单片机插补技术在管道相贯线气割中的应用.pdf
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1、 年第 期 畅 收稿日期: 收修改稿日期: 单片机插补技术在管道相贯线气割中的应用胡太昌,李 军,张 监,陈雪峰(中国石油西部管道塔里木输油气分公司,新疆库尔勒 8410 00)摘要:以异径正三通支管为例,介绍了一种相贯线插补算法及系统构成。 文中采用 单片机作为插补芯片,执行装置采用步进电机,步进电机的输出再通过滚珠丝杠等传动机构控制气割进给量。 插补路径基于相贯线的平面展开公式,运用逐点比较法逼近理想相贯线。 依据算法并结合图形详述了插补过程,分析了火焰切割在曲线运动中存在的速度同步问题。 实验表明气割效果满足工艺要求。关键词:管道相贯线 ; 单片机; 开环插补; 速度同步;气割中图分类号
2、: 文献标识码: 文章编号: () Application on MCU Interpolation Technique in Pi pe Intersecting Line Gas Cutting - , , , -(PetroChina West Pipeline Tarim Oil and Gas Branch Company,Korla 841000, China)Abstract: , - - , , - Key words: ; ; ; ; 0 引言管道施工及抢修经常涉及加工管与管相贯结构,准确切割相贯管件是使焊缝均匀、焊接可靠的有力保证。 传统方法加工相贯管件的工艺主要有尺规作图
3、法和展开计算法,但是以上两种基于传统手工的加工方法存在误差大、效率低等问题,且对操作要求高,切割质量受制于气焊工技能。 随着电子技术的发展,管道展开曲线可以通过单片机进行插补运算,结合机械结构组成的机电一体化设备实现对管道相贯线的自动化气割,达到了理想效果。1 技术思路和研究方法圆管属于圆柱体, 展开图为矩形平面,故可将钢管视为展开的 坐标系平面,如图 所示 。圆管断面等分密度由所引素线而定,用素线分割等分数越多,精度越高。异径圆管构件通常指异径三通管,其连接形式大图 1 圆管展开平面致有直交、斜交、偏心直交、偏心斜交等,现分析异径直交三通支管插补方法 。图 所示为异径直交三通管,支管里皮与主
4、管外皮接触。 因此,展开时支管按内径计算,主管按外径计算。 相贯线展开计算公式为H R R r 第 期胡太昌等:单片机插补技术在管道相贯线气割中的应用l 式中:H为支管展开曲线高度,;R 为主管外半径,;r 为支管内半径,;为圆周等分角,( )。图 2 直交盲三通 3D 示意图现以壁厚 , 管道为例,加工正三通支管,给出控制系统的应用实例。设已知异径直交三通管主管外径 D ,壁厚 。试计算展开:支管断面圆周等分数 n,支管展开曲线以 桙 n 圆周为对称 角分至 为止。 (n) , ( n ) , ( n ) ,展开公式为H R Rr 式中:H为 Y 轴高度;为等分角角度。2 插补算法2 1 开
5、环系统单片机具有低成本、高集成以及很强的控制功能和低电压、低功耗等优点。 文中选取 单片机作为该系统插补芯片。在机电一体化系统中,单片机与电动机结合,进行精确的速度及位置控制。 步进电机广泛应用于各种开环控制的经济型数控系统中。 步进电机可以直接接收数字信号,而无需模 数转换,这样可以明显简化控制系统。 对 、 工作台的控制使用步进电机的单片机控制系统,使用开环控制,在保证加工精度的同时,明显降低了系统的成本。 本设计中(如图 所示)就是利用逐点比较法来驱动两轴步进电机的协同运行,最终使 个步进电机的运行轨迹能够构成一条曲线(相贯线)。图 3 机构运动示意简图2 2 逐点比较单片机信号通过光电
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