管桁架桿件切割中使用計算機建模的作用

管桁架桿件切割中使用計算機建模的作用

作者： 平頭哥管桁架加工生產基地 工程師 18901269777

     管桁架是指由桿件在端部相互連接而組成的格子式結構，管桁架即是指結構中的桿件均為圓管桿件。

　　管桁架中的桿件大部分情況下只受軸線拉力或壓力，應力在截面上均勻分布，因而容易發揮材料的作用，這些特點使得桁架結構用料經濟，結構自重小。易于構成各種外形以適應不同的用途，譬如可以做成簡支桁架、拱、框架及塔架等，因而桁架結構在現今的許多大跨度的場館建筑，如會展中心、體育場館或其他一些大型公共建筑中得到了廣泛運用。

　　大部分桁架結構中的桿件均在節點處采用焊接連接，而在焊接之前，需預先按將要焊接的各桿件焊縫形狀進行腹桿及弦桿的下料切割，這就需要對腹桿端頭進行相貫線切割及弦桿的開槽切割。由于桁架結構中各桿件與桿件之間是以相貫線型式相交，桿件端頭斷面形狀比較復雜，因此在實際切割加工中一般采用機械自動切割加工和人工手工切割加工兩種方法進行加工。

　　當采用手工切割時需要預先進行1：1放實樣，用模板或樣桿按實際相交的角度及相貫線放出實際的斷面形狀，然后再根據此斷面形狀進行加工。但是該種方法極不完善，有著眾多無法克服的缺點，例如，當某一工程形狀較為復雜，像桁架在空間中以波浪或是其他空間曲線形式出現時，桿件及節點眾多而又各不相同，在此情況下要做出所有各不相同的桿件及節點的樣板就是一項極為龐大及復雜的工作，而且由于樣桿制作時的誤差，放樣劃線時的誤差、手工切割時產生的誤差，都會導致切割出的斷面形狀與實際所需形狀有較大的出入，這樣就會導致進行相貫線焊接時的困難及焊接后不能滿足質量要求。

　　另一種方法是利用數控相貫線切割機進行機械自動切割，但是現在的絕大多數數控切割機都是采用參數化編程系統，，即需要工程技術人員首先對工程圖紙進行消化，人工拆圖、手工計算出各桿件相貫線形狀的各個參數，例如：各桿件管心間中心距，距母線偏轉角，相貫斜角角度，桿件坡口角度值，兩桿件偏心交貫時的相貫偏心距離，桿件開槽的槽口大小、位置等參數，然后將這些參數值輸入計算機中，由計算機生成機床可識別的加工代碼后進行機械切割。這種方法雖然實現了自動化切割，精度也比較高。但是在人工拆圖、手工計算參數這一工作過程中工作量非常巨大，遇到桿件節點數量眾多，并且各參數均不相同的情況下數百、數千根桿件的參數計算將是異常龐大的工作量。

　　而現在可以在數控切割相貫線桿件的基礎上，再進一步采用計算機進行空間管桁架的三維建模，再輔以專門的相貫線斷面形狀自動生成的輔助軟件，即可有效地解決這一問題。

　　現今北京林克曼數控有限責任公司所開發的PIPE2002設計軟件所具有的三維節點展開功能便實現了這一設想。通過這種新技術便可實現桁架結構中兩管、三管直至多管相貫、多模式相貫、各種任意形式相貫的支管端頭相貫線截面以及主管開孔形狀的自動生成，依據計算機自動生成的形狀以及其他一些參數值便可對桿件進行自動切割加工，這將使生產效率、制作精度得到大幅度的提高。

　　這種新技術的重點便在于采用AutoCAD軟件進行空間三維實體建模，應該說，只要對CAD能夠熟練掌握的工程技術人員，進行三維建模是不會有太大困難的。在CAD中建立了桁架的三維實體模型后，只需采用PIPE2002設計軟件的“生成輪廓”操作即可實現相貫線的自動生成。

　　管件焊縫的坡口角度值等參數均可事先預設好，在生成相貫線輪廓的同時一并生成，實現了管件的切割全自動化，無需任何的二次人工拆圖及手工計算。工程技術人員完成這一工作后，只需將計算機自動生成數據文件拷入機床計算機中，然后便可進行自動化切割了。

　　但是以這種方法進行加工時，應特別注意在建立復雜結構的三維模型時，需要設計人員有足夠的耐心及以認真、仔細的態度去繪制，否則有可能因為空間線條過多、過于復雜而出現一些錯誤，使得繪制出的三維模型與圖紙要求不符，最終會造成所有桿件的加工錯誤。造成巨大的損失，這一點應特別注意。

　　綜上所述，這樣一種新技術，在管桁架結構的制作過程中，將使整個生產的效率得到極大提升，同時生產出的構件質量以及外觀質量都將顯著改善，對整個管桁架結構的生產及安裝過程都將起到極大的推動作用。