專利名稱：厚壁筒體上數(shù)控火焰切割非直角相交大接管孔的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種厚壁筒體上數(shù)控火焰切割非直角相交大接管孔的方法，可用于氣化爐中的焊接，屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
一般的筒體開孔，可以采用鉆、鏜、拉制等機加工或者氣割方法，目前已有的開孔機僅可以在中、小筒體上加工垂直筒體軸線的孔，而一般的機加工又很難在大型筒體上加工不規(guī)則的空間軌跡，對于大塊不規(guī)則開孔的切割，則常用多次小塊切割加打磨的辦法，人工分塊切割不僅精度難以保證，而且需耗費大量的人力、物力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能在不規(guī)則的空間軌跡的厚壁筒體上數(shù)控火焰切割非直角相交大接管孔的方法。
為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種厚壁筒體上數(shù)控火焰切割非直角相交大接管孔的方法，其特征在于，采用氧-乙炔氣體切割與數(shù)控鏜銑床走軌跡相結(jié)合的工藝方法，利用割炬和輔助工裝，達到開孔目的，其方法為首先通過數(shù)控鏜銑床的編程按照產(chǎn)品的開孔尺寸要求，建立數(shù)學模型，尋找出所開孔在筒體表面的三維軌跡，編制機床能識別的數(shù)控程序；其次將需開孔的筒體水平放置在鏜銑床工作臺上并固定，使筒體軸線與臺面平行，預(yù)先在筒體外表面通過放樣劃出軌跡線，另外，按照氣割件的厚度，確定氣源的壓力，利用匯流排分別將十幾瓶乙炔和幾十瓶氧氣串聯(lián)起來使用，以保證在切割過程中氣體供應(yīng)充足，一次性完成切割；再者將延長工裝通過螺栓和卡盤固定于數(shù)控鏜銑床的方滑枕端面，將割炬通過十字管夾固定在延長工裝上，根據(jù)要加工的不規(guī)則的空間軌跡，使割炬軸線與水平線成小于90°的角度，并用角度測量儀測量調(diào)校，輸入程序到鏜銑床，試走軌跡，觀察是否與放樣線吻合，以驗證程序的正確性，考慮半徑補償，修改切割程序的輸入?yún)?shù)；
然后，在廢料上機加工氣割預(yù)開孔，通過在廢料上試切割和對割縫的測量，驗證角度的準確性以及得到切割寬度的數(shù)值，并且根據(jù)割穿一定厚度筒體材料所需的時間來確定大致的切割速度；再者，啟動數(shù)控鏜銑床，應(yīng)用數(shù)控鏜銑床的自動走刀，氣割除去需開孔部位的筒體材料，氧氣消耗量為50～70m3/h，乙炔消耗量為5.0～6.0m3/h，控制進刀速度在50～120mm/min之間，氣割時間為1-2個小時；最后，使用砂輪打磨氣割后的開孔內(nèi)外壁至滿足要求即可。
所述的割炬由割嘴、外殼、輸氣管、調(diào)解螺母和螺母組成，可拆卸和更換的割嘴，通過螺栓與外殼的一端連接，外殼的另一端與三根輸氣管連接，分別輸入切割氧，預(yù)熱氧和乙炔氣體。每根輸氣管上的調(diào)解螺母可以調(diào)節(jié)輸入氣體的流量。
所述的延長工裝由裝夾盤、托架、支撐桿、拉桿、延長桿組成，拉桿、可伸縮的延長桿均由螺栓連接，成階梯管狀的結(jié)構(gòu)，支撐桿通過拉桿與拉桿連接，拉桿與延長桿連接。
本發(fā)明采用氧-乙炔氣體切割與數(shù)控鏜銑床走行軌跡相結(jié)合的工藝方法，整個操作過程都是數(shù)控機械控制，避免了手工操作失誤的可能，通過編制數(shù)控程序，利用氣割工裝，借助數(shù)控鏜銑床的精確定位，通過數(shù)控機械走行完成復雜曲面的氣割，一次氣割成型。
本發(fā)明的優(yōu)點是1.采用鏜銑床自動走刀，保證了空間軌跡的高精度，避免了人工操作過程中失誤的可能性和空間作業(yè)的危險性，同時具有可重復性；2.采用自制割炬，切割氣體充足供應(yīng)，一次氣割成型，避免了多次小塊切割可能造成的不確定的熱變形，節(jié)省了大量的人力資源，極大地提高了工作效率；3.氧-乙炔氣體切割與數(shù)控鏜銑床走軌跡相結(jié)合的工藝方法和工裝的使用，解決了大型厚壁筒體斜開孔的難題。


圖1為氣割程序流程圖；圖2為割炬結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為延長工裝結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為延長工裝結(jié)側(cè)視圖；圖5為本發(fā)明和工裝在實用時的位置示意圖；
圖6為三維數(shù)學模型示意圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
實施例筒體開孔的形狀為馬鞍形，而且與接管相接角度為45°。
如圖1所示，為氣割程序流程圖，通過捷克SKOD公司的W250型數(shù)控鏜銑床5的編程按照產(chǎn)品的開孔尺寸要求，輸入筒體直徑，如圖6所示，建立三維數(shù)學模型為XYZ=sinθ10cosθ1010cosθ10-sinθ1x′y′z′]]>有X2+Y2＝R2(2-1)sin2θ1x′2+2sinθ1(Rbcosθ1cos ′)x′+Rb2sin2′+Rb2cos2′cos2θ1+2Rb2(cos′cosθ1)ez＝Rc2(2-2)θ1為接管的軸線夾角，ez為接管軸線與Z軸交點坐標到坐標原點的距離。
和’是對應(yīng)于交貫線上各點分別在XOY平面坐標系和X’OY’平面坐標系的角度在支管坐標中交貫線可以描述為 (2-3)在O-XYZ坐標中交貫線可以描述為 (2-4)可推得 (2-5)
由式(2-4)、(2-5)可設(shè)X＝f1(a)，Y＝f2(a)，Z＝f3(a)，a為角度自變量且0.00≤a≤360.00，步進為0.01，尋找出所開孔在筒體表面的三維軌跡，編制機床能識別的數(shù)控程序；如圖2所示，為割炬結(jié)構(gòu)示意圖，所述的割炬2由割嘴8、外殼9、輸氣管10、調(diào)解螺母11和螺母12組成，可拆卸和更換的割嘴8，通過螺栓與外殼9的一端連接，外殼9的另一端與輸氣管10連接，輸氣管10、調(diào)解螺母11和螺母12與氧氣瓶的輸氣管連接。調(diào)解螺母11的作用是調(diào)節(jié)輸入氣體的流量，用來氣割最大厚度達420mm，最小處約290mm的鉻鉬鋼材料的筒體，筒體表面開孔最大直徑近3.5m。
割炬2為等壓式，如果發(fā)生回火則一般回火到割嘴就結(jié)束，安全性較高。另一個特點是預(yù)熱氧與切割氧在輸入割炬2時就開始分開，從而在開關(guān)或調(diào)節(jié)切割氧調(diào)節(jié)閥時，預(yù)熱火焰不會發(fā)生突然變化，影響切割質(zhì)量。
如圖3、4所示，為延長工裝結(jié)構(gòu)示意圖，所述的延長工裝4由裝夾盤13、托架14、支撐桿15、拉桿16、17、延長桿18、19和20組成，拉桿16、17、可伸縮的延長桿18、19和20均由螺栓連接，成階梯管狀的結(jié)構(gòu)，支撐桿15通過拉桿16與拉桿17連接，拉桿17與延長桿19連接，支撐桿15、拉桿16、17主要起支撐和加強剛度的作用。
如圖5所示，為本發(fā)明和工裝在實用時的位置示意圖，厚壁筒體上數(shù)控火焰切割非直角相交大接管孔的方法，其特征在于，采用氧-乙炔氣體切割與數(shù)控鏜銑床走軌跡相結(jié)合的工藝方法，利用割炬和輔助工裝，達到開孔目的，其方法為首先，將需開孔的筒體1水平放置在鏜銑床5工作臺上并固定，使筒體1軸線與臺面平行，為確保軌跡準確，預(yù)先在筒體1外表面通過放樣劃出軌跡線。
另外，按照氣割件的厚度，確定氣源的壓力，利用匯流排分別將十幾瓶乙炔和幾十瓶氧氣串聯(lián)起來使用，以保證氣體的充足供應(yīng)，使氣割可以一次性完成；其次，為了在保證延長工裝4的延長桿剛度的同時與裝夾割炬2的十字管夾的尺寸相配合，延長桿18，19，20之間采用階梯管狀結(jié)構(gòu)，通過螺栓連接，并且延長長度可調(diào)，延長工裝4的裝夾盤13與鏜銑床5的方滑枕端面通過螺栓和卡盤6相連，割炬2通過十字管夾裝夾在延長工裝4的可伸縮的延長桿20上，輸氣管線放置于托架14的凹面里，并使割炬2軸線與水平線成45度角，并用角度測量儀測量調(diào)校，輸入程序到鏜銑床5，試走軌跡，觀察是否與放樣線吻合，以驗證程序的正確性，考慮半徑補償，修改切割程序的輸入?yún)?shù)；由于筒體直徑近3.5m加之設(shè)置隔熱保護裝置的需要，鏜銑床5主軸最大伸長后與筒體1軸線仍有1m的距離，故采用延長工裝與鏜銑床5的主軸固結(jié)后，裝夾割炬2，并引導和約束輸氣管線以免在運動時引起割炬2的角度位置變化。
然后，在廢料上機加工氣割預(yù)開孔，通過在廢料上試切割和對割縫的測量，驗證45度的準確性以及得到切割寬度的數(shù)值；然后，應(yīng)用數(shù)控鏜銑床的自動走刀，進行待去除部分7的氣割，在氣割過程中，根據(jù)筒體實際氣割處的厚度，和對氣割火焰的形狀、發(fā)散程度和顏色的觀察，控制進刀速度在50～120mm/min之間，不因過快而出現(xiàn)未割穿的現(xiàn)象，也不因過慢而割到產(chǎn)品的本體上，氧氣消耗量為50～70m3/h，乙炔消耗量為5.0～6.0m3/h，實際氣割時間不到2個小時。
最后，使用砂輪打磨氣割后的開孔內(nèi)外壁至滿足要求即可。
權(quán)利要求
1.一種厚壁筒體上數(shù)控火焰切割非直角相交大接管孔的方法，其特征在于，采用氧-乙炔氣體切割與數(shù)控鏜銑床走軌跡相結(jié)合的工藝方法，利用割炬和輔助工裝，達到開孔目的，其方法為首先通過數(shù)控鏜銑床(5)的編程按照產(chǎn)品的開孔尺寸要求，建立數(shù)學模型，尋找出所開孔在筒體(1)表面的三維軌跡，編制機床能識別的數(shù)控程序；其次將需開孔的筒體(1)水平放置在鏜銑床(5)工作臺上并固定，使筒體(1)軸線與臺面平行，預(yù)先在筒體(1)外表面通過放樣劃出軌跡線，按照氣割件的厚度，確定氣源的壓力為切割氧1.3～1.5Mpa，乙炔0.13～0.15Mpa，預(yù)熱氧0.6～0.8Mpa，利用匯流排分別將十幾瓶乙炔和幾十瓶氧氣串聯(lián)起來使用；再者將延長工裝(4)通過螺栓和卡盤(6)固定于數(shù)控鏜銑床(5)的方滑枕端面，將割炬(2)通過十字管夾(3)固定在延長工裝(4)上，根據(jù)要加工的不規(guī)則的空間軌跡，使割炬(2)軸線與水平線成小于90°的角度，并用角度測量儀測量調(diào)校，輸入程序到鏜銑床(5)，試走軌跡，觀察是否與放樣線吻合，以驗證程序的正確性，并考慮半徑補償，修改切割程序的輸入?yún)?shù)；然后，在廢料上機加工氣割預(yù)開孔，通過在廢料上試切割和對割縫的測量，驗證角度的準確性以及得到切割寬度的數(shù)值；再者，啟動數(shù)控鏜銑床(5)，應(yīng)用數(shù)控鏜銑床的自動走刀，進行待去除部分(7)的氣割，氧氣消耗量為50～70m3/h，乙炔消耗量為5.0～6.0m3/h，控制進刀速度在50～120mm/min之間，實際氣割時間為1-2個小時；最后，使用砂輪打磨氣割后的開孔內(nèi)外壁至滿足要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述厚壁筒體上數(shù)控火焰切割非直角相交大接管孔的方法，其特征在于，所述的割炬(2)由割嘴(8)、外殼(9)、輸氣管(10)、調(diào)解螺母(11)和螺母(12)組成，可拆卸和更換的割嘴(8)，通過螺栓與外殼(9)的一端連接，外殼(9)的另一端與輸氣管(10)連接，輸氣管(10)通過螺栓連接與氧氣瓶的輸氣管連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述厚壁筒體上數(shù)控火焰切割非直角相交大接管孔的方法，其特征在于，所述的延長工裝(4)由裝夾盤(13)、托架(14)、支撐桿(15)、拉桿(16、17)、延長桿(18、19和20)組成，拉桿(16、17)、可伸縮的延長桿(18、19和20)均由螺栓連接，成階梯管狀的結(jié)構(gòu)，支撐桿(15)通過拉桿(16)與拉桿(17)連接，拉桿(17)與延長桿(19)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述厚壁筒體上數(shù)控火焰切割非直角相交大接管孔的方法，其特征在于，所述數(shù)控鏜銑床(5)為捷克SKOD公司的W250型數(shù)控鏜銑床。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種厚壁筒體上數(shù)控火焰切割非直角相交大接管孔的方法，其特征在于，采用氧－乙炔氣體切割與數(shù)控鏜銑床走軌跡相結(jié)合的工藝方法，利用割炬和輔助工裝，達到開孔目的，其方法為通過數(shù)控鏜銑床的編程按照產(chǎn)品的開孔尺寸要求，建立數(shù)學模型，尋找出所開孔在筒體表面的三維軌跡，編制機床能識別的數(shù)控程序，可在筒體表面預(yù)先劃線，以驗證程序的正確性；在廢料上試切割，試出氣割刀的割縫寬帶和深度，考慮半徑補償和切割速度，修改切割程序的輸入?yún)?shù)，進行正式氣割加工。本發(fā)明的優(yōu)點是能加工不規(guī)則的空間軌跡，一次氣割成型，避免了多次小塊切割可能造成的不確定的熱變形，節(jié)省了大量的人力資源，極大地提高了工作效率。
文檔編號F23D14/00GK101041198SQ20061002486
公開日2007年9月26日 申請日期2006年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月20日
發(fā)明者盛旭婷, 唐建文, 陳文斌 申請人:上海鍋爐廠有限公司