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专利名称：一种相贯线辅助切割装置

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202011279197.9

专利申请（专利权）人：三明学院
权利人地址：福建省三明市三元区荆东路25号

专利发明（设计）人：郑飞杰,叶子楷,陈万甫,余研,曾宝珠,陈玙璠,李惠芳

专利摘要：本发明提供了一种相贯线辅助切割装置，包括工件装夹机构、切割执行机构、旋转驱动装置和电源组件。切割执行机构和旋转驱动装置分别与电源组件连接。工件装夹机构包括滚轮夹具，旋转驱动装置与滚轮夹具连接，用于驱动滚轮夹具转动，进而带动管件转动。切割执行机构设于工件装夹机构的一侧，该切割执行机构包括切割驱动装置和切割刀头。切割刀头与切割驱动装置连接，并在切割驱动装置的带动下沿管件的轴向做左右进给运动，以对管件进行切割。本发明通过滚轮夹具带动管件旋转以及通过切割驱动装置带动切割刀头的左右进给运动的合运动进行相贯线的自动切割，切割方式更加简易、效率更高，而且切割过程更稳定、准确。

主权利要求：
1.一种相贯线辅助切割装置，其特征在于，包括用于夹持管件的工件装夹机构、切割执行机构、旋转驱动装置和电源组件，所述切割执行机构和所述旋转驱动装置分别与所述电源组件连接；
所述工件装夹机构包括滚轮夹具，所述旋转驱动装置与所述滚轮夹具连接，用于驱动所述滚轮夹具转动，进而带动所述管件转动；
所述切割执行机构设于所述工件装夹机构的一侧，该切割执行机构包括切割驱动装置和切割刀头，所述切割刀头与所述切割驱动装置连接，并在所述切割驱动装置的带动下沿所述管件的轴向做左右进给运动，以对所述管件进行切割；
还包括一机架，所述工件装夹机构设于所述机架的底座上，所述切割驱动装置设于所述机架的横梁上；
所述工件装夹机构还包括齿条驱动机构以及分设于所述滚轮夹具两端的两个滚轮调节装置，每一所述滚轮调节装置包括齿轮以及平行分设于所述齿轮两侧的内齿条和外齿条，所述齿条驱动机构分别与两个所述内齿条连接，用于驱动所述内齿条移动，进而带动所述齿轮旋转以及带动所述外齿条沿与所述内齿条移动方向相反的方向移动；
所述齿条驱动机构包括丝杆、第一丝杆滑块和摇杆，所述摇杆设在所述丝杆的一端，所述第一丝杆滑块套设在所述丝杆上，且该第一丝杆滑块可在所述丝杆转动时沿该丝杆的轴向做往复运动，所述第一丝杆滑块的两端分别与所述内齿条连接，所述旋转驱动装置包括两个第一步进电机，所述第一步进电机分设于所述第一丝杆滑块的两端；
所述滚轮夹具包括两个主动轮以及两个分别与所述主动轮对称设置的从动轮，两个所述主动轮分别和与其同侧的所述第一步进电机连接，两个所述从动轮分别和与其同侧的所述外齿条连接；
所述切割驱动装置包括进给丝杆、第二步进电机以及套设在所述进给丝杆上的第二丝杆滑块，所述进给丝杆的两端分别与所述横梁可转动连接，且该进给丝杆的一端还与所述第二步进电机连接，所述切割刀头与所述第二丝杆滑块连接；
所述切割刀头为等离子刀头，所述等离子刀头通过一切割刀头夹持结构与所述第二丝杆滑块可拆卸连接；
所述进给丝杆的两端分别通过一限位开关与所述机架连接。
2.根据权利要求1所述的相贯线辅助切割装置，其特征在于，还包括控制器和控制面板，所述控制器分别与所述第一步进电机、所述第二步进电机、所述控制面板和所述电源组件连接。
3.根据权利要求2所述的相贯线辅助切割装置，其特征在于，所述控制器控制面板上至少设有一用于使所述切割刀头复位到中间位置的复位按钮以及一用于选择管件尺寸的管件尺寸输入模块。 说明书 : 一种相贯线辅助切割装置技术领域[0001] 本发明涉及管件切割技术领域，具体而言，涉及一种相贯线辅助切割装置。背景技术[0002] 随着现代机械加工业的发展，在汽车、基础建设、管道运输等众多方面都需要用到管件，管件材料的应用无处不在，同时对管件的连接加工也提出了更高的要求；例如在一些高精密的气液传输管道对管道之间的连接有严格的标准，因为管道传输体系的关键就在于管件连接的位置。要达到精密管件的连接就要保证两个连接管件的相贯线切口能够完全契合，于是对管件的切割设备也有严格要求。随着工件切割的质量、精度要求不断提高，对提高生产效率、降低生产成本、具有高智能化的自动切割功能的设备要求也在提升。[0003] 在工业生产中，金属热切割一般有气割、等离子切割、激光切割等。其中等离子切割与气割相比，其切割范围更广、效率更高。而精细等离子切割技术在材料的切割表面质量方面已接近了激光切割的质量，但成本却远低于激光切割。这促使等离子切割技术从手工或半自动逐步向数控方向发展，并成为数控切割技术发展的主要方向之一。[0004] 目前管件相贯线切割方式主要是采用等离子切割。等离子就是通电的高温气体，等离子切割是利用其中的电弧等离子对管件材料去除的一种加工技术。而目前针对金属管件的相贯线等离子切割方式主要以人工切割、靠模切割、数控加工切割为主。人工进行管件切割时先进行样板制作、划线、和人工放样，然后再进行手工切割和人工打磨。这样的切割方式工序繁琐，生产效率低，同时加工过程中对操作者存在一定的危险，因此在实际工业生产中应用较少。靠模切割是将加工管件与加工好的模型管件固定于同一轴线上，在模型一端加装滑轮顶杆装置且与中心旋转轴固定。主轴旋转时滑轮在模型的相贯线上运动，随着相贯线的轨迹变化，推动顶杆前后进给，这样割头就可以在管件上切割出与模型一致的切口。该加工方式可以保证加工的轨迹线准确，但需要制备相应管径的模型管件，且切割范围相对固定，不适于对管径变化有要求的加工。数控加工切割通过数控机床直接对管件进行加工，加工快速，精度高，但加工成本相对较高。发明内容[0005] 本发明提供了一种相贯线辅助切割装置，旨在改善人工进行管件切割效率低下以及数控加工切割加工成本高等问题。[0006] 本发明是这样实现的：[0007] 一种相贯线辅助切割装置，其特征在于，包括用于夹持管件的工件装夹机构、切割执行机构、旋转驱动装置和电源组件，所述切割执行机构和所述旋转驱动装置分别与所述电源组件连接；[0008] 所述工件装夹机构包括滚轮夹具，所述旋转驱动装置与所述滚轮夹具连接，用于驱动所述滚轮夹具转动，进而带动所述管件转动；[0009] 所述切割执行机构设于所述工件装夹机构的一侧，该切割执行机构包括切割驱动装置和切割刀头，所述切割刀头与所述切割驱动装置连接，并在所述切割驱动装置的带动下沿所述管件的轴向做左右进给运动，以对所述管件进行切割。[0010] 进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述相贯线辅助切割装置还包括一机架，所述工件装夹机构设于所述机架的底座上，所述切割驱动装置设于所述机架的横梁上。[0011] 进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述工件装夹机构还包括齿条驱动机构以及分设于所述滚轮夹具两端的两个滚轮调节装置，每一所述滚轮调节装置包括齿轮以及平行分设于所述齿轮两侧的内齿条和外齿条，所述齿条驱动机构分别与两个所述内齿条连接，用于驱动所述内齿条移动，进而带动所述齿轮旋转以及带动所述外齿条沿与所述内齿条移动方向相反的方向移动。[0012] 进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述齿条驱动机构包括丝杆、第一丝杆滑块和摇杆，所述摇杆设在所述丝杆的一端，所述第一丝杆滑块套设在所述丝杆上，且该第一丝杆滑块可在所述丝杆转动时沿该丝杆的轴向做往复运动，所述第一丝杆滑块的两端分别与所述内齿条连接，所述旋转驱动装置包括两个第一步进电机，所述第一步进电机分设于所述第一丝杆滑块的两端。[0013] 进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述滚轮夹具包括两个主动轮以及两个分别与所述主动轮对称设置的从动轮，两个所述主动轮分别和与其同侧的所述第一步进电机连接，两个所述从动轮分别和与其同侧的所述外齿条连接。[0014] 进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述切割驱动装置包括进给丝杆、第二步进电机以及套设在所述进给丝杆上的第二丝杆滑块，所述进给丝杆的两端分别与所述横梁可转动连接，且该进给丝杆的一端还与所述第二步进电机连接，所述切割刀头与所述第二丝杆滑块连接。[0015] 进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述进给丝杆的两端分别通过一限位开关与所述机架连接。[0016] 进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述切割刀头为等离子刀头，所述等离子刀头通过一切割刀头夹持结构与所述第二丝杆滑块可拆卸连接。[0017] 进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述相贯线辅助切割装置还包括控制器和控制面板，所述控制器分别与所述第一步进电机、所述第二步进电机、所述控制面板和所述电源组件连接。[0018] 进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述控制器控制面板上至少设有一用于使所述切割刀头复位到中间位置的复位按钮以及一用于选择管件尺寸的管件尺寸输入模块。[0019] 本发明的有益效果是：[0020] 本发明的相贯线辅助切割装置包括工件装夹机构、切割执行机构、旋转驱动装置和电源组件。工件装夹机构包括滚轮夹具，旋转驱动装置与滚轮夹具连接，用于驱动滚轮夹具转动，进而带动管件转动。切割执行机构包括切割驱动装置和切割刀头，切割刀头与切割驱动装置连接，并在切割驱动装置的带动下沿管件的轴向做左右进给运动，以对管件进行切割。本发明通过滚轮夹具带动管件旋转以及通过切割驱动装置带动切割刀头的左右进给运动的合运动进行相贯线的自动切割。该方法与传统的人工划线切割方式相比，切割方式更加简易且效率更高，而且切割过程更稳定、准确。与数控加工切割加工方式相比，其成本较低。附图说明[0021] 为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。[0022] 图1是本发明一实施例的相贯线辅助切割装置的结构示意图；[0023] 图2是本发明一实施例的相贯线辅助切割装置的主视图；[0024] 图3是图2所示的相贯线辅助切割装置的左视图；[0025] 图4是图2所示的相贯线辅助切割装置的俯视图；[0026] 图5是本发明一实施例的滚轮调节装置的局部放大图。具体实施方式[0027] 为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。[0028] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。[0029] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。[0030] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。[0031] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。[0032] 参照图1～图4所示，本发明提供了一种相贯线辅助切割装置，包括用于夹持管件3的工件装夹机构1、切割执行机构2、旋转驱动装置和电源组件。所述切割执行机构2和所述旋转驱动装置分别与电源组件连接。[0033] 参照图1和图2所示，在本实施例中，所述工件装夹机构1包括滚轮夹具11，所述旋转驱动装置与所述滚轮夹具11连接，用于驱动该滚轮夹具11转动，进而带动管件3转动。[0034] 参照图1所示，在本实施例中，所述切割执行机构2设于所述工件装夹机构1的一侧。该切割执行机构2包括切割驱动装置和切割刀头21。所述切割刀头21与切割驱动装置连接，并在切割驱动装置的带动下沿管件3的轴向做左右进给运动，以对管件3进行切割。[0035] 本发明的滚轮夹具11可带动管件3进行旋转，切割驱动装置可带动切割刀头21做左右进给运动。通过两者的合运动可自动切割出对应的相贯线。该方法与传统的人工划线切割方式相比，切割方式更加简易且效率更高，其切割速度可达10m/min以上，而且切割过程更稳定、准确。与数控加工切割加工方式相比，其成本较低。[0036] 参照图1所示，在本实施例中，所述相贯线辅助切割装置还包括一机架4。其中，所述工件装夹机构1设于所述机架4的底座41上，所述切割驱动装置设于所述机架4的横梁42上。[0037] 参照图1、图3和图5所示，在本实施例中，所述工件装夹机构1还包括齿条驱动机构以及分设于滚轮夹具11两端的两个滚轮调节装置。每一滚轮调节装置包括齿轮12以及平行分设于齿轮两侧的内齿条13和外齿条14。所述齿条驱动机构分别与两个内齿条13连接，用于驱动内齿条13移动，进而带动齿轮12旋转以及带动外齿条14沿与内齿条13移动方向相反的方向移动。[0038] 参照图1所示，具体地，所述齿条驱动机构包括丝杆15、第一丝杆滑块16和摇杆17。所述摇杆17设在丝杆15的一端。第一丝杆滑块16套设在丝杆15上，且该第一丝杆滑块16可在丝杆15转动时沿该丝杆15的轴向做往复运动。第一丝杆滑块16的两端分别与内齿条13连接。所述旋转驱动装置包括两个第一步进电机5。所述第一步进电机5分设于第一丝杆滑块16的两端。在滚轮夹具11上固定不同管径的管件3时，通过摇杆17带动丝杆15转动，使得第一丝杆滑块16沿丝杆15做直线运动，并带动内齿条13滑动。由于内齿条13与外齿条14通过齿轮12连接，因此内齿条13滑动时，在齿轮12的带动下外齿条14可沿与内齿条13运动方向相反的方向滑动，用于实现滚轮夹具11的快速调节。[0039] 参照图1和图3所示，在本实施例中，所述滚轮夹具11包括两个主动轮111以及两个分别与所述主动轮111对称设置的从动轮112。两个主动轮111分别和与其同侧的第一步进电机5连接，两个从动轮112分别和与其同侧的外齿条14连接。[0040] 在相贯线辅助切割装置工作时，通过第一步进电机5可以带动主动轮111旋转，进而带动管件3旋转，而从动轮112则作为辅助轮随之旋转。通过上述设计可以保证管件3在滚轮夹具上的平稳转动，且无需像传统的卡盘夹具一样对管件3进行固定夹紧，不仅可以实现快速上料下料，而且大大节省了装夹定位的时间，从而提高加工效率。而且在调节过程中，主动轮111和从动轮112可以同时向滚轮夹具11的中心轴线靠拢或扩张，从而确保在调节过程中滚轮夹具11的中心轴线不变，达到快速，准确调节管件3半径的目的。在本发明的优选实施例中，滚轮夹具11选用高阻尼的聚丙烯酸酯材料，以确保该滚轮夹具11能稳定带动管件3旋转。[0041] 参照图1和图4所示，在本实施例中，所述切割驱动装置包括进给丝杆22、第二步进电机23以及套设在进给丝杆22上的第二丝杆滑块24。所述进给丝杆22的两端分别与所述横梁42可转动连接，且该进给丝杆22的一端还与第二步进电机23连接。切割刀头21与第二丝杆滑块24连接。通过第二步进电机23可以驱动进给丝杆22转动，进而带动第二丝杆滑块24和设在该第二丝杆滑块24上的切割刀头21做左右进给运动，以对管件3进行切割。由于滚轮夹具11的中心轴线与切割刀头21的轴线方向位于同一铅锤面，因此放置管件3时可以实现自动定心，工序简易，且调整滚轮夹具11后也不需要重新找正。[0042] 为便于对本发明的理解，下面对本发明的一些优选实施例做进一步的描述。[0043] 参照图1所示，在一个优选实施例中，所述进给丝杆22的两端分别通过一限位开关6与机架4连接。通过设置限位开关6，可以保证第二丝杆滑块24的精准限位。[0044] 参照图1所示，在一个优选实施例中，所述切割刀头21为等离子刀头。等离子刀头的切割精度比火焰切割高，因此，可以保证相贯线的精准切割。所述等离子刀头通过一切割刀头夹持结构25与第二丝杆滑块24可拆卸连接。由于切割刀头21与第二丝杆滑块24为可拆卸连接，不仅便于我们更换切割刀头21，而且在切割不同管件3时，还可以根据管件3的管径调整切割刀头21的高度，以实现精准切割。[0045] 在另一个优选实施例中，所述相贯线辅助切割装置还包括控制器和控制面板。所述控制器分别与第一步进电机5、第二步进电机23、控制面板和电源组件连接。控制器通过控制第一步进电机5和第二步进电机23的转速，进而控制管件3的转速和切割刀头21的进给速度，最终确保切割过程中管件3的稳定转动以及切割刀头21的准确切割。[0046] 在一个优选实施例中，所述控制器控制面板上至少设有一用于使所述切割刀头复位到中间位置的复位按钮以及一用于选择管件尺寸的管件尺寸输入模块。在切割前，按一下复位按钮，控制器就会控制切割刀头21复位到中间位置。然后通过管件尺寸输入模块选择待切割管件3的管径大小后，控制器就会根据带切割管件3的管径来分别控制第一步进电机5和第二步进电机23的速度，进而分别控制管件3的旋转速度以及切割刀头21的左右进给运动的速度，以切割出所需要的相贯线。[0047] 以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

专利地区：福建

专利申请日期：2020-11-16

专利公开日期：2024-11-29

专利公告号：CN112388131B