專利名稱：數(shù)控相貫線切割機的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種切割機械，特別是指一種數(shù)控相貫線切割機。主要用 于管道相貫線的切割成型。
背景技術(shù)：
相貫線切割機主要應用于金屬管材的熱切割加工，如電力、水利、供水、 石油、化工、造船、建筑等行業(yè)管材加工。在現(xiàn)有技術(shù)中，這些管材的加工主 要依靠手工切割、打磨坡口等多道繁鎖的工藝來完成。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種數(shù)控相貫線切割機，利用這種切割機，可 有效提高生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量。
按照本實用新型提供的技術(shù)方案，所述相貫線切割機包括用于支承工件的 托輪架，及用于驅(qū)動所述工件繞工件的軸線轉(zhuǎn)動的主軸箱，其特征是所述切 割機還包括用于支承移動小車的橫架；及用于升降托輪架的升降機構(gòu)；所述移 動小車可以沿設置于橫架上的導軌移動，并且，移動小車的移動方向與工件的 軸線平行。
在所述托輪架中，支撐輪安裝于支撐輪座上，所述升降機構(gòu)安裝于支撐輪 座的下面，在升降機構(gòu)的下面設置移動座，在所述移動座上設置移動輪。所述 升降機構(gòu)包括起升降作用的升降機及導向機構(gòu)，所述導向機構(gòu)中的導向桿滑動 連接于導向軸套內(nèi)。在所述主軸箱中，伺服電機的輸出端與安裝于機架上的減 速器的輸入端連接，在減速器的輸出端設置小齒輪，所述小齒輪與安裝于機架 上的回轉(zhuǎn)支承連接，所述回轉(zhuǎn)支承利用法蘭盤連接四爪卡盤。
在所述橫架中，橫梁安裝于立柱上，在橫梁上設置直線導軌，在直線導軌 上滑動連接滑板，在所述滑板上安裝有減速器及其伺服電機，在減速器的輸出 端安裝齒輪，在所述直線導軌上設置齒條，所述齒輪與所述齒條嚙合。在所述 移動小車中，用于升降雙擺機構(gòu)的升降器安裝于連接座上，在升降器上設置用 于擺動連桿機構(gòu)的雙擺機構(gòu)，在雙擺機構(gòu)上連接連桿機構(gòu)，在所述連桿機構(gòu)上 連接割矩座。
在所述雙擺機構(gòu)中，Z軸伺服電機安裝于Z軸渦輪蝸桿減速器上，使Z軸 渦輪蝸桿減速器的輸出軸作Z軸向的旋轉(zhuǎn)，W軸渦輪蝸桿減速器連接在Z軸渦
輪蝸桿減速器的輸出軸上，而w軸伺服電機安裝于w軸渦輪蝸桿減速器上，使 w軸渦輪蝸桿減速器帶動連桿機構(gòu)作w軸向偏擺。
在連桿機構(gòu)中，擺桿的一端與轉(zhuǎn)軸鉸接，擺桿的另一端與第一橫桿的一端 鉸接，第一橫桿的另一端與割矩座鉸接，在第一橫桿的中部與豎桿的中部鉸接， 豎桿的下端與支桿鉸接，豎桿的上端與第二橫桿的一端鉸接，第二橫桿的另一 端與割矩座鉸接，所述第一橫桿與第二橫桿平行，所述豎桿與擺桿平行。本實用新型的優(yōu)點是能在主管上切割多個不同方向、不同直徑的圓柱相 貫線孔，并可帶有焊接坡口，滿足支管軸線與主管軸線偏心和非偏心的相交的 條件；能在支管端部切割圓柱相貫線端頭，滿足支管軸線與主管軸線偏心和非 偏心的垂直相交、傾斜相交的條件；能在圓管端部切割斜截端面；能在圓管上 切割焊接彎頭，"蝦米節(jié)"兩端斜截斷面；能切割與環(huán)形主管相交的支管相貫線端 頭；能在圓管上切割矩形孔；能進行鋼管截斷。利用本切割機后，可確保切割 質(zhì)量和切割精度，提高效率，節(jié)約資源成本。
相貫線切割機有五根伺服軸組成，分別為回轉(zhuǎn)(X軸)、左右(Y軸)、上下(U 軸)、左右擺動(Z軸)、前后擺動(W軸)5個自由度的運動。切割軌跡由這5個軸 共同來完成，也可以手動單獨操作每個軸的運動。此5個軸均采用全數(shù)字交流 伺服電機半閉環(huán)控制方式，具有響應快、剛性好和精度高的特點。

圖1是本實用新型的側(cè)面使用狀態(tài)圖。 圖2是本實用新型的正面結(jié)構(gòu)圖。 圖3是數(shù)控控制系統(tǒng)圖。
具體實施方式

相貫線切割機主要包括主軸箱、托輪架、橫梁、移動小車、底座、電控部 件。其中
主軸箱有1、主箱體，2、回轉(zhuǎn)支承，3、連接法蘭盤，4、四爪卡盤，5、 小齒輪，6、 X軸行星減速器，7、 X軸伺服電機，8、減速器座；
托輪架有11、移動輪，12、移動座，13、導向軸套，14、升降機，15、升 降座，16、支撐輪座，17、支撐輪；
橫梁有18、立柱，19、橫梁，20、直線導軌，21、滑板，22、齒輪，23、 齒條，24、電控箱，25、 Y軸行星減速器，26、 Y軸伺服電機；
移動小車有27、連接座，28、升降器，29、 U軸行星減速器，30、 U軸 伺服電機，32、擺桿，33、第二連桿，34、割炬，35、割炬座。36、工控機箱， 37、工件，38、第一橫桿，39、豎桿，40、 Z軸伺服電機，41、 Z軸渦輪蝸桿減 速器，42、 W軸伺服電機，42、 W軸渦輪蝸桿減速器。
所述相貫線切割機包括用于支承工件的托輪架，及用于驅(qū)動所述工件繞工 件的軸線轉(zhuǎn)動的主軸箱，其特征是所述切割機還包括用于支承移動小車的橫 架；及用于升降托輪架的升降機構(gòu)；所述移動小車可以沿設置于橫架上的導軌 移動，并且，移動小車的移動方向與工件的軸線平行。
在托輪架中，支撐輪17安裝于支撐輪座16上，所述升降機構(gòu)安裝于支撐 輪座16的下面，在升降機構(gòu)的下面設置移動座12，在所述移動座12上設置移 動輪ll。所述升降機構(gòu)包括起升降作用的升降機14及導向機構(gòu)，所述導向機構(gòu) 中的導向桿滑動連接于導向軸套13內(nèi)。在所述主軸箱中，伺服電機7的輸出端 與安裝于機架上的減速器6的輸入端連接，在減速器6的輸出端設置小齒輪5， 所述小齒輪5與安裝于機架上的回轉(zhuǎn)支承2連接，所述回轉(zhuǎn)支承2利用法蘭盤3 連接四爪卡盤4。在所述橫架中，橫梁19安裝于立柱18上，在橫梁19上設置直線導軌20， 在直線導軌20上滑動連接滑板21 ，在所述滑板21上安裝有減速器25及其伺服 電機26，在減速器25的輸出端安裝齒輪22，在所述直線導軌20上設置齒條23， 所述齒輪22與所述齒條23嚙合。在所述移動小車中，用于升降雙擺機構(gòu)的升 降器28安裝于連接座27上,在升降器28上設置用于擺動連桿機構(gòu)的雙擺機構(gòu)， 在雙擺機構(gòu)上連接連桿機構(gòu)33，在所述連桿機構(gòu)上連接割矩座35。
在所述雙擺機構(gòu)中，Z軸伺服電機40安裝于Z軸渦輪蝸桿減速器41上， 使Z軸渦輪蝸桿減速器41的輸出軸作Z軸向的旋轉(zhuǎn)，W軸渦輪蝸桿減速器43 連接在Z軸渦輪蝸桿減速器41的輸出軸上，而W軸伺服電機42安裝于W軸 渦輪蝸桿減速器43上，使W軸渦輪蝸桿減速器43帶動連桿機構(gòu)作W軸向偏擺。
在連桿機構(gòu)中，擺桿32的一端與轉(zhuǎn)軸鉸接，擺桿32的另一端與第一橫桿 38的一端鉸接，第一橫桿38的另一端與割矩座35鉸接，在第一橫桿38的中部 與豎桿39的中部鉸接，豎桿39的下端與支桿鉸接，豎桿30的上端與第二橫桿 33的一端鉸接，第二橫桿33的另一端與割矩座35鉸接，所述第一橫桿38與第 二橫桿33平行，所述豎桿39與擺桿32平行。
相貫線切割機的主要技術(shù)參數(shù)和指標是①、切割鋼管外徑(D60-O600mm; ②、切割鋼管壁厚5-50mm;③、切割鋼管長度6000mm;④、控制軸數(shù)5 軸；⑤、切割速度10-2000mm; ◎、坡口角度《60°。
相貫線切割機的工作原理及過程如下
1、機械動作原理及過程。主箱體1采用箱式結(jié)構(gòu)其結(jié)構(gòu)合理，剛性大，焊
接后經(jīng)退火、噴丸處理，消除內(nèi)應力。主軸回轉(zhuǎn)由大功率全數(shù)字交流x軸伺服
電機7及X軸行星減速器6驅(qū)動，采用接觸球式回轉(zhuǎn)支承2傳動，精度高，驅(qū) 動力矩大，確保切割機的快速轉(zhuǎn)動。X軸行星減速器6通過減速器座8固定在 主箱體1的墻板上，通過調(diào)節(jié)螺絲可調(diào)整小齒輪5與回轉(zhuǎn)支承2之間的吻合度， 回轉(zhuǎn)支承2通過連接法蘭盤3連接四爪卡盤4，四爪卡盤4可卡最大管徑為 630mm的鋼管。由此X軸伺服電機7的動力通過以上部件最后傳遞到四爪卡盤 4，它與托輪架共同支撐住所要切割的鋼管作X軸向的回轉(zhuǎn)。橫梁19由三根矩 形鋼管拼焊而成的，橫梁19上面裝有齒條23、兩側(cè)直線導軌20，而滑板21與 直線導軌20連接，使移動小車作橫向左右(Y軸向)運動時運行平穩(wěn)，精度高， 適應快速切割。橫向移動的動力來自Y軸伺服電機26，通過Y軸行星減速器 25傳遞給齒輪22。橫梁19通過幾個等高的立柱18安裝在由150mm的方管拼 裝而成的框架底座9上。此底座9上還裝有主軸箱和路軌10，路軌10由24Kg 的鋼軌精加工而成，路軌10上主要放置托輪架，托輪架可根據(jù)切割鋼管(即被 切割工件)的長度在路軌10上自由平穩(wěn)的左右移動。移動小車上裝有U軸伺服 電機30，通過U軸行星減速器29帶動精密的滾珠絲桿副傳動，使升降器28作 上下(U軸向)移動，其傳動效率高、速度快。雙擺機構(gòu)即前后及左右擺動機構(gòu)安 裝在升降器28上，其采用精密減速機傳動，前后擺動采用平行四邊形連桿機構(gòu)， 連桿機構(gòu)中的連桿由鋁板精加工而成，其重量輕、機械鋼性好。通過W軸伺服 電機42的傳動，割炬34作前后方向(即W軸向)的擺動，擺動角度可控制在30°-150°范圍之間。同樣，安裝在Z軸渦輪蝸桿減速器41上的Z軸伺服電機40， 使連桿機構(gòu)及割矩34做左右偏擺(即Z軸向)，左右向的擺動范圍也控制在 30°-150°之間。雙擺機構(gòu)通過連桿機構(gòu)將偏擺動力傳遞給割炬座35上的割炬34， 保證割炬34可圍繞切割鋼管管壁上的一點作坡口切割。割炬可為火焰割炬也可 為等離子割炬，視用戶的需求而定。
2、數(shù)控控制系統(tǒng)。ZPB660相貫線切割機電控部件有電控箱24和工控機箱 36組成，電控箱24內(nèi)裝有伺服驅(qū)動器、濾波器、斷路器等電器元件，工控機箱 36內(nèi)裝有工控機、運動控制卡等。相貫線切割數(shù)控(計算機控制)系統(tǒng)為相貫線切 割機動作指揮的"大腦"，其科技含量和附加值最高，因此計算機控制系統(tǒng)是決定 數(shù)控切割機成敗的關(guān)鍵所在。相貫線切割數(shù)控系統(tǒng)采用當今最為流行的開放式 數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)成方案，即數(shù)控系統(tǒng)的整體設計方案確定為工業(yè)PC機+運動控制 卡+數(shù)控專用軟件的典型開放式結(jié)構(gòu)。組成該數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖l所示。
數(shù)控系統(tǒng)的硬件主要包括工業(yè)控制計算機(簡稱工業(yè)PC機或工控機)、運 動控制卡、伺服系統(tǒng)等。采用PCI總線作為上位機與控制卡進行通信的通道， 傳輸速度快，穩(wěn)定性好； 一個專業(yè)運動控制卡，它只需從微機接受控制命令， 然后自身完成與運動有關(guān)的控制發(fā)送脈沖/方向信號、檢測限位/原點等信號， 幾乎不占用微機CPU時間。這樣工業(yè)PC機可處理其它控制和檢測任務檢測
其它狀態(tài)、處理鍵盤和顯示消息、數(shù)據(jù)的分析、切割代碼進行轉(zhuǎn)換，計算轉(zhuǎn)角 速度，發(fā)出控制命令給運動控制卡，以及控制整個切割系統(tǒng)的運行等。運動控 制卡一方面與伺服系統(tǒng)相連，發(fā)出脈沖信號，精確地控制切割機的運動軌跡，
另一方面與PLC相連，控制切割過程中邏輯操作，實現(xiàn)諸如打開或關(guān)閉割炬的 操作、上下移動割炬等。運動控制卡是數(shù)控系統(tǒng)的核心單元，數(shù)控系統(tǒng)的性能、 精度一定程度上依賴于運動控制部分的高速計算能力和高速控制能力。此數(shù)控 系統(tǒng)的運動控制卡采用美國進口的運動控制卡PMAC卡。工控電腦為研華工控 平板電腦，12英寸觸摸屏顯示器。以人機界面的形式用戶更直觀的操作此設備。 用戶在數(shù)控系統(tǒng)上進入編程模式，輸入所要切割鋼管的管徑、相交形式、相交 角度、坡口形式及角度等參數(shù)，保存為切割程序文件。然后進入模擬模式，下 載剛才所編輯的切割程序文件進行模擬演示其切割運行軌跡。然后再進入切割
模式，選擇切割方式火焰切割方式或等離子切割方式，輸入所要的切割速度，
然后按下"啟動"按鈕，切割機就會按照所編輯的切割程序?qū)︿摴苓M行切割。
本實用新型具有如下特點1、相貫線切割機通過工業(yè)控制計算機的高速處
理，能夠快速進行主管與支管的多種相交形式的相貫線計算，并完成多軸聯(lián)運
控制以實現(xiàn)主管或支管的相貫線切割。2、控制軟件功能。①、單一形狀切割參 數(shù)化可選編程；②、多個形狀切割參數(shù)化組合編程；③、定角度、變角度焊接 坡口切割控制； 、坡口補償、管徑補償、割縫補償功能。 、暫停、加減速 控制，沿原軌跡返回功能；⑥、斷點、斷電記憶功能；⑦、模擬加工、切割過 程同步跟蹤顯示。3、采用左右及前后兩個面的圓弧偏擺機構(gòu)來實現(xiàn)割矩的偏擺 角度。
權(quán)利要求1、數(shù)控相貫線切割機，包括用于支承工件的托輪架，及用于驅(qū)動所述工件繞工件的軸線轉(zhuǎn)動的主軸箱，其特征是所述切割機還包括用于支承移動小車的橫架；及用于升降托輪架的升降機構(gòu)；所述移動小車可以沿設置于橫架上的導軌移動，并且，移動小車的移動方向與工件的軸線平行。
2、 如權(quán)利要求1所述的數(shù)控相貫線切割機，其特征是在托輪架中，支撐 輪(17)安裝于支撐輪座(16)上，所述升降機構(gòu)安裝于支撐輪座(16)的下 面，在升降機構(gòu)的下面設置移動座(12)，在所述移動座(12)上設置移動輪(11)。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的數(shù)控相貫線切割機，其特征是所述升降機構(gòu) 包括起升降作用的升降機(14)及導向機構(gòu)，所述導向機構(gòu)中的導向桿滑動連 接于導向軸套(13)內(nèi)。
4、 如權(quán)利要求1所述的數(shù)控相貫線切割機，其特征是在所述主軸箱中， 伺服電機(7)的輸出端與安裝于機架上的減速器(6)的輸入端連接，在減速 器(6)的輸出端設置小齒輪(5),所述小齒輪(5)與安裝于機架上的回轉(zhuǎn)支 承(2)連接，所述回轉(zhuǎn)支承(2)利用法蘭盤(3)連接四爪卡盤(4)。
5、 如權(quán)利要求1所述的數(shù)控相貫線切割機，其特征是在所述橫架中，橫 梁(19)安裝于立柱(18)上，在橫梁(19)上設置直線導軌(20)，在直線導 軌(20)上滑動連接滑板(21)，在所述滑板(21)上安裝有減速器(25)及其 伺服電機(26)，在減速器(25)的輸出端安裝齒輪(22)，在所述直線導軌(20) 上設置齒條(23)，所述齒輪(22)與所述齒條(23)嚙合。
6、 如權(quán)利要求1所述的數(shù)控相貫線切割機，其特征是在所述移動小車中， 用于升降雙擺機構(gòu)的升降器(28)安裝于連接座(27)上，在升降器(28)上 設置用于擺動連桿機構(gòu)的雙擺機構(gòu)，在雙擺機構(gòu)上連接連桿機構(gòu)(33)，在所 述連桿機構(gòu)上連接割矩座(35)。
7、 如權(quán)利要求6所述的數(shù)控相貫線切割機，其特征是在所述雙擺機構(gòu)中， Z軸伺服電機(40)安裝于Z軸渦輪蝸桿減速器(41)上，使Z軸渦輪蝸桿減 速器(41)的輸出軸作Z軸向的旋轉(zhuǎn)，W軸渦輪蝸桿減速器(43)連接在Z軸 渦輪蝸桿減速器(41)的輸出軸上，而W軸伺服電機(42)安裝于W軸渦輪蝸 桿減速器(43)上，使W軸渦輪蝸桿減速器(43)帶動連桿機構(gòu)作W軸向偏擺。
8、 如權(quán)利要求6所述的數(shù)控相貫線切割機，其特征是在連桿機構(gòu)中，擺 桿(32)的一端與轉(zhuǎn)軸鉸接，擺桿(32)的另一端與第一橫桿(38)的一端鉸 接，第一橫桿(38)的另一端與割矩座(35)鉸接，在第一橫桿(38)的中部 與豎桿(39)的中部鉸接，豎桿(39)的下端與支桿鉸接，豎桿(30)的上端 與第二橫桿(33)的一端鉸接，第二橫桿(33)的另一端與割矩座(35)鉸接， 所述第一橫桿(38)與第二橫桿(33)平行，所述豎桿(39)與擺桿(32)平 行。
專利摘要本實用新型涉及一種切割機械，特別是指一種數(shù)控相貫線切割機。主要用于管道相貫線的切割成型。按照本實用新型提供的技術(shù)方案，所述相貫線切割機包括用于支承工件的托輪架，及用于驅(qū)動所述工件繞工件的軸線轉(zhuǎn)動的主軸箱，其特征是所述切割機還包括用于支承移動小車的橫架；及用于升降托輪架的升降機構(gòu)；所述移動小車可以沿設置于橫架上的導軌移動，并且，移動小車的移動方向與工件的軸線平行。利用這種切割機，可有效提高生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量。
文檔編號B23K7/00GK201235456SQ20082003914
公開日2009年5月13日 申請日期2008年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月24日
發(fā)明者徐惠忠 申請人:徐惠忠