CN101497200A - 真空n轴n刀圈形橡胶切割机 - Google Patents

Abstract

真空N轴N刀圈形橡胶切割机，由机台、主轴运转装置、真空装置、工件装卡装置、产品自动脱卸装置、刀具运动装置、程序控制装置组成；主轴运转装置由N根主轴、与之相连的芯轴和主轴传动装置组成，芯轴上套装待切割的截面为圈形的橡胶工件，传动装置传动给N根主轴同时转动；刀具运动装置包括直线工作台、伺服电机、进刀汽缸组成，真空装置是通过管路及旋转接头与切割机主轴的芯轴内腔连接，芯轴上设有一排气孔；芯轴气孔是真空吸附在芯轴上的圈形橡胶工件并使其固定于芯轴上的气孔；产品自动脱卸装置由退料气缸和连动的卸料套组成；工件装卡装置由斜底料箱、滚筒、步进电机、托架、光电感应器、尾架气缸部件构成。

Description

真空N轴N刀圈形橡胶切割机

技术领域

本发明涉及一种生产过程自动化的高效橡胶切割机，尤其是圈形橡胶切割的真空N轴N刀切割设备。

技术背景

随着国民经济建设的需要和橡胶、机械工业的发展，橡胶垫圈及圈型橡胶杂件的应用日益广泛，对其性能的要求也越来越高。因此，对如何提高橡胶垫圈切割机的效率，提高产品的切割精确度已经显得十分重要。对此，市场上已出现了一些橡胶切割机，也公开了部分橡胶切割机的专利。

CN2557301公开了一种橡胶切割机，设有主轴、尾尖座、刀架、工件芯轴装在主轴顶尖与尾尖座之间，其特征在于：所述的工件芯轴中心部位为硬质芯轴，硬质芯轴外套有密封的圆筒形橡胶气囊，橡胶气囊外套有橡胶护套，橡胶气囊内腔通过高速旋转接头与气管连通，气管与气源连通，本装置装卸工件方便，且一个工件芯轴能加工多种直径的工件。

CN2557302公开了一种橡胶切割机的进退刀装置，设有切刀电机、凸轮连杆机构、曲柄连杆机构、螺杆、刀架，其特征在于：所述的切刀电机是与变频器连接的变频调速电机，变频器设有输入脉冲信号后即能改变变频器频率的变频输入端子，所述的切刀电机上设有旋转感应开关，感应开关与变频器的变频输入端子相连。该装置能够实现慢速进刀，快速退刀，提高橡胶切割机的工作效率。

CN2557303公开了一种橡胶切割机，设有驱动电机、主轴，工件芯轴装在主轴与尾尖座之间，设有与切刀电机传动连接的凸轮连杆机构和曲柄连杆机构，与刀架传动连接的螺杆同曲柄连杆机构传动连接，刀杆同凸轮连杆机构传动连接，其特征在于：凸轮连杆机构中能在凸轮(作用下移位的连杆与复位气缸传动联接。该装置刀杆受力均匀可调，且可调整每两次径向进刀之间刀架的轴向步进次数。

CN2784153公开了一种橡胶垫圈切割机的刀片架机构，它包括刀柄、护刀夹片、刀片、手柄压刀块，还包括刀柄二侧分别装的旋钮调节机构和活动可调刀片架，活动可调刀片架上设置的与刀柄锁定的锁定机构，旋钮调节机构与活动可调刀片架活动配合。该设备能直接调节0～25mm的活动范围，可加工φ16～φ140mm范围之间的橡胶垫圈，避免了装拆刀片夹所带来的不便，不仅减少了人为性因素的影响，而且大大降低橡胶垫圈切割机的调试时间及增加生产效率，同时也减缓了刀片的磨损。

CN201161406公开了一种用于切割橡胶垫圈的橡胶垫圈切割机。包括主传动机构、主滑动机构、进刀滑动机构、工件回转机构和工作台，主传动机构、主滑动机构、进刀滑动机构和工件回转机构均设在工作台上，主传动机构和工件回转机构平行设置，主滑动机构设在主传动机构上，进刀滑动机构设在主滑动机构上和主传动机构配合连动。该装置的工作效率高，刀片磨损小，产品质量好；且使用编码器控制步进电机，能够调整刀架每次径向进刀间隔中轴向步进次数，操作简单，调节方便，加工产品尺寸范围大(可加工产品外径8～200mm，径向厚度0.5～20mm，轴向厚度0.5～300mm)，可广泛推广使用。

目前市场上的橡胶切割机存在一些缺陷，首先是单轴单刀机的切割速度慢、工效低，不能满足大批量生产的需要。其次是大多数切割机制得的橡胶垫圈产品的精确度不高，其关键原因是普通切割机是利用橡胶的弹性收缩性能将工件套附于主轴的芯轴上加以切割，当切割完成后由于橡胶产品的弹性复原，因此产品的实际形状、尺寸与切割时发生了改变，产品的精确度难以保证。再次，目前大多数切割机的自动化程度也不高。

发明内容

本发明的目的是提供一种N轴N刀同步切割、真空吸着固定橡塑工件、每道工序自动化、PLC控制和人机界面设置显示等为核心技术的高效圈形橡胶切割机，以提高橡胶的切割速度和精度，提高切割机的自动化程度。

本发明的技术方案是：真空N轴N刀圈形橡胶切割机，其特征是由机台、主轴运转装置、真空装置、工件装卡装置、产品自动脱卸装置、刀具运动装置、程序控制装置组成。

主轴运转装置由N根主轴、与之相连的芯轴和主轴传动装置组成，芯轴上套装待切割的截面为圈形的橡胶工件，传动装置传动给N根主轴同时转动；

刀具运动装置包括直线工作台、伺服电机、进刀汽缸组成，直线工作台上装有N把刀具的刀架，伺服电机带动直线工作台移动，进刀汽缸置于工作台上驱动刀架及刀具；在进刀气缸的活塞杆带动下，刀架的N把刀具在装卡了橡胶工件芯轴相匹配的切割位置并运动，实现N把刀具同步切割；

真空装置是通过管路及旋转接头与切割机主轴的芯轴内腔连接，芯轴上设有一排气孔；芯轴气孔是真空吸附在芯轴上的圈形橡胶工件并使其固定于芯轴上的气孔；

产品自动脱卸装置由退料气缸和连动的卸料套组成，卸料套安装在芯轴上，将切割好的垫圈自动卸料；

工件装卡装置由斜底料箱、滚筒、步进电机、托架、光电感应器、尾架气缸部件构成，步进电机连接斜底料箱的落料槽，落料槽的出口在滚筒近侧，设有的步进电机带动滚筒，由落料槽的出口进入滚筒，由步进电机带动滚筒使圈形橡胶工件进入托架，再由气动尾架气缸臂将圈形橡胶工件安装于芯轴上，气动尾架气缸位于芯轴的工件固定端；

程序控制装置连接并控制主轴运转装置、真空装置、工件装卡装置、产品自动脱卸装置和刀具运动装置的动作，光电感应器装在托架的工件检测位。

刀具采用自定心螺母固定在刀架上，刀具沿着刀架槽运动，与螺母连接的螺杆旋转带动刀架移动时，螺母可在刀架槽内有微小的活动空间，使刀架运动灵活准确，不受阻卡(见图2)。，螺母与刀架槽的间隙为0.01～0.02mm。N是自然数，一般取3～6，尤其取4。

主轴运转装置由N根带有装卡橡胶工件芯轴的主轴、变频器、变频调速电机、同步带等部件组成。根据设定的主轴转速参数、变频调速电机带动同步带传动、使N根主轴同步旋转，并使装卡在主轴芯轴上的橡胶工件被顺利切割。

刀具运动装置由伺服驱动器、伺服电机、直线工作台、刀架及N把刀具等部件组成。根据设定的切割速度、原点位置、成品尺寸和数量、毛坯修边间隔、寸动距离和速度等参数，利用伺服驱动器和伺服电机带动直线工作台作精密移动。同时，直线工作台上的刀架及刀具在进刀气缸的带动下，能快速进入与装卡了橡胶工件芯轴相匹配的切割位置实施切割。刀架上缓冲器可实施刀具的慢切割，确保切割精度；调节缓冲器的阻尼值可控制切割精度和表面粗糙度。

真空装置利用调压过滤器将气源(压缩空气)压力调控在3～4Mpa，气流由电磁阀控制进入真空发生器后产生-0.06～-0.08Mpa的真空，真空负压通过管路及高速旋转接头与切割机主轴的芯轴相连接，通过真空吸着使圈形橡胶工件牢牢地固定于芯轴上。本发明的切割方法主要是：当橡胶工件刚装卡在芯轴上时，瞬间充气能使工件外形舒展后再真空吸合固定，将切割好的垫圈自动卸料时再吹气或保持在大气压状态。

工件装卡装置由斜底料箱、滚筒、步进电机、托架、光电感应器、尾架气缸等部件构成，置于特制斜底料箱中的橡胶管工件通过重力作用进入滚筒，再由步进电机带动滚筒使工件进入托架，在工件通过光电感应器检测后，尾架气缸启动将工件顶至主轴的芯轴上，完成工件的自动装卡。

程序控制装置连接并控制主轴运转装置、真空装置、工件装卡装置、产品自动脱卸装置和刀具运动装置的动作，光电感应器装在托架的工件检测位置。

产品自动脱卸装置由退料气缸和卸料套组成，在工件切割完成后尾架气缸返回，退料气缸带动卸料套从芯轴上推出产品，完成自动卸料。

自动充气装置是利用压缩空气向安装在芯轴上的橡胶管工件充气，芯轴内腔通过一阀门与压缩空气管道连接，当橡胶工件刚装卡在芯轴上时，瞬间充气能使工件外形舒展，使之平整地分布于芯轴上以利于真空固定和切割，充气也能吹离切割产生的橡胶粉末。

电器元件的运作采用PLC控制系统，确保设备运行可靠。

人机界面具有参数设定画面、监控画面、控制画面、故障显示及屏幕保护画面等，可以分别设定和显示各种参数，包括切割厚度、工件数量、切割速度、对刀距离、成品尺寸、工件修边间隔、寸动距离、寸动速度、主轴转速、退刀时间及充气时间等参数；控制画面设有尾架、原点记忆、主轴运行、充气、真空、左(右)移、切刀、手动/自动转换、尾架、复原、自动运行、连续/单步转换等触膜开关。故障显示画面设有复位触膜按钮。

本设备的主要制造方法包括：

整机设计。设计的橡胶切割机由机台、主轴运转装置、刀具运动装置、真空装置、工件装卡装置、产品自动脱卸装置、程序控制系统等组成。功能不同的各种装置布局合理，设计中突出多刀切割和真空装卡切割工件装置的作用。

关键的零部件选用特种材料，并经过专业设计和精密加工而成。旋转主轴采用高强度的特种钢材为原料并通过数控机床和精密磨床加工；切割刀具则采用高精度的工具磨床加工。

整机的安装与调试。按照整机设计布局，在机台上安装切割机的各种装置和部件，包括PLC控制程序和人机界面等。

本发明的有益效果是：采用多刀同步切割，大大提高了切割速度；切割件固定采用真空技术代替依靠橡胶工件的弹性收缩特性，提高了切割产品的精确度；采用步进电机及气动元件使橡胶工件的装卸自动化；采用伺服电机驱动直线运动工作台、气缸带动直线导轨使刀具快速移动，同时刀架上缓冲器能使刀具慢速切割，确保了切割精度，特别适合于切较深的垫圈；切割完成后刀具自动返回；采用自定心螺母使调节移动螺杆能使刀具移动精确、平稳；采用自动吹气功能能保证工件安装平整，切割粉尘自动吹离；采用PLC控制系统和人机界面能方便地设定和显示各种参数，提高了设备的自动化程度和运行的稳定可靠性。

附图说明

图1是真空N轴N刀圈形橡胶切割机的示意图

图2是自定心螺母的示意图

1机台、2真空发生器、3伺服驱动器、4变频器、5变频电机、6直线工作台、7伺服电机、8主轴、9人机界面、11退料气缸、12卸料套、13芯轴、14自定心螺母、15刀具、16进刀气缸、17排料箱、18工件、19滚筒、20步进电机、21光电感应器、22尾架气缸，31自定心螺母、32螺杆、33刀架。

具体实施方案

真空N轴N刀圈形橡胶切割机，其设计方案包括机台、主轴运转装置、刀具运动装置、真空系统装置、工件装卡装置、产品自动脱卸装置、程序控制系统等部件，制造该设备的实施方案如下：材料和元器件的选购。材料主要包括：主轴采用耐用、强度高的钢材加工，刀具采用硬质合金加工，因而耐用性强。选购的主要元器件包括：高精度直线工作台、真空发生器、高品质直线轴承与导杆、伺服电机及其驱动器、PLC、人机界面等。

机械元器件采用精密自主加工，特别是N根主轴和芯轴、切割刀具、以及本切割机的机台部分。整机的安装。将自制和采购的机械元件和电气元件按设计方案进行整机安装，包括：在整机机台上安装由N根带有装卡橡胶工件芯轴的主轴、变频器、变频调速电机、同步带等部件组成的主轴运转装置；安装由直线工作台、刀架和刀具、自动定位螺母、伺服电机、气缸、节流阀和缓冲器等部件组成的刀具运动装置；安装由空气压缩机、调压过滤器、电磁阀、真空发生器、高速旋转接头等部件组成的真空系统装置；安装由底面排料箱、可调节的排料口、滚筒槽、步进电机、落料槽、托架、光电感应器检测、尾架气缸动等部件组成的工件装卡装置；安装由退料气缸、卸料套等部件组成的产品自动脱卸装置；安装由PLC、人机界面等部件组成的程序控制系统等。

整机的调试。整机安装后须经运行操作调试，其性能必须达到：N根主轴按照设定的转速参数同步旋转；真空系统产生的-0.06～-0.08Mpa真空，能将待切割的橡胶工件固定在主轴的芯轴上；切割刀具与芯轴上待切割的橡胶工件位置吻合，并做到快行慢切，切割完成后刀具自动返回；待切割橡胶工件上料的自动化和切割后橡胶垫圈产品卸料的自动化；自动充气功能使工件安装平整，切割粉尘自动吹离；由PLC电器控制实现底层模拟量、开关量的控制，并采集各状态信息反馈、完成数据处理、信息管理等控制任务；人机界面中能设定和显示切割机的各种运行参数和对产品的切割要求，使切割过程自动化；切割橡胶垫圈的外径、厚度、切割速度、精确度等指标必须复合设计要求。

按照上述整机安装和调试的方法，得到一台真空N(N＝4)轴N刀圈形橡胶切割机的样机。其主要参数为：1、电机功率：总功率1100W

2、机器外形尺寸：1200mm×750mm×1300mm，3、机器重量：320kg

该样机切割圈形橡胶的技术参数如下：

1、垫圈外径：Φ8～Φ300mm

2、垫圈可加工厚度：0.3mm～无限

3、垫圈可加工深度：0.1～40mm，4、垫圈可加工厚度公差：≤0.03mm

5、橡胶管长：≤500mm，        6、产量：180～220件/min。

Claims (8)

1、真空N轴N刀圈形橡胶切割机，其特征是由机台、主轴运转装置、真空装置、工件装卡装置、产品自动脱卸装置、刀具运动装置、程序控制装置组成。

主轴运转装置由N根主轴、与之相连的芯轴和主轴传动装置组成，芯轴上套装待切割的截面为圈形的橡胶工件，传动装置传动给N根主轴同时转动；

刀具运动装置包括直线工作台、伺服电机、进刀汽缸组成，直线工作台上装有N把刀具的刀架，伺服电机带动直线工作台移动，进刀汽缸置于工作台上驱动刀架及刀具；在进刀气缸的活塞杆带动下，刀架的N把刀具在装卡了橡胶工件芯轴相匹配的切割位置并运动，实现N把刀具同步切割；

真空装置是通过管路及旋转接头与切割机主轴的芯轴内腔连接，芯轴上设有一排气孔；芯轴气孔是真空吸附在芯轴上的圈形橡胶工件并使其固定于芯轴上的气孔；

产品自动脱卸装置由退料气缸和连动的卸料套组成，卸料套安装在芯轴上，将切割好的垫圈自动卸料；

工件装卡装置由斜底料箱、滚筒、步进电机、托架、光电感应器、尾架气缸部件构成，步进电机连接斜底料箱的落料槽，落料槽的出口在滚筒近侧，设有的步进电机带动滚筒，由落料槽的出口进入滚筒，由步进电机带动滚筒使圈形橡胶工件进入托架，再由气动尾架气缸臂将圈形橡胶工件安装于芯轴上，气动尾架气缸位于芯轴的工件固定端；

程序控制装置连接并控制主轴运转装置、真空装置、工件装卡装置、产品自动脱卸装置和刀具运动装置的动作，光电感应器装在托架的工件检测位。

2、根据权利要求1所述的真空N轴N刀圈形橡胶切割机，其特征是设有刀架缓冲器，缓冲器上设有的阻尼器，以控制切割速度。

3、根据权利要求1所述的真空N轴N刀圈形橡胶切割机，其特征是刀具采用自定心螺母固定在刀架上，刀具沿着刀架槽运动，与螺母连接的螺杆旋转带动刀架移动时，螺母可在刀架槽内有微小的活动空间，使刀架运动灵活准确，不受阻卡，螺母与刀架槽的间隙为0.01～0.02mm。

4、根据权利要求1所述的真空N轴N刀圈形橡胶切割机，其特征是主轴的芯轴内腔通过一阀门也与压缩空气管道连接，当橡胶工件刚装卡在芯轴上时，瞬间充气能使工件外形舒展，使之平整地分布于芯轴上以利于真空固定和切割，充气也能吹离切割产生的橡胶粉末。

5、根据权利要求1所述的真空N轴N刀圈形橡胶切割机，其特征是电器件采用PLC控制，通过人机界面设置和显示切割参数。由PLC完成底层模拟量建立、开关量控制，采集各种状态信息反馈、完成数据处理、信息管理等任务，从而控制变频电机速度、控制伺服电机和动作气缸的运转等，实现切割过程的自动化；在程序控制下，当一组橡胶产品切割完成后刀架能自动返回，进入下一轮切割。

6、根据权利要求1所述的真空N轴N刀圈形橡胶切割机，其特征是真空装置为0.06～0.08Mpa的真空，真空负压通过管路及高速旋转接头与切割机主轴的芯轴连接，通过真空吸着使橡胶工件紧密地固定于芯轴上。

7、根据权利要求1所述的真空N轴N刀圈形橡胶切割机，其特征是N取3～6。

8、真空N轴N刀圈形橡胶切割机的切割方法，其特征是所述切割机由机台、主轴运转装置、真空装置、工件装卡装置、产品自动脱卸装置、刀具运动装置、程序控制装置组成；主轴运转装置由N根主轴、与之相连的芯轴和主轴传动装置组成，芯轴上套装待切割的截面为圈形的橡胶工件，传动装置传动给N根主轴同时转动；刀具运动装置包括直线工作台、伺服电机、进刀汽缸组成，直线工作台上装有N把刀具的刀架，伺服电机带动直线工作台移动，进刀汽缸置于工作台上驱动刀架及刀具；在进刀气缸的活塞杆带动下，刀架的N把刀具在装卡了橡胶工件芯轴相匹配的切割位置并运动，实现N把刀具同步切割；真空装置是通过管路及旋转接头与切割机主轴的芯轴内腔连接，芯轴上设有一排气孔；芯轴气孔是真空吸附在芯轴上的圈形橡胶工件并使其固定于芯轴上的气孔；产品自动脱卸装置由退料气缸和连动的卸料套组成，卸料套安装在芯轴上，将切割好的垫圈自动卸料；工件装卡装置由斜底料箱、滚筒、步进电机、托架、光电感应器、尾架气缸部件构成，步进电机连接斜底料箱的落料槽，落料槽的出口在滚筒近侧，设有的步进电机带动滚筒，由落料槽的出口进入滚筒，由步进电机带动滚筒使圈形橡胶工件进入托架，再由气动尾架气缸臂将圈形橡胶工件安装于芯轴上，气动尾架气缸位于芯轴的工件固定端；程序控制装置连接并控制主轴运转装置、真空装置、工件装卡装置、产品自动脱卸装置和刀具运动装置的动作，光电感应器装在托架的工件检测位；主轴的芯轴内腔通过一阀门也与压缩空气管道连接，当橡胶工件刚装卡在芯轴上时，瞬间充气能使工件外形舒展后再真空吸合固定，将切割好的垫圈自动卸料时再吹气或保持在大气压状态。

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