CN111400860B

CN111400860B - 一种管路走向可加工性检查方法

Info

Publication number: CN111400860B
Application number: CN201911337434.XA
Authority: CN
Inventors: 高海涛; 沈华; 马建强; 马向宇; 刘章光; 刘峥; 王斌
Original assignee: Beijing Xinghang Electromechanical Equipment Co Ltd
Current assignee: Beijing Xinghang Electromechanical Equipment Co Ltd
Priority date: 2019-12-23
Filing date: 2019-12-23
Publication date: 2023-07-28
Anticipated expiration: 2039-12-23
Also published as: CN111400860A

Abstract

本发明提出一种管路走向可加工性检查方法，包括测量管路设计模型的关键尺寸；根据关键尺寸计算管路坐标及轴线方程；分析管路各部位与加工设备旋转轴的距离，对比加工设备尺寸，判断可能产生干涉的位置。本发明的检查方法可取代管路成形过程的运动仿真过程。通过计算，初步判断设备、工装和管路的干涉情况，能够降低管路成形可行性审查的工作量，减少主观判断的不准确性和模糊性，可提供强力的支撑数据以提高说服力，提供高速准确的管路不可加工性的甄别方法，进而大大提前导管优化走向的启动时机，有助于保障科研生产进度，并降低生产成本。

Description

一种管路走向可加工性检查方法

技术领域

本发明属于管路走向设计及管路数控弯曲成形技术领域，具体涉及一种管路走向可加工性检查方法。

背景技术

目前管路弯曲加工领域，对零件进行工艺性审查是比较常用的流程，主要由工艺技术人员对设计的数学或几何模型进行分析，初步实现成形过程中的可行性，研究需要进行走向的优化管路，并最终获得合理的管路加工工艺性。

对于该类管路工艺的工艺性审查，通常包括：弯曲半径、弯曲间直线段、管路成形过程干涉检查，干涉检查即检查管路在弯曲转动过程中管路与设备模具不发生碰撞。目前，根据成形经验可以直接快速地分析每个弯曲处的半径是否可行并已有通用工装，确定弯曲直线段能否满足成形要求。干涉检查多是采取开展管路成形过程的运动仿真，检查设备、工装和管路的干涉情况。但审查的工作量很大、主观判断情况较多，没有数据结论也缺乏说服力，严重影响管路不可行对象的甄别，进而影响更改走向的启动时机，会极大地影响科研生产进度，并增加生产成本。

由此，如何研发一种快速、数据化、客观的管路走向可加工性检查方法是十分必要的。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提出一种管路走向可加工性检查方法，以解决如何快速、准确、客观地判断管路走向是否满足加工要求的技术问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提出一种管路走向可加工性检查方法，该管路包括多条直线段以及多个位于直线段之间的圆弧段；其中，检查方法包括以下步骤：

S1、测量管路设计模型的关键尺寸；

S2、根据关键尺寸计算管路坐标及轴线方程；

S3、分析管路各部位与加工设备旋转轴的距离，对比加工设备尺寸，判断可能产生干涉的位置。

进一步地，步骤S1包括，测量管路的起点、终点，以及圆弧段弯曲处两侧直线段管路轴线延长后的交点数据。

进一步地，步骤S2包括，依次计算两直线段的夹角、弯曲轴线的圆心位置以及弯曲轴线的旋转轴方向，得到直线段程、圆弧段方程和轴线方程。

进一步地，步骤S3包括，根据直线段方程、圆弧段方程和轴线方程，采用公式法，分析各点到转轴直线的距离的极值，计算出直线段、圆弧段到轴线的最小距离，对比加工设备尺寸，判断是否产生干涉。

(三)有益效果

附图说明

图1为本发明实施例的管路走向可加工性检查方法流程示意图；

图2为本发明实施例管路弯曲前几何结构示意图；

图3为本发明实施例管路弯曲后几何结构示意图；

图4为本发明实施例管路走向可加工性检查干涉情况示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本实施例提出一种管路走向可加工性检查方法，如图1所示，该管路走向可加工性检查方法主要包括以下步骤：

S1、测量管路设计模型的关键尺寸；

S2、根据关键尺寸计算管路坐标及轴线方程；

S3、分析管路各部位与加工设备旋转轴的距离，对比设备尺寸，判断可能产生干涉的位置；

S4、管路的几何装配，分析可能干涉位置的情况。

实施弯曲前，管路相对弯曲设备和工装的位置，如图2所示。其中，1为弯曲前管路，2为夹头，3为弯曲轮，4为弯曲直角坐标系，4-1为原始模型工作直角坐标系，5为安装座，6为电机壳。

实施弯曲后，管路相对弯曲设备和工装的位置，如图3所示。其中，1-1为弯曲后管路，2为夹头，3为弯曲轮，4为弯曲直角坐标系，5为安装座(本实施例中半径为144mm)，6为电机壳(本实施例中半径为244mm)。

该管路走向可加工性检查方法具体包括以下步骤：

S1、测量管路设计模型的关键尺寸

经测量可分析管路轴线的数模数据，如表1所示。其中，数据为原始模型工作直角坐标系XYZ的管路轴线数据，点1为起点，点4为终点，点2和点3分别为两个弯曲处两轴线延长后的交点。

表1管路轴线的数模数据

管外径30mm	X	Y	Z	R
					点1	0	0	0	-
点2	350	350	0	44
					点3	350	350	350	44
点4	700	70	350	-

S2、根据关键尺寸理论计算管路坐标及轴线方程；

S2-1、根据以下公式，计算两直线段的夹角α：

α＝arccos{(L1L2+M1M2+N1N2)/sqrt[(L1^2+M1^2+N1^2)*(L2^2+M2^2N2^2)]}每条直线段AB的单位向量＝AB/|AB|，进行单位化，如表2所示。

表2轴线的计算数据

S2-2、为了计算圆心位置，需要先计算角平分线的方向，向量表示的求解方法，如以下公式：

{Lf_n,Mf_n,Nf_n}＝{l_n+1,m_n+1,n_n+1}-{l_n,m_n,n_n}

S2-3、计算弯曲轴线的圆心，即4坐标弯曲直角坐标系的原点，其坐标求解方法，如以下公式：

X0_n＝X_n+Lf_n/((Mf_n^2+Nf_n^2+Lf_n^2)^0.5)*R_n/COS(0.5*α)，

Y0_n＝Y_n+Mf_n/((Mf_n^2+Nf_n^2+Lf_n^2)^0.5)*R_n/COS(0.5*α)，

Z0_n＝Z_n+Nf_n/((Mf_n^2+Nf_n^2+Lf_n^2)^0.5)*R_n/COS(0.5*α)，

S2-4、计算弯曲轴线的旋转轴方向，即4坐标弯曲直角坐标系的在z轴方向，其向量表示的求解方法，如以下公式：

{Ls,Ms,Ns}＝{l,m,n}×{Lf,Mf,Nf}

计算得到的角平分线、及弯曲轴线的圆心、以及旋转轴结果，如表3所示。

表3角平分线及弯曲轴线的圆心、旋转轴计算结果

弯曲第一个弯时，从弯管机结构看，显然不需要进行计算，因此从第二个弯加工过程中开展第一直线段和圆弧的计算。

直线段方程：X＝Y，Z＝0，取值范围X∈[0,X_终n]

改写为参数方程：

X_z＝X_n-1+L_n*t

Y_z＝Y_n-1+M_n*t

Z_z＝Z_n-1+N_n*t t∈[0,(X_终n-X_n-1)/L_n]

圆弧段方程：(X-X0_n)^2+(Y-Y0_n)^2+(Z-Z0_n)^2＝R×R

改写为参数方程：

X_c＝X0_n+R*Vx

Y_c＝Y0_n+R*Vy

Z_c＝Z0_n+R*Vz

令θ∈[0,π-α]，得到公式

轴线方程：(X-X0_n+1)/Ls_n+1＝(Y-Y0_n+1)/Ms_n+1＝(Z-Z0_n+1)/Ns_n+1

改写为参数方程：

X＝X0_n+1+Ls_n+1*t

Y＝Y0_n+1+Ms_n+1*t

Z＝Z0_n+1+Ns_n+1*t t∈R(实数域)

S3、分析各部位与旋转轴的距离，对比设备尺寸，判断可能产生干涉的位置

采用上述结果，分析点到转轴直线的距离的极值，用公式法可求出直线段到轴线最小距离D_z、圆弧段到轴线的最小距离D_y。

经过计算，第一个直线段到弯曲轴线的距离为350mm，大于电机壳半径与管路半径的和259mm(244mm+15mm)；圆弧段位于安装座5的外延面上，距离旋转轴的最小距离为162mm，大于安装座半径与管路半径的和159mm(144mm+15mm)，计算结果显示不会产生干涉。

S4、管路的几何装配，分析可能干涉位置的情况。

如图4所示，本发明提供的管路走向可加工性检查方法，调整管路尺寸产生干涉的情况，及干涉位置示意图。1-2为调整尺寸管路，2为夹头，3为弯曲轮，4为弯曲直角坐标系，5为安装座，6为电机壳，7为干涉碰撞位置。

经调整管路长度，提取管路轴线的数模数据如表4。其中数据为原始模型工作直角坐标系的管路轴线数据，点1为起点，点4为终点，点2和点3分别为两个弯曲处两轴线延长后的交点。

表1管路轴线的数模数据

管外径30mm	X	Y	Z	R
					点1	0	0	0	-
点2	350	350	0	44
					点3	350	350	250	44
点4	700	70	250	-

经过计算，第一个直线段到弯曲轴线的距离为250mm，小于电机壳半径与管路半径的和259mm(244mm+15mm)。计算结果显示会产生干涉，进行模型装配或仿真后确认干涉部位，可以提请设计进行尺寸的优化。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种管路走向可加工性检查方法，其特征在于，所述管路包括多条直线段以及多个位于直线段之间的圆弧段；其中，所述检查方法包括以下步骤：

S1、测量管路设计模型的关键尺寸；包括，测量管路的起点、终点，以及圆弧段弯曲处两侧直线段管路轴线延长后的交点数据；

S2、根据关键尺寸计算管路坐标及轴线方程；具体包括：

S2-1、根据以下公式，计算两直线段的夹角α：

α＝arccos{(L_nL_n+1+M_nM_n+1+N_nN_n+1)/sqrt[(L_n^2+M_n^2+N_n^2)*(L_n+1^2+M_n+1^2+N_n+1^2)]}

其中，AB为管路的起点、圆弧段弯曲处两侧直线段管路轴线延长后的交点、终点中相邻两点连接线段，角标n代表线段序号，{Ln，Mn，Nn}为直线段AB的向量；

S2-2、计算角平分线的方向，向量表示的求解方法，如以下公式：

{Lf_n,Mf_n,Nf_n}＝{l_n+1,m_n+1,n_n+1}-{l_n,m_n,n_n}

其中，{l_n，m_n，n_n}为每条直线段AB的单位向量，取值为AB/|AB|，{Lf_n,Mf_n,Nf_n}为角平分线的方向向量；

S2-3、计算弯曲轴线的圆心，其坐标求解方法，如以下公式：

X0_n＝X_n+Lf_n/((Mf_n^2+Nf_n^2+Lf_n^2)^0.5)*R_n/COS(0.5*α)，

Y0_n＝Y_n+Mf_n/((Mf_n^2+Nf_n^2+Lf_n^2)^0.5)*R_n/COS(0.5*α)，

Z0_n＝Z_n+Nf_n/((Mf_n^2+Nf_n^2+Lf_n^2)^0.5)*R_n/COS(0.5*α)，

其中，{X0_n，Y0_n，Z0_n}为弯曲轴线的圆心坐标，Rn为第n条线段终点X处弯曲半径；

S2-4、计算弯曲轴线的旋转轴方向，其向量表示的求解方法，如以下公式：

{Ls,Ms,Ns}＝{l,m,n}×{Lf,Mf,Nf}

其中，{Ls，Ms，Ns}为弯曲轴线的旋转轴向量，{l,m,n}为任一条线段的向量{l_n+1,m_n+1,n_n+1}或{l_n,m_n,n_n}；

直线段方程：

X_z＝X_n-1+L_n*t

Y_z＝Y_n-1+M_n*t

Z_z＝Z_n-1+N_n*tt∈[0,(X_终n-X_n-1)/L_n]

其中，{X_z，Y_z，Z_z}为直线段上点坐标，X_终n为第n线段终点X坐标，X_n-1为第n线段起点X坐标，t为自变量；

圆弧段方程：

X_c＝X0_n+R*Vx

Y_c＝Y0_n+R*Vy

Z_c＝Z0_n+R*Vz

令θ∈[0,π-α]，得到公式

其中，{X_z，Y_z，Z_z}为圆弧段上点坐标，θ为该点极坐标；

轴线方程：

X＝X0_n+1+Ls_n+1*t

Y＝Y0_n+1+Ms_n+1*t

Z＝Z0_n+1+Ns_n+1*tt∈R(实数域)

其中，{X，Y，Z}为轴线上点坐标；

S3、分析管路各部位与加工设备旋转轴的距离，对比加工设备尺寸，判断可能产生干涉的位置：

计算直线段到轴线最小距离D_z、圆弧段到轴线的最小距离D_y，如以下公式：

2.如权利要求1所述的检查方法，其特征在于，所述步骤S3包括，根据直线段方程、圆弧段方程和轴线方程，采用公式法，分析各点到转轴直线的距离的极值，计算出直线段、圆弧段到轴线的最小距离，对比加工设备尺寸，判断是否产生干涉。