弯管相贯线切割技术研究

摘要

管件相贯结构以其结构稳定性和外型美观越来越多地运用于火车站、飞机航站楼和展馆等大型建筑。随着审美需求的不断提升，管件相贯类型也呈多样性趋势发展，其中弧形管相贯结构因其曲线美感越来越受到设计者们的青睐。然而，弧形管相贯线的直接切割还存在许多技术难题，因此钢结构企业只能采取一些变通方法，从而导致切割后的弧形管存在较大的空间误差而无法直接应用，节点拼装质量下降，甚至造成巨大经济损失。因此，研究一种有效的弧形管相贯线切割方法和切割设备具有重要意义。
　　论文首先分析相贯线切割技术和切割设备的发展现状，列出弧形管相贯线切割研究中存在的主要技术问题，指出了传统的空间几何解析法在求解弧形管相贯线模型方面的不足，提出了一种新的求解方法，并探讨了多种弧形管相贯线建模技术和切割算法。该求解方法主要采用UG二次开发技术提取弧形管相贯线离散数据点，运用轨迹反求方法拟合得到弧形管相贯线的轨迹表达式，进而推导出各个切割参数的求解方法。
　　其次，探讨运用双摆头五轴切割设备切割生成弧形管相贯线的加工工序，基于该结构，提出了以双准均匀B样条曲线插补割炬运动位姿的思路。同时，分析了插补轨迹弓高误差计算方法，并提出了一种改进的圆弧近似法来控制其弓高误差，从而确定了弧形管相贯线切割插补控制算法。在Matlab中对该插补算法进行了实例仿真，结果表明该插补算法可用于割炬运动位姿插补。
　　最后，利用UG NX8.0和Vericut7.2对弧形管相贯线切割进行五轴联动仿真，在UG NX8.0中完成了相贯线切割割炬轨迹规划并仿真验证了割炬轨迹的正确性，通过UG后处理模块得到割炬运动位姿的NC程序，在Vericut7.2多轴数控仿真软件中建立弧形管相贯线数控切割设备模型，实现了对割炬运动位姿的虚拟切割仿真。通过Vericut7.2中的自动-比较模块验证了所得到的割炬运动位姿的NC程序是正确实用的。
　　论文工作所完成的弧形管相贯线生成方法、相贯线割炬运动位姿建模以及双准均匀B样条割炬位姿插补控制算法，为弧形管复杂相贯线直接切割技术的工程应用提供指导。

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目录

1绪论

1.1课题的研究背景及意义

1.2数控相贯线切割设备发展现状

1.3相贯线切割关键技术研究现状

1.4弧形管相贯线切割研究中存在的问题

1.5本文的主要研究内容

2基于UG离散点的弧形管相贯线建模

2.1相贯线的种类

2.2相贯线轨迹求解方法分析

2.3基于UG弧形管相贯线离散坐标提取模块设计

2.4数据提取模块误差分析

2.5相贯线轨迹拟合与建模

2.6不带坡口相贯线建模与切割算法

2.7带坡口相贯线建模与切割算法

2.8本章小结

3基于双B样条弧形管相贯线加工

3.1弧形管相贯线五轴联动切割实现技术

3.2插补简介

3.3双B样条曲线插补算法与加工

3.4五轴双准均匀B样条插补算法举例

3.5本章小结

4弧形管相贯线切割五轴联动虚拟试验

4.1基于UG的割炬轨迹虚拟切割仿真

4.2虚拟数控切割样机建模

4.3基于Vericut7.2的弧形管相贯线虚拟切割举例

4.4虚拟切割试验结果分析

4.5本章小结

5总结与展望

5.1总结

5.2展望

致谢

参考文献

作者在读硕士期间的科研成果及参加科研项目