基于加工能耗最小的相貫線割炬角優化算法研究

譚 肖

（湘潭大學 信息工程學院，湖南 湘潭 411105）

0 引言

相貫線切割廣泛應用于橋梁、建筑、鋼結構等產業，但其加工精度還有很大的進步空間。通過對相貫線切割建立數學模型并優化、對加工設備不斷提升和更新換代以及數控加工的引入，使得相貫線加工的精度有了很大的進步，從原來的粗糙型手工加工發展到現在的較精密型數控加工［1，2］。

在實際加工中，割炬角角度的不同導致刀具與加工平面的接觸角度、面積以及加工力矩不同，相應地在加工切割時刀具的阻力不同，對割炬角進行優化，可以減小刀具阻力、降低能量消耗，具有一定的工程意義和價值［3，4］。目前針對割炬角計算算法的研究已經較為深入，對割炬角的具體計算取得了一定的成果，并運用到了實際中［5，6］，但就能量消耗這一方面卻涉獵不多，缺乏對割炬角的優化算法，生產成本沒有得到有效的控制。為此，本文提出了一種基于加工能耗最小的割炬角優化算法。該算法通過建立加工切割中包括加工刀具碰撞回避條件、軌跡加工精度條件、軌跡加工限制等加工軌跡限定條件數學模型，確定能量消耗目標函數，通過計算得到能耗最小的割炬角角度。

1 加工軌跡限定條件

相貫線加工示意圖如圖1所示，令θg（g＝1，2，3，…，n）為加工刀具在相貫線上某點對應的割炬角，L為加工刀具的長度，兩圓管的半徑分別為Rt和R s，軸線方向分別為Y軸方向、Z軸方向。以割炬角為參數，相貫線上M點可表示為：

加工過程中應滿足以下條件：