[发明专利]一种基于高压水射流的椭圆型封头打孔与剖口方法

说明书

本发明公开了一种基于高压水射流的椭圆型封头打孔与剖口方法，如下步骤：(1)在五轴刀头附近安装高度感测装置；(2)根据椭圆封头方程将孔与剖口平面轨迹贴合至封头表面形成曲面轨迹；(3)根据椭圆封头指定厚度层的曲面轨迹与内侧曲面轨迹联立表面曲面轨迹得到插补点的空间姿态并转换为AC旋转轴角度；(4)沿空间姿态方向抬高轨迹并启用高度检测装置调整刀头与椭圆封头凹凸不平的表面之间的间距，将误差反馈回数控系统；(5)根据反馈误差修改路径并添加补偿。

技术领域

本发明涉及一种椭圆型封头打孔与剖口方法，尤其涉及一种有效地避免因工件表面凹凸不平导致的切割质量问题的高压水射流的椭圆型封头打孔与剖口方法。

背景技术

椭圆封头是石油化工、原子能到食品制药诸多行业压力容器设备中不可缺少的重要部件，封头是压力容器上的端盖，是压力容器的一个主要承压部件，所起的作用是密封作用。封头开孔是容器制造过程中的重要环节，同时剖空又是固定管道，加强密封效果的主要步骤。

目前主要采用数控水切割机床进行切割，具有许多不足，由于水切割的特殊性，当待切割元件距离刀尖过近时，容易造成元件表面损伤、水管爆裂，当待切割元件距离刀尖过远时，水线下部发散、甩尾严重，导致工件无法击穿等问题，凹凸不平的工件表面是最常出现这些问题的原因，同时极容易导致刀头与封头间发生干涉，造成刀头损伤、工件损坏等问题。因此，有必要提供一种基于高压水射流的椭圆型封头打孔与剖口方法。

发明内容

发明目的：本发明旨在提供一种利用数控五轴水切割系统对椭圆型封头进行高质量打孔与剖口的切割方法，能够有效地避免因工件表面凹凸不平导致的切割质量问题。

技术方案：本发明所述的基于高压水射流的椭圆型封头打孔与剖口方法，包括如下步骤：

(1)在五轴刀头附近安装高度感测装置；

(2)根据椭圆封头方程将孔与剖口平面轨迹贴合至封头表面形成曲面轨迹；

(3)根据椭圆封头指定厚度层的曲面轨迹与内侧曲面轨迹联立表面曲面轨迹得到插补点的空间姿态并转换为AC旋转轴角度；

(4)沿空间姿态方向抬高轨迹并启用高度检测装置调整刀头与椭圆封头凹凸不平的表面之间的间距，将误差反馈回数控系统；

(5)根据反馈误差修改路径并添加补偿。

进一步的，步骤(2)中得到理论切割路径方法为：将封头底部中心置为(0，0，0)，假设待切割孔与剖口的圆心O为(x，y，z)、孔的半径为R，剖口的半径为L以及剖口的厚度为d，将圆心与封头底部中心的连线在XY平面的投影旋转至X轴，旋转后的圆心O₁坐标为即旋转后圆在X轴上的一点为将此点以旋转后的圆心为圆心，以Z轴方向为法向量旋转360°，插补得到n个点(n越大，图形越精确)，计算得到的每个点在X轴上的分量：

其中，Vn为插补点的坐标，θ的范围为0～360°。

并将之代入封头的椭圆标准方程即可得到每个点在Z轴上的分量；最后将每个点在X轴上的分量和在Y轴上的分量沿着Z轴旋转a°(a为初始圆心与旋转后圆心之间的夹角)，即可得到待切割孔与剖口在封头表面曲面路径；同理可得到待切割孔在剖口内侧的曲面轨迹与剖口在封头指定厚度层的曲面轨迹。

进一步的，步骤(3)中预处理得到刀具空间姿态的方法为：根据得到的表面轨迹与内部与内侧轨迹，上下层轨迹对应位置相减即可得到刀头的空间矢量：

T＝(x1-x，y1-y，z1-z)

其中x1、y1、z1为上层对应插补点，x、y、z为下层对应插补点；