[發明專利]一種基于高壓水射流的橢圓型封頭打孔與剖口方法

有效

• 申請號: 202011353924.1
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112506132B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 萬振剛;戴欣童
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: G05B19/404
• 分類號: G05B19/404
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種基于高壓水射流的橢圓型封頭打孔與剖口方法，如下步驟：(1)在五軸刀頭附近安裝高度感測裝置；(2)根據橢圓封頭方程將孔與剖口平面軌跡貼合至封頭表面形成曲面軌跡；(3)根據橢圓封頭指定厚度層的曲面軌跡與內側曲面軌跡聯立表面曲面軌跡得到插補點的空間姿態并轉換為AC旋轉軸角度；(4)沿空間姿態方向抬高軌跡并啟用高度檢測裝置調整刀頭與橢圓封頭凹凸不平的表面之間的間距，將誤差反饋回數控系統；(5)根據反饋誤差修改路徑并添加補償。

技術領域

本發明涉及一種橢圓型封頭打孔與剖口方法，尤其涉及一種有效地避免因工件表面凹凸不平導致的切割質量問題的高壓水射流的橢圓型封頭打孔與剖口方法。

背景技術

橢圓封頭是石油化工、原子能到食品制藥諸多行業壓力容器設備中不可缺少的重要部件，封頭是壓力容器上的端蓋，是壓力容器的一個主要承壓部件，所起的作用是密封作用。封頭開孔是容器制造過程中的重要環節，同時剖空又是固定管道，加強密封效果的主要步驟。

目前主要采用數控水切割機床進行切割，具有許多不足，由于水切割的特殊性，當待切割元件距離刀尖過近時，容易造成元件表面損傷、水管爆裂，當待切割元件距離刀尖過遠時，水線下部發散、甩尾嚴重，導致工件無法擊穿等問題，凹凸不平的工件表面是最常出現這些問題的原因，同時極容易導致刀頭與封頭間發生干涉，造成刀頭損傷、工件損壞等問題。因此，有必要提供一種基于高壓水射流的橢圓型封頭打孔與剖口方法。

發明內容

發明目的：本發明旨在提供一種利用數控五軸水切割系統對橢圓型封頭進行高質量打孔與剖口的切割方法，能夠有效地避免因工件表面凹凸不平導致的切割質量問題。

技術方案：本發明所述的基于高壓水射流的橢圓型封頭打孔與剖口方法，包括如下步驟：

(1)在五軸刀頭附近安裝高度感測裝置；

(2)根據橢圓封頭方程將孔與剖口平面軌跡貼合至封頭表面形成曲面軌跡；

(3)根據橢圓封頭指定厚度層的曲面軌跡與內側曲面軌跡聯立表面曲面軌跡得到插補點的空間姿態并轉換為AC旋轉軸角度；

(4)沿空間姿態方向抬高軌跡并啟用高度檢測裝置調整刀頭與橢圓封頭凹凸不平的表面之間的間距，將誤差反饋回數控系統；

(5)根據反饋誤差修改路徑并添加補償。

進一步的，步驟(2)中得到理論切割路徑方法為：將封頭底部中心置為(0，0，0)，假設待切割孔與剖口的圓心O為(x，y，z)、孔的半徑為R，剖口的半徑為L以及剖口的厚度為d，將圓心與封頭底部中心的連線在XY平面的投影旋轉至X軸，旋轉后的圓心O₁坐標為即旋轉后圓在X軸上的一點為將此點以旋轉后的圓心為圓心，以Z軸方向為法向量旋轉360°，插補得到n個點(n越大，圖形越精確)，計算得到的每個點在X軸上的分量：

其中，Vn為插補點的坐標，θ的范圍為0～360°。

并將之代入封頭的橢圓標準方程即可得到每個點在Z軸上的分量；最后將每個點在X軸上的分量和在Y軸上的分量沿著Z軸旋轉a°(a為初始圓心與旋轉后圓心之間的夾角)，即可得到待切割孔與剖口在封頭表面曲面路徑；同理可得到待切割孔在剖口內側的曲面軌跡與剖口在封頭指定厚度層的曲面軌跡。

進一步的，步驟(3)中預處理得到刀具空間姿態的方法為：根據得到的表面軌跡與內部與內側軌跡，上下層軌跡對應位置相減即可得到刀頭的空間矢量：

T＝(x1-x，y1-y，z1-z)

其中x1、y1、z1為上層對應插補點，x、y、z為下層對應插補點；