交双管相贯线上各部位的局部二面角而支管下料时切割高度曲线的确定也与相贯线上的局部二面角相关不同管径，不同厚度，不同交角的相交双管的相贯线上的各部位局部二面角各不相同在工程实际中，焊接坡口角度是通过钝边和坡口切割高度来保证的图焊接坡口参数及装配规范坡口角的取值是根据两面角的大小来决定相贯线上任选两点两面角为根据石油天然气行业标准和美国石油协会标准来确定坡口角按标准当时，坡口角当时割炬的径向补偿在实际切割过程中是沿支管外表面进行的，在这过程中不仅要完成相贯线的切割，也要完成坡口的切割坡口角是由实际切割角来保证，实际切割角由割炬绕支管外表面点在轴剖面内偏转实现的，其偏转的结果不应使要切割的相贯线偏离原来的位置，为此，割炬需沿支管外表面作径向补偿其补偿量ξ为图径向补偿ξ第章设备总体方案及布局机床总体方案对于大型钢管的相贯线的切割有两个方案方案钢管由主轴带动旋转，同时割矩枪只需进行轴向移动即可实现切割要求，所以要实现轴联动。

方案钢管静止不动，并且由于相贯钢管的直径大小不同相贯角度不同，都会导致相贯线轨迹的不同，因此割矩枪必须要利用数控系统实现轴向转动轴向移动径向补偿移动轴剖面内摆动，均采用步进电动机带动，所以要实现轴联动，并且要求能进行人机对话，编程及操作方便，诊断功能和纠错功能强，具有显示和通信功能，缩短非生产准备时间，提高生产率。

由于被加工的钢管最大重量可达且钢管长度最长时可达。

如果照方案钢管转动起来需要耗费比较大的功率，并且钢管过长转动起来还会产生较大的扭矩从而影响钢管的加工质量因此本设计采用方案切割机传动系统的简要说明切割机各轴的定义切割机在实现相贯线切割时，需要四轴联动和两个手动来完成现定义四轴如下图图切割机的四轴联动轴工作滑台简明传动系统图轴主要完成沿着钢管轴心的轴向进给图轴传动系统图图轴和轴传动系统图轴和社，冯辛安机械制造装备设计北京机械工业出版社，郑堤，唐可洪机电体化设计基础北京机械工业出版社，白恩远现代数控机床伺服及检测技术北京国防工业出版社，张俊谟单片机中级教程原理与应用北京北京航空般天大学出版社赵长德单片机原理及应用北京机械工业出版社，目录目录中文摘要第章绪论第章数学模型及工艺分析钢管典型相贯线数学模型的建立割炬运动分析焊接坡口工艺分析割炬的径向补偿第章设备总体方案及布局机床总体方案切割机传动系统的简要说明功能和技术参数分析第章机械系统设计轴工作滑台的设计调整丝杠的设计齿轮齿数的确定与较核支架的设计第章控制系统设计系统方案设计控制系统的选用数控装置的部件结构和安装控制系统的硬件设计图形交互人机界面总结鸣谢参考文献中文摘要本设计以相贯线数学参数模型的基础，分析切割机的割炬的轨迹运动，将切割运动分解为割炬回转割炬平移割炬摆角和割炬径向补偿四轴联动，对钢管相贯焊接坡口数控切割运动进行研究，并最终完成相贯线切割机的设计该切割机采用数控原理进行轨迹控制，采用火焰切割方式工作设计共分四部分相贯线数学参数模型的建立，切割机总体方案设计，机械结构设计和控制系统设计关键词大型管材相贯线焊接坡口数控火焰切割，线是两个圆柱的交线，所以，采用柱坐标可以把三维坐标转化为二维坐标方程以下相贯线均指支管内圆柱和主管外圆柱相贯图空间相贯线曲线如图所示，在空间三维坐标系下两圆柱的相贯线方程为式中支管半径主管半径坐标系与坐标系间存在以下坐标变换关系图两圆柱的相贯线式中坐标系旋转角，亦即两管交角在平面内支管圆柱面的方程为图支管圆柱面的方程式中支管上的旋转角由式式得出两圆柱相贯线各点的参数方程如下取在坐标系下过相贯线上轴坐标值最大的点且垂直于轴的平面为下料基准面其在坐标系下的方程为由此可得支管下料高度为即下料高度是支管上的旋转角的函数以上讨论的是典型相贯线数学方程，即两圆柱轴线相交成角度在两圆柱轴线异面并有偏心距时，其相贯线方程为式中支管壁厚扭转角，标志主管相对于支管的扭转角度割炬运动分析如图所示，被切支管保持不动，割炬沿被切支管做轴旋转轴，轴摆动轴，轴纵向补偿轴三轴和环架的轴轴向移动共四轴联动正式切割前，手动完割炬和环架的径向运动，以调整割炬与被切管径向位置在切割过程中，割炬按照设定速度绕被切管作回转运动，被切管剖面的摆动和径向补偿运动，环架沿被切管轴向作轴向移动，其速度大小是由管壁厚和害炬回转速度决定割炬在被切管剖面的摆动角度按工艺规范切出坡口四轴必须按照定的数学关系联动，才能切出所需的空间相贯曲面图割炬运动注肖聚亮，王国栋火焰数控切管机割炬轨研究及仿真焊接坡口工艺分析根据焊接工艺要求，为保证构件的强度和避免大型管材相贯线切割机设计湖南工学院机械工程系数控黄俊指导教师黄开有第章绪论随着海洋石油工业的发展，海洋工程结构建造将面对面大量的钢管相贯的加工南海西部石油合众公司，主要以海上平台上部模块建造工程为主，而大型管材相贯是该海上平台加工制造过程中经常遇见的切割焊接结构相贯焊接前，管端相贯线需要加工，相贯线上每点的焊接坡口也需要加工根据石油天然气行业标准和美国石油协会标准，相贯线上每点的焊接坡口取决于该点的局部两面角不同形式的钢管相贯，相贯线上每点的局部两面角各不相同，局部两面角沿相贯线在不断变化目前，该公司切割下料以人工作业为主，对于这种带坡口相贯线均采用人工放样等工艺方法来进行加工，因此下料工作进度与效率成为影响整个平台建造工程进度的主要因素，为改变工作强度大和效率低的现状，本课题尝试运用所学的机电体化的相关知识进行大型管材相贯线切割机的设计全套资料带图，联系或本课题所研究的大型管材相贯线切割机是属于数控火焰切割机，它具有般数控机床的特点，能根据数控加工程序，自动完成从点火预热通切割氧切割熄火返回原点的整套切割过程。

但数控火焰切割机又有别于般数控金属切削机床，它利用氧乙炔火焰把钢板割缝加热到熔融状态，用高压氧吹透钢板进行切割，而不像金属切削机床那样，是用金属切削工具与工件刚性接触来进行切削加工。

目前这种数控火焰切割机仍依赖进口因此，开发这种火焰切割机具有重要的意义第章数学模型及工艺分析钢管典型相贯线数学模型的建立如图所示，空间相贯线是个复杂的空间曲线，描述其轨迹需要用空间坐标方程，其函数关系复杂，但由于相贯理出炉，保温冷却初步选定支架的主要尺寸如下图型支架第章控制系统设计系统方案设计经初步分析，相贯线切割机的伺服系统的负载不大，精度要求不高可采用开环控制。

般来讲，开环伺服系统的稳定性不在问题，设计时应主要考虑满足精度方面的要求。

行元件的选择在选择执行元件时要综合考虑负载能力调速范围运行精度可控性可靠性以及体积成本等多方面要求。

开环伺服系统中可采用步进电动机电液脉冲马达伺服阀控制的液压缸和液压马达等作为执行元件。

其步进电动机应用最为广泛。

般情况下就优先选用步进电动机。

故初选步进电动机为系统的执行元件。

由微机控制步进电机的输入频率，来控制电机的输出转速，从而实现割炬枪的无级调速。

机构方案的选择传动机构实质上是执行元件与执行机构之间的个机械接口，用于对运动和力进行变换和传递。

步进电动机输出的是旋转运动，用于将旋转运动转换成直线运动的传动机构主要有齿轮齿条和丝杠螺母等。

前者可获得较大的传动比和较高的传动效率，所能传递的力也较大，但高精度的齿轮齿条制造困难，且为消除传动间隙而结构复杂后者困结构简单制造容易而应用广泛，是伺服系统中的首先传动机构。

故初选丝杠螺母作为传动机构。

传动方式采用丝杠旋转，丝杠螺母带动工作台直线运动，利用调节丝杠的转速来控制割枪的速度。

当电动机与丝杠电心距较大时，可采用同步齿形带传动。

机构方案的选择执行机构是伺服系统中的被控对象，是实现实际操作的机构。

执行机构方案的选择主要是导向机构的选择，即导轨的的选择。

导轨主要有滑动和滚动两大类。

其中滚动直线导轨承载能力大，刚性强，寿命长，传动动平稳可靠，且具有自调整能力。

故初选滚动直线导轨为导向机构。

控制系统的选用机电体化控制系统由硬件系统和软件系统两大部分组成本控制系统选用我国国内自主研发生产的数控装置世纪星系列数控装置。

数控装置的简介世纪星系列数控装置采用先进的开放式体系结构，内置嵌入式工业机，高性能位中央处理器，配置彩色液晶显示屏和标准机床工程面板，集成进给轴接口主轴接口手持单元接口内嵌式接口远程板接口于体，支持硬盘电子盘等程序存储方式以及软驱以太网等程序交换功能，主要适用于数控车铣床和加工中心的控制大的区别，课程设计有指导书，我们都是按照指导书的步骤，套公式计算。

这种设计方式在很大程度上限制了我们设计的灵活性和创新能力。

本次毕业设计打破了以前的那种设计模式，完全是靠自己来完成，设计的步骤，演算的内容都是由自己构思，把所学到的知识应用在设计上，使我们在大学三年里所学过的知识更加牢固，深刻，应用起来更加灵活。

是次把理论和实际相结合的实习，为以后在实际生活及生产中解决具体问题提供了个良好的契机。

从最初接触到课题，到确定方案，查阅手册到最后绘图写说明书，每步都是知识的升华，是知识从感性认识上升到理性认识，为以后的工作实践打下坚实的基础。

我选择的是个机电体化的设计课题。

在设计过程中不仅需要机械设计方面的大量知识，而且对我们在电的方面以及计算机方面的知识亦提出了相当高的要求。

而在平时我们所学的都是较多的偏向机械方面，这样对于我的自学和理解能力提出了较高的要求。

在设计过程中我翻阅了大量相关书籍，借鉴他人的经验，结合自己的构想，充分运用自己的想像和创新能力，再利用自己所学过的专业知识技能，在导师的亲切指导下，把设计意