淺析KYCAD編程軟件在相貫線切割中的應(yīng)用

幽瑞超

（唐山開元自動(dòng)焊接裝備有限公司，河北 唐山 063020）

1 KYCAD管道切割輔助編程系統(tǒng)

KYCAD管道切割輔助編程系統(tǒng)基于AutoCAD平臺(tái)，在AutoCAD中可方便的建立三維軸測(cè)模型，輸入必要的管材壁厚、直徑等相關(guān)數(shù)據(jù)后，通過KYCAD對(duì)三維軸測(cè)圖的自動(dòng)處理，即可得到直觀的三維立體模型，并直接生成管件的加工圖和切割數(shù)據(jù)。

2 KYCAD管道切割優(yōu)勢(shì)

（1）大大提高了生產(chǎn)效率。首先此過程簡化了三維實(shí)體圖的制作難度，增加了設(shè)計(jì)人員的制圖手段，節(jié)約了制作時(shí)間，降低了制圖周期，如先期已經(jīng)制作或保有CAD模型圖紙，即可立即加工生產(chǎn)。其次，效果更加直觀，可在三維圖中直觀了解管件節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)等相關(guān)信息，增強(qiáng)了工作人員的直觀概念，減少錯(cuò)誤的發(fā)生。再次，由于其在CAD圖紙的制作過程中即可生成切割數(shù)據(jù)，避免了例如角度、長度等切割數(shù)據(jù)的提取，不必再分拆圖紙下發(fā)生產(chǎn)等一系列生產(chǎn)環(huán)節(jié)、工作流程，不但避免了因此而產(chǎn)生的認(rèn)為錯(cuò)誤，同時(shí)大大提高了生產(chǎn)效率。

圖1

（2）可簡化前期準(zhǔn)備工作。自動(dòng)生成切割數(shù)據(jù)的同時(shí)，KYCAD軟件同時(shí)能提供三維的管件加工圖，并能在PC上演示切割過程，這給工程設(shè)計(jì)者及實(shí)際操作者一個(gè)直觀的印象，同時(shí)能給其提供一個(gè)直觀判斷的方式，不論在設(shè)計(jì)的過程還是實(shí)際切割的過程，都能提供一個(gè)直觀的參照，以判斷其設(shè)計(jì)及工藝等是否滿足要求。并可給實(shí)際切割人員以直觀感受，在切割前期以初步形成切割管件的印象，可簡化其在操作切割時(shí)的前期準(zhǔn)備工作，并能在切割完成后，比較切割結(jié)果的準(zhǔn)確性。

（3）降低切割錯(cuò)的可能。KYCAD軟件在生成切割數(shù)據(jù)的同時(shí)生成了三維立體管件圖，同時(shí)也能生成管件的加工展開圖，并標(biāo)注了管件的長度、左右切割形式、做大切割長度等的具體信息，在三維立體管件圖的基礎(chǔ)上，更增加了一項(xiàng)直觀、具體的判斷依據(jù)和形象表示。并可在管件加工的端頭細(xì)致表示端頭切割軌跡，給人更具體的切割軌跡，在此基礎(chǔ)上，可打印1：1比例圖紙，對(duì)比端頭規(guī)矩與實(shí)際切割效果的吻合度，降低切割錯(cuò)的可能。

圖2

3 切割標(biāo)準(zhǔn)和操作流程

（1）切割標(biāo)準(zhǔn)。隨著國內(nèi)各造船、海工、鋼構(gòu)等行業(yè)與國際間的交流與合作的日益密切，在管道自動(dòng)的切割的標(biāo)準(zhǔn)要求上也日益嚴(yán)格與規(guī)范，因此，在KYCAD軟件開發(fā)伊始即把切割標(biāo)準(zhǔn)定位在國際現(xiàn)行且通用的美國國家標(biāo)準(zhǔn)：AWS-鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范上來。依據(jù)AWS焊接規(guī)范要求，在管材切割領(lǐng)域涉及規(guī)范了不同節(jié)點(diǎn)形式、交叉角度下焊接坡口的規(guī)范要求，而此種坡口、裝配間隙等的要求，給管材切割提出了很高的要求，尤其在自動(dòng)切割領(lǐng)域，為使坡口滿足AWS焊接規(guī)范的要求，不僅在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面要求苛刻，尤其在數(shù)控和數(shù)據(jù)演算軟件上，更需要強(qiáng)大的數(shù)據(jù)演算及特殊處理來實(shí)現(xiàn)坡口及相貫線軌跡的計(jì)算實(shí)現(xiàn)。

首先，AWS標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)管材相貫劃分了不同區(qū)域，而此區(qū)域的劃分需依據(jù)不同管材、交叉角度、節(jié)點(diǎn)形式等形成的二面角來劃分，而為得到空間主支管間的二面角，就需建立復(fù)雜數(shù)學(xué)模型來演算得出。并由二面角來確定劃分下圖中所示的不同區(qū)域，再依據(jù)AWS標(biāo)準(zhǔn)在不同區(qū)域所要求的焊接坡口來計(jì)算相貫線及切割坡口，以滿足其要求。因此相對(duì)于以往切割機(jī)演算軟件來說，相貫軌跡、坡口角度并非單獨(dú)來自支管計(jì)算，而要求同時(shí)計(jì)算管間結(jié)構(gòu)才能計(jì)算得出，復(fù)雜程度明顯增加。在切割控制程序方面更是要依據(jù)其特點(diǎn)特殊控制，例如在兩管交角較小時(shí)，搭接形式會(huì)由趾部的里皮搭接過渡到跟部的外皮搭接。而由此，在機(jī)械結(jié)構(gòu)上必須滿足存在WY（管斷面方向）的坡口切割能力。

管材相貫依據(jù)二面角大小而劃分的不同區(qū)域焊接坡口的要求圖例，以往國內(nèi)切割機(jī)在切割坡口時(shí)其坡口的計(jì)算只單獨(dú)依據(jù)支管及在切割前人為確定的坡口角度參數(shù)進(jìn)行，其坡口的實(shí)際意義可定義為切割坡口。而AWS標(biāo)準(zhǔn)中其坡口的定義為焊接坡口，即其坡口完全為滿足焊接并依據(jù)主支管空間結(jié)構(gòu)而確定。因此其坡口形式是依據(jù)主支管空間結(jié)構(gòu)而唯一確定的，非人工來設(shè)置的。我公司KYCAD軟件因依據(jù)AWS標(biāo)準(zhǔn)建模，因此坡口也是自動(dòng)計(jì)算產(chǎn)生的，無需人為設(shè)置或干涉，其結(jié)果正確可靠，在滿足標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，還降低了工作量及減少錯(cuò)誤發(fā)生概率。

（2）操作流程。在普通參數(shù)輸入切割時(shí)代，操作的流程為，首先在CAD中制圖，拆分節(jié)點(diǎn)形式，獲得單件加工圖，計(jì)算及測(cè)量被切割管件的角度、長度等參數(shù)，人工輸入必要參數(shù)及設(shè)定切割速度、坡口角度等參數(shù)，生成切割數(shù)據(jù)，再由切割設(shè)備自動(dòng)切割。而由KYCAD軟件實(shí)現(xiàn)后，幾乎省略了CAD制圖到自動(dòng)切割間的所有過程，更快捷、更精確、更簡單可靠，真正實(shí)現(xiàn)了管材切割的數(shù)字自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。

4 現(xiàn)場實(shí)施效果

圖3

各區(qū)間在滿足AWS標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，在C區(qū)過渡區(qū)域非一般廠家的直角過渡，而為在滿足AWS標(biāo)準(zhǔn)下的平滑過渡，利于一次性焊接，并不需要打磨，這與我公司的軟件設(shè)計(jì)及控制系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)密切相關(guān)。

5 結(jié)語

（1）軸側(cè)圖中角度、長度等相關(guān)參數(shù)的提取(1:1比例圖紙)。（2）壁厚、直徑等管材參數(shù)切割參數(shù)的錄入，編輯發(fā)送可識(shí)別切割數(shù)據(jù)。（3）根據(jù)軸側(cè)圖及錄入的相關(guān)參數(shù)生成三維實(shí)體圖、三維管件實(shí)體圖、管件平面展開圖。（4）符合AWS標(biāo)準(zhǔn)的坡口程序設(shè)定功能。（5）不交于一點(diǎn)類復(fù)雜節(jié)點(diǎn)形式數(shù)據(jù)演算，端部可切割附加端部開槽。（6）三維實(shí)體管件計(jì)算機(jī)模擬演示切割加工，可附加于球體相貫功能。作業(yè)效率高、適用范圍廣。輸入切割管件尺寸、相貫管的參數(shù)，快速生成切割程序，并可動(dòng)態(tài)顯示三維效果圖，所有直管的坡口數(shù)據(jù)是在KYCAD程序中根據(jù)焊接工藝或AWS焊接標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)計(jì)算生成，提供1:1的展開圖和作業(yè)圖共計(jì)劃切割檢驗(yàn)等工序使用。海工應(yīng)用：軟件能夠根據(jù)二面角值自動(dòng)進(jìn)行區(qū)域劃分，形成AWS標(biāo)準(zhǔn)坡口。鋼構(gòu)應(yīng)用：滿足所有形式的端頭切口，自動(dòng)形成合理焊接坡口。造船應(yīng)用：高精度、全位置坡口，滿足流體管焊接要求。