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《东北林业大学》 2010年
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管件带坡口相贯线数控切割建模与仿真研究

董本志  
【摘要】:近年来,随着我国钢结构应用的日益广泛,具有带坡口相贯线一次切割成型能力的5轴联动以上数控切割机逐渐开始应用。由于加工轨迹编程等工艺环节非常复杂,此类设备均需配备专用的辅助软件。目前,虽然有极少数国内企业能够制造此类设备,但和国外相比还存在较大差距,数控切割设备配套软件技术水平的落后是一个重要制约因素。因此,本文针对实际工程应用中最为普遍的圆管、圆锥管和方管间相贯问题,展开了对自动编程、自动后处理、仿真校验和虚拟训练技术的研究工作。为使研究结果更具有普适性,本文基于一种功能全面的六轴龙门式数控切割机模型进行研究。 通过对圆管、圆锥管和方管带坡口相贯线切割过程进行运动分解,确定了切割不同类型管件时所需的联动轴,建立了各联动轴间的运动速度数学约束模型。在此基础上,根据管件轮廓特点和相贯线切割轨迹的空间直线拟合需求,提出了一种便于计算机求解的相贯线计算方法。该方法首先为主管和支管建立各自的坐标系,并分别建立参数式方程;然后根据两者坐标系之间的位置关系建立支管坐标系到主管坐标系的坐标变换矩阵,利用坐标变换方法将支管参数方程映射到主管坐标系中以求解主管上的相贯线切割轨迹;最后再将求得的轨迹进行逆变换,从而得到支管上的相贯线轨迹。利用该方法,建立了方管与方管、方管与圆锥管、方管与圆管、圆锥管与圆锥管、圆管与圆锥管、圆管与圆管相贯时的相贯线数学模型。 对管件切割误差的构成进行了详细分析,建立了误差补偿模型。针对其中的安装误差和轮廓误差补偿问题,提出一种利用双目机器视觉技术进行误差获取的方法,对误差获取装置的构成和工作原理进行了说明,给出了根据连续捕获的图像重建钢管三维轮廓的算法,通过调整图像采集间隔,可方便的实现根据加工需要动态调整误差补偿精度的目的。 研究了数控相贯线切割机仿真模块的构成,根据功能分析将虚拟仿真模块划分为虚拟机床、虚拟执行器和虚拟切割效果分析器三个主要组成部分。提出了一种快速搭建平台无关的虚拟相贯线切割机床的方法;给出了利用正规文法和上下文无关文法描述数控代码语法规则,进而根据文法编写数控代码译码程序的具体过程;探讨了虚拟运动控制器的构成和工作机制,用以使仿真切割过程与实际切割过程更为贴近;建立了虚拟割炬和风线的位姿计算模型,给出了在设置割缝误差补偿功能时的虚拟割缝的计算方法和图形绘制算法。研究了在采用火焰切割工艺时,提高切割仿真过程真实感的方法,根据对实际割焰的化学分析,建立了割焰的仿真模型,给出了采用粒子系统实现割焰视觉特效的方法,并对燃渣飞溅效果的产生方法进行了初步探讨。 上述研究工作构成了比较完整的用于开发多轴数控相贯线切割机专用配套软件的技术链条。对本文工作进行进一步的深入研究和完善,可以大幅缩小我国数控相贯线切割机和国外产品在软件技术方面的差距。
【学位授予单位】:东北林业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TG48

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【引证文献】
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