淺析KYCAD編程軟件在相貫線切割中的應用

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

KYCAD管道切割輔助編程系統基于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、直徑等相關數據后，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據。

2 KYCAD管道切割優勢

（1）大大提高了生產效率。首先此過程簡化了三維實體圖的制作難度，增加了設計人員的制圖手段，節約了制作時間，降低了制圖周期，如先期已經制作或保有CAD模型圖紙，即可立即加工生產。其次，效果更加直觀，可在三維圖中直觀了解管件節點結構等相關信息，增強了工作人員的直觀概念，減少錯誤的發生。再次，由于其在CAD圖紙的制作過程中即可生成切割數據，避免了例如角度、長度等切割數據的提取，不必再分拆圖紙下發生產等一系列生產環節、工作流程，不但避免了因此而產生的認為錯誤，同時大大提高了生產效率。

圖1

（2）可簡化前期準備工作。自動生成切割數據的同時，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，比較切割結果的準確性。

（3）降低切割錯的可能。KYCAD軟件在生成切割數據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上，更增加了一項直觀、具體的判斷依據和形象表示。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，在此基礎上，可打印1：1比例圖紙，對比端頭規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。隨著國內各造船、海工、鋼構等行業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范，因此，在KYCAD軟件開發伊始即把切割標準定位在國際現行且通用的美國國家標準：AWS-鋼結構焊接規范上來。依據AWS焊接規范要求，在管材切割領域涉及規范了不同節點形式、交叉角度下焊接坡口的規范要求，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，尤其在自動切割領域，為使坡口滿足AWS焊接規范的要求，不僅在機械結構設計方面要求苛刻，尤其在數控和數據演算軟件上，更需要強大的數據演算及特殊處理來實現坡口及相貫線軌跡的計算實現。

首先，AWS標準中對管材相貫劃分了不同區域，而此區域的劃分需依據不同管材、交叉角度、節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，就需建立復雜數學模型來演算得出。并由二面角來確定劃分下圖中所示的不同區域，再依據AWS標準在不同區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構才能計算得出，復雜程度明顯增加。在切割控制程序方面更是要依據其特點特殊控制，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，在機械結構上必須滿足存在WY（管斷面方向）的坡口切割能力。

管材相貫依據二面角大小而劃分的不同區域焊接坡口的要求圖例，以往國內切割機在切割坡口時其坡口的計算只單獨依據支管及在切割前人為確定的坡口角度參數進行，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主支管空間結構而確定。因此其坡口形式是依據主支管空間結構而唯一確定的，非人工來設置的。我公司KYCAD軟件因依據AWS標準建模，因此坡口也是自動計算產生的，無需人為設置或干涉，其結果正確可靠，在滿足標準的同時，還降低了工作量及減少錯誤發生概率。

（2）操作流程。在普通參數輸入切割時代，操作的流程為，首先在CAD中制圖，拆分節點形式，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，人工輸入必要參數及設定切割速度、坡口角度等參數，生成切割數據，再由切割設備自動切割。而由KYCAD軟件實現后，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，真正實現了管材切割的數字自動實現。

4 現場實施效果

圖3

各區間在滿足AWS標準的同時，在C區過渡區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計及控制系統和機械結構設計密切相關。

5 結語

（1）軸側圖中角度、長度等相關參數的提取(1:1比例圖紙)。（2）壁厚、直徑等管材參數切割參數的錄入，編輯發送可識別切割數據。（3）根據軸側圖及錄入的相關參數生成三維實體圖、三維管件實體圖、管件平面展開圖。（4）符合AWS標準的坡口程序設定功能。（5）不交于一點類復雜節點形式數據演算，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。作業效率高、適用范圍廣。輸入切割管件尺寸、相貫管的參數，快速生成切割程序，并可動態顯示三維效果圖，所有直管的坡口數據是在KYCAD程序中根據焊接工藝或AWS焊接標準自動計算生成，提供1:1的展開圖和作業圖共計劃切割檢驗等工序使用。海工應用：軟件能夠根據二面角值自動進行區域劃分，形成AWS標準坡口。鋼構應用：滿足所有形式的端頭切口，自動形成合理焊接坡口。造船應用：高精度、全位置坡口，滿足流體管焊接要求。