[发明专利]变角度相贯坡口的机械加工轨迹优化方法

说明书

本发明涉及变角度相贯坡口的刀具加工轨迹优化方法，步骤为：基于非均匀有理B样条构建变角度坡口曲面，并根据构建的变角度坡口曲面对工件进行加工，得到变角度坡口曲面的加工样件；对加工样件的加工精度进行评价；在评价合格后的加工样件的变角度坡口曲面上，通过对母线的过切量L的判断确定侧铣加工时刀轴位置；根据刀轴位置建立单刀位优化目标函数，模拟退火算法优化刀具加工轨迹，对坡口曲面加工样件进行铣削。本发明减少了自动焊接管道相贯结构的焊接坡口角度存在的角度波动，使自动焊接管道相贯结构焊料均匀，提高了加工质量及加工效率。

技术领域

本发明涉及机械加工技术，尤其涉及一种变角度相贯坡口的机械加工轨迹优化方法。

背景技术

管道相贯类结构在管道施工中随处可见。管道分支处管管相贯的结构使得焊接难度上升，且手工焊接劳动强度较大，因此自动焊接技术在相贯结构的焊接中脱颖而出，从而使得自动焊接在这一领域占有越来越多的份额，但是自动焊接管道相贯需要加工变角度坡口。现有变角度坡口采用火焰加工，坡口表面质量差，限制了管道工程的自动化进程。坡口角度是自动焊接的重要影响因素，相贯结构的焊接坡口角度会因为支管固定坡口角度而随之母管表面角度波动而波动，对自动焊接造成不利影响。

发明内容

发明目的：

本发明提出一种变角度相贯坡口的机械加工轨迹优化方法，其目的在于解决自动焊接管道相贯结构的焊接坡口角度由于支管固定坡口角度而随之母管表面角度存在的角度波动，导致相贯结构焊料不均匀、焊接的坡口表面质量差的问题。

技术方案：

变角度相贯坡口的刀具加工轨迹优化方法，

包括以下步骤：

(1)基于非均匀有理B样条构建变角度坡口曲面，并根据构建的变角度坡口曲面对工件进行加工，得到变角度坡口曲面的加工样件；

(2)对步骤(1)中加工样件的加工精度进行评价；

(3)在步骤(2)中评价合格后的加工样件的变角度坡口曲面上，通过对母线的过切量L的判断确定侧铣加工时刀轴位置；

(4)根据刀轴位置建立单刀位优化目标函数，模拟退火算法优化刀具加工轨迹，对坡口曲面加工样件进行铣削。

步骤(1)中：

构建变角度坡口曲面的表达式如下：

S(u,v)＝(1-v)C₃(u)+vC₄(u)

式中，u,v为直纹母线的参数，C₃(u)、C₄(u)为两条非均匀有理B样条曲线，S(u,v)表示直纹面；

式中：j为序号；

是曲线控制顶点，形成控制多边形；

f_j,3(u)：是B样条基函数。

步骤(2)中使用面形精度对变角度坡口曲面工件的加工精度进行评价，同时采用面形精度的峰谷值PV和均方根值RMS进行评价。

峰谷值PV的计算公式如下：

PV＝max(ΔDif)-min(ΔDif)

式中，ΔDif为测量点与参考表面的差值；

均方根值RMS的计算公式如下：

式中，为测量点与参考表面差值的算术平方值；为测量点与参考表面差值的平方平均值。

步骤(3)中：母线的过切量L计算公式如下：