CN101745729B - 拟合角无限回转坡口切割装置 - Google Patents
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Abstract
拟合角无限回转坡口切割装置，包括电气系统、X-Y-Z机械系统，其特征在于：还包括拟合角坡口头和外围割枪防碰撞保护支架；所述电气系统包括数控系统、电器柜和等离子电源；所述X-Y-Z机械系统是一个龙门式的三维运动系统包括工作台、X轴、Y轴、Z轴，X轴、Y轴、Z轴均为直线轴；拟合角坡口头固定安装在X-Y-Z机械系统上，通过数控系统的控制实现割枪的五轴运动实现钢板的坡口加工；所述拟合角坡口头，由A轴、固定架、B轴、悬臂、割枪、角接板、摇臂和割枪三维防撞自动复位装置组成；拟合角坡口头，采用空间拟合生成坡口角，运动速度快，密封性好，结构简洁。
Description
技术领域
本发明属于等离子钢板切割设备领域，具体涉及一种拟合角无限回转坡口切割装置。。
背景技术
拟合角无限回转坡口切割装置是国际焊割界中一项高难度综合技术，它需要精深的机器人技术、数控技术、等离子工艺研究和制造技术。广泛用于航天、造船、冶金、机械加工行业。主要功能是对需要做焊接地钢板进行各种曲线坡口切割，不需要再进行二次加工。切割完的板材可直接用于焊接。
目前该类设备存在以下缺陷：坡口切割精度不高；割枪易因误操作损坏；由于切割机在切割工作时产生大量的氧化金属粉尘，这些金属粉尘温度高随着切割地热气流在空中漂浮，会进入坡口头的零件和轴承中造成零件磨损和损坏。
发明内容
为了克服现有技术不足，本发明采用以下技术方案：
本发明由电气系统、X-Y-Z机械系统、拟合角坡口头和外围割枪防碰撞保护支架组成。
所述电气系统包括数控系统、电器柜和等离子电源。它们为其他机械设备提供电源、控制功能和保护功能。
所述X-Y-Z机械系统是一个龙门式的三维运动系统包括工作台、X轴、Y轴、Z轴，其中X、Y、Z轴均为直线轴。
拟合角坡口头作为一个独立的模块固定安装在X-Y-Z机械系统上，通过数控系统的控制可实现割枪的五轴运动实现钢板的坡口加工。
所述拟合角坡口头是一个独立的模块，由A轴、固定架、B轴、悬臂、割枪、角接板、摇臂和割枪三维防撞自动复位装置组成。A轴安装在固定架上；悬臂与A轴相连，A轴可驱动悬臂进行旋转运动；B轴通过角接板与悬臂固连；摇臂与B轴相连，B轴可驱动摇臂旋转运动；割枪通过割枪三维防撞自动复位装置安装在摇臂上；A轴和B轴联动可实现割枪实现空间坡口角。A轴和B轴具有一小于90度的偏角。
其中，所述B轴使用极电环传导电机和防碰撞开关所需的电源和控制信号，不会导致工作过程因A轴旋转导致B轴的控制电缆围绕A轴缠绕。
所述割枪三维防撞自动复位装置由内轴套、夹枪锥套、保护器锥套、端盖、压紧弹簧、保护器锥套直口面、压紧螺钉组成。在割枪上套有夹枪锥套，夹枪锥套外套接保护器锥套，保护器锥套落在内轴套上。
所述内轴套与保护器锥套的接触面由径向的内侧向外有内轴套锥面、内轴套直口面与内轴套上端面三部分。
所述内轴套与保护器锥套面接触部分的外侧端面上设有多对压紧孔，穿过压紧孔的压紧螺钉上套有压紧弹簧及端盖。
所述内轴套与保护器锥套面接触部分的内轴套直口面其纵截面为直角，其中平面与割枪的轴线垂直，环形面与割枪的轴线平行。
割枪三维防撞自动复位装置能够保护割枪即时卸除冲击力，并自动回复原状态继续工作。当割枪受到来自任意一个方向的碰撞时，由于内轴套被摇臂通过轴承固定而保持稳定状态，割枪的受碰撞动作带动夹枪锥套和保护器锥套沿着冲击力方向偏转，由于保护器锥套与内轴套仅受到重力和弹簧力的压合，在保护器锥套偏转时，其与内轴套之间的锥面接触面可以快捷地令保护器锥套滑出，从而很快消减了割枪所受到的冲击力，在冲击加速度消失后，由于受到压紧弹簧的回复力作用，保护器锥套锥面又使保护器锥套能够迅速滑落到内轴套锥面中来。
所述内轴套直口面由两个相互垂直的面构成，在内轴套的轴线处于垂直状态时，内轴套直口面有一个水平面和一个垂直的环形面。这个内轴套直口面在内轴套与保护器锥套压合时，与保护器锥套的直口面贴合。内轴套直口面使保护器锥套回落到内轴套时，能够完整的复位，使得保护器锥套的轴线与内轴套的轴线重合。从而完美的令保护器锥套所夹紧的割枪回复到碰撞前的位置，准确恢复割枪在受到冲击前的精度。
所述拟合角坡口头上设计有压缩空气接口，通过给传动件部位用压缩空气加压设计方式使粉尘无法进入传动部件内，可达到清洁防尘的效果。
所述外围割枪防碰撞保护支架由转轴、竖直接近开关、竖直防撞架、水平防撞架、水平接近开关、磁铁对、底边、边框组成。
所述外围割枪防碰撞保护支架固定安装在拟合角坡口头上的固定架，通过转轴与固定架活动连接的竖直防撞架，和通过磁铁对与竖直防撞架连接的水平防撞架组成，在竖直防撞架上装有水平接近开关，在竖直防撞架或固定架上安装有竖直接近开关，水平接近开关与竖直接近开关的输出脚与数控系统相连。
所述水平防撞架带有一条与竖直防撞架连接的底边和一条中空且四周密闭的边框，磁铁对的一部分磁极装在底边内。
在等离子切割机工作过程中，整个悬臂、割枪和夹持部分都在外围割枪防碰撞保护支架的防护范围内。竖直防撞架与固定架的重叠部分安装有竖直接近开关，竖直防撞架一旦受到碰撞，可以在竖直平面上做摆动，同时，竖直防撞架与固定架的重叠部分会分离，因此使竖直接近开关输出状态发生变化，此变化状态通知数控系统保存当前运行状态与参数，切割机立即停止运行。水平防撞架与竖直防撞架的重叠部分安装有水平接近开关和磁铁对，水平防撞架与竖直防撞架除了通过磁铁对的磁力连接外没有其它连接方式，水平防撞架一旦受到碰撞，整个水平防撞架会很容易脱离磁力连接状态，与固定架的重叠部分会分离，因此使水平防撞架输出状态发生变化。此竖直防撞架与水平防撞架都由轻质的金属制成，竖直变化状态通知控制系统保存当前运行状态与参数，切割机立即停止运行。竖直防撞架由于将受碰撞获得的冲击立即转化为绕转轴转动的动能，使得竖直防撞架受到冲撞而变形的几率很小。而水平防撞架由于将受碰撞获得的冲击立即转化为脱离磁力连接的动能，让水平防撞架直接脱离竖直防撞架，使水平防撞架不易受损变形，尤其是，当水平防撞架恢复与竖直防撞架的连接时，只要受到磁铁对的磁力引导对位而连接，使得水平防撞架的安装非常方便、快速和准确。
在正常工作情况下，割枪在运行过程中受到外围割枪防碰撞保护支架和割枪三维防撞自动复位装置的双重保护，在割枪在三维空间按照程序动作过程中，遇到外力冲撞或者障碍物时，一旦外部物体进入传感器的触发范围，接近开关会向系统发出信号，导致系统中断当前工序过程，进入报错程序，同时保存当前工作进程和三维位置参数，割枪自动收回开始上提，此时如果外部冲击力已经作用到割枪枪体，由于割枪三维防撞自动复位装置的特殊结构，割枪会带动保护器锥套滑出内轴套，因此而将外部冲击力转移消耗掉。从而有效的保护了割枪和系统的安全。之后，割枪在自动收回过程中，保护器锥套会在压紧弹簧的弹簧力作用下沿着保护器锥套锥面回落到内轴套中，由于保护器锥套直口面落入内锥套直口面，保护器锥套与内轴套的接触面有较高的加工精度，使得保护器锥套的轴线与内锥套轴线完全复合，割枪在保护器锥套的带动下准确恢复原来工作精度，此时系统指令驱动割枪再次下降到原高度，系统恢复原来存储的三维位置和过程参数，割枪再次进入受冲击前的工作状态，开始继续进行后续切割工序。
本发明具有以下优点：
1、拟合角坡口头，采用空间拟合生成坡口角，运动速度快，密封性好，结构简洁。
2、通过极电环传导B轴电机和防碰撞开关所需的电源和控制信号。不会导致工作过程因A轴旋转导致B轴的控制电缆围绕A轴缠绕。
3、割枪三维防撞自动复位机械装置机械载体通过轴承座加上下锥套的活动设计，使其割枪在工作过程中不会随着A轴旋转。防止割枪碰撞损坏，复位精度高，可以迅速恢复继续工作状态，节省时间并提高工作效率。
4、独特的外围割枪防碰撞保护支架可有效地保护机器在高速运动过程中将割枪撞坏。可以保护悬臂和割枪等运动部分，使用方便、可靠，安装便捷、迅速、可以反复使用，不易损坏，结构简单、成本低廉。
5、独特的空气加压防尘设计，通过给传动件部位用压缩空气加压设计方式使粉尘无法进入传动部件内，从而达到清洁防尘的效果。
6、模块化设计，体积和重量较国外同类产品轻巧，接口简单，方便与任何横梁式切割机配合或集成。
附图说明
图1是本发明整体结构正面示意图；
图2是本发明整体结构侧面示意图；
图3是本发明中的拟合角坡口头结构示意图；
图4是本发明中保护器锥套剖视图；
图5是本发明中保护器锥套剖视图；
图6是图5的俯视图；
图7是本发明中内轴套的剖视图；
图8是本发明中外围割枪防碰撞保护支架结构示意图主视图；
图9是图8的左视图；
图10是图8的俯视图。
图中标号及符号说明如下：
1-1数控系统 1-2等离子电源 1-3电器柜2X-Y-Z机械系统 2-1工作台 2-2X轴 2-3Y轴 2-4Z轴3拟合角坡口头 3-1A轴 3-2B轴 3-3悬臂 3-4固定架 3-5割枪 3-6角接板30-1内轴套 30-2夹枪锥套 30-3保护器锥套 30-4端盖 30-5压紧弹簧，30-6保护器锥套直口面 30-7保护器锥套锥面 30-9压紧孔 30-10内轴套锥面 30-11内轴套直口面30-12摇臂 30-13内轴套上端面 30-14压紧螺钉4外围割枪防碰撞保护支架4-1安装孔 4-3转轴 4-4竖直接近开关 4-5竖直防撞架 4-6水平防撞架 4-7水平接近开关 4-8磁铁对 4-12底边 4-13边框。5压缩空气接口
具体实施方式
下面结合附图进一步说明：
如图1、图2所示，本发明拟合角无限回转坡口切割装置由电气系统、X-Y-Z机械系统2、拟合角坡口头3和外围割枪防碰撞保护支架4组成。
如图1、图2所示，所述电气系统包括数控系统1-1、电器柜1-3和等离子电源1-2。它们为其他机械设备提供电源、控制功能和保护功能。
如图1、图2所示，所述X-Y-Z机械系统2是一个龙门式的三维运动系统包括工作台2-1、X轴2-2、Y轴2-3、Z轴2-4，其中X轴2-2、Y轴2-3为齿轮齿条结构实现直线运动；Z轴2-4为滚珠丝杠机构实现直线运动。
如图1、图2所示，拟合角坡口头3作为一个独立的模块固定安装在X-Y-Z机械系统2上，通过数控系统1-1的控制可实现割枪3-5的五轴运动实现钢板的坡口加工。
如图3所示，所述拟合角坡口头3是一个独立的模块，由A轴3-1、固定架3-4、B轴3-2、悬臂3-3、割枪3-5、角接板3-6、摇臂30-12和割枪三维防撞自动复位装置组成。A轴3-1安装在固定架3-4上；悬臂3-3与A轴3-1相连，A轴3-1可驱动悬臂3-3进行旋转运动；B轴3-2通过角接板3-6与悬臂3-3固连；摇臂30-12与B轴3-2相连，B轴3-2可驱动摇臂30-12旋转运动；割枪3-5通过割枪三维防撞自动复位装置安装在摇臂30-12上；A轴3-1和B轴3-2联动可实现割枪3-5实现空间坡口角。A轴3-1和B轴3-2具有一小于90度的偏角。其中，所述B轴3-2使用极电环传导电机和防碰撞开关所需的电源和控制信号，不会导致工作过程因A轴3-1旋转导致B轴3-2的控制电缆围绕A轴3-1缠绕。
如图4所示，割枪三维防撞自动复位装置由，内轴套30-1、夹枪锥套30-2、保护器锥套30-3、端盖30-4、压紧弹簧30-5、保护器锥套直口面30-6、压紧螺钉30-14组成。在割枪3-5上套有夹枪锥套30-2，夹枪锥套30-2外套接保护器锥套30-3，保护器锥套30-3落在内轴套30-1上。
如图4所示，所述内轴套30-1与保护器锥套30-3的接触面由径向的内侧向外有内轴套锥面30-10、内轴套直口面30-11与内轴套上端面30-13三部分。
如图4、图5、图6所示，所述内轴套30-1与保护器锥套30-3面接触部分的外侧端面上设有多对压紧孔30-9，穿过压紧孔30-9的压紧螺钉30-14上套有压紧弹簧30-5及端盖30-4。
如图4、5、7所示，所述内轴套30-1与保护器锥套30-3面接触部分的内轴套直口面30-11其纵截面为直角，其中平面与割枪3-5的轴线垂直，环形面与割枪3-5的轴线平行。
如图4所示，即使在系统接近开关失灵或者受到瞬时外力冲击的情况下，割枪三维防撞自动复位装置仍然能够保护割枪3-5即时卸除冲击力，并自动回复原状态继续工作。当割枪3-5受到来自任意一个方向的碰撞时，由于内轴套30-1被摇臂30-12通过轴承固定而保持稳定状态，割枪3-5的受碰撞动作带动夹枪锥套30-2和保护器锥套30-3沿着冲击力方向偏转，由于保护器锥套30-3与内轴套30-1仅受到重力和弹簧力的压合，在保护器锥套30-3偏转时，其与内轴套30-1之间的锥面接触面可以快捷地令保护器锥套30-3滑出，从而很快消减了割枪3-5所受到的冲击力，在冲击加速度消失后，由于受到压紧弹簧30-5的回复力作用，保护器锥套锥面30-7又使保护器锥套30-3能够迅速滑落到内轴套锥面30-10中来。
如图4、图7所示，所述内轴套直口面30-11由两个相互垂直的面构成，在内轴套30-1的轴线处于垂直状态时，内轴套直口面30-11有一个水平面和一个垂直的环形面。这个内轴套直口面30-11在内轴套30-1与保护器锥套30-3压合时，与保护器锥套30-3的直口面贴合。内轴套直口面30-11使保护器锥套30-3回落到内轴套30-1时，能够完整的复位，使得保护器锥套30-3的轴线与内轴套30-1的轴线重合。从而完美的令保护器锥套30-3所夹紧的割枪3-5回复到碰撞前的位置，准确恢复割枪在受到冲击前的精度。
如图4、图5所示，所述拟合角坡口头3上设计有压缩空气接口5，通过给传动件部位用压缩空气加压设计方式使粉尘无法进入传动部件内，可达到清洁防尘的效果。
如图8、9、10所示，所述外围割枪防碰撞保护支架4由转轴4-3、竖直接近开关4-4、竖直防撞架4-5、水平防撞架4-6、水平接近开关4-7、磁铁对4-8、底边4-12、边框4-13组成。
如图4、图8所示，所述外围割枪防碰撞保护支架4固定安装在拟合角坡口头3上的固定架3-4，通过转轴4-3与固定架3-4活动连接的竖直防撞架4-5，和通过磁铁对4-8与竖直防撞架4-5连接的水平防撞架4-6组成，在竖直防撞架4-5上装有水平接近开关4-7，在竖直防撞架4-5或固定架4-2上安装有竖直接近开关4-4，水平接近开关4-7与竖直接近开关4-4的输出脚与数控系统1-1相连。
如图10所示，所述水平防撞架4-6带有一条与竖直防撞架4-5连接的底边4-12和一条中空且四周密闭的边框4-13，磁铁对4-8的一部分磁极装在底边4-12内。
在图4中，可以看到所述外围割枪防碰撞保护支架4与整体结构的关系，在等离子切割机工作过程中，整个悬臂3-3、割枪3-5和夹持部分都在外围割枪防碰撞保护支架4的防护范围内。竖直防撞架4-5与固定架3-4的重叠部分安装有竖直接近开关4-4，竖直防撞架4-5一旦受到碰撞，可以在竖直平面上做摆动，同时，竖直防撞架4-5与固定架3-4的重叠部分会分离，因此使竖直接近开关4-4输出状态发生变化，此变化状态通知数控系统1-1保存当前运行状态与参数，切割机立即停止运行。水平防撞架4-6与竖直防撞架4-5的重叠部分安装有水平接近开关4-7和磁铁对4-8，水平防撞架4-6与竖直防撞架4-5除了通过磁铁对4-8的磁力连接外没有其它连接方式，水平防撞架4-6一旦受到碰撞，整个水平防撞架4-6会很容易脱离磁力连接状态，与固定架3-4的重叠部分会分离，因此使水平防撞架4-6输出状态发生变化。此竖直防撞架4-5与水平防撞架4-6都由轻质的金属制成，竖直变化状态通知控制系统保存当前运行状态与参数，切割机立即停止运行。竖直防撞架4-5由于将受碰撞获得的冲击立即转化为绕转轴4-3转动的动能，使得竖直防撞架4-5受到冲撞而变形的几率很小。而水平防撞架4-6由于将受碰撞获得的冲击立即转化为脱离磁力连接的动能，让水平防撞架4-6直接脱离竖直防撞架4-5，使水平防撞架4-6不易受损变形，尤其是，当水平防撞架4-6恢复与竖直防撞架4-5的连接时，只要受到磁铁对4-8的磁力引导对位而连接，使得水平防撞架4-6的安装非常方便、快速和准确。
在正常工作情况下，割枪3-5在运行过程中受到外围割枪防碰撞保护支架4和割枪三维防撞自动复位装置的双重保护，在割枪3-5在三维空间按照程序动作过程中，遇到外力冲撞或者障碍物时，一旦外部物体进入传感器的触发范围，接近开关会向系统发出信号，导致系统中断当前工序过程，进入报错程序，同时保存当前工作进程和三维位置参数，割枪3-5自动收回开始上提，此时如果外部冲击力已经作用到割枪3-5枪体，由于割枪三维防撞自动复位装置的特殊结构，割枪3-5会带动保护器锥套30-3滑出内轴套30-1，因此而将外部冲击力转移消耗掉。从而有效的保护了割枪3-5和系统的安全。之后，割枪3-5在自动收回过程中，保护器锥套30-3会在压紧弹簧30-5的弹簧力作用下沿着保护器锥套锥面30-7回落到内轴套30-1中，由于保护器锥套直口面30-6落入内锥套直口面30-11，保护器锥套30-3与内轴套30-1的接触面有较高的加工精度，使得保护器锥套30-3的轴线与内锥套30-1轴线完全复合，割枪3-5在保护器锥套30-3的带动下准确恢复原来工作精度，此时系统指令驱动割枪3-5再次下降到原高度，系统恢复原来存储的三维位置和过程参数，割枪3-5再次进入受冲击前的工作状态，开始继续进行后续切割工序。
Claims (6)
1.拟合角无限回转坡口切割装置，包括电气系统、X-Y-Z机械系统，其特征在于：还包括拟合角坡口头和外围割枪防碰撞保护支架；
所述电气系统包括数控系统、电器柜和等离子电源；
所述X-Y-Z机械系统是一个龙门式的三维运动系统包括工作台、X轴、Y轴、Z轴，X轴、Y轴、Z轴均为直线轴；
拟合角坡口头固定安装在X-Y-Z机械系统上，通过数控系统的控制实现割枪的五轴运动实现钢板的坡口加工；
所述拟合角坡口头，由A轴、固定架、B轴、悬臂、割枪、角接板、摇臂和割枪三维防撞自动复位装置组成；A轴安装在固定架上；悬臂与A轴相连，A轴可驱动悬臂进行旋转运动；B轴通过角接板与悬臂固连；摇臂与B轴相连，B轴可驱动摇臂旋转运动；割枪通过割枪三维防撞自动复位装置安装在摇臂上；A轴和B轴联动实现割枪实现空间坡口角；
所述B轴使用极电环传导电机和防碰撞开关所需的电源和控制信号；
所述外围割枪防碰撞保护支架由转轴、竖直接近开关、竖直防撞架、水平防撞架、水平接近开关、磁铁对、底边、边框组成；
所述外围割枪防碰撞保护支架固定安装在拟合角坡口头上的固定架，通过转轴与固定架活动连接的竖直防撞架，和通过磁铁对与竖直防撞架连接的水平防撞架组成，在竖直防撞架上装有水平接近开关，在竖直防撞架或固定架上安装有竖直接近开关，水平接近开关与竖直接近开关的输出脚与数控系统相连；
所述水平防撞架带有一条与竖直防撞架连接的底边和一条中空且四周密闭的边框，磁铁对的一部分磁极装在底边内；
悬臂、割枪和夹持部分都在外围割枪防碰撞保护支架的防护范围内；
水平防撞架与竖直防撞架的重叠部分安装有磁铁对。
2.如权利要求1所述的拟合角无限回转坡口切割装置，其特征在于：所述A轴和B轴具有一小于90度的偏角。
3.如权利要求1所述的拟合角无限回转坡口切割装置，其特征在于：所述拟合角坡口头上设计有压缩空气接口。
4.如权利要求1所述的拟合角无限回转坡口切割装置，其特征在于：所述割枪三维防撞自动复位装置由内轴套、夹枪锥套、保护器锥套、端盖、压紧弹簧、保护器锥套直口面、压紧螺钉组成；在割枪上套有夹枪锥套，夹枪锥套外套接保护器锥套，保护器锥套落在内轴套上；
所述内轴套与保护器锥套的接触面由径向的内侧向外有内轴套锥面、内轴套直口面与内轴套上端面三部分；
所述内轴套与保护器锥套面接触部分的外侧端面上设有多对压紧孔，穿过压紧孔的压紧螺钉上套有压紧弹簧及端盖；
所述内轴套与保护器锥套面接触部分的内轴套直口面其纵截面为直角，其中平面与割枪的轴线垂直，环形面与割枪的轴线平行；
所述内轴套直口面由两个相互垂直的面构成，在内轴套的轴线处于垂直状态时，内轴套直口面有一个水平面和一个垂直的环形面；这个内轴套直口面在内轴套与保护器锥套压合时，与保护器锥套的直口面贴合；内轴套直口面使保护器锥套回落到内轴套时，能够完整的复位，使得保护器锥套的轴线与内轴套的轴线重合；从而完美的令保护器锥套所夹紧的割枪回复到碰撞前的位置，准确恢复割枪在受到冲击前的精度。
5.如权利要求1所述的拟合角无限回转坡口切割装置，其特征在于：竖直防撞架与固定架的重叠部分安装有竖直接近开关。
6.如权利要求1所述的拟合角无限回转坡口切割装置，其特征在于：水平防撞架与竖直防撞架的重叠部分安装有水平接近开关。
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