CN102699548B - 复杂曲线钢结构杆件数控高效组装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全新的钢结构杆件隔板精确组装定位技术的复杂曲线杆件数控组装方法，至少包括数控机床、定位卡具、应用程序：1）根据杆件结构特点编写程序；2）将被组装件安装至机床，测量并读取机床坐标值并记录；3）在计算机中运行程序，用被组装件的图纸理论模型与测得的特征点进行比较，生成误差分析数据，确定出理论模型在机床坐标系中的位置；4）通过误差分析数据判断被组装件实际偏差是否满足图纸要求；5）通过被组装件图纸理论模型在机床坐标系中的位置，确定被组装件从图纸坐标系至机床坐标系的转换参数，生成机床代码；6）将生成的机床代码copy至数控机床，运行机床代码，进行组装件定位；7）在数控机床上利用定位卡具进行组装。

Description

复杂曲线钢结构杆件数控高效组装方法

技术领域

本发明涉及一种全新的钢结构杆件隔板精确组装定位技术的复杂曲线钢结构杆件数控高效组装方法，属于钢结构制造领域。

背景技术

现有轻轨设计中，当工程全长几km至几十km，线路随着地势的起伏蜿蜒前进，几百根轨道梁线型各异，轨道梁腹板的线轮廓度要求很高，精度高，工期紧。箱型轨道梁的隔板作为组装杆件的内胎，其组装定位精度要求很高，轨道梁线型复杂，无法设计通用的工装解决组装问题，而传统的划线、组装工艺费时费力，划线精度0.5mm，组装精度0.5mm，精度达到设计要求存在一定的难度，划线组装一个曲线轨道梁槽型需要2天时间，效率低，很难保证进度要求。

发明内容

设计目的：避免背景技术中的不足之处，设计一种全新的钢结构杆件隔板精确组装定位技术的复杂曲线钢结构杆件数控高效组装方法。

设计方案：为了实现上述设计目的。本申请利用数控机床研发一种数控组装技术，能够准确、快速的组装各种线型的箱型杆件隔板，即利用数控机床精确定位箱型杆件隔板。具体作法：利用数控机床，设计、制作带角度刻盘和定位挡块的专用卡具，其次利用程序语言，编写适用于各种线型的应用程序，使用者只需按提示输入梁段件号，梁段类型及各种曲线的长度就可运行该程序。由数控机床、定位卡具、应用程序三部分形成成套数控组装技术，达到使用简单，操作方便，组装精度满足设计要求的目的。

技术方案：一种复杂曲线杆件数控组装方法，至少包括数控机床、定位卡具、应用程序：1）根据盖板线型特点编写程序。2）将盖板安装至机床，测量盖板上特征点的机床坐标，读取机床坐标值并记录；3）在计算机中运行程序，用盖板的图纸理论模型与测得的特征点进行比较，通过程序优化，使各特征点和理论模型之间的误差最小，生成误差分析数据，同时确定出理论模型在机床坐标系中的位置；4）通过误差分析数据判断盖板实际偏差是否满足图纸要求；如果满足要求，则进行下步工作；如果不满足要求，则对盖板进行返修后，重复2～4步；5）通过盖板图纸理论模型在机床坐标系中的位置，确定盖板从图纸坐标系至机床坐标系的转换参数，进而实现隔板图纸坐标系到机床坐标系的转换，确定隔板在机床坐标系中的定位（角度、坐标），生成机床代码；6）将生成的机床代码copy至数控机床，运行机床代码，进行隔板定位；7）在数控机床上利用定位卡具进行隔板组装；A、固定于数控机床的卡具定位至对应隔板坐标点，B、根据生成的隔板角度对卡具角度进行调整，C、组装隔板，使其与卡具密切，保证隔板垂直度和角度，D、对盖板和隔板进行定位焊，E、重复A～D步骤，直至所有隔板定位点焊完成，F、完成数控定位组装。

本发明与背景技术相比，一是解决了不同曲线箱型杆件隔板组装，提高装配的适应性；二是精度达到并高于设计精度的要求，同时能检测工件上工序的制造精度并且通过程序优化将上工序误差累积减小到最低；三是很大程度上提高了工作效率，由1根/2天提高到6根/天,功效提高12倍。

附图说明

图1是定位卡具第一种实施例的结构示意图。

图2是定位卡具第二种实施例的结构示意图。

图3是定位卡尺的刻度盘示意图。

图4是应用程序的框图。

图5是测量卡具锥尖到卡具纵横向挡块的距离的示意图。

图1和2中标号：①为主尺，②为副尺，③为定位块，④为坐标取值锥，⑤为转轴。

图5中标号：①为定位块，②为坐标取值锥锥尖位置，③为卡具转轴。

具体实施方式

实施例1：参照附图1-4。一种复杂曲线杆件数控组装方法，至少包括数控机床、定位卡具、应用程序：

1.1应用程序编写：根据工件（复杂曲线钢结构杆件）结构特点编写程序，并采用计算机模拟调试。

1.2测量分析比较：

1）测量定位卡具锥尖和机床主轴的相对关系，即固定值，用于判定机床XY向的行程范围。

2）测量卡具锥尖到卡具纵横向挡块的距离（隔板围绕卡具锥尖旋转的回转半径值），即固定值 ，用于坐标转换，见附图4。

3）工件盖板的定位，随机摆放工件（复杂曲线钢结构杆件）盖板至机床，使用固定于机床主轴的卡具锥尖对点，进行测量工件盖板特征点的机床坐标，读取机床坐标值并输出。

4）在计算机上完成下述工作：

⑴   整理工件盖板特征点测量数据，形成程序可识别文件。

⑵ 根据图纸模型，整理并录入工件（复杂曲线钢结构杆件）盖板特征参数，形成程序可识别文件。

⑶ 运行应用程序。载入数据信息（包括图纸模型的盖板特征参数、盖板特征点数据、卡具锥尖到卡具纵横向挡块的距离），用盖板的图纸理论模型与测得的特征点进行比较，通过程序优化，使各特征点和理论模型之间的误差最小，生成误差分析数据，同时确定出理论模型在机床坐标系中的位置；

⑷   通过误差分析数据判断盖板实际偏差是否满足图纸要求；如果满足要求，则进行下步工作；如果不满足要求，则对盖板进行返修后，重复2～4步；

⑸   通过盖板图纸理论模型在机床坐标系中的位置，确定盖板从图纸坐标系至机床坐标系的转换参数。进而实现隔板图纸坐标系到机床坐标系的转换，确定隔板在机床坐标系中的定位（角度、坐标），生成机床代码；

⑹将生成的机床代码copy至数控机床。

1.3数控定位组装：

1）运行机床代码，将固定于数控机床的卡具行走至对应隔板坐标点，

2）根据生成的隔板角度进行卡具的角度调整，

3）组装隔板，使其与卡具纵横向挡块密切，以保证隔板垂直度和角度，

4）对工件的盖板和隔板进行定位焊，

5）重复1～4步骤，直至所有隔板定位点焊完成，

6）实现数控定位组装。

所述应用程序是指：录入盖板的参数信息；进行参数处理；盖板模型判定；根据盖板与隔板的图纸模型几何关系，写出隔板坐标、角度计算式；载入盖板测量信息；进行盖板模型优化；实现盖板坐标转换；计算特征点误差数据，对输出误差分析数据结果进行判定；通过盖板图纸理论模型的机床坐标系，确定盖板从图纸坐标系至机床坐标系的转换参数，进而实现隔板图纸坐标系到机床坐标系的转换，确定隔板在机床坐标系中的定位（角度、坐标），生成机床代码。

所述录入参数信息是指根据盖板的图纸模型，录入参数信息，即包括盖板的件号、类型、直曲线长度、半径、被组装件（复杂曲线钢结构杆件）与组装件之间的关系。

所述录入参数处理包括焊接收缩量、二次配切量等，主要对直曲线长度进行处理；所述模型判定是指：判断盖板的实际几何形状、尺寸是否与图纸理论模型一致。

根据被组装件（复杂曲线钢结构杆件）与组装件的图纸模型几何关系，写出图纸坐标系下组装件（复杂曲线钢结构杆件）定位点的坐标计算式；载入盖板测量信息，所述盖板测量信息是指特征点坐标值、模型方向。

所述盖板模型优化是指用盖板的图纸理论模型与测得的特征点进行比较，使各特征点和理论模型之间的误差最小。步骤一：通过测量的盖板特征点数据，将机床坐标原点转换至图纸坐标原点，并将机床坐标的Y方向旋转至与图纸坐标的Y方向一致；引入参数：X方向平移参数a，Y方向平移参数b，角度旋转参数c。步骤二：是指利用最小二乘法对机床坐标系与图纸坐标系进行精确转换。在第一次转换的基础上，将机床坐标系的原点沿图纸坐标系的Y轴方向进行平移（设定步长）和旋转，求得盖板特征点到其图纸模型中心线的距离平方和；利用数学应用软件的求最小值函数得出对应参数：Y向平移参数m1，绕原点的旋转角度m2。

所述特征点误差是指盖板特征点到其图纸理论轮廓线的距离误差；

所述隔板图纸坐标系到机床坐标系的转换，确定了隔板的机床角度、坐标是指利用盖板图纸坐标系到机床坐标系的转换参数a，b，c，m1，m2，实现隔板图纸坐标系到机床坐标系的转换，进而确定了隔板的机床角度、坐标。

所述输出误差分析结果，限定误差范围作为判定条件，判断盖板特征点误差是否满足要求。

所述定位卡具至少包括主尺、副尺、坐标取值锥、定位挡块及挡板，主尺、副尺套在坐标取值锥杆上，定位块固定在挡板上。具有测点、定位及角度测量功能。

机床改造内容：机床改造的目的：满足定位卡具的安装需求，满足定位焊的需求。

1、定位卡具的安装。根据卡具的使用特点，其与机床主轴定位牢靠，且与机床做绝缘连接。操作方法：在机床主轴上安装临时连接件，临时连接件采用绝缘的环氧树脂与机床主轴进行胶粘连接，定位卡具与临时连接件连接。

2、绝缘改造。机床的操作平台与机床本身改造为分体式，无任何连接，并在操作平台上增设多个地线，满足定位焊要求。

3、加大机床主轴的Y向行程。调整机床主轴的定位挡块，使得主轴的Y向行程范围更大，利于施工操作。

需要理解到的是：上述实施例虽然对本发明的设计思路作了比较详细的文字描述，但是这些文字描述，只是对本发明设计思路的简单文字描述，而不是对本发明设计思路的限制，任何不超出本发明设计思路的增加、修改或组合，均落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种复杂曲线钢结构杆件数控高效组装方法，其特征是：至少包括数控机床、定位卡具、应用程序：

1）根据复杂曲线钢结构杆件结构的曲线特征点编写程序；所编定程序是通过测量被组装复杂曲线钢结构杆件的曲线特征点所得数据，优化后求得被组装复杂曲线钢结构杆件图纸坐标系至机床坐标系之间的转换参数，实现组装件图纸坐标系和机床坐标系的转换，确定组装件机床坐标系的定位，并生成机床代码；

2）将被组装复杂曲线钢结构杆件安装至机床，测量被组装复杂曲线钢结构杆件特征点的机床坐标，读取机床坐标值并记录；

3）在计算机中运行程序，用被组装复杂曲线钢结构杆件的图纸理论模型与测得的特征点进行比较，通过程序优化，使各特征点和理论模型之间的误差最小，生成误差分析数据，同时确定出理论模型在机床坐标系中的位置；

4）通过误差分析数据判断被组装复杂曲线钢结构杆件实际偏差是否满足图纸要求；如果满足要求，则进行下步工作；如果不满足要求，则对被组装件进行返修后，重复2～4步；

5）通过被组装复杂曲线钢结构杆件图纸理论模型在机床坐标系中的位置，确定被组装复杂曲线钢结构杆件从图纸坐标系至机床坐标系的转换参数，进而实现组装件图纸坐标系到机床坐标系的转换，确定组装件在机床坐标系中的定位角度、坐标，生成机床代码；

    6）将生成的机床代码copy至数控机床，运行机床代码，进行组装件定位；

    7）在数控机床上利用定位卡具进行组装件组装。

2.根据权利要求1所述的复杂曲线钢结构杆件数控高效组装方法，其特征是：所述应用程序是指：录入被组装复杂曲线钢结构杆件参数信息；进行参数处理；被组装复杂曲线钢结构杆件模型判定；根据被组装复杂曲线钢结构杆件与组装件的图纸模型几何关系，写出组装件坐标、角度计算式；载入被组装复杂曲线钢结构杆件测量信息；进行被组装复杂曲线钢结构杆件模型优化；实现被组装复杂曲线钢结构杆件坐标转换；计算特征点误差数据，对输出误差分析数据结果进行判定；通过被组装复杂曲线钢结构杆件图纸理论模型的机床坐标系，确定被组装复杂曲线钢结构杆件从图纸坐标系至机床坐标系的转换参数，进而实现组装件图纸坐标系到机床坐标系的转换，确定组装件在机床坐标系中的定位角度、坐标，生成机床代码。

3.根据权利要求2所述的复杂曲线钢结构杆件数控高效组装方法，其特征是：所述录入参数信息是指根据被组装复杂曲线钢结构杆件的图纸模型，录入参数信息，即包括被组装复杂曲线钢结构杆件的件号、类型、直曲线长度、半径、被组装复杂曲线钢结构杆件与组装件之间的关系。

4.根据权利要求2所述的复杂曲线钢结构杆件数控高效组装方法，其特征是：所述参数处理包括焊接收缩量、二次配切量，对直曲线长度进行处理；所述模型判定是指：判断被组装复杂曲线钢结构杆件的实际几何形状、尺寸是否与图纸理论模型一致。

5.根据权利要求2所述的复杂曲线钢结构杆件数控高效组装方法，其特征是：根据被组装复杂曲线钢结构杆件与组装件的图纸模型几何关系，写出图纸坐标系下组装件定位点的坐标计算式；载入被组装件测量信息，所述被组装件测量信息是指特征点坐标值、模型方向。

6.根据权利要求2所述的复杂曲线钢结构杆件数控高效组装方法，其特征是：所述被组装件模型优化是指用被组装复杂曲线钢结构杆件的图纸理论模型与测得的特征点进行比较，使各特征点和理论模型之间的误差最小；

步骤一：通过测量的被组装复杂曲线钢结构杆件特征点数据，将机床坐标原点转换至图纸坐标原点，并将机床坐标的Y方向旋转至与图纸坐标的Y方向一致；引入参数：X方向平移参数a，Y方向平移参数b，角度旋转参数c；

步骤二：是指利用最小二乘法对机床坐标系与图纸坐标系进行精确转换，在第一次转换的基础上，将机床坐标系的原点沿图纸坐标系的Y轴方向进行平移和旋转，求得被组装复杂曲线钢结构杆件特征点到其图纸模型中心线的距离平方和；利用数学应用软件的求最小值函数得出对应参数：Y向平移参数m1，绕原点的旋转角度m2。

7.根据权利要求6所述的复杂曲线钢结构杆件数控高效组装方法，其特征是：所述特征点误差是指被组装复杂曲线钢结构杆件特征点到其图纸理论轮廓线的距离误差；所述组装件图纸坐标系到机床坐标系的转换，确定了组装件的机床角度、坐标是指利用被组装复杂曲线钢结构杆件转换参数a，b，c，m1，m2实现组装件图纸坐标系到机床坐标系的转换，进而确定了组装件的机床角度、坐标。

8.根据权利要求2所述的复杂曲线钢结构杆件数控高效组装方法，其特征是：所述对输出误差分析数据结果进行判定是指，限定误差范围作为判定条件，判断被组装复杂曲线钢结构杆件特征点误差是否满足要求。

9.根据权利要求1所述的复杂曲线钢结构杆件数控高效组装方法，其特征是：所述定位卡具至少包括角度尺、坐标取值锥、定位挡块及挡板，定位块固定挡板上。