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，在AutoCAD中可方便的建立三維軸測模型，輸入必要的管材壁厚、直徑等相關(guān)數(shù)據(jù)后，通過KYCAD對三維軸測圖的自動處理，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

（1）大大提高了生產(chǎn)效率。首先此過程簡化了三維實體圖的制作難度，增加了設(shè)計人員的制圖手段，節(jié)約了制作時間，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)點結(jié)構(gòu)等相關(guān)信息，增強了工作人員的直觀概念，減少錯誤的發(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)生的認為錯誤，同時大大提高了生產(chǎn)效率。

圖1

（2）可簡化前期準備工作。自動生成切割數(shù)據(jù)的同時，KYCAD軟件同時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)計者及實際操作者一個直觀的印象，同時能給其提供一個直觀判斷的方式，不論在設(shè)計的過程還是實際切割的過程，都能提供一個直觀的參照，以判斷其設(shè)計及工藝等是否滿足要求。并可給實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的前期準備工作，并能在切割完成后，比較切割結(jié)果的準確性。

（3）降低切割錯的可能。KYCAD軟件在生成切割數(shù)據(jù)的同時生成了三維立體管件圖，同時也能生成管件的加工展開圖，并標注了管件的長度、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，對比端頭規(guī)矩與實際切割效果的吻合度，降低切割錯的可能。

圖2

3 切割標準和操作流程

（1）切割標準。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，在管道自動的切割的標準要求上也日益嚴格與規(guī)范，因此，在KYCAD軟件開發(fā)伊始即把切割標準定位在國際現(xiàn)行且通用的美國國家標準：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，尤其在自動切割領(lǐng)域，為使坡口滿足AWS焊接規(guī)范的要求，不僅在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計方面要求苛刻，尤其在數(shù)控和數(shù)據(jù)演算軟件上，更需要強大的數(shù)據(jù)演算及特殊處理來實現(xiàn)坡口及相貫線軌跡的計算實現(xiàn)。

首先，AWS標準中對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標準在不同區(qū)域所要求的焊接坡口來計算相貫線及切割坡口，以滿足其要求。因此相對于以往切割機演算軟件來說，相貫軌跡、坡口角度并非單獨來自支管計算，而要求同時計算管間結(jié)構(gòu)才能計算得出，復(fù)雜程度明顯增加。在切割控制程序方面更是要依據(jù)其特點特殊控制，例如在兩管交角較小時，搭接形式會由趾部的里皮搭接過渡到跟部的外皮搭接。而由此，在機械結(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)切割機在切割坡口時其坡口的計算只單獨依據(jù)支管及在切割前人為確定的坡口角度參數(shù)進行，其坡口的實際意義可定義為切割坡口。而AWS標準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標準建模，因此坡口也是自動計算產(chǎn)生的，無需人為設(shè)置或干涉，其結(jié)果正確可靠，在滿足標準的同時，還降低了工作量及減少錯誤發(fā)生概率。

（2）操作流程。在普通參數(shù)輸入切割時代，操作的流程為，首先在CAD中制圖，拆分節(jié)點形式，獲得單件加工圖，計算及測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)備自動切割。而由KYCAD軟件實現(xiàn)后，幾乎省略了CAD制圖到自動切割間的所有過程，更快捷、更精確、更簡單可靠，真正實現(xiàn)了管材切割的數(shù)字自動實現(xiàn)。

4 現(xiàn)場實施效果

圖3

各區(qū)間在滿足AWS標準的同時，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標準下的平滑過渡，利于一次性焊接，并不需要打磨，這與我公司的軟件設(shè)計及控制系統(tǒng)和機械結(jié)構(gòu)設(shè)計密切相關(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)生成三維實體圖、三維管件實體圖、管件平面展開圖。（4）符合AWS標準的坡口程序設(shè)定功能。（5）不交于一點類復(fù)雜節(jié)點形式數(shù)據(jù)演算，端部可切割附加端部開槽。（6）三維實體管件計算機模擬演示切割加工，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焊接標準自動計算生成，提供1:1的展開圖和作業(yè)圖共計劃切割檢驗等工序使用。海工應(yīng)用：軟件能夠根據(jù)二面角值自動進行區(qū)域劃分，形成AWS標準坡口。鋼構(gòu)應(yīng)用：滿足所有形式的端頭切口，自動形成合理焊接坡口。造船應(yīng)用：高精度、全位置坡口，滿足流體管焊接要求。