[發明專利]變角度相貫坡口的機械加工軌跡優化方法

在審

• 申請號: 202010869522.0
• 申請日: 2020-08-26
• 公開（公告）號: CN112025133A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 孫興偉;楊赫然;董祉序;劉寅;韓坤
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: B23K33/00
• 分類號: B23K33/00;B23C3/12;B23Q15/14
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙) 21115
• 代理人: 宋鐵軍

本發明涉及變角度相貫坡口的刀具加工軌跡優化方法，步驟為：基于非均勻有理B樣條構建變角度坡口曲面，并根據構建的變角度坡口曲面對工件進行加工，得到變角度坡口曲面的加工樣件；對加工樣件的加工精度進行評價；在評價合格后的加工樣件的變角度坡口曲面上，通過對母線的過切量L的判斷確定側銑加工時刀軸位置；根據刀軸位置建立單刀位優化目標函數，模擬退火算法優化刀具加工軌跡，對坡口曲面加工樣件進行銑削。本發明減少了自動焊接管道相貫結構的焊接坡口角度存在的角度波動，使自動焊接管道相貫結構焊料均勻，提高了加工質量及加工效率。

技術領域

本發明涉及機械加工技術，尤其涉及一種變角度相貫坡口的機械加工軌跡優化方法。

背景技術

管道相貫類結構在管道施工中隨處可見。管道分支處管管相貫的結構使得焊接難度上升，且手工焊接勞動強度較大，因此自動焊接技術在相貫結構的焊接中脫穎而出，從而使得自動焊接在這一領域占有越來越多的份額，但是自動焊接管道相貫需要加工變角度坡口。現有變角度坡口采用火焰加工，坡口表面質量差，限制了管道工程的自動化進程。坡口角度是自動焊接的重要影響因素，相貫結構的焊接坡口角度會因為支管固定坡口角度而隨之母管表面角度波動而波動，對自動焊接造成不利影響。

發明內容

發明目的：

本發明提出一種變角度相貫坡口的機械加工軌跡優化方法，其目的在于解決自動焊接管道相貫結構的焊接坡口角度由于支管固定坡口角度而隨之母管表面角度存在的角度波動，導致相貫結構焊料不均勻、焊接的坡口表面質量差的問題。

技術方案：

變角度相貫坡口的刀具加工軌跡優化方法，

包括以下步驟：

(1)基于非均勻有理B樣條構建變角度坡口曲面，并根據構建的變角度坡口曲面對工件進行加工，得到變角度坡口曲面的加工樣件；

(2)對步驟(1)中加工樣件的加工精度進行評價；

(3)在步驟(2)中評價合格后的加工樣件的變角度坡口曲面上，通過對母線的過切量L的判斷確定側銑加工時刀軸位置；

(4)根據刀軸位置建立單刀位優化目標函數，模擬退火算法優化刀具加工軌跡，對坡口曲面加工樣件進行銑削。

步驟(1)中：

構建變角度坡口曲面的表達式如下：

S(u,v)＝(1-v)C₃(u)+vC₄(u)

式中，u,v為直紋母線的參數，C₃(u)、C₄(u)為兩條非均勻有理B樣條曲線，S(u,v)表示直紋面；

式中：j為序號；

是曲線控制頂點，形成控制多邊形；

f_j,3(u)：是B樣條基函數。

步驟(2)中使用面形精度對變角度坡口曲面工件的加工精度進行評價，同時采用面形精度的峰谷值PV和均方根值RMS進行評價。

峰谷值PV的計算公式如下：

PV＝max(ΔDif)-min(ΔDif)

式中，ΔDif為測量點與參考表面的差值；

均方根值RMS的計算公式如下：

式中，為測量點與參考表面差值的算術平方值；為測量點與參考表面差值的平方平均值。

步驟(3)中：母線的過切量L計算公式如下：