CN100493796C - 厚壁筒体上数控火焰切割非直角相交大接管孔的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种厚壁筒体上数控火焰切割非直角相交大接管孔的方法，其特征在于，采用氧-乙炔气体切割与数控镗铣床走轨迹相结合的工艺方法，利用割炬和辅助工装，达到开孔目的，其方法为：通过数控镗铣床的编程按照产品的开孔尺寸要求，建立数学模型，寻找出所开孔在筒体表面的三维轨迹，编制机床能识别的数控程序，可在筒体表面预先划线，以验证程序的正确性；在废料上试切割，试出气割刀的割缝宽带和深度，考虑半径补偿和切割速度，修改切割程序的输入参数，进行正式气割加工。本发明的优点是能加工不规则的空间轨迹，一次气割成型，避免了多次小块切割可能造成的不确定的热变形，节省了大量的人力资源，极大地提高了工作效率。

Description

厚壁筒体上数控火焰切割非直角相交大接管孔的方法

技术领域

本发明涉及一种厚壁筒体上数控火焰切割非直角相交大接管孔的方法，可用于气化炉中的焊接，属于焊接技术领域。

背景技术

一般的筒体开孔，可以采用钻、镗、拉制等机加工或者气割方法，目前已有的开孔机仅可以在中、小筒体上加工垂直筒体轴线的孔，而一般的机加工又很难在大型筒体上加工不规则的空间轨迹，对于大块不规则开孔的切割，则常用多次小块切割加打磨的办法，人工分块切割不仅精度难以保证，而且需耗费大量的人力、物力。

发明内容

本发明的目的是提供一种能在不规则的空间轨迹的厚壁筒体上数控火焰切割非直角相交大接管孔的方法。

为实现以上目的，本发明的技术方案是提供一种厚壁筒体上数控火焰切割非直角相交大接管孔的方法，其特征在于，采用氧-乙炔气体切割与数控镗铣床走轨迹相结合的工艺方法，利用割炬和辅助工装，达到开孔目的，其方法为：

首先通过数控镗铣床的编程按照产品的开孔尺寸要求，建立数学模型，寻找出所开孔在筒体表面的三维轨迹，编制机床能识别的数控程序；

其次将需开孔的筒体水平放置在镗铣床工作台上并固定，使筒体轴线与台面平行，预先在筒体外表面通过放样划出轨迹线，另外，按照气割件的厚度，确定气源的压力，利用汇流排分别将十几瓶乙炔和几十瓶氧气串联起来使用，以保证在切割过程中气体供应充足，一次性完成切割；

再者将延长工装通过螺栓和卡盘固定于数控镗铣床的方滑枕端面，将割炬通过十字管夹固定在延长工装上，根据要加工的不规则的空间轨迹，使割炬轴线与水平线成小于90°的角度，并用角度测量仪测量调校，输入程序到镗铣床，试走轨迹，观察是否与放样线吻合，以验证程序的正确性，考虑半径补偿，修改切割程序的输入参数；

然后，在废料上机加工气割预开孔，通过在废料上试切割和对割缝的测量，验证角度的准确性以及得到切割宽度的数值，并且根据割穿一定厚度筒体材料所需的时间来确定大致的切割速度；

再者，启动数控镗铣床，应用数控镗铣床的自动走刀，气割除去需开孔部位的筒体材料，氧气消耗量为50～70m³/h，乙炔消耗量为5.0～6.0m³/h，控制进刀速度在50～120mm/min之间，气割时间为1—2个小时；

最后，使用砂轮打磨气割后的开孔内外壁至满足要求即可。

所述的割炬由割嘴、外壳、输气管、调解螺母和螺母组成，可拆卸和更换的割嘴，通过螺栓与外壳的一端连接，外壳的另一端与三根输气管连接，分别输入切割氧，预热氧和乙炔气体。每根输气管上的调解螺母可以调节输入气体的流量。

所述的延长工装由装夹盘、托架、支撑杆、拉杆、延长杆组成，拉杆、可伸缩的延长杆均由螺栓连接，成阶梯管状的结构，支撑杆通过拉杆与拉杆连接，拉杆与延长杆连接。

本发明采用氧-乙炔气体切割与数控镗铣床走行轨迹相结合的工艺方法，整个操作过程都是数控机械控制，避免了手工操作失误的可能，通过编制数控程序，利用气割工装，借助数控镗铣床的精确定位，通过数控机械走行完成复杂曲面的气割，一次气割成型。

本发明的优点是：

1.采用镗铣床自动走刀，保证了空间轨迹的高精度，避免了人工操作过程中失误的可能性和空间作业的危险性，同时具有可重复性；

2.采用自制割炬，切割气体充足供应，一次气割成型，避免了多次小块切割可能造成的不确定的热变形，节省了大量的人力资源，极大地提高了工作效率；

3.氧-乙炔气体切割与数控镗铣床走轨迹相结合的工艺方法和工装的使用，解决了大型厚壁筒体斜开孔的难题。

附图说明

图1为气割程序流程图；

图2为割炬结构示意图；

图3为延长工装结构示意图；

图4为延长工装结侧视图；

图5为本发明和工装在实用时的位置示意图；

图6为三维数学模型示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例

筒体开孔的形状为马鞍形，而且与接管相接角度为45°。

如图1所示，为气割程序流程图，通过捷克SKOD公司的W250型数控镗铣床5的编程按照产品的开孔尺寸要求，输入筒体直径，如图6所示，建立三维数学模型为：

$\left\{\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right\}=\left|\begin{array}{ccc}{\sin \mathrm{\θ}}_1& 0& \cos {\mathrm{\θ}}_1\\ 0& 1& 0\\ \cos {\mathrm{\θ}}_1& 0& -{\sin \mathrm{\θ}}_1\end{array}\right|\left\{\begin{array}{c}x\′\\ y\′\\ z\′\end{array}\right\}$

有：X²+Y²＝R²  (2-1)

                                               (2-2)

θ₁为接管的轴线夹角，e_z为接管轴线与Z轴交点坐标到坐标原点的距离。

和是对应于交贯线上各点分别在XOY平面坐标系和X’OY’平面坐标系的角度在支管坐标中交贯线可以描述为：

在O-XYZ坐标中交贯线可以描述为

可推得

                                     (2-5)

由式(2-4)、(2-5)可设X＝f1(a)，Y＝f2(a)，Z＝f3(a)，a为角度自变量且0.00≤a≤360.00，步进为0.01，寻找出所开孔在筒体表面的三维轨迹，编制机床能识别的数控程序；

如图2所示，为割炬结构示意图，所述的割炬2由割嘴8、外壳9、输气管10、调解螺母11和螺母12组成，可拆卸和更换的割嘴8，通过螺栓与外壳9的一端连接，外壳9的另一端与输气管10连接，输气管10、调解螺母11和螺母12与氧气瓶的输气管连接。调解螺母11的作用是调节输入气体的流量，用来气割最大厚度达420mm，最小处约290mm的铬钼钢材料的筒体，筒体表面开孔最大直径近3.5m。

割炬2为等压式，如果发生回火则一般回火到割嘴就结束，安全性较高。另一个特点是预热氧与切割氧在输入割炬2时就开始分开，从而在开关或调节切割氧调节阀时，预热火焰不会发生突然变化，影响切割质量。

如图3、4所示，为延长工装结构示意图，所述的延长工装4由装夹盘13、托架14、支撑杆15、第一拉杆16、第二拉17、第一延长杆18、第二延长杆19和第三延长杆20组成，第一拉杆16、第二拉17、可伸缩的第一延长杆18、第二延长杆19和第三延长杆20均由螺栓连接，可伸缩的第一延长杆18、第二延长杆19和第三延长杆20成阶梯管状的结构，支撑杆15通过第一拉杆16与第二拉杆17连接，第二拉杆17与第二延长杆19连接，支撑杆15、第一拉杆16、第二拉17主要起支撑和加强刚度的作用。

如图5所示，为本发明和工装在实用时的位置示意图，厚壁筒体上数控火焰切割非直角相交大接管孔的方法，其特征在于，采用氧-乙炔气体切割与数控镗铣床走轨迹相结合的工艺方法，利用割炬和辅助工装，达到开孔目的，其方法为：

首先，将需开孔的筒体1水平放置在镗铣床5工作台上并固定，使筒体1轴线与台面平行，为确保轨迹准确，预先在筒体1外表面通过放样划出轨迹线。

另外，按照气割件的厚度，确定气源的压力，利用汇流排分别将十几瓶乙炔和几十瓶氧气串联起来使用，以保证气体的充足供应，使气割可以一次性完成；

其次，为了在保证延长工装4的延长杆刚度的同时与装夹割炬2的十字管夹的尺寸相配合，第一延长杆18、第二延长杆19和第三延长杆20之间采用阶梯管状结构，通过螺栓连接，并且延长长度可调，延长工装4的装夹盘13与镗铣床5的方滑枕端面通过螺栓和卡盘6相连，割炬2通过十字管夹装夹在延长工装4的可伸缩的延长杆20上，

输气管线放置于托架14的凹面里，并使割炬2轴线与水平线成45度角，并用角度测量仪测量调校，输入程序到镗铣床5，试走轨迹，观察是否与放样线吻合，以验证程序的正确性，考虑半径补偿，修改切割程序的输入参数；

由于筒体直径近3.5m加之设置隔热保护装置的需要，镗铣床5主轴最大伸长后与筒体1轴线仍有1m的距离，故采用延长工装与镗铣床5的主轴固结后，装夹割炬2，并引导和约束输气管线以免在运动时引起割炬2的角度位置变化。

然后，在废料上机加工气割预开孔，通过在废料上试切割和对割缝的测量，验证45度的准确性以及得到切割宽度的数值；

然后，应用数控镗铣床的自动走刀，进行待去除部分7的气割，在气割过程中，根据筒体实际气割处的厚度，和对气割火焰的形状、发散程度和颜色的观察，控制进刀速度在50～120mm/min之间，不因过快而出现未割穿的现象，也不因过慢而割到产品的本体上，氧气消耗量为50～70m³/h，乙炔消耗量为5.0～6.0m³/h，实际气割时间不到2个小时。

最后，使用砂轮打磨气割后的开孔内外壁至满足要求即可。

Claims (4)

1.一种厚壁筒体上数控火焰切割非直角相交大接管孔的方法，其特征在于，采用氧-乙炔气体切割与数控镗铣床走轨迹相结合的工艺方法，利用割炬和辅助工装，达到开孔目的，其方法为：

首先通过数控镗铣床(5)的编程按照产品的开孔尺寸要求，建立数学模型，寻找出所开孔在筒体(1)表面的三维轨迹，编制机床能识别的数控程序；

其次将需开孔的筒体(1)水平放置在镗铣床(5)工作台上并固定，使筒体(1)轴线与台面平行，预先在筒体(1)外表面通过放样划出轨迹线，按照气割件的厚度，确定气源的压力为切割氧1.3～1.5Mpa，乙炔0.13～0.15Mpa，预热氧0.6～0.8Mpa，利用汇流排分别将十几瓶乙炔和几十瓶氧气串联起来使用；

再者将延长工装(4)通过螺栓和卡盘(6)固定于数控镗铣床(5)的方滑枕端面，将割炬(2)通过十字管夹(3)固定在延长工装(4)上，根据要加工的不规则的空间轨迹，使割炬(2)轴线与水平线成小于90°的角度，并用角度测量仪测量调校，输入程序到镗铣床(5)，试走轨迹，观察是否与放样线吻合，以验证程序的正确性，并考虑半径补偿，修改切割程序的输入参数；

然后，在废料上机加工气割预开孔，通过在废料上试切割和对割缝的测量，验证角度的准确性以及得到切割宽度的数值；

再者，启动数控镗铣床(5)，应用数控镗铣床的自动走刀，进行待去除部分(7)的气割，氧气消耗量为50～70m³/h，乙炔消耗量为5.0～6.0m³/h，控制进刀速度在50～120mm/min之间，实际气割时间为1—2个小时；

最后，使用砂轮打磨气割后的开孔内外壁至满足要求。

2.根据权利要求1所述厚壁筒体上数控火焰切割非直角相交大接管孔的方法，其特征在于，所述的割炬(2)由割嘴(8)、外壳(9)、输气管(10)、调解螺母(11)和螺母(12)组成，可拆卸和更换的割嘴(8)，通过螺栓与外壳(9)的一端连接，外壳(9)的另一端与输气管(10)连接，输气管(10)通过螺栓连接与氧气瓶的输气管连接。

3.根据权利要求1所述厚壁筒体上数控火焰切割非直角相交大接管孔的方法，其特征在于，所述的延长工装(4)由装夹盘(13)、托架(14)、支撑杆(15)、第一拉杆(16)、第二拉杆(17)、第一延长杆(18)、第二延长杆(19)和第三延长杆(20)组成，第一拉杆(16)、第二拉杆(17)、可伸缩的第一延长杆(18)、第二延长杆(19)和第三延长杆(20)均由螺栓连接，第一延长杆(18)、第二延长杆(19)和第三延长杆(20)成阶梯管状的结构，支撑杆(15)通过第一拉杆(16)和第二拉杆(17)连接，第二拉杆(17)与第二延长杆(19)连接。

4.根据权利要求1所述厚壁筒体上数控火焰切割非直角相交大接管孔的方法，其特征在于，所述数控镗铣床(5)为捷克SKOD公司的W250型数控镗铣床。

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