[发明专利]一种数控激光切管机及其环切方法

权利要求书

1.一种数控激光切管机的环切方法，其特征是：所述环切方法用于刀具轨迹修正，具体包括如下步骤：

步骤一：切割环角度定位；

步骤二：刀座在切割环上进行初始位置校正；

步骤三：生成环切参数模型；

所述数控激光切管机，包括：

定位环、切割环、控制模块以及输入模块，输入模块输入管道切割角度、管道的半径；

在定位环一侧的端面上，沿圆周方向均布固定有三个伸缩夹持气缸，通过三个伸缩夹持气缸，将定位环固定在不同外径尺寸的管道的外周上；

在定位环的另一侧的端面上，沿圆周方向均布有三个伸缩平移气缸，在三个伸缩平移气缸的伸缩杆部的自由端，设置有球头连接结构，切割环通过三个球头连接结构与伸缩平移气缸连接，从而将定位环与切割环连接；

在切割环上设置有刀座，刀座安装有朝向切割环径向内部的刀具；

刀座上设置有旋转驱动结构以及径向进给电机，在切割环内圈表面上，对应三个伸缩平移气缸的位置处，分别设置有激光传感器，所述激光传感器可以实现对切割环平面位置的检测与标定，在刀座朝向管道侧的表面上，还设置有激光测距传感器，所述激光测距传感器一方面可以检测刀座与管道表面的径向距离，一方面可以检测刀座的空间位置，在刀具与刀座之间，还安装有高频直线往复电机，所述高频直线往复电机可以驱动刀具沿切割环径向方向高频往复运动，进而修正刀具的环切轨迹，切管机的旋转驱动结构、径向进给电机以及高频直线往复电机根据环切参数模型生成的参数运行，以控制刀具完成对管道的环切，该模型是关于刀座旋转角度的函数，由此可以通过刀座在切割环上旋转，同步通过高频直线往复电机拟合椭圆形的轨迹，保证了刀具在环切坡口角度时，刀具始终与管道接触，由此提高切割精度，控制模块与激光传感器、激光测距传感器、高频直线往复电机、径向进给电机以及旋转驱动结构电性连接。

2.如权利要求1所述的一种数控激光切管机的环切方法，其特征在于：所述切割环角度定位具体包括以下步骤：

步骤一：控制三个伸缩夹持气缸具有同样的伸出率，并保证对管道的夹持；

步骤二：控制三个伸缩平移气缸具有同样的伸缩率；

步骤三：控制模块测量三个激光传感器的空间位置，建立空间直角坐标系，定义此时切割环所处平面位置为基准平面；

步骤四：通过输入模块输入管道切割角度θ、管道的半径R；

步骤五：控制模块通过切割角度θ、半径R计算三个伸缩平移气缸的伸缩率，进而控制伸缩平移气缸运动，最终调节切割环转动至与基准平面呈角度θ的位置；控制模块记录此时切割环上三个激光传感器的空间位置，定义此时三个激光传感器所建立的平面为切割平面；

步骤六：旋转驱动结构驱动刀座转动至初始位置。

3.如权利要求2所述的一种数控激光切管机的环切方法，其特征在于：所述切割环角度定位步骤三中所述空间直角坐标系以三个激光传感器所定位的切割环平面为XOY平面，以穿过其中一个激光传感器的切割环径向方向为X轴，以垂直于基准平面方向为Z轴，以切割环中心点为原点O点。

4.如权利要求2所述的一种数控激光切管机的环切方法，其特征在于：所述切割环角度定位步骤六中旋转驱动结构驱动刀座转动至初始位置具体的控制方式为实时监测刀座上的激光测距传感器在所建立的空间直角坐标系中的实时坐标位置，直至其Y轴坐标Y=0，即为刀座到达初始位置。

5.如权利要求1所述的一种数控激光切管机的环切方法，其特征在于：所述初始位置校正具体包括以下步骤：

步骤一：通过旋转驱动结构驱动刀座旋转一周，通过激光测距传感器，测量刀座与管道外周的间距ΔS，得到扫描轨迹曲线ΔS（t）；

步骤二：控制模块记录扫描轨迹曲线ΔS（t）第一个波谷值ΔS_L以及该波谷值ΔS_L对应的时刻t_L；

步骤三：控制模块计算刀座位置校正角度；

步骤四：通过旋转驱动结构驱动刀座旋转角度θ_校至校正后初始位置；

步骤五：建立刀具轨迹修正坐标系。