專利名稱：可實(shí)現(xiàn)功能變換的模塊化極坐標(biāo)切割方法及數(shù)控切割機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械加工領(lǐng)域內(nèi)鋼板的切割加工，具體涉及一種可實(shí)現(xiàn)功能變換的模塊化極坐標(biāo)切割方法及采用該方法設(shè)計(jì)的數(shù)控切割機(jī)。
現(xiàn)有數(shù)控切割機(jī)采用直角坐標(biāo)形式，其結(jié)構(gòu)分懸臂式和龍門(mén)式兩種，存在著以下不足之處①產(chǎn)品的加工范圍固定由于切割機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)限制，現(xiàn)有數(shù)控切割機(jī)的切割范圍是固定的，切割范圍為X×Y。(X和Y分別是縱導(dǎo)軌和橫導(dǎo)軌的長(zhǎng)度)，難以滿足某些特殊加工工件的要求；②產(chǎn)品的功能比較單一現(xiàn)有切割機(jī)的功能通常為火焰切割、等離子切割、水射流切割或激光切割中的一種，不具有多種切割功能，也不具有更換切割頭的功能；③在切割某些特征零件時(shí)存在缺點(diǎn)現(xiàn)有切割機(jī)在切割圓弧時(shí)，是采用插補(bǔ)的原理進(jìn)行切割的，圓弧的切割是采用許多段小直線進(jìn)行擬合的。因此，圓弧切割時(shí)，切割速度慢、切割的質(zhì)量差，常會(huì)出現(xiàn)較大的形狀誤差。
針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一可實(shí)現(xiàn)功能變換的模塊化極坐標(biāo)切割方法，其特征在于它是根據(jù)不同的加工需要將切割機(jī)各組成部分分解成模塊形式，各模塊采用極坐標(biāo)結(jié)構(gòu)形式相互連接，使與切割頭相聯(lián)接的模塊做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)通過(guò)更換相應(yīng)模塊實(shí)現(xiàn)切割功能的變換。本發(fā)明由上述方法設(shè)計(jì)的數(shù)控切割機(jī)特征在于它包括直線運(yùn)動(dòng)模塊、極軸模塊、極徑模塊、切割頭模塊和控制顯示模塊，所述直線運(yùn)動(dòng)模塊上設(shè)有移動(dòng)平臺(tái)，與極軸模塊連接，極徑模塊通過(guò)其上所設(shè)的連接部件與極軸模塊連接，且可繞極軸模塊轉(zhuǎn)動(dòng)，控制顯示模塊固于極徑模塊上，切割頭模塊亦裝于極徑模塊上，可沿極徑模塊軸線方向移動(dòng)。其中直線運(yùn)動(dòng)模塊包括電機(jī)、減速器、導(dǎo)軌、同步齒形帶和移動(dòng)平臺(tái)，所述導(dǎo)軌上裝有同步齒形帶，移動(dòng)平臺(tái)與其相固連，導(dǎo)軌端面設(shè)有與電機(jī)相聯(lián)的減速器；極軸模塊包括基座和回轉(zhuǎn)臺(tái)，基座內(nèi)裝有減速器，減速器輸入軸與電機(jī)相接，輸出軸與回轉(zhuǎn)臺(tái)相連；極徑模塊包括連接部件、導(dǎo)軌、移動(dòng)部件、電機(jī)和齒條，所述連接部件固定在導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌上裝有齒條，移動(dòng)部件內(nèi)裝有與電機(jī)相聯(lián)的減速器和齒輪，齒輪與齒條相嚙合；切割頭模塊包括連接座、切割頭和夾持器，所述連接座固定在極徑模塊上之移動(dòng)部件上，夾持器均裝于上，切割頭置于夾持器內(nèi)；控制顯示模塊包括控制電氣柜和顯示部件，均裝于極徑模塊上之導(dǎo)軌上。
本發(fā)明采用模塊化設(shè)計(jì)理念，可根據(jù)不同的加工要求靈活選擇切割機(jī)的組成模塊，靈活變動(dòng)切割機(jī)的切割功能；同時(shí)各模塊設(shè)計(jì)成極坐標(biāo)形式，切割頭作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，最適合切割圓型、圓環(huán)型及扇型特征工件；在同樣規(guī)格導(dǎo)軌情況下，極坐標(biāo)切割機(jī)的切割范圍是直角坐標(biāo)切割機(jī)的2倍多，通過(guò)更換相應(yīng)模塊，可使加工范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。
圖中1-直線運(yùn)動(dòng)模塊；11-電機(jī)；12-減速器；13-導(dǎo)軌；14-同步齒形帶；15-移動(dòng)平臺(tái)；16-擋板； 17-張緊機(jī)構(gòu)；2-極軸模塊；21-電機(jī)；22-基座； 23-回轉(zhuǎn)臺(tái)；3-極徑模塊；31-連接部件；32-導(dǎo)軌； 33-移動(dòng)部件；34-導(dǎo)軌軟帶；35-齒條；36-電機(jī)； 37-拉索；38-支桿；4-切割頭模塊；41-連接座； 42-調(diào)節(jié)電機(jī)； 43-切割頭； 44-夾持器；5-控制顯示模塊；51-顯示部件；52-控制電器柜。
本發(fā)明根據(jù)上述方法設(shè)計(jì)了一數(shù)控切割機(jī)，如

圖1、圖2所示，本發(fā)明切割機(jī)包括直線運(yùn)動(dòng)模塊1、極軸模塊2、極徑模塊3、切割頭模塊4和控制顯示模塊5，所述直線運(yùn)動(dòng)模塊1上設(shè)有移動(dòng)平臺(tái)15，與極軸模塊2連接，極軸模塊2可在移動(dòng)平臺(tái)15的帶動(dòng)下沿直線運(yùn)動(dòng)模塊1之直軸線方向作直線位移；極徑模塊3通過(guò)其上所設(shè)的連接部件31與極軸模塊2連接，且可繞極軸模塊2轉(zhuǎn)動(dòng)，控制顯示模塊5固于極徑模塊3上，切割頭模塊4亦裝于極徑模塊3上，可沿極徑模塊3軸線方向移動(dòng)，同時(shí)可通過(guò)極軸模塊2變動(dòng)極軸的位置，實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的功能。上述各模塊間均采用標(biāo)準(zhǔn)的接口，即采用銷及螺栓連接方式，可進(jìn)行快速拼裝和更換，通過(guò)極徑和極軸的運(yùn)動(dòng)可切割任意形狀特征的產(chǎn)品，通過(guò)更換切割頭模塊4可分別實(shí)現(xiàn)火焰切割、等離子切割或激光切割等其它切割功能，通過(guò)更換極徑模塊3和直線運(yùn)動(dòng)模塊1可增大切割機(jī)的加工范圍；調(diào)整好極徑的大小后，只轉(zhuǎn)動(dòng)極軸即可非常簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)圓弧切割。
本發(fā)明直線運(yùn)動(dòng)模塊包括電機(jī)11、減速器12、導(dǎo)軌13、同步齒形帶14和移動(dòng)平臺(tái)15，所述導(dǎo)軌13兩端分別裝有擋板16，其上裝有同步齒形帶14，移動(dòng)平臺(tái)15置于導(dǎo)軌13上，并與同步齒形帶14相固連，導(dǎo)軌13一端設(shè)有電機(jī)11和與其相聯(lián)的減速器12，減速器12輸出軸與同步齒形帶12相連，通過(guò)電機(jī)11的轉(zhuǎn)動(dòng)可帶動(dòng)同步齒型帶14運(yùn)動(dòng)，此時(shí)與同步齒型帶14固連的移動(dòng)平臺(tái)15可在導(dǎo)軌13作直線移動(dòng)。為保證移動(dòng)平臺(tái)15的移動(dòng)位置準(zhǔn)確，在導(dǎo)軌13的另一端還設(shè)有與同步齒形帶14相連的張緊機(jī)構(gòu)17。
極軸模塊2包括基座22和回轉(zhuǎn)臺(tái)23，基座22可通過(guò)螺栓直接安裝在直線運(yùn)動(dòng)模塊1上之移動(dòng)平臺(tái)15上，基座22內(nèi)安裝有蝸輪蝸桿減速器，也可以加裝角度檢測(cè)單元。減速器輸入軸與設(shè)于基座22側(cè)面的電機(jī)21相接，輸出軸與回轉(zhuǎn)臺(tái)23相連。電機(jī)21的轉(zhuǎn)動(dòng)可帶動(dòng)回轉(zhuǎn)臺(tái)23作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
極徑模塊3包括連接部件31、導(dǎo)軌32、移動(dòng)部件33、電機(jī)36和齒條35，所述連接部件31固定在導(dǎo)軌32上，同時(shí)通過(guò)銷及螺栓連接到回轉(zhuǎn)模塊2的回轉(zhuǎn)臺(tái)23上，以實(shí)現(xiàn)極軸模塊2與極徑模塊3的連接。導(dǎo)軌32上裝有齒條35，移動(dòng)部件33內(nèi)裝有與電機(jī)36相聯(lián)的減速器和齒輪，齒輪與齒條35相嚙合，通過(guò)齒輪與齒條35嚙合，可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)部件33的直線運(yùn)動(dòng)。在連接部件31上，還設(shè)有支桿38，該支桿38頂端掛有拉索37，拉索37兩端分別固于導(dǎo)軌32的兩端。拉索37的作用是可以支承導(dǎo)軌32的一部分重量，減少導(dǎo)軌32的變形。在導(dǎo)軌32上，還裝有導(dǎo)軌軟帶34，其內(nèi)裝有連接導(dǎo)線，通過(guò)該導(dǎo)線與移動(dòng)部件33上之電機(jī)36相接。
切割頭模塊4包括連接座41、切割頭43和夾持器44，所述連接座41通過(guò)銷和螺栓安裝在極軸模塊3的移動(dòng)部件33上，夾持器44裝于連接座41側(cè)面，切割頭43置于夾持器44內(nèi)，頭部朝下，其軸線垂直于水平基準(zhǔn)面。為調(diào)節(jié)切割頭43的高度，在連接座41上還設(shè)有與切割頭43相連的調(diào)節(jié)電機(jī)42。
控制顯示模塊5由顯示部件51和控制電氣柜52等部件組成。控制電氣柜52通過(guò)螺栓安裝在極徑模塊3的導(dǎo)軌32的一端，控制顯示模塊5裝于控制電氣柜52上，其重量可平衡極徑模塊3上導(dǎo)軌32的部分重量，可減少極徑模塊3及安裝在其上的切割頭模塊4、控制顯示模塊5的回轉(zhuǎn)慣量及回轉(zhuǎn)慣性矩。
本發(fā)明可根據(jù)不同的加工要求靈活選擇切割機(jī)的組成模塊，靈活變動(dòng)切割機(jī)的切割功能。例如，不選擇直線模塊1，只選擇極軸模塊2、極徑模塊3、切割頭模塊4及控制顯示模塊5，直接將極軸模塊2的基座22安裝在地面上，則可組成一臺(tái)純極坐標(biāo)切割機(jī)。不選擇直線模塊1，只選擇極軸模塊2、極徑模塊3、切割頭模塊4及控制顯示模塊5，直接將極軸模塊2的基座22安裝在切割的鋼板的中心位置，首先調(diào)節(jié)好極徑模塊3上的移動(dòng)部件33的位置，然后只需旋轉(zhuǎn)極軸，就可切割出以極軸為中心的圓弧或圓形特征的工件，而不必將圓弧進(jìn)行直線擬合。同樣，切割好圓弧后，先調(diào)整好極徑模塊3的轉(zhuǎn)角，然后移動(dòng)極徑模塊3上的移動(dòng)部件33的位置，即可簡(jiǎn)單地切割出扇形的兩個(gè)直線邊。在切割圓弧，扇形、圓等特征的工件時(shí)，可不必進(jìn)行擬合，而在普通的直角坐標(biāo)切割機(jī)上，圓弧、包括扇形的兩直線邊都是通過(guò)擬合得到的。
本發(fā)明采用極坐標(biāo)形式，在同樣規(guī)格導(dǎo)軌情況下，可增大切割范圍；同時(shí)，通過(guò)更換相應(yīng)模塊，如極徑模塊模塊3和直線運(yùn)動(dòng)模塊1，可使加工范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。如圖3所示(圖中陰影部分為切割加工范圍，其中左圖為直角坐標(biāo)切割機(jī)的切割范圍示意圖，右圖為本發(fā)明切割機(jī)切割范圍示意圖)，在同樣規(guī)格的導(dǎo)軌情況下，直角坐標(biāo)切割機(jī)的切割范圍為X×Y(X為縱導(dǎo)軌尺寸、Y為橫導(dǎo)軌尺寸)。而在極坐標(biāo)結(jié)構(gòu)的切割機(jī)上，其切割范圍為X*2R+πR2(X為直線導(dǎo)軌的尺寸，R為極徑導(dǎo)軌的尺寸)，當(dāng)極徑導(dǎo)軌尺寸R等于直角坐標(biāo)切割機(jī)的橫導(dǎo)軌尺寸Y時(shí)，極坐標(biāo)切割機(jī)的切割范圍是直角坐標(biāo)切割機(jī)的2倍多。
權(quán)利要求
1.一種可實(shí)現(xiàn)功能變換的模塊化極坐標(biāo)切割方法，其特征在于它是根據(jù)不同的加工需要將切割機(jī)各組成部分分解成模塊形式，各模塊采用極坐標(biāo)結(jié)構(gòu)形式相互連接，使與切割頭相聯(lián)接的模塊做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)通過(guò)更換相應(yīng)模塊實(shí)現(xiàn)切割功能的變換。
2.一種由上述方法設(shè)計(jì)的數(shù)控切割機(jī)，其特征在于它包括直線運(yùn)動(dòng)模塊、極軸模塊、極徑模塊、切割頭模塊和控制顯示模塊，所述直線運(yùn)動(dòng)模塊上設(shè)有移動(dòng)平臺(tái)，與極軸模塊連接，可繞極軸模塊轉(zhuǎn)動(dòng)的極徑模塊通過(guò)其上所設(shè)的連接部件與極軸模塊連接，控制顯示模塊固于極徑模塊上，可沿極徑模塊軸線方向移動(dòng)的切割頭模塊亦裝于極徑模塊上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)控切割機(jī)，其特征在于直線運(yùn)動(dòng)模塊包括電機(jī)、減速器、導(dǎo)軌、同步齒形帶和移動(dòng)平臺(tái)，所述導(dǎo)軌上裝有同步齒形帶，移動(dòng)平臺(tái)與其相固連，導(dǎo)軌端面設(shè)有與電機(jī)相聯(lián)的減速器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)控切割機(jī)，其特征在于極軸模塊包括基座和回轉(zhuǎn)臺(tái)，基座內(nèi)裝有減速器，減速器輸入軸與電機(jī)相接，輸出軸與回轉(zhuǎn)臺(tái)相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)控切割機(jī)，其特征在于極徑模塊包括連接部件、導(dǎo)軌、移動(dòng)部件、電機(jī)和齒條，所述連接部件固定在導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌上裝有齒條，移動(dòng)部件內(nèi)裝有與電機(jī)相聯(lián)的減速器和齒輪，齒輪與齒條相嚙合。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)控切割機(jī)，其特征在于切割頭模塊包括連接座、切割頭和夾持器，所述連接座固定在極徑模塊上之移動(dòng)部件上，夾持器均裝于上，切割頭置于夾持器內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)控切割機(jī)，其特征在于控制顯示模塊包括控制電氣柜和顯示部件，均裝于極徑模塊上之導(dǎo)軌上。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)控切割機(jī)，其特征在于導(dǎo)軌端面設(shè)有與同步齒形帶相連的張緊機(jī)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的數(shù)控切割機(jī)，其特征在于連接部件上設(shè)有支桿，該支桿頂端掛有拉索，拉索兩端分別固于導(dǎo)軌的兩端。
全文摘要
一種可實(shí)現(xiàn)功能變換的模塊化極坐標(biāo)切割方法，其特征在于它是根據(jù)不同的加工需要將切割機(jī)各組成部分分解成模塊形式，各模塊采用極坐標(biāo)結(jié)構(gòu)形式相互連接，使與切割頭相聯(lián)接的模塊做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)通過(guò)更換相應(yīng)模塊實(shí)現(xiàn)切割功能的變換。由上述方法設(shè)計(jì)的數(shù)控切割機(jī)特征在于其直線運(yùn)動(dòng)模塊上設(shè)有與極軸模塊連接的移動(dòng)平臺(tái)，極徑模塊通過(guò)其上所設(shè)的連接部件與極軸模塊連接，可繞極軸模塊轉(zhuǎn)動(dòng)，控制顯示模塊和切割頭模塊固于極徑模塊上，切割頭模塊可沿極徑模塊軸線方向移動(dòng)。本發(fā)明可根據(jù)不同的加工要求靈活選擇切割機(jī)的組成模塊，靈活變動(dòng)切割機(jī)的切割功能；同時(shí)各模塊設(shè)計(jì)成極坐標(biāo)形式，切割頭作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，最適合切割圓型、圓環(huán)型及扇型特征工件。
文檔編號(hào)B23Q1/30GK1439483SQ03118218
公開(kāi)日2003年9月3日 申請(qǐng)日期2003年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月28日
發(fā)明者吳石林, 王興波 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)