CN102145409A - 轴承用钢管的切割设备及切割工艺 - Google Patents

Abstract

本发明主要公开了一种轴承用钢管的切割设备及切割工艺，包括供料机构和切割机构。供料机构包括电机、丝杠、导向杆、用于夹紧管材的窄夹紧装置和宽夹紧装置、以及驱动窄夹紧装置和宽夹紧装置夹放动作的液压系统。宽夹紧装置位置固定，安装有窄夹紧装置的丝杆连接电机受其驱动。切割机构包括切割驱动机构、刀片、调速电机、微动开关。控制调速电机启闭的微动开关定位在管材伸出宽夹紧装置之外的切割钢圈长度位置，刀片安装于调速电机受其驱动自转，同时电机固定连接切割驱动机构的输出轴。本发明能全自动、高精度的完成管材的切割，工作稳定，成本低，目前该设备投入应用并取得了良好的效果。

Description

轴承用钢管的切割设备及切割工艺

技术领域

本发明涉及钢管切割设备及切割工艺，特别与轴承用钢管的切割设备及切割工艺有关。

背景技术

轴承加工的下料工序，就是将钢管根据一定宽度进行切割再进入下道工序。下料工序是后续加工工序的基础，下料工序的精度、效率直接影响到产品质量的好坏及成本的高低。近年来，管材切割机的研制取得了很大进展，但存在结构复杂、价格高等诸多问题。

现在很多生产企业仍然通过人工加机械定位来保证下料的精度。调查中发现，该类设备切削余量大，耗材多，人工测量无法保证精度，加工效率较低。目前也有人设计一种激光切割管材的设备，但是存在设备成本高，切削面硬度变大影响后续加工等问题。

为此，本发明人提出一种新型轴承用管材切割机及其切割工艺，实现管材送料定位精度高、工作迅速平稳而相对成本较低，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轴承用钢管的切割设备及切割工艺，能全自动、高精度的完成管材的切割，工作稳定，成本低，目前该设备投入应用并取得了良好的效果。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

轴承用钢管的切割设备，包括供料机构和切割机构；供料机构包括电机、丝杠、导向杆、用于夹紧管材的窄夹紧装置和宽夹紧装置、以及驱动窄夹紧装置和宽夹紧装置夹放动作的液压系统；宽夹紧装置位置固定，安装有窄夹紧装置的丝杆连接电机受其驱动；切割机构包括切割驱动机构、刀片、调速电机、微动开关；控制调速电机启闭的微动开关定位在管材伸出宽夹紧装置之外的切割钢圈长度位置，刀片安装于调速电机受其驱动自转，同时电机固定连接切割驱动机构的输出轴。

所述液压系统包括驱动窄夹紧装置的两个液压缸、驱动宽夹紧装置的一个摆动液压缸。

所述的窄夹紧装置包括移动板、安装在移动板上的一对夹具，所述的液压缸各自固定连接一个夹具，驱动夹具在移动板上沿垂直管材送料方向做直线往复运动。

所述的移动板两端各自固定连接与管材送料方向平行的导向杆。

所述的宽夹紧装置包括上端面与移动板在同一高度的基座和一对夹具，所述的摆动液压缸驱动其中一个夹具在基座上沿垂直管材送料方向做直线往复运动。

所述的切割驱动机构包括两个气液压缸和单向节流阀；两个气液压缸的活塞杆一边为液体、一边为气体，单向节流阀将两个气液压缸的气体连通，其中一根活塞杆作为输出轴。

所述的调速电机支承在机架上，调速电机通过摆杆与切割驱动机构的输出轴相连。

所述的轴承用钢管的切割设备，配备PLC（可编程逻辑控制器），PLC连接电机以及两个液压缸、摆动液压缸和气液压缸的磁性开关，同时两个液压缸、摆动液压缸和气液压缸又通过电磁阀连接到PLC的控制端口。

轴承用钢管的切割工艺，包括以下步骤：

一、放料，管材放入窄夹紧装置和宽夹紧装置中的夹具中；

二、开启总开关，窄夹紧装置夹紧管材；

三、电机正转，带动窄夹紧装置夹住管材送料；

四、待管材伸出达到设定位置时，宽夹紧装置夹紧管材；

五、调速电机和切割驱动机构开始工作，切割管材；

六、切割完成，切割驱动机构中气液复位；

七、宽夹紧装置复位；

八、电机继续正转，带动窄夹紧装置夹住管材再次送料；

九、重复上述第四步。

该切割工艺还可以进一步完善，在第七步之后，判断丝杆是否达到最大行程，若达到最大行程，则宽夹紧装置夹紧管材，窄夹紧装置复位，然后电机反转，窄夹紧装置复位回位，接着窄夹紧装置夹紧管材，宽夹紧装置复位，重复上述第三步。

本发明采用上述方案后，具有以下特点：采用电机带动滚珠丝杆实现管材送料以提高定位精度。切割驱动机构中气压液缸传动工作迅速、相对成本较低及液压传动工作平稳、推力大等到优点，实现刀片的进给运动以增加切割运动的稳定性。本发明中采用PLC，使其具有很强的通用性和扩展功能，成本低、运行安全。本发明同时提出一种稳定、完善的切割工艺，保证生产流程顺畅，切割精度高。目前该设备投入应用并取得了良好的效果。

附图说明

图1是本发明较佳实施例设备立体示意图；

图2是本发明较佳实施例设备俯视图；

图3是图1的A向视图；

图4是本发明切割工艺流程图；

图5是本发明液压原理示意图；

图6是本发明切割驱动机构原理示意图；

图7是本发明中PLC的连接示意图；

图8是本发明中PLC的内部功能模块示意图；

图9是本发明分析结果曲线图。

具体实施方式

结合说明书附图，对本发明做进一步详细说明。

轴承用钢管的切割设备，主要包括安装在底板10上的供料机构和切割机构，如图1～图3所示。

供料机构包括电机1、丝杠2、导向杆3、窄夹紧装置4、宽夹紧装置5、液压缸6、摆动液压缸7。

电机1选用步进电机，固定与底板10。丝杆2连接电机1的输出端，与管材送料方向平行，作为窄夹紧装置4的直线传动部件。在丝杆2的两侧各具有与丝杆2平行的导向杆3。

窄夹紧装置4包括移动板41、一对窄夹紧夹具42。移动板41连接在丝杆2上，受丝杆2进行直线传动。移动板41的两端固定有穿套在导向杆3上的滑块43，为移动板41的直线往复运动进行导向。

两个窄夹紧夹具42为对称结构，相对面开设用于夹住管材90的凹口，每个窄夹紧夹具42都配有一个液压缸6，液压缸6带动窄夹紧夹具42做垂直于管材送料方向的直线运动，当液压缸6驱动窄夹紧夹具42相对运动时，窄夹紧夹具42就夹住管材90，反之复位，松开管材90。

宽夹紧装置5包括基座51和一对宽夹紧夹具52。基座51是固定连接在底板10上，位置不变。基座51的上端面和移动板41高度保持在同一水平位置上，使得管材90在送料过程中保持水平位置。宽夹紧夹具52的结构和原理同窄夹紧夹具42相同，有区别的是宽夹紧夹具52中其中一个夹具不动，另一个受控与摆动液压缸7驱动做垂直于管材送料方向的直线运动。

切割机构主要包括切割驱动机构8、刀片9、调速电机11、微动开关12。刀片9为盘状结构，装在调速电机11上，由调速电机11驱动进行高速自转。调速电机11支承在机架13上，同时调速电机11通过摆杆14连接到切割驱动机构8上，由切割驱动机构8驱动使得调速电机11绕支承点上下摆动，带动刀片9做上下切割运动。

微动开关12是调速电机11的运转开关，位置安装在宽夹紧夹具52中管材伸出宽夹紧夹具52一定宽度的位置处。管材送出一定长度后，就会触碰到微动开关，启动调速电机11工作，进行切割。

如图4所示，本发明的切割工作过程为：

一、放料，经多个管材90同时放入窄夹紧夹具42和宽夹紧夹具52中。二、开启总开关，设备开始工作，液压缸6驱动，带动窄夹紧夹具42夹住管材90。三、电机1开始正转，推动管材90送料。四、管材90以精确的长度输送给切割机构直到碰到微动开关12，宽夹紧夹具52在摆动液压缸7驱动下也夹紧管材90。五、调速电机11和切割驱动机构8开始工作，调速电机11转动带动刀片9快速旋转，切割驱动机构8工作使刀片进行切割。六、切割完成，切割驱动机构8复位。七、宽夹紧夹具52复位。八、电机1继续正转，带动窄夹紧夹具42夹住管材90再次送料。九、重复上述第四步。

另外，由于丝杠2有最大行程限制，当在丝杠2达到最大行程时无法继续向前，因此需要回复。在上述第七步之后，增加判断丝杠2是否达到最大行程的环节，若达到最大行程，则宽夹紧夹具52夹紧管材，窄夹紧夹具42松开复位，然后电机1反转，窄夹紧夹具42复位回位，回位后窄夹紧夹具42继续夹紧管材90，宽夹紧夹具52松开复位，重复上述第三步。

在切割下来的钢圈沿着外接的输送滑道自动进入磨削工序中的放料槽，而切削过程中产生的废料在设定的缝道口排出滑道。

在管材切割机中涉及到多个液压元件，比如窄夹紧装置4中的两个液压缸，宽夹紧装置5中的摆动液压缸7和切割驱动机构8中采用的气液压缸。如何协调好各液压缸的动作对提高效率和安全性非常重要。

为了分析方便，选择FESTO公司液压仿真软件FluidSIM-H。该软件还可设计液压回路的电气控制系统，使用时按自己所设计的电控系统在元件库中找出所需元件，拖曳到作图页面上，把这些电气元件按自己的设计连接成电气控制系统。

经过分析设备的安全性后采用图5所示的液压原理图。窄夹紧装置中的两个液压缸6共用一个三位四通阀61，保证两个液压缸6同步工作，每个液压缸6安装液控单向节流阀62，保证在一定压力下才能工作，即夹紧力大小要适当，过大了会使表面变形，过小了则在加工时工件会松动，造成报废甚至发生事故。

液压缸6对工件的夹紧力可按公式计算：                                                             

 (1)

式中，K1--安全系数，通常1.2～2.0；K2--工作情况系数，主要考虑惯性力的影响；K3--方位系数，根据液压缸6与管材90位置不同进行选择；G--被抓取管材90的重力（N）。然后将夹紧力进行修正，

 (2)

其中，效率

确定液压缸6的直径D，

（3）

令活塞杆直径d=0.2D,选择液压缸压力油工作压力P=0.6～0.8Mpa，则根据计算结果选取活塞缸径。设置每个液压元件的参数，比如液压源的压力，单向节流阀的值，还有液压缸的参数。

摆动液压缸7装有单向节流阀，保证节流调速和工作稳定性。按照上述同样计算方法得到夹紧力选择合适摆动液压缸。

切割驱动机构8是一个气液转换系统（在中图5中简化为一般液压缸），结合图6，包括气液压缸81、单向节流阀82。两个气液压缸81缸体中的活塞一边为液体，另一边为气体。在两个气液压缸81中间设置单向节流阀82。首先液压油从其中一个气液压缸81进出油口1进油，由于空气压力借着活塞的传动而作用在另一个气液压缸81的活塞上，推动活塞工作，从而带动外接的摆杆14摆动，带动微调电机11摆动，使刀片9切割，该过程中单向节流阀82起到单向和节流作用，让刀片9切割时有一定缓冲性。切割完毕后进出油口2进油，此时单向节流阀只有节流效果，可以快速复位。可知，此种系统是将气压转换液压输出的装置，压力并不变化，其目的是利用液压油的不可压缩性以弥补气压的可压压缩性来实现液压平稳切割，气压快速复位的目的。

根据工作要求和提高效率，如图7所示，本发明采用PLC控制设备工作。其中，PLC的端口1S1～3S2分别为安装在液压缸６上的磁性开关，用于接收信号。端口1Y1～3Y2为电磁阀20的控制端，端口k1、k2为控制电机1正反转的继电器连接口。为保证同时安装了按钮作为总控制开关SB。液压回路和PLC接线图符号的一致保证能同步仿真。为达到所需要的控制效果，编制了用数字电路控制的PLC的内部功能模块程序，即根据输入信号编写相互之间的逻辑关系，如图8所示。程序中保证电机1正反转的互锁，液压缸6的自锁。

将程序输入到PLC软件中并现场监视结果，其中用1根长度为500mm，直径为2mm的管材，得到图9所示的该部分程序的输出结果。纵坐标为液压缸6活塞的实际工作位移,小于液压缸6的最大行程，单位为mm，横坐标为时间，单位为s。一区为启动前状态，时间为2s；当开始按钮SB按下后进入二区，窄夹紧装置中的液压缸6同时动作，完全夹紧后电机1正转；输送管材90前进一定距离后进入三区，摆动液压缸7动作，锁紧管材90准备切割；完全锁紧后进入四区，气液压缸81动作推动刀片9切割管材90，切割完毕后气液压缸81活塞杆缩回；缩回完毕后进入五区，摆动液压缸7复位。

本发明投入到生产中并检验得到，该设备中处于高节拍、全自动、能适应多管径的工作，验证后发现：1）切管精度高：公差为±0.1mm；2）效率高：因为采用气压传动及操作动作大大减少；3）自动化程度高：不管在哪个位置都能自动运行；4）成本相对较低。本发明提高轴承入料加工的生产能力，使企业在激烈市场上更具有竞争力。

Claims (10)

1.轴承用钢管的切割设备，其特征在于：包括供料机构和切割机构；供料机构包括电机、丝杠、导向杆、用于夹紧管材的窄夹紧装置和宽夹紧装置、以及驱动窄夹紧装置和宽夹紧装置夹放动作的液压系统；宽夹紧装置位置固定，安装有窄夹紧装置的丝杆连接电机受其驱动；切割机构包括切割驱动机构、刀片、调速电机、微动开关；控制调速电机启闭的微动开关定位在管材伸出宽夹紧装置之外的切割钢圈长度位置，刀片安装于调速电机受其驱动自转，同时电机固定连接切割驱动机构的输出轴。

2.如权利要求1所述的轴承用钢管的切割设备，其特征在于：所述液压系统包括驱动窄夹紧装置的两个液压缸、驱动宽夹紧装置的一个摆动液压缸。

3.如权利要求1或2所述的轴承用钢管的切割设备，其特征在于：所述的窄夹紧装置包括移动板、安装在移动板上的一对夹具，所述的液压缸各自固定连接一个夹具，驱动夹具在移动板上沿垂直管材送料方向做直线往复运动。

4.如权利要求3所述的轴承用钢管的切割设备，其特征在于：所述的移动板两端各自固定连接与管材送料方向平行的导向杆。

5.如权利要求1或2所述的轴承用钢管的切割设备，其特征在于：所述的宽夹紧装置包括上端面与移动板在同一高度的基座和一对夹具，所述的摆动液压缸驱动其中一个夹具在基座上沿垂直管材送料方向做直线往复运动。

6.如权利要求1所述的轴承用钢管的切割设备，其特征在于：所述的切割驱动机构包括两个气液压缸和单向节流阀；两个气液压缸的活塞杆一边为液体、一边为气体，单向节流阀将两个气液压缸的气体连通，其中一根活塞杆作为输出轴。

7.如权利要求1所述的轴承用钢管的切割设备，其特征在于：所述的调速电机支承在机架上，调速电机通过摆杆与切割驱动机构的输出轴相连。

8.如权利要求1所述的轴承用钢管的切割设备，其特征在于：所述的轴承用钢管的切割设备，配备PLC（可编程逻辑控制器），PLC连接电机以及两个液压缸、摆动液压缸和气液压缸的磁性开关，同时两个液压缸、摆动液压缸和气液压缸又通过电磁阀连接到PLC的控制端口。

9.轴承用钢管的切割工艺，其特征在于：包括以下步骤：

一、放料，管材放入窄夹紧装置和宽夹紧装置中的夹具中；

二、开启总开关，窄夹紧装置夹紧管材；

三、电机正转，带动窄夹紧装置夹住管材送料；

四、待管材伸出达到设定位置时，宽夹紧装置夹紧管材；

五、调速电机和切割驱动机构开始工作，切割管材；

六、切割完成，切割驱动机构中气液复位；

七、宽夹紧装置复位；

八、电机继续正转，带动窄夹紧装置夹住管材再次送料；

九、重复上述第四步。

10.如权利要求9所述的轴承用钢管的切割工艺，其特征在于：所述第七步之后，判断丝杆是否达到最大行程，若达到最大行程，则宽夹紧装置夹紧管材，窄夹紧装置复位，然后电机反转，窄夹紧装置复位回位，接着窄夹紧装置夹紧管材，宽夹紧装置复位，重复上述第三步。

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