管相贯的切割与焊接是一项非常重要的任务，在一些工业应用中，往往管道会存储有液态或气态的物质，这些物质对管道的气密性和耐高压性要求很高，有些物质甚至具有腐蚀性，因此，在这些场合中，管道结合处的焊接质量是一项重要的考察目标。作为相贯线焊接的前期准备工作，相贯双管的切割与后期处理技术会直接影响到装夹误差以及焊接的质量。为了保证管道结合处的气密性和耐高压性，管道之间采用内插式的连接方式，该方式对切割的精度以及切面的处理技术要求较高，为了提高相贯线焊接的质量，一般会在主管或者支管开坡口，如果支管采取内插式连接，则需要在主管上开坡口。

等离子切割技术自应用以来获得了迅速的发展，凭借切割速度快、工件形变小等优点，能够满足高质量的切割要求。但与此同时，等离子切割不同于普通的刀具切割，等离子割枪与工件之间必须保持一定的间隙来保证弧压的稳定，当割枪高度偏大时，在工件较厚的部位会出现切割不透的现象；当割枪高度偏小时，很容易在工件的某一部位发生碰撞，损坏割枪甚至切割装备影响切割的精度。

因此，在切割过程中需要对等离子割枪的高度进行控制，尤其是坡口切割时割枪高度的规划，本发明公开了一种带钝边坡口的主管孔切割过程中等离子割枪高度的控制方法。

发明内容

本发明的目的就是为解决上述问题，提供一种带焊接坡口的主管孔切割过程中等离子割枪高度的控制方法，我们定义割枪末端(包含防护罩)与工件表面的垂直距离定义为割枪高度(如图2)，因为在坡口切割的过程中，理论的等离子割枪轨迹是复杂的相贯线(主管内壁与支管外壁形成的相贯线构成的空间曲线)，通过对相贯线轨迹进行齐次变换并对割枪高度进行规划控制，得到了割枪最终的位置和姿态，它根据用户期望的高度值以及相关的切割参数，自动的计算切割轨迹上各位置的割枪高度值，能够有效地保证等离子弧压的稳定并且避免了与工件之间的碰撞，提高切割的精度，降低工件的废品率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种带焊接坡口的主管孔切割过程中等离子割枪高度的控制方法，它的步骤为：

第一步：对等离子割枪进行抽象并建立割枪与工件的几何模型，确定相关的输入参数，包括等离子割枪的半径、割枪喷嘴的上下底半径及圆台锥角、等离子束的半径；

第二步：建立焊接坡口的几何模型，确定焊接坡口的参数和切割参数；

第三步：确定规划后的等离子割枪高度；

第四步：将规划后的等离子割枪高度整合到轨迹规划中去，进而生成切割控制程序；控制系统按照该切割程序对主管孔进行切割。

所述第一步中，给定期望的割枪高度d₀(假设合适),为了防止碰撞，割枪与主管的最小间距g₀(g₀＜d₀)，主管的外壁半径为R_o，内壁半径为R_i，钝边的高度为h，将等离子割枪等效为圆柱体，半径为R_g，割枪末端的喷嘴等效为圆台，下底面半径与圆柱体的半径相同，上底面半径为r_g，圆台锥角为Ψ，等离子束的半径为m；