管体坡口类零件加工方法研究
发布时间：2022-02-17 10:03
管道相贯类结构在管道施工中随处可见。管道相贯结构使用两管焊接成型,在现代管道工程中自动焊接占据越来越多的份额,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。本文以机加工变角度坡口为研究背景,研究侧铣加工变角度坡口曲面的加工原理和加工工艺。重点从变角度坡口曲面的数学建模、专用数控加工装备的锥铣刀侧铣加工原理与路径规划、在机测量变角度坡口曲面三方面展开研究,主要研究工作和创新性成果如下。首先,完成变角度坡口曲面参数化表征与实体建模。由自动焊机需在不同坡口截面进行等焊料填充面积焊接的要求展开分析,基于管道相贯处的几何参数,完成了变角度坡口曲面特征曲线的建模。采用NURBS曲线对特征曲线进行重构,建立了变角度坡口曲面的直纹面表征数学模型。基于自由曲面评价指标给出了变角度坡口曲面的加工评价指标,完成了变角度坡口曲面的数学建模工作。其次,针对坡口专用数控加工装备和锥铣刀进行刀具轨迹优化。对现有专用数控加工装备进行分析,建立机床运动模型。基于机床运动模型与刀具,提出了使用空间几何原理的单刀位过切计算方法,并使用该方法建立了单刀位优化目...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
焊接后支管Fig.1.1Branchpipeafterwelding手工方法在手工划线画出相贯管件相
耙庖?现代石化行业对管道运输的需求持续高涨，在管道运输中，管道分支处的焊接精度是决定管道质量的重中之重[1]。管道分支处管管相贯的结构使得焊接难度上升，两管相贯手工焊接结果如图1.1所示，手工焊接劳动强度较大，且焊接精度取决于操作者经验，精度一致性难以保证。在此背景下，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[2]。实现自动焊接的前提则是焊接坡口结构规则且质量较高，所以坡口机的品质是影响焊接坡口质量的重要因素。管与管的相贯线为一个马鞍型空间曲线，如图1.2所示，图中红线即为两管相贯的马鞍线。以马鞍线为基础加工坡口，同时为了后续自动焊接顺利进行，要求坡口各个焊接截面的焊料面积相等。实现自动焊接的前提则是焊接坡口结构规则且质量较高，所以坡口机的品质是影响焊接坡口质量的重要因素。图1.1焊接后支管图1.2相贯线Fig.1.1BranchpipeafterweldingFig.1.2Intersectingline手工方法在手工划线画出相贯管件相贯线后使用火焰切割焊接坡口，其工艺流程一般为人工放样、制作样板、划出相贯线、蒙皮相贯体、手工切割、人工打磨。手工加工相贯坡口的工艺对工人的熟练程度要求很高同时也存在很多问题。第一，在手工放样到划出相贯线的过程中难免出现误差，从而导致焊接处产生缝隙，如不注意后续还可能出现管道泄漏等问题，这在高质量要求的行业中是决不允许出现的，即便在钢结构建筑中也有可能因焊缝不牢而产生事故。第二，在低质量的相贯线切割和误差较大的坡口上很难实现自动焊接，这也会导致大量工件报废，增加企业的成本。因此，手工相贯坡口加工越来越不能适应现在的生产需求。沈阳工业大学硕士学位论文
第1章绪论3卡式坡口机、内卡式坡口机和管端坡口车床三种形式。外卡式管道坡口机采用多刀切削形式，对小管径管道适应较好，如图1.4所示，图1.4由宁波百华数控机械有限公司提供。内卡式管道坡口机装夹部件由气动驱动，工作时通过坡口机的自锁内卡芯轴部件固定于管道内，工作时较为稳定[4]。管端坡口车床则多用于对厚壁管端坡口的车间内加工处理。a钢带式火焰坡口机b数控相贯线火焰切割坡口机图1.3火焰切割坡口机Fig.1.3Flamecuttinggroovemachine图1.4管端坡口机Fig.1.4Pipeendgrooveingmachine（3）爬管式管道切割坡口机，爬管式管道切割坡口机主要优势在于其便携性，如图1.5所示，图1.5由宁波百华数控机械有限公司提供，坡口机机体通过链条固定在管道上，大多由液压驱动，链轮带着机体上的切割刀或坡口刀沿链条在管端爬行一周，完成管道的切割和开坡口。它可以在管子轴向或者径向作业，加工精度高，安全防爆，特别适合在恶劣环境下工作。图1.5爬管式管道切割坡口机Fig.1.5Climbingpipepipecuttingmachine
【参考文献】：
期刊论文
[1]焊缝余高对复合型坡口X80管线钢多层多道焊接残余应力的影响[J]. 刘成,尹立孟,姚宗湘,王刚,王学军. 焊接学报. 2018(12)
[2]GMAW自动焊熔透影响因素分析及多元回归预测[J]. 马可,薛龙,黄军芬,黄继强,邹勇,姜天胜. 机械工程学报. 2018(18)
[3]大变形海底管道工程临界评估研究进展[J]. 赵晓鑫,徐连勇,荆洪阳,贾鹏宇,黄江中. 机械工程学报. 2019(02)
[4]圆柱刀五轴数控侧铣直纹面的直线插补误差分析[J]. 周雪梅,曹利新. 风机技术. 2016(04)
[5]圆锥刀侧铣非可展直纹面刀轴轨迹规划的特征线方法[J]. 阎长罡,刘宇,崔云先,邓晓云. 机械工程学报. 2015(19)
[6]激光位移传感器在自由曲面测量中的应用[J]. 李兵,孙彬,陈磊,魏翔. 光学精密工程. 2015(07)
[7]圆锥刀侧铣整体叶轮叶片曲面的刀轴轨迹规划[J]. 阎长罡,施晓春,邓晓云. 计算机集成制造系统. 2014(05)
[8]非可展直纹面侧铣刀位轨迹优化算法[J]. 蔺小军,樊宁静,郭研,崔栋鹏,王志伟,张新鸽. 机械工程学报. 2014(09)
[9]智能控制系统在大管径管接头坡口加工中的应用[J]. 吴焱明,胡鑫,王磊,董相文. 机床与液压. 2013(09)
[10]回转刀具侧铣加工扫掠包络面几何造型及其应用[J]. 朱利民,卢耀安. 机械工程学报. 2013(07)
博士论文
[1]大型龙门式双摆头五轴数控机床误差补偿关键技术研究[D]. 殷建.上海大学 2017
[2]管件带坡口相贯线数控切割建模与仿真研究[D]. 董本志.东北林业大学 2010
[3]五坐标数控加工运动几何学基础及刀位规划原理与方法的研究[D]. 宫虎.大连理工大学 2006
硕士论文
[1]非可展直纹面侧铣加工刀位轨迹优化[D]. 魏宇祥.沈阳航空航天大学 2018
[2]管体坡口切削加工原理及工艺研究[D]. 朱新华.沈阳工业大学 2017
[3]相贯线坡口切割原理及运动仿真模型研究[D]. 苗天祺.哈尔滨理工大学 2015
[4]关节式坐标测量机的运动学标定研究[D]. 陆建.昆明理工大学 2014
[5]管件相贯线坡口切割数控系统关键技术的研究[D]. 谭肖.湘潭大学 2013
[6]管道自动坡口机的研究与设计[D]. 袁胜利.合肥工业大学 2013
[7]弯管相贯线切割运动仿真及控制系统设计[D]. 汪宪之.杭州电子科技大学 2012
[8]直纹面叶片侧铣数控加工研究[D]. 蒋道顺.北京交通大学 2009
本文编号：3629239
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
焊接后支管Fig.1.1Branchpipeafterwelding手工方法在手工划线画出相贯管件相
耙庖?现代石化行业对管道运输的需求持续高涨，在管道运输中，管道分支处的焊接精度是决定管道质量的重中之重[1]。管道分支处管管相贯的结构使得焊接难度上升，两管相贯手工焊接结果如图1.1所示，手工焊接劳动强度较大，且焊接精度取决于操作者经验，精度一致性难以保证。在此背景下，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[2]。实现自动焊接的前提则是焊接坡口结构规则且质量较高，所以坡口机的品质是影响焊接坡口质量的重要因素。管与管的相贯线为一个马鞍型空间曲线，如图1.2所示，图中红线即为两管相贯的马鞍线。以马鞍线为基础加工坡口，同时为了后续自动焊接顺利进行，要求坡口各个焊接截面的焊料面积相等。实现自动焊接的前提则是焊接坡口结构规则且质量较高，所以坡口机的品质是影响焊接坡口质量的重要因素。图1.1焊接后支管图1.2相贯线Fig.1.1BranchpipeafterweldingFig.1.2Intersectingline手工方法在手工划线画出相贯管件相贯线后使用火焰切割焊接坡口，其工艺流程一般为人工放样、制作样板、划出相贯线、蒙皮相贯体、手工切割、人工打磨。手工加工相贯坡口的工艺对工人的熟练程度要求很高同时也存在很多问题。第一，在手工放样到划出相贯线的过程中难免出现误差，从而导致焊接处产生缝隙，如不注意后续还可能出现管道泄漏等问题，这在高质量要求的行业中是决不允许出现的，即便在钢结构建筑中也有可能因焊缝不牢而产生事故。第二，在低质量的相贯线切割和误差较大的坡口上很难实现自动焊接，这也会导致大量工件报废，增加企业的成本。因此，手工相贯坡口加工越来越不能适应现在的生产需求。沈阳工业大学硕士学位论文
第1章绪论3卡式坡口机、内卡式坡口机和管端坡口车床三种形式。外卡式管道坡口机采用多刀切削形式，对小管径管道适应较好，如图1.4所示，图1.4由宁波百华数控机械有限公司提供。内卡式管道坡口机装夹部件由气动驱动，工作时通过坡口机的自锁内卡芯轴部件固定于管道内，工作时较为稳定[4]。管端坡口车床则多用于对厚壁管端坡口的车间内加工处理。a钢带式火焰坡口机b数控相贯线火焰切割坡口机图1.3火焰切割坡口机Fig.1.3Flamecuttinggroovemachine图1.4管端坡口机Fig.1.4Pipeendgrooveingmachine（3）爬管式管道切割坡口机，爬管式管道切割坡口机主要优势在于其便携性，如图1.5所示，图1.5由宁波百华数控机械有限公司提供，坡口机机体通过链条固定在管道上，大多由液压驱动，链轮带着机体上的切割刀或坡口刀沿链条在管端爬行一周，完成管道的切割和开坡口。它可以在管子轴向或者径向作业，加工精度高，安全防爆，特别适合在恶劣环境下工作。图1.5爬管式管道切割坡口机Fig.1.5Climbingpipepipecuttingmachine
【参考文献】：
期刊论文
[1]焊缝余高对复合型坡口X80管线钢多层多道焊接残余应力的影响[J]. 刘成,尹立孟,姚宗湘,王刚,王学军. 焊接学报. 2018(12)
[2]GMAW自动焊熔透影响因素分析及多元回归预测[J]. 马可,薛龙,黄军芬,黄继强,邹勇,姜天胜. 机械工程学报. 2018(18)
[3]大变形海底管道工程临界评估研究进展[J]. 赵晓鑫,徐连勇,荆洪阳,贾鹏宇,黄江中. 机械工程学报. 2019(02)
[4]圆柱刀五轴数控侧铣直纹面的直线插补误差分析[J]. 周雪梅,曹利新. 风机技术. 2016(04)
[5]圆锥刀侧铣非可展直纹面刀轴轨迹规划的特征线方法[J]. 阎长罡,刘宇,崔云先,邓晓云. 机械工程学报. 2015(19)
[6]激光位移传感器在自由曲面测量中的应用[J]. 李兵,孙彬,陈磊,魏翔. 光学精密工程. 2015(07)
[7]圆锥刀侧铣整体叶轮叶片曲面的刀轴轨迹规划[J]. 阎长罡,施晓春,邓晓云. 计算机集成制造系统. 2014(05)
[8]非可展直纹面侧铣刀位轨迹优化算法[J]. 蔺小军,樊宁静,郭研,崔栋鹏,王志伟,张新鸽. 机械工程学报. 2014(09)
[9]智能控制系统在大管径管接头坡口加工中的应用[J]. 吴焱明,胡鑫,王磊,董相文. 机床与液压. 2013(09)
[10]回转刀具侧铣加工扫掠包络面几何造型及其应用[J]. 朱利民,卢耀安. 机械工程学报. 2013(07)
博士论文
[1]大型龙门式双摆头五轴数控机床误差补偿关键技术研究[D]. 殷建.上海大学 2017
[2]管件带坡口相贯线数控切割建模与仿真研究[D]. 董本志.东北林业大学 2010
[3]五坐标数控加工运动几何学基础及刀位规划原理与方法的研究[D]. 宫虎.大连理工大学 2006
硕士论文
[1]非可展直纹面侧铣加工刀位轨迹优化[D]. 魏宇祥.沈阳航空航天大学 2018
[2]管体坡口切削加工原理及工艺研究[D]. 朱新华.沈阳工业大学 2017
[3]相贯线坡口切割原理及运动仿真模型研究[D]. 苗天祺.哈尔滨理工大学 2015
[4]关节式坐标测量机的运动学标定研究[D]. 陆建.昆明理工大学 2014
[5]管件相贯线坡口切割数控系统关键技术的研究[D]. 谭肖.湘潭大学 2013
[6]管道自动坡口机的研究与设计[D]. 袁胜利.合肥工业大学 2013
[7]弯管相贯线切割运动仿真及控制系统设计[D]. 汪宪之.杭州电子科技大学 2012
[8]直纹面叶片侧铣数控加工研究[D]. 蒋道顺.北京交通大学 2009
本文编号：3629239
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