EA028268B1 - Способ обработки трубных изделий под сварку на станках с числовым программным управлением - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для механической обработки торцевых кромок трубных изделий: тройников, отводов, катушек, переходов и т.д. Способ включает контроль и измерение размеров трубной заготовки сканированием лазерным триангуляционным датчиком (1) с последующим выполнением проходов резца (3) для обработки заготовки с использованием управляющей программы. Сканирование производят по наружному или внутреннему диаметру заготовки трубного изделия (2) в плоскости торца (6), после механической обработки в соответствии с заданной длиной L детали трубопровода. По результатам измерений осуществляют построение сглаженной траектории (З) движения инструмента-резца (3). Обработку ведут проходами резца (3) в два этапа. На первом этапе на максимальных режимах резания производят черновую обработку торца (6) и предварительной фаски кромки торца заготовки без копирования реального контура трубного изделия, затем на втором этапе осуществляют чистовую обработку кромки с использованием построенной сглаженной траектории (З).

Description

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для механической обработки торцевых кромок под сварку трубных изделий, в том числе тройников, отводов, катушек, переходов на станках с ЧПУ.

Известен ряд способов обработки трубных изделий под сварку на станках ЧПУ с использованием моделирования профиля трубы для обеспечения точности обработки поверхности среза [1, 2]. Так в заявке [1] раскрыт способ контактной сварки труб с моделированием наружного профиля трубы при одновременной двусторонней обработке с автоматическим торможением устройств. В патенте [2] предложен способ адаптивной обработки изделий на станках ЧПУ. Способ включает установку заготовки на станке, измерение геометрических параметров, предназначенных к обработке, и базовых поверхностей заготовки, по результатам которых изменяют параметры технологического процесса и производят обработку инструментами с помощью управляющей программы. Измерения геометрических размеров осуществляют с использованием средств станка в виде измерительного датчика после установки заготовки и, при необходимости, между переходами обработки в непрерывном автоматическом режиме в соответствии с перемещениями щупа измерительного датчика. Для обеспечения распознавания или выделения конструкторско-измерительных элементов 3Э-модели заготовки производят программное базирование, вычисляют оптимальное положение 3Э-модели относительно измеренных поверхностей, задают программу изменений параметров технологического процесса по оптимальному положению 3Э-модели согласно функциям, заложенным в упомянутую управляющую программу. Контрольные измерения обрабатываемых окончательно поверхностей заготовки производят по алгоритмам, предварительно введенным в объединенную управляющую программу. Датчики для адаптивных измерений и режущие инструменты располагают в инструментальном магазине с возможностью в автоматическом режиме по командам управляющей программы производить их смену в шпинделе станка.

Недостатком известных способов является невозможность измерения внутренних контуров и отверстий, а так же то, что настройка измерительной системы не интегрирована в один автоматический непрерывный процесс с измерениями и обработкой детали.

Известен способ управления точностью обработки деталей на станках с ЧПУ с использованием силометрического датчика. Сигналы, поступающие с датчика на компьютер, программа сравнивает со значением силы резания, рассчитанным по известной зависимости. При их несовпадении значения параметров режимов резания перерасчитываются по заданным формулам.

Недостатком способа является контактный метод копирования заготовки и невозможность его применения для обработки торцевых кромок трубных изделий под сварку, вследствие попадания под копирное устройство стружки при обработке.

Наиболее близок по технической сущности к предлагаемому изобретению способ механической обработки заготовок на станках с ЧПУ, выбранный в качестве прототипа [4]. Способ включает выполнение проходов резца с использованием управляющей программы обработки заготовки и контроль размеров заготовки. Для корректировки режимов обработки используют устройства обратной связи и осуществляют непрерывное измерение размеров в процессе обработки заготовки лазерными дальномерами. Измеренное значение размера заготовки подают в устройство обратной связи и в устройство отработки программы, с помощью которого осуществляют постоянное сравнение фактического размера заготовки с заданным размером для внесения соответствующих корректировок в производимые перемещения резца с обеспечением соответствия расстояния до обрабатываемой поверхности при удалении припуска материала заготовки за несколько проходов заданному размеру заготовки в месте обработки. Одновременно в устройство обратной связи и в устройство отработки программы подают значение измеренной величины шероховатости обработанной поверхности для сравнения с заданной шероховатостью и если шероховатость обработанной поверхности выше заданной в управляющей программе, то производят остановку станка и корректируют режим механической обработки, после чего производят пуск станка.

Недостатком прототипа является невозможность применения способа для обработки торцевых кромок трубных изделий под сварку, так как в этом случае требуется копировать отклонения наружного или внутреннего контура (диаметра) трубы в плоскости торца, получаемого после механической обработки, в соответствии с заданной (строительной) длиной детали трубопровода и обеспечить высокую точность обработанной кромки трубы для последующей стыковки торцов трубных деталей (тройников, отводов, переходов, катушек и др.) друг с другом. Недостатком также является низкая производительность известного способа, обусловленная непрерывным измерением размеров (полным копированием) заготовки на этапах черновой и чистовой обработки.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и оптимизация процесса подготовки трубных изделий под сварку.

Техническим результатом изобретения является повышение производительности, точности и чистоты механической обработки торцевых кромок трубных изделий под сварку.

Технический результат достигается тем, что в способе механической обработки заготовки детали трубопровода на станках с числовым программным управлением, снабженных устройствами обратной связи и отработки управляющей программы, включающем контроль и измерение размеров трубной заготовки путем сканирования оптическим лазерным средством и последующее выполнение проходов резца

- 1 028268 для обработки заготовки с использованием управляющей программы, согласно изобретению, сканирование производят по наружному или внутреннему диаметру заготовки трубного изделия в плоскости торца, получаемого после предварительной механической обработки, в соответствии с заданной длиной Ь детали трубопровода, затем по результатам измерений осуществляют построение сглаженной траектории движения инструмента-резца, для уменьшения амплитуды возвратно-поступательных перемещений каретки план-суппорта станка при копировании контура трубного изделия за один оборот, а обработку ведут проходами резца в два этапа, при этом на первом этапе на максимальных режимах резания производят черновую обработку торца и предварительной фаски кромки торца заготовки без копирования реального контура трубного изделия, затем на втором этапе осуществляют чистовую обработку кромки, с использованием построенной сглаженной траектории.

В качестве оптического лазерного средства используют лазерный триангуляционный датчик.

Сущность изобретения поясняется чертежами на фиг. 1-12.

На фиг. 1 представлен фрагмент принципиальной схемы обработки трубных изделий на станке с

ЧПУ.

На фиг. 2-11 приведены диаграммы примера пошагового построения сглаженной траектории.

На фиг. 12 - пример торцевой кромки трубной детали после обработки.

Способ реализуют следующим образом.

На стол 4 станка 7 с ЧПУ устанавливают подлежащую обработке заготовку трубного изделия 2 и посредством устройства обратной связи (на чертеже не показано) и отработки управляющей программы производят сканирование заготовки трубного изделия 2 лазерным триангуляционным датчиком 1, установленным на план-суппорте 5. Сканирование производят в плоскости торца 6 по наружному или внутреннему диаметру Ό заготовки с толщиной стенки δ (см. фиг. 12), который получают после предварительной механической обработки в размер в соответствии с заданной (строительной) длиной Ь. Затем, по результатам сканирования осуществляют построение сглаженной траектории контура для обработки трубного изделия 2 с учетом поля допуска на определяющий размер кромки торца 6. При этом обеспечивают заданные чертежом размеры: С - ширину кольцевого притупления, В - высоту фаски и а - присоединительный размер детали трубопровода или переходного кольца к нему (далее определяющий размер). Указанные размеры задают от наружного или внутреннего диаметра Ό заготовки трубного изделия 2, не подлежащего механической обработке (см. фиг. 12). Сглаженную траекторию З контура заготовки трубного изделия 2 строят в плоскости торца 6 в границах линий Д и Е (см. фиг. 2), отложенных от реального сканированного наружного или внутреннего контура заготовки диаметром Ό (далее линия Г) в плюс и минус на величину половины поля допуска на определяющий размер. Далее выполняют обработку заготовки трубного изделия 2 в два этапа проходами режущего инструмента - резцом 3 с использованием управляющей программы. На первом этапе на максимальных режимах резания производят черновую обработку торца и предварительной фаски торцевой кромки без копирования реального контура трубного изделия. На втором этапе с использованием построенной сглаженной траектории осуществляют чистовую обработку фаски на торце 6, выдерживая заданные углы γ, β и геометрические размеры С, В, а (см. фиг. 12), что обеспечивает в дальнейшем качественное соединение и сварку деталей трубопровода.

На чертежах (фиг. 2-11), в качестве примера, пошагово поясняется процесс графического построения сглаженной траектории движения инструмента-резца 3 с целью уменьшения амплитуды возвратнопоступательных перемещений каретки план-суппорта станка при копировании контура трубного изделия 2 за один оборот. Началом первой прямой (точка 1 на фиг. 2) выбирают первую точку линии Г и проводят линию до самой удаленной точки линии Д или Е (точка 2 на фиг. 2). При этом полученная линия 1-2 не должна выходить из области образуемой линиями Д или Е (далее коридор). Построение всех последующих прямых линий производят следующим образом: начало каждой следующей прямой находится в точке принадлежащей предыдущей прямой (точка 3, фиг. 3). При этом, из всех точек предыдущей прямой за начальную выбирают ту, при которой строящаяся следующая прямая 3-4 достигает максимально возможно удаленной точки линии Д или Е (точка 4, фиг. 3) и при этом не выходит за границы коридора. При построении некоторой прямой для конечной точки линии Г (прямая линия 11-12 с началом в точке 13, фиг. 4) производят дублирование линий Г, Д и Е со всеми ранее построенные прямыми и производят дальнейшее построение. Таким образом, следующую точку (точка 14, фиг. 5) получают уже на дублированных линиях Г', Д' и Е'. Затем построение прямых продолжают до тех пор, пока некоторая прямая не совпадет с уже построенной ранее прямой (см. фиг. 6, прямые линии 3-4 и 17-18). После указанного совпадения отбрасывают все лишние участки и получают траекторию Ж (см. фиг. 7).

После этого выполняют сглаживание траектории Ж путем закругления углов φ по определенному алгоритму (см. фиг. 8-10). Для этого находят центр вписанной окружности, который лежит на биссектрисе каждого угла φ между пересекающимися прямыми, из которых образован замкнутый контур. Отрезки РС и РВ касательных прямых проведенных к вписанной окружности равны половине длины кратчайших из прямых образующих угол φ и равны между собой (РС = РВ), а отрезок АР меньше ΡΌ (фиг. 9) и, следовательно, РС=РВ=1/2хРА. Далее, зная величину угла между отрезками прямых и длину отрезков РВ и РС, находят радиус окружности по формуле:

- 2 028268

Далее, если построенная дуга окружности выходит за границы коридора, уменьшают значения РС до тех пор, пока дуга ВС не будет в границах коридора (фиг. 10). После построения всех дуг, сглаживающих углы φ, получают конечную сглаженную траекторию З (фиг. 11) движения инструмента-резца 3, которая обеспечивает уменьшение амплитуды возвратно-поступательных перемещений каретки плансуппорта 5 станка 7 при копировании за один оборот.

Таким образом, разработанный способ обработки трубных изделий под сварку, включающий использование сглаженной траектории (З) контура обрабатываемого изделия, позволяет значительно уменьшить амплитуду возвратно-поступательных перемещений каретки план-суппорта (5) станка с ЧПУ при копировании. В результате существенно увеличивается скорость резания, повышается производительность процесса обработки изделий и улучшается качество поверхности торцов трубных изделий вследствие получаемой высокой чистоты механической обработки торцевых кромок трубных.

Как следует из уровня техники, изобретение удовлетворяет условиям патентоспособности новизна и изобретательский уровень, а также промышленная применимость, что вытекает из вышеприведенного описания изобретения.

Источники информации.

1. СК № 101733481 А, 16.06.2010.

2. Κϋ № 2528923 С2, 20.03.2012.

3. Κϋ № 2379169 С1, 20.01.2010.

4. Κϋ № 2544713 С1, 20.03.2015 (прототип).

Claims (2)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ механической обработки заготовки детали трубопровода на станках с числовым программным управлением, снабженных устройствами обратной связи и отработки управляющей программы, включающий контроль и измерение размеров трубной заготовки (2) путем сканирования оптическим лазерным средством и последующее выполнение проходов резца (3) для обработки заготовки (2) с использованием управляющей программы, отличающийся тем, что сканирование производят по наружному или внутреннему диаметру (Ό) заготовки трубного изделия (2) в плоскости торца (6), получаемого после механической обработки в соответствии с заданной длиной Б детали трубопровода, затем по результатам измерений осуществляют построение сглаженной траектории (З) движения инструмента-резца (3) для уменьшения амплитуды возвратно-поступательных перемещений каретки план-суппорта (5) станка (7) при копировании контура трубного изделия за один оборот, а обработку ведут проходами резца (3) в два этапа, при этом на первом этапе на максимальных режимах резания производят черновую обработку торца (6) и предварительной фаски кромки торца заготовки без копирования реального контура трубного изделия (2), затем на втором этапе осуществляют чистовую обработку кромки с использованием построенной сглаженной траектории (З).
2. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве оптического лазерного средства используют лазерный триангуляционный датчик (1).