CN101745992B - 内圆切片机的弹性缓冲进给装置及其进给方法 - Google Patents

Abstract

内圆切片机的弹性缓冲进给装置，属于自动内圆切片机的装置，它包括主轴电机带动的切割刀具、步进电机带动的X轴移动工作台、步进电机带动的Y轴移动工作台，X轴移动工作台设置在Y轴移动工作台的上方，X轴移动工作台上设有夹料架，其特征是X轴移动工作台与Y轴移动工作台之间的位移和力的控制传递连接装置中设置有具有弹性功能的部件或具有弹性功能的组件。本发明通过具有弹性功能的部件或组件吸收瞬间完成的控制给进，达到弹性缓冲给力的目的，克服了直接强制脉冲进给的不足，避免了切割材料局部硬度变化对切割质量和切割效率的影响，提高了加工参数对被切割材料的可切割性的适应性，从而提高了切割速度。

Description

内圆切片机的弹性缓冲进给装置及其进给方法

技术领域：

本发明属于自动内圆切片机的装置，具体涉及一种自动内圆切片机的进给装置及其进给方法。 

背景技术：

内圆切片机是稀土永磁材料烧结钕铁硼平面切割加工中最常用的加工设备。它包括半自动内圆切片机、全自动内圆切片机，全自动内圆切片机包括微机控制系统、由主电机带动的切割刀具、进给装置，进给装置包括步进电机带动的X轴移动工作台、由步进电机带动的Y轴移动工作台，X轴移动工作台设置在Y轴移动工作台的上方，带动X轴移动工作台的步进电机设置在X轴移动工作台上。 

在传统的手动控制切割过程中，先对Y轴方向的切割面位置进行位移定位。定位之后重锤牵引X轴滑动盘，位于X轴滑动盘上的料架沿牵引方向移动，被切割料被高速旋转的内圆切割刀所切割。刀刃刃口切割受力来源于重锤的牵引。所有的Y轴切割面的移动由人工控制，沿X轴的切割过程开始切割阶段，由人工控制x轴滑动盘的移动位移，使切割过程平稳开始，切割平稳之后，有重锤和阻尼的双重作用自动切割。这样的切割方法称为半自动切割，其加工质量(平行度、形位公差、表面光洁度)、加工效率受到技术、体力、情绪等 人为的因素影响比较多。每人操作的设备也仅仅在6～10台之间。 

随着电子控制技术的发展，Y轴方向的切割面位移采用步进电机控制，X轴切割方向采用步进电机控制切割刀与被切割材料的相对位移，控制切割速度。这种技术进步大大提高了切割加工精度，提高了单个人员的工作效率，单人操作控制的设备可以到30～50台。 

Y轴方向的步进电机控制没有任何的潜在的问题，但是，在X轴方向上，对切割刀上的加力及控制方式影响着单台设备的切割效率。 

目前，控制切割刀具进给方式上有两种结构方式，一种是重锤配重，步进电机限度进给的方式(类型1)；另一种是步进电机刚性连接，每一步的步进量都施加在内切切片刀的刃口上(类型2)。 

当步进进给速度设置比较低的时候，两者工作状态基本接近，在这样的工况下的切割速度(单位时间内的切割面积)比较低，比人工切割速度平均低15～30％。 

在一般情况下，由于单人操作控制的全自动切片机的数量多，所有的参数都取在相对安全、保守的范围内，相对于手动切片而言，其切割速度低20％左右。 

在内圆切割的过程中，影响切割速度的因素是稳定吃刀(扶刀)时间和切割过程中刀口的受力程度。在切片过程中，最常见的异常情况是烧刀，轻者刀口损伤(偏刃、局部烧损金刚砂)，重者刀口金刚砂全部烧掉，甚至刀被撕烂。 

为提高切割速度，一般采用加大重锤重量(对于类型1)或加快X轴步进电机的进给速度(类型2)。 

对于类型2，无论最小进给步距是多少，每一个瞬间完成的最小进给量，都是以刀的弹性变形来吸收这个进给位移量的，这种弹性变形以力的形式作用在切割刀口，在下一个进给之间初步释放刀片的弹性变形力。 

从理论上讲，如果进给时间间隔足够长，则会存在弹性变形应力释放完毕之后的空转。另一方面，如果进给的时间间隔足够短，则上一个进给期间的应力尚未释放完，造成应力积累，轻则影响切割产品的质量(切割出的产品凹心)，重则毁料撕刀。 

在实际的切割过程中，具体的参数往往是根据经验和实际切割的材料人为设置的，而且一般是以确保切割产品的质量为前提的保守的切割进给参数。即便是相对比较安全的切割进给参数，在材料可切割性发生变化的时候，尤其是材料可切割性变大的时候，则会导致加工产品的质量(公差和平行度)发生变化。 

因此，对于内圆切片机，其X轴移动的控制的目的不在于精确的定位，而是在于如何有效地平衡切割质量和切割效率之间的关系，选择合适的控制方法、连接结构和控制模式。 

目前的内圆切片机中，步进电机与控制对象的连接均为刚性连接，为了确保控制位移的精度，其采用若干个轴控制定位，任何一轴的控制都是为了精确定位。 

步进电机为刚性连接工作方式，为刚性给力，每一步的步进量都施加在内切切片刀的刃口上，在实践中存在如下不足：当步进进给速度设置比较低的时候，两者工作状态基本接近，在这样的工况下的切割速度(单位时间内的切割面积)比较低，比人工切割速度平均低15～30％；在一般情况下，由于单人操作控制的全自动切片机的数量多，所有的参数都取在相对安全、保守的范围内，相对于手动切片而言，其切割速度低20％左右。 

本发明提供不需要在X轴移动工作台上精确定位，而是将力的控制传导在切割刀上，以解决设备、控制模式及切割参数对不同可加工性的材料，不同规格产品的高质量、高效的加工问题，在最大限度地提高单人的产量效率的同时，提高单台设备的加工效率。 

发明内容：

本发明旨在提供弹性缓冲连接，其工作方式为弹性缓冲给力的自动内圆切片机的进给装置及其进给方法。 

实现本发明的技术方案是：自动内圆切片机的进给装置包括主轴电机带动的切割刀具、步进电机带动的X轴移动工作台、步进电机带动的Y轴移动工作台，X轴移动工作台设置在Y轴移动工作台的上方，X轴移动工作台上设有夹料架，其特征是X轴移动工作台与Y轴移动工作台之间的位移和力的控制传递连接装置中设置有具有弹性功能的部件或具有弹性功能的组件。 

所述的位移和力的控制传递连接装置，包括步进电机、丝杠、丝杠螺母，步进电机固定安装在Y轴移动工作台上，步进电机连接丝 杠，丝杠螺母设置在丝杠上，丝杠螺母的上面设有承力块，X轴平台上设前、后挡块，具有弹性功能的部件设置在挡块与承力块之间。 

所述的位移和力的控制传递连接装置，还包括步进电机、齿轮、齿条，步进电机的输出轴上设有齿轮，齿轮与齿条啮合，齿条安装在X轴移动工作台上，齿条上设有缺口凹槽，具有弹性功能的部件设置在齿条的缺口凹槽内。 

所述的位移和力的控制传递连接装置，还包括步进电机与齿轮通过齿轮轴连接，齿轮轴上设有齿轮，齿轮与齿条啮合，齿条固定安装在X轴移动工作台上，步进电机的输出轴与齿轮轴之间通过弹性联轴器连接，弹性联轴器承担具有弹性功能的部件的作用。 

所述的位移和力的控制传递连接装置，还包括X轴移动工作台的一端通过绳、定滑轮设置配重重物。 

本发明还包括Y轴移动工作台上设有支撑板、挡块，支撑板通过滑移装置安装有步进电机，滑移装置可以使步进电机水平方向滑动，上工作台上还设有限位开关，挡块上设有调节弹簧弹性力的调节装置，弹簧安装在支撑板与挡块之间。 

所述的具有弹性功能的部件为弹簧或橡胶垫或弹性垫片或弹性联轴器。 

所述的具有弹性功能的组件为若干个弹簧、橡胶垫、弹性垫片的串联组合或并联组合或不同弹性系数的弹簧的串联组合。 

本发明还包括X轴移动工作台上固定安装有限位开关。 

所述的具有弹性功能的部件或设置在丝杠螺母上面的承力块与挡块之间；或设置在与X轴移动工作台连接的齿条的凹槽内；或设置在步进电机的输出轴与齿轮轴之间；或设置在Y轴移动工作台上 的挡块与Y轴移动工作台上面的支撑板之间。 

本发明的步进电机的给进通过具有弹性功能的部件或组件与X轴移动工作台连接，而不是步进电机的丝杠螺母或齿条与X轴移动工作台直接连接。通过具有弹性功能的部件或组件吸收瞬间完成的控制给进，达到弹性缓冲给力的目的，克服了直接强制脉冲进给的不足，避免了切割材料局部硬度变化对切割质量和切割效率的影响，提高了加工参数对被切割材料的可切割性的适应性，从而提高了切割速度。 

内圆切片机的弹性缓冲进给方法是通过弹性部件的变形吸收瞬间完成的最小步距进给控制的X轴移动工作台位移量，达到缓冲和逐步加力的目的，同时通过弹性原件的变形伸缩，在一定程度上增加参数对不同可加工性材料的适应性——弹性给力自适应给力加工。 

内圆切片机的弹性缓冲进给方法，是在自然状态下，弹簧处于最小受力状态；开始切割时，步进电机旋转，丝杠螺母及承力块向右移动，当开始切料的时候，切割刀遇到被切割材料，行进的丝杠螺母带动承力块开始逐步压缩弹簧，切割刀口从不受力到逐步加力开始切割，缓慢地逐步对刀口加力切割；在正常切割之后，弹簧受力压缩变形稳定在一个平衡状态；此时，进给速度与切割速度达到平衡，弹簧变形处于一个基本稳定平衡状态；切割快结束的时候，由于被切割面积逐步减小，切割行进速度逐步加快，弹簧逐步伸长。 

内圆切片机的弹性缓冲进给方法还包括在自然的不切割状态下，弹簧或弹性器件/部件处于最大受力变形状态，在开始切割的时候，步进电机旋转，丝杠左移，在刀口未接触到被切割材料的时候，弹簧 一直处于最大受力变形状态，在切片刀口接触到被切割材料的时候，高速旋转的刀口逐渐加力，而弹簧受力逐渐减小，刀口受力的过程是逐渐缓慢增加的过程；当稳定切割的时候，步进电机的进给速度大于切割速度，弹簧逐渐恢复到自然长度，步进电机行进到运行停止位置之后停止转动进给；当材料快切割结束的时候，前固定挡块接触到丝杠螺母滑移组件，弹簧逐渐受力变形压缩或拉长，逐渐减小切割刀口的受力大小。 

本自动内圆切片机的进给方法在正常的整个切割的过程中，由于弹性部件弹簧的缓冲，达到平衡的、一定范围内的自适应切割。在异常的情况下：例如：当材料内部局部可切割性变差的时候，X移动工作台的行进进给，不是刚性地施加在切割刀口刀刃上，而是被弹簧的弹性变形所吸收，减少和避免了切割过程中出现上述异常情况时发生烧刀、毁料现象；当被切割材料整批的可切割性变差的时候，由于弹性部件的存在，可以在一定程度上整个弹性压缩加大，设定最大位移限制限位开关，在控制系统上确保安全切割。 

附图说明：

图1是内圆切片机的弹性缓冲进给装置实施例一的结构图。 

图2是内圆切片机的弹性缓冲进给装置实施例二的结构图。 

图3是内圆切片机的弹性缓冲进给装置实施例三的结构图。 

图4是内圆切片机的弹性缓冲进给装置实施例四的结构图。 

图5是内圆切片机的弹性缓冲进给装置实施例五的结构图(图中 上工作台及刀具未示)。 

图6是内圆切片机的弹性缓冲进给装置实施例六的结构图。 

图7是内圆切片机的弹性缓冲进给装置实施例七的结构图。 

图8是内圆切片机的弹性缓冲进给装置实施例八的结构图(图中刀具未示)。 

图9是内圆切片机的弹性缓冲进给装置实施例九中齿条及齿条上的凹槽内的弹簧的结构示意图。 

图中：1、刀具，2、装料架，3、被切割材料，4、X轴移动工作台(又称上工作台)，5、Y轴移动工作台(又称下工作台)，6、步进电机，7、丝杠，8、承力块(连接件)，9、丝杠螺母，10、弹簧，11、挡块，12.挡块，13、限位开关，14、拉簧，15、调节件，16、传感器，17、弹簧，18、圆形导向块，19、导向压块，20、凹槽，21、齿条，22、齿轮，23、弹簧，24、限位开关，25、右挡块，26、弹簧，27、支撑板，28、左挡块，29、限位开关，30、绳子，31、定滑轮，32、配重重物，33、齿轮轴，34、挡块，35、弹簧，36、连接件，37、弹簧，38、挡块，39、限位开关，40、弹簧。 

具体实施方式：

本发明的具体实施方式不局限于下述实施例，可根据实际需要设置不同的实施例。 

实施例一：图1所示，本实施例包括主电机带动的切割刀具1、步进电机6带动的X轴移动工作台4、步进电机带动的Y轴移动工 作台5，X轴移动工作台4设置在Y轴移动工作台5的上方，X轴移动工作台4上设有夹料架2，X轴移动工作台4与Y轴移动工作台5之间的位移和力的控制传递连接装置中设置有弹簧10。所述的位移和力的控制传递连接装置包括步进电机6，步进电机6上设有丝杠7，丝杠7上套有丝杠螺母9，步进电机6固定安装在Y轴移动工作台5上，丝杠螺母9上设有承力块8，承力块8的一侧连接弹簧10，弹簧10的一端与挡块11连接，挡块11、挡块12均与上工作台4固定连接在一起，工作台4上还设有可以左右滑动的限位开关13。 

本实施例的弹簧伸缩长度不大于10毫米，一般0.5～4毫米，不切割的自然静止状态下，弹簧受力不小于0.1公斤。在5～10公斤压缩变形的位置设置最大相对压缩量限位开关13(最大位移限位开关13固定于工作台4，为调整方便，此安装是左右可滑动移动的)，在控制系统上增加限位开关作用时停止X轴切割进给1～60秒，确保切割质量、切割效率。 

开始切割时，步进电机旋转，丝杠螺母及承力块向右移动，当开始切料的时候，切割刀遇到被切割材料，行进的丝杠螺母开始逐步压缩弹簧，切割刀口逐步从不受力到逐步加力开始切割。这样的逐步对刀口加力切割，很好地解决扶刀、认刀的过程，保证切割质量。 

在正常切割之后，弹簧受力压缩变形稳定在一个平衡状态。此时，进给速度，与切割速度达到平衡，弹簧变形处于一个基本稳定平衡状态。 

在切割快结束的时候，由于被切割面积逐步减小，切割行进速度逐步加快，弹簧逐步伸长。

实施例二：图2所示，本实施例的弹簧为拉簧14，拉簧14设置在承力块与调节件15之间，挡块12、调节件15均固定在上工作台上，挡块12设置在承力块与调节件15之间，拉簧14固定在调节件15上，调节件15上设有调节拉簧弹性力的调节装置(为现有技术，故省略其结构描述)，其它结构与实施例一相同。 

拉簧参数范围：压缩1～10毫米承受力变化10公斤。一般不切割的自然静止状态下，拉簧力0.1公斤左右；最大力(一般不超过10公斤)条件下，拉簧变形4毫米。控制系统：当位移达到最大允许位移而使得最大位移接近开关作用时，停止进给1～60秒。最大位移限位开关固定于上工作台，为调整方便，此安装是左右可滑动移动的。 

实施例三：图3所示，本实施例的丝杠螺母9及承力块8的两侧均设有拉簧17及挡块，挡块均固定在上工作台上，承力块上还设有振动传感器16，限位开关13设置在上工作台上，限位开关13可以在上工作台上左右滑动，即承力块的两侧各连接一个拉簧，每个拉簧均与各自的挡块连接，其它结构与实施例一相同。 

实施例四：图4所示，本实施例的步进电机的输出轴上安装有齿轮22，齿条21与齿轮22啮合，齿条21两端均设有缺口凹槽20，每个缺口凹槽20内均设有圆形导向块18(左导向块和右导向块)，每个圆形导向块18固定于上工作台4的侧面或底部，圆形导向块18起齿条左右滑动的导向作用，每个圆形导向块18的上面均设有导向压 块19，导向压块19与上工作台4固定在一起，导向压块19使齿条21紧贴上工作台4；左导向压块19上设有弹簧23和另一个弹簧，两个弹簧均与齿条21连接。在自然状态下，右缺口凹槽中的右导向块与齿条的缺口凹槽底接触，其它结构与实施例一相同。 

实施例五：图5所示，本实施例的Y轴移动工作台上设有支撑板27、两块挡块(左挡块28、右挡块25)，两块挡块之间设有支撑板27，弹簧26安装在支撑板27与其中一个挡块(右挡块25)之间，支撑板27上通过滑移装置(可以是轨道或滑轮)安装有步进电机，滑移装置可以使步进电机沿X轴(即水平)方向滑动，上工作台上还设有限位开关，右挡块上设有调节弹簧弹性力的调节装置，其它结构与实施例一相同。 

实施例六：图6所示，本实施例的上工作台4的一端通过绳30、定滑轮31设置配重重物32，定滑轮31安装在下工作台左端的支架上，限位开关13、左挡块11、右挡块均固定于上工作台4，限位开关13可以左右滑移，以利于调整，步进电机6固定于下工作台5，步进电机丝杠螺母9上的承力块8与右挡块之间安装弹簧17，其它结构与实施例一相同。 

本实施例在自然的不切割状态下，弹簧受配重重物的重力左右而被压缩。 

在开始切割的时候，步进电机旋转，丝杠左移，在刀口未接触到被切割材料的时候，弹簧一直被压缩，弹簧受力＝配重重物的重力，才刚切片刀口接触到被切割材料的时候，告诉旋转的刀口逐渐加力，而弹簧逐渐伸长。刀口受力的过程是逐渐缓慢增加的过程。 

当稳定切割的时候，步进电机的进给速度大于切割速度，弹簧逐渐伸长到自然长度，步进电机行进到运行停止位置之后停止转动进给。 

当材料快切割结束的时候，前固定挡块接触到丝杠螺母滑移组件，可以(但不一定，取决于是否必要和具体的控制位置设置)逐步压缩弹簧，逐渐减小切割刀口的受力大小。 

实施例七：图7所示，本实施例的步进电机(图中未示)固定在下工作台4上，步进电机的输出轴与齿轮轴33之间通过弹性联轴器(图中未示)连接，齿轮轴33上设有齿轮22，齿轮22与齿条21啮合，齿条21固定安装在上工作台4上，其它结构与实施例一相同。 

实施例八：图8所示，本实施例与实施例一不同之处在于：弹簧采用不同弹性系数的弹簧进行串联连接。即：上工作台上设有两个限位台(左挡块38、右挡块34)，丝杠螺母及承力块设置在两个限位台之间，两个不同弹性系数的弹簧37、38通过连接件36连接构成弹簧组件，弹簧组件的一端与丝杠螺母及承力块接触连接，弹簧组件的另一端与左挡块接触连接，弹簧37和弹簧39的弹性系数不同。 

其主要作用功能是：在切割刀与被切割料刚刚开始接触切割的时候，弹性系数小的弹簧首先比较显著地压缩变形，通过两种不同弹性系数的弹簧最大限度起到接触切割时的缓冲作用。 

实施例九：图9所示，本实施例与实施例四的不同之处在于：设 置在缺口槽内的弹簧由全程作用弹簧和非全程作用弹簧构成，全程作用弹簧的右侧与齿条接触连接，此弹簧的右侧与导向压块右侧侧向承力部位接触连接，弹簧有微量的压缩，而非全程作用弹簧40的右侧固定在齿条上，此弹簧40的左侧与导向压块右侧侧向承力部位留有一定的间隙。 

在开始切割时，当刀刃和被切割材料接触的时候，全程作用弹簧缓慢给刀口进给加力，在开始切割一定位移之后，导向压块右侧侧向承力部位与非全程作用弹簧接触增加弹性缓冲力(随着刀口切割面积的加大，需要的力加大)，以解决开始切割需要的力比较小，而正常切割需要的力比较大而位移又不可能太大的问题。 

说明：丝杠螺母上固定安装承力块为丝杠螺母组件。 

Claims (1)

1.内圆切片机的弹性缓冲进给装置，包括主轴电机带动的切割刀具、步进电机带动的X轴移动工作台、步进电机带动的Y轴移动工作台，X轴移动工作台设置在Y轴移动工作台的上方，X轴移动工作台上设有夹料架，X轴移动工作台与Y轴移动工作台之间具有位移和力的控制传递连接装置；其特征是所述的位移和力的控制传递连接装置包括步进电机、齿轮、齿条，所述步进电机的输出轴上设有所述齿轮，所述齿轮与所述齿条啮合，所述齿条安装在X轴移动工作台上，所述齿条两端均设有缺口凹槽，每个缺口凹槽内均设有圆形导向块，每个圆形导向块固定于上工作台的侧面或底部，圆形导向块起齿条左右滑动的导向作用，每个圆形导向块的上面均设有导向压块，导向压块与上工作台固定在一起，导向压块使所述齿条紧贴上工作台；左导向压块上设有弹簧和另一个弹簧，两个弹簧均与所述齿条连接，在自然状态下，右缺口凹槽中的右导向块与所述齿条的缺口凹槽底接触。

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