腹板开洞工形截面钢拱的一种计算机辅助成型方法

摘要

腹板开洞工形截面钢拱的一种计算机辅助成型方法，属于工形截面拱形构件加工技术领域。其特征在于，在计算机控制下，依次通过切割、冷弯成型、对位焊接三个阶段，计算机分别控制切割机、冷弯机以及焊接机依次完成腹板开洞工形截面钢拱的加工。本发明具有加工简单、高效、精确，且能最大程度地节约钢材的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及腹板开洞工形截面钢拱的一种计算机辅助成型方法，属于工形截面拱形构件加工技术领域。

技术背景

腹板开洞的钢拱构件，如果按照其设计尺寸弧形下料、挖洞的制作方法，会留下很多边角废料无法利用，将造成板材的巨大浪费。

本专利提出一种切割再对位法，从工形截面构件直接切割剖分、冷弯(或煨弯)的成型方法，可以直接焊接形成腹板开洞的钢拱构件而不浪费材料，借助计算机辅助成型工艺，可以高效精确地完成构件的加工。

发明内容

本发明针对腹板开洞工形截面钢拱提出一种新的制作方法，是一种切割再对位法，特别是一种新的计算机辅助成型方法，该方法使得腹板开洞工形截面钢拱的加工变得简单、高效、精确，且能最大程度地节约钢材。

本发明提出的腹板开洞工形截面钢拱的一种计算机辅助成型方法，其特征在于，所述方法是在一个由计算机、切割机、成型机和焊接机构成的腹板开洞工形截面钢拱成型系统中依次按以下步骤实现的：

步骤(1)：在所述计算机中，设置以下三个控制模块：

第一控制模块为切割模块，输入以下参数，所述腹板开洞工形截面钢拱曲率半径(以加工成型后的钢拱的中轴线计)R，所述腹板开洞工形截面钢拱的截面高度h₀，所述腹板开洞工形截面钢拱的洞口半径r，以及：

用于第一工字形钢的椭圆形切割线的切割尺寸：横轴半长为r_uh＝r(R+h₀/2)/R，纵轴半长为r_uv＝r(R-r_uh)/R；

用于第二工字形钢的椭圆形切割线的切割尺寸：横轴半长为r_dh＝r(R-h₀/2)/R，纵轴半长为r_dv＝r(R+r_dh)/R；

所述第一工字形钢切割后得到上翼缘部分和下翼缘部分，两半边构件尺寸相同，其高度均为h₀/2；所述第二工字形钢切割后得到上翼缘部分和下翼缘部分，两半边构件尺寸相同，其高度也均为h₀/2；

所述第一工字形钢和所述第二工字形钢在切割前的尺寸相同；

第二控制模块为弯曲成型模块，输入参数包括：所述腹板开洞工形截面钢拱的洞口半径r；

第三控制模块为对接焊接模块，输入参数包括：所述腹板开洞工形截面钢拱曲率半径(以加工成型后的钢拱的中轴线计)R，所述腹板开洞工形截面钢拱的洞口半径r；

步骤(2)：所述计算机从所述第一控制模块中，把所述第一工字形钢的下述切割尺寸传送给所述切割机：横轴半长r_uh，纵轴半长r_uv，以及上翼缘部分的高度h₀/2。切割机按照切割尺寸把所述第一工字形钢切割成上翼缘部分和下翼缘部分，所得的两半边构件尺寸大小均相同；

步骤(3)：所述计算机从所述第一控制模块中，把所述第二工字形钢的下述切割尺寸传送给所述切割机：横轴半长r_dh，纵轴半长r_dv，以及上翼缘部分的高度h₀/2。切割机按照切割尺寸把所述第二工字形钢切割成上翼缘部分和下翼缘部分，所得的两半边构件尺寸大小均相同；

步骤(4)：所述计算机从所述第二控制模块中把所有输入参数传送到所述冷弯成型机后，以所述洞口直径2r为控制参数，第一工字钢的半边构件通过冷弯可获得所述腹板开洞工形截面钢拱的上翼缘部分半边构件；

步骤(5)：按步骤(4)所述对所述第二工字形钢的半边构件进行冷弯，可获得所述腹板开洞工形截面钢拱的下翼缘部分半边构件；

步骤(6)：所述计算机从所述第三控制模块中所述输入参数传送给所述焊接机，按以下步骤对步骤(4)和步骤(5)中经过冷弯的第一工字形钢的半边构件与第二工字形钢的半边构件进行对接焊接：

首先按照成型位形对准两半边构件，所述焊接机先对半边构件的对接线进行一次扫描确定焊接路径，然后自动将所述第一工字形钢半边构件和所述第二工字形钢半边构件焊接形成腹板开洞工字形截面钢拱。

本发明提出的腹板开洞工形截面钢拱提出一种新的制作方法，使得腹板开洞工字型形截面钢拱的加工过程变得简单、高效、精确，且能最大程度地节约钢材。

附图说明

图1为本发明对第一工字形钢和第二工字形钢的切割示意图。

图2为本发明对半边构件的弯曲成拱示意图。

图3为本发明对半边构件的焊接成型示意图。

图4为本发明的腹板开洞工形截面钢拱的计算机辅助成型步骤框图。

具体实施方式

腹板开洞工形截面钢拱的一种计算机辅助成型方法，其特征在于，通过切割再对位，加工简单、高效、精确，且能最大程度地节约钢材。计算机控制模块分为三部分，分别对应加工的三个步骤。首先选取合适尺寸的工字形钢，在第一控制模块即切割模块中按照设计切割尺寸对工字形钢进行切割；然后在第二控制模块中对剖开的半边构件进行冷弯(或煨弯)，使其达到设计曲率；最后再将上下半边拱形构件对合，在第三控制模块中进行对焊。至此完成腹板开洞工形截面钢拱的制作。

下面结合附图，具体说明成型步骤：

1)编制计算机控制模块，并与切割机、成型机、焊接机等机具连接，形成辅助成型操作平台。计算机控制模块分三块：第一控制模块，第二控制模块，第三控制模块。

2)第一控制模块为切割模块。

输入参数包括：如图1所示，以加工成型后钢拱中轴线计，腹板开洞工形截面钢拱的曲率半径R，钢拱截面高度为h₀，成型后腹板洞口半径为r。

可以通过计算机计算得到两个椭圆的尺寸：椭圆1尺寸：横轴半长为r_uh＝r(R+h₀/2)/R，纵轴半长为r_uv＝r(R-r_uh)/R；椭圆2尺寸：横轴半长为r_dh＝r(R-h₀/2)/R，纵轴半长为r_dv＝r(R+r_dh)/R。

选取相同尺寸规格的两组工字形钢，分别为第一工字形钢和第二工字形钢。将椭圆1尺寸传输给切割机，按照该尺寸可以将第一工字形钢按如图1所示的切割线切割成两个相同的半边构件(A)；将椭圆2尺寸输出给切割机，按照该尺寸可以将第二工字形钢按如图1所示的切割线切割成两个相同的半边构件(B)。

3)第二控制模块为弯曲成型模块。

输入参数包括：如图2所示，弯曲成型后腹板开洞的洞口半径为r。

将参数输入给冷弯机，以洞口直径2r为控制参数，第一工字钢的半边构件通过冷弯可获得所述腹板开洞工形截面钢拱的上翼缘部分半边构件，第二工字钢的半边构件通过冷弯可获得所述腹板开洞工形截面钢拱的下翼缘部分半边构件，即如图2所示，分别对半边构件A和B进行冷弯，可获得上翼缘部分半边构件A’和下翼缘部分半边构件B’，二者的洞口直径均为2r，随后可以进入第三控制模块进行后续的加工操作。

4)第三控制模块为对接焊接模块。

输入参数包括：如图3所示，以加工成型后钢拱中轴线计，腹板开洞工形截面钢拱的曲率半径R，成型后腹板洞口半径为r。

将参数传输给自动焊接机，对第二控制模块中得到的经过弯曲的两半边构件A’、B’进行对位，自动焊接机先沿着其对接线通过一次扫描确定需要焊接的部位，然后可将两半边构件自动焊接形成开洞工形截面钢拱。

成型步骤详细框图见图4。