CN101767294A - 弹性进给全自动内圆切片机切割受力显示装置 - Google Patents

Abstract

弹性进给全自动内圆切片机切割受力显示装置，属于机械加工领域，包括主轴电机带动的切割刀具、弹性进给装置，弹性进给装置包括步进电机带动的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，其特征是弹性进给装置上设有显示装置，显示装置由测量装置和指示装置构成，该显示装置显示弹性原件的受力变形量，用这个变形量来提示切割刀口的受力工作状态，以确定和调整切割进给参数，解决设备、控制模式及切割参数对不同可加工性的材料，从而避免因刀口受力过大，引发的烧刀、毁料事故。

Description

弹性进给全自动内圆切片机切割受力显示装置

技术领域：

本发明属于自动内圆切片机的装置，具体涉及一种弹性进给全自动内圆切片机切割受力显示装置。

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、由步进电机带动的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。

目前的全自动内圆切片机中，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。

在全自动内圆切割加工的过程中，所选择的切割控制参数(进给量或重锤配重重量)对加工质量、加工效率的影响至关重要，在一般情况下，人们是无法检测和判定当前的参数组合是否处在最优的状态。

一般来说，在切割过程中，当被切材料的可切割性好，而选用正常的切割进给/配重参数的时候，此时切割速度快，而进给速度慢，弹簧的弹性受力变形就小，影响切割速度。

当被切材料的可切割性不好、材料难切的时候，如果还采用正常切割参数时，弹簧受力变形会加大，刀口受力也加大。刀口受力过大时，轻则切割的产品严重凹心报废，重则会发生烧刀、毁料情况。

因此，弹性原件的变形情况，反映着切割刀口的受力情况，而弹性变形则对应于切割刀刃的受力状态。

发明内容：

本发明的目的就是提供可以显示和指示弹性原件的变形量的装置，这个变形量的显示和指示，用以判断当前切割状态下的参数是否合适、并根据所显示的结果进行调整参数。

实现本发明的技术方案是：包括主轴电机带动的切割刀具、弹性进给装置，弹性进给装置包括步进电机带动的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，其特征是弹性进给装置上设有显示装置，显示装置由测量装置和指示装置构成，该显示装置显示指示弹性原件的受力变形量，用这个变形量来提示切割过程切割刀口的受力工作状态。

所述的弹性进给全自动内圆切片机切割受力显示装置，其特征是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，显示装置设置在X轴移动工作台和丝杠螺母滑移组件上，显示指示装置用以显示X轴移动工作台和丝杠螺母滑移组件之间的弹性原件的弹性变形量；显示装置包括固定显示装置、移动显示装置，使用时，移动显示装置的前端到固定显示装置前端的距离小于移动显示装置前端到移动显示装置后端的距离，且移动显示装置的前端向固定显示装置的前端移动，移动显示装置与固定显示装置平行，移动显示装置与固定显示装置之间的纵向距离不大于2毫米。

所述的弹性进给全自动内圆切片机切割受力显示装置，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，步进电机的输出轴上设有齿轮，齿轮与齿条啮合，齿条固定安装在X轴移动工作台上，显示装置设置在X轴移动工作台及齿条上，显示指示装置用以显示X轴移动工作台和齿条之间的弹性原件的弹性变形量；显示装置包括下板、上板、齿条，下板与上板之间设有齿条，齿条上设有圆柱形凸起，齿条的一端设有弹簧和调整螺栓，圆柱形凸起穿过上板并与指针连接，上板与下板通过螺栓固定在一起。

所述的弹性进给全自动内圆切片机切割受力显示装置，其特征是位移和力的控制传递连接装置包括Y轴移动工作台上设有支撑板、限位块，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，限位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限位块之间，显示装置设置在Y轴移动工作台上，即支撑板上设有指示尺，护板固定在Y轴移动工作台上并将指示尺遮盖住，护板上设有显示窗，显示窗上设有刻度标志。

所述的弹性进给全自动内圆切片机切割受力显示装置，其特征是所述的显示装置包括显示窗、指示尺，显示窗上设有正常工作位置线和极限工作位置线，指示尺为直角体形板，显示窗设置在X轴移动工作台上，指示尺设置在步进电机丝杠螺母组件上。

所述的弹性进给全自动内圆切片机切割受力显示装置，其特征是所述的显示装置包括在X轴移动工作台上固定设有拉簧，拉簧的一端固定在X轴移动工作台上，拉簧的另一端与可以左右滑动的显示指示针板连接，显示指示针板上刻有分度标志，显示窗封盖住显示指示针板，显示指示针板与动滑轮连接，动滑轮上设有拉线，拉线的一端固定在X轴移动工作台上，拉线的另一端固定在丝杠螺母组件上。

所述的弹性进给全自动内圆切片机切割受力显示装置，其特征是所述的显示装置包括在X轴移动工作台上固定设有位移传感器，位移传感器通过电线连接显示器，位移传感器的编码盘上缠绕有位移拉线，缠绕长度大于最大位移量，位移拉线的一端固定在编码器0点对应的位置，位移拉线的另一端与丝杠螺母组件固定，位移传感器上还缠绕有回力复位拉线，缠绕长度与位移拉线相同，回力复位拉线与拉簧连接，拉簧的另一端固定在X轴移动工作台上，位移传感包括以数字编码输出方式和以模拟量输出方式。

所述的弹性进给全自动内圆切片机切割受力显示装置，其特征是所述的显示装置还可以包括指示尺与步进电机滑板固定连接，护板固定于Y轴移动工作台，在指示尺的最大活动范围开一个显示指示窗，显示指示窗前的透明玻璃上设有刻度标志，或者显示指示窗开孔不加玻璃，在Y轴移动工作台上与指示尺重叠的位置处设有刻度标志。

所述的显示装置还可以包括液体压缩组件固定安装于X轴移动工作台，液体压缩组件的液体压缩杆连接于步进电机的丝杠螺母组件，液体压缩组件通过连接管连接到液位计，液体压缩组件上安装有用以调整自然状态下的液位液量的液位调整接头，用以补充或放出显示液体。

所述的显示装置还可以包括气体压缩组件固定安装于X轴移动工作台，气体压缩组件上的压缩杆连接于步进电机的丝杠螺母组件上，连接管线连接到压力表上。

本发明不需要在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，通过观察弹性原件的变形量来间接反应当前切割状态，通过测量弹性原件的受力变形量，来定性地确定当前切割状态，以确定和调整切割进给参数，以解决设备、控制模式及切割参数对不同可加工性的材料，从而避免发生刀口因受力过大，使切割的产品严重凹心报废或发生烧刀、毁料事故。

附图说明：

图1是本发明实施例一的结构示意图。

图2是本发明实施例二中的显示窗的结构示意图(相对图1放大，其中阴影部分为不透明部分)。

图3是本发明实施例二中的直尺的结构示意图(相对图1放大)。

图4是本发明实施例三的结构示意图(图中Y轴移动工作台、刀具、装料架未示)。

图5是本发明实施例四的结构示意图(图中Y轴移动工作台、刀具、装料架未示)。

图6是本发明实施例五的结构示意图(图中Y轴移动工作台、刀具、装料架未示)。

图7是本发明实施例六的结构示意图(图中Y轴移动工作台、刀具、装料架未示)。

图8是本发明实施例七的结构示意图(图中Y轴移动工作台、刀具、装料架未示)。

图9是本发明实施例八的结构示意图(图中X轴移动工作台、刀具、装料架未示)。

图10是本发明实施例九的结构示意图(图中刀具、装料架未示)。

图11本发明实施例九中显示装置的结构放大图。

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、限位块，12、限位块，13、直尺，14、显示窗，15，直尺，16、不透明部分，17、正常工作位置线，18、透明部分，19、极限工作位置线，20、缺口，21、齿条，22、齿轮，23、弹簧，24、上板，25、垫块，26、锁紧螺母，27、调节螺栓，28、指针，29、固定销，30、拉簧，31、指示针板，32、显示窗，33、指示针板拉线，34、滑轮，35、滑轮导板，36、位移拉线，37、显示器，38、位移传感器，39、回力复位拉线，40、拉簧，41、位移拉线，42、电线，43、液位计，44、液体输送管，45、液压缸，46、压力表，47、连接管，48、气缸，49、挡板，50、弹簧，51、右限位块，52、移动支撑板，53、L形尺，54、左限位块，55、护板，56、刻度尺，57、显示窗，58、凸起，59、下板，60、转轴，61、通槽。

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，本实施例包括主轴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的一端与限位块11连接，限位块11、限位块12均与上工作台4固定连接在一起，承力块8上固定安装有直尺13，X轴移动工作台4上安装有显示窗14，显示窗14为透明玻璃板或塑料板，显示窗14上设有0位线，直尺13上设有刻度线。

实施例二：图2、图3所示，本实施例的显示窗上设有透明部分18、不透明部分16、极限工作位置线19和正常工作位置线17，直尺15为直角梯形板，其它结构与实施例一相同。

实施例三：图4所示，显示装置为在X轴移动工作台4上固定设有拉簧30，拉簧30的一端固定在X轴移动工作台上，拉簧30的另一端与可以左右滑动的指示针板31连接，指示针板31上刻有分度标志，显示窗32封盖住指示针板31，指示针板31与动滑轮34连接，动滑轮34设置在滑轮导板35上，动滑轮34上设有指示针板拉线33，指示针板拉线33的一端固定在X轴移动工作台上，指示针板拉线33的另一端与指示针板31连接，位移拉线36的一端固定在丝杠螺母组件上，位移拉线36的另一端固定在动滑轮34上，其它结构与实施例一相同。

实施例四：图5所示，本实施例与实施例四不同的是动滑轮上不设滑轮导板，指示针板拉线的一端与指示针板连接，另一端连接在动滑轮的轴上，位移拉线的一端固定在丝杠螺母组件上，位移拉线的另一端绕过动滑轮与X轴移动工作台固定连接，其它结构与实施例四相同。

实施例五：图6所示，本实施例的显示装置是在X轴移动工作台4上固定设有角度位移传感器38，角度位移传感器38通过电线42连接显示器37，角度位移传感器38的编码盘上缠绕有位移拉线41，缠绕长度大于最大位移量，位移拉线41的一端固定在角度位移传感器的0点对应的位置，位移拉线41的另一端与丝杠螺母组件固定连接，角度位移传感器38上还缠绕有回力复位拉线39，缠绕长度与位移拉线相同，回力复位拉线39与拉簧40连接，拉簧40的另一端固定在X轴移动工作台上，其它结构与实施例一相同。

实施例六：图7所示，本实施例的显示装置是液体压缩组件(即液压缸45)固定安装于X轴移动工作台，液压缸45的活塞杆连接于步进电机的丝杠螺母组件，液压缸45通过液体输送管44连接到液位计43，液体压缩组件上安装有用以调整自然状态下的液位液量的液位调整接头，用以补充或放出显示液体，其它结构与实施例一相同。

实施例七：图8所示，本实施例的显示装置是气缸48固定安装于X轴移动工作台，气缸48的活塞杆连接于步进电机的丝杠螺母组件上，气缸48通过连接管47连接到压力表46上。

实施例八：图9所示，本实施例的Y轴移动工作台5上设有移动板支撑52、两块限位块(左限位块54、右限位块51)，两块限位块之间设有移动支撑板52，弹簧50安装在移动支撑板52与其中一个限位块(右限位块51)之间，移动支撑板52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，右限位块51上设有调节弹簧弹性力的调节装置，移动支撑板52上安装有L形尺53(L形尺53即为指示尺)，护板55固定于Y轴移动工作台，在指示尺的最大活动范围开一个显示窗57，显示窗57前的透明玻璃上设有刻度标志，或者显示窗开孔不加玻璃，在Y轴移动工作台上与指示尺重叠的位置处设有刻度标志，其它结构与实施例一相同。

实施例九：图10、图11所示，本实施例的位移和力的控制传递连接装置包括步进电机，步进电机固定在在Y轴移动工作台上，步进电机的输出轴上安装有齿轮22，齿轮22与齿条21啮合，齿条21及显示装置固定安装在X轴移动工作台4上，显示装置包括下板59、上板24、齿条21，下板59与上板24之间设有齿条21，齿条21上设有圆柱形凸起58，齿条21的左上端设有缺口20，缺口20处设有弹簧23和调整螺栓27，调整螺栓27上设有锁紧螺母26和调整垫块25，圆柱形凸起58穿过上板24并与转轴60接触连接，指针28套在圆柱形凸起11上，指针28上的螺纹孔的孔径大于圆柱形凸起的直径，转轴60的螺纹部分设置在指针28的螺纹孔内，下板59上设有通槽61，与通槽61对应的上板24的位置处设有凹槽，用以放置弹簧23，上板24与下板59通过螺栓固定在一起。上板24与下板59连接在一起后，调整螺栓27的锁紧螺母26露在上板、下板之外，其它结构与实施例一相同。

Claims (9)

1.弹性进给全自动内圆切片机切割受力显示装置，包括主轴电机带动的切割刀具、弹性进给装置，弹性进给装置包括步进电机带动的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，其特征是弹性进给装置上设有显示装置，显示装置由测量装置和指示装置构成，该显示装置显示指示弹性原件的受力变形量，用这个变形量来提示切割过程切割刀口的受力工作状态。

2.根据权利要求1所述的弹性进给全自动内圆切片机切割受力显示装置，其特征是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，显示装置设置在X轴移动工作台和丝杠螺母滑移组件上，显示指示装置用以显示X轴移动工作台和丝杠螺母滑移组件之间的弹性原件的弹性变形量；显示装置包括固定显示装置、移动显示装置，使用时，移动显示装置的前端到固定显示装置前端的距离小于移动显示装置前端到移动显示装置后端的距离，且移动显示装置的前端向固定显示装置的前端移动，移动显示装置与固定显示装置平行，移动显示装置与固定显示装置之间的纵向距离不大于2毫米。

3.根据权利要求1所述的弹性进给全自动内圆切片机切割受力显示装置，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，步进电机的输出轴上设有齿轮，齿轮与齿条啮合，齿条固定安装在X轴移动工作台上，显示装置设置在X轴移动工作台及齿条上，显示指示装置用以显示X轴移动工作台和齿条之间的弹性原件的弹性变形量；显示装置包括下板、上板、齿条，下板与上板之间设有齿条，齿条上设有圆柱形凸起，齿条的一端设有弹簧和调整螺栓，圆柱形凸起穿过上板并与指针连接，上板与下板通过螺栓固定在一起。

4.根据权利要求1所述的弹性进给全自动内圆切片机切割受力显示装置，其特征是位移和力的控制传递连接装置包括Y轴移动工作台上设有支撑板、限位块，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，限位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限位块之间，显示装置设置在Y轴移动工作台上，即支撑板上设有指示尺，护板固定在Y轴移动工作台上并将指示尺遮盖住，护板上设有显示窗，显示窗上设有刻度标志。

5.根据权利要求2所述的弹性进给全自动内圆切片机切割受力显示装置，其特征是所述的显示装置包括显示窗、指示尺，显示窗上设有正常工作位置线和极限工作位置线，指示尺为直角体形板，显示窗设置在X轴移动工作台上，指示尺设置在步进电机丝杠螺母组件上。

6.根据权利要求1所述的弹性进给全自动内圆切片机切割受力显示装置，其特征是所述的显示装置包括在X轴移动工作台上固定设有拉簧，拉簧的一端固定在X轴移动工作台上，拉簧的另一端与可以左右滑动的显示指示针板连接，显示指示针板上刻有分度标志，显示窗封盖住显示指示针板，显示指示针板与动滑轮连接，动滑轮上设有拉线，拉线的一端固定在X轴移动工作台上，拉线的另一端固定在丝杠螺母组件上。

7.根据权利要求1所述的弹性进给全自动内圆切片机切割受力显示装置，其特征是所述的显示装置包括在X轴移动工作台上固定设有位移传感器，位移传感器通过电线连接显示器，位移传感器的编码盘上缠绕有位移拉线，缠绕长度大于最大位移量，位移拉线的一端固定在编码器0点对应的位置，位移拉线的另一端与丝杠螺母组件固定，位移传感器上还缠绕有回力复位拉线，缠绕长度与位移拉线相同，回力复位拉线与拉簧连接，拉簧的另一端固定在X轴移动工作台上。

8.根据权利要求1所述的弹性进给全自动内圆切片机切割受力显示装置，其特征是所述的显示装置还可以包括指示尺与步进电机滑板固定连接，护板固定于Y轴移动工作台，在指示尺的最大活动范围开一个显示指示窗，显示指示窗前的透明玻璃上设有刻度标志，或者显示指示窗开孔不加玻璃，在Y轴移动工作台上与指示尺重叠的位置处设有刻度标志。

9.根据权利要求1所述的弹性进给全自动内圆切片机切割受力显示装置，其特征是所述的显示装置还可以包括液体压缩组件或气体压缩组件固定安装于X轴移动工作台，液体压缩组件或气体压缩组件的液体压缩杆或气体压缩杆连接于步进电机的丝杠螺母组件，液体压缩组件或气体压缩组件通过连接管连接到显示器。

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