CN102528841A - 一种自动变径管材切割机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及管材切割设备相关技术领域，特别是一种自动变径管材切割机，包括主控制系统、接收用户输入参数的人机界面、旋转进刀控制器、旋转进刀电机、切割随动控制器、切割随动电机、管支撑控制器和管支撑电机。本发明当用户更换管材的规格（即改变管材的直径φ和壁厚δ）时，只需在人机界面上输入对应的直径和壁厚，切割机的全部调整：如管材的支撑高度、刀片的切割起点，刀片的切割终点等均由PLC根据φ和δ，经过内部运算而自动调整相应的值。

Description

一种自动变径管材切割机

技术领域

本发明涉及管材切割设备相关技术领域，特别是一种自动变径管材切割机。 

背景技术

在塑料管材的生产中，每更换一种产品规格，都要对切割机进行一系列的调整，如切割机的切刀原点、切割的进刀总量和管材的支撑高度，均要在停机时，打开切割机的防护门，通过手工工具旋转丝杆限位机构，并且多次调整切刀位置传感器或开关，并且要在切割机内放置一条待生产的管材制品样品，进行多次试切割动作，方能启动在线生产，具备一定的危险性、不可靠性和很大的不方便性。并且要求很熟练的技术工人才能操作。而且根本不能在线调节操作。 

发明内容

本发明提供一种自动变径管材切割机，以解决现有技术对更换一种产品规格，都要对切割机进行一系列调整的技术问题。 

采用的技术方案如下： 

一种自动变径管材切割机，包括主控制系统、接收用户输入参数的人机界面、旋转进刀控制器、旋转进刀电机、切割随动控制器、切割随动电机、管支撑控制器和管支撑电机：

主控制系统的输入端与人机界面连接，主控系统的输出端分别与旋转进刀控制器、切割随动控制器和管支撑控制器连接，旋转进刀控制器与旋转进刀电机连接，控制旋转进刀电机对管材的进刀原点，切割随动控制器与切割随动电机连接，控制切割随动电机对管材的进刀总量，管支撑控制器与管支撑电机连接，控制管支撑电机对管材的支撑高度。

进一步的，所述输入参数包括管材的直径值φ，主控制系统根据以下公式计算出所述的进刀原点Y=a*φ+b，其中a和b通过如下二元一次方程计算得到： 

，

Ymax为自动变径管材切割机所支持的最大管径对应的最大进刀原点，Ymin为自动变径管材切割机所支持的最小管径对应的最小进刀原点；

主控制系统向旋转进刀控制器发送所述的进刀原点Y。

进一步的，所述输入参数包括管材的直径值φ，主控制系统根据以下公式计算出所述的支撑高度G=c*φ+d，其中c和d通过如下二元一次方程计算得到： 

，

Gmax为自动变径管材切割机所支持的最大管径对应的最大支撑高度，Gmin为自动变径管材切割机所支持的最小管径对应的最小支撑高度；

主控制系统向管支撑控制器发送支撑高度G。

更进一步的，所述输入参数包括刀片的极限原点到管材中心的进刀最大距离Lmax、管材的直径值φ、管材的壁厚δ，所述主控制系统根据以下公式计算出所述的进刀总量ΔL=Lmax-Y-φ/2+δ+δ1，所述δ1为切割随动控制器预设的切穿余量; 

主控制系统向切割随动控制器发送进刀总量ΔL。

再进一步的，所述主控制系统向切割随动控制器发送退刀总量，所述退刀总量与进刀总量相同，切割随动控制器控制切割随动电机对管材的退刀总量。 

进一步的，所述主控制系统为可编程逻辑控制器（PLC， Programmable Logic Controller）。 

本发明具有如下特点： 

1. 当用户更换管材的规格（即改变管材的直径φ和壁厚δ）时，只需在人机界面上输入对应的直径和壁厚，切割机的全部调整：如管材的支撑高度、刀片的切割起点，刀片的切割终点等均由PLC根据φ和δ，经过内部运算而自动调整相应的值；

2. 切割机各位置：切割刀片的起点、切割刀片在切割时的实际位置（黄色棒图）及管材的支撑位置（即管材边缘位置指示）。均能在人机界面动态显示，根本无需打开切割旋转体视窗去观察；

3. 自适应的自动调整机构和自动切割机构由伺服电机执行，根本无需传感器给出位置信号，减少了由于传感器失灵而导致的机构损坏或者错误的切割动作；

4. 适用于变径管材的自适应自动切割。如果在挤出机生产线的切割前工序配备可自动变径的模具和定径成型套，则可实现在生产不同规格的管材中任意的、无需停机的、短暂的、方便的切换。

附图说明

图1为本发明实施例的人机界面； 

图2为本发明的系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。 

如图2所示，本实施例为一种自动变径管材切割机，包括PLC控制系统1、接收用户输入参数的人机界面2、旋转进刀控制器31、旋转进刀电机41、切割随动控制器32、切割随动电机42、管支撑控制器33和管支撑电机43： 

PLC控制系统1的输入端与人机界面2连接，PLC控制系统1的输出端分别与旋转进刀控制器31、切割随动控制器32和管支撑控制器33连接，旋转进刀控制器31与旋转进刀电机41连接，控制旋转进刀电机41对管材的进刀原点，切割随动控制器32与切割随动电机42连接，控制切割随动电机42对管材的进刀总量，管支撑控制器33与管支撑电机43连接，控制管支撑电机43对管材的支撑高度。

人机界面2如图1所示： 

用户通过人机界面2输入各类参数：

1. Diameter：管材直径设定φ。

2. Wall thickness：管材壁厚δ设定。 

3. Limit：刀片的极限原点（此位置值固定为“0mm”）。 

4. pipe center：管材的中心位置，也是刀片的极限终点。 

人机界面2动态显示以下参数： 

1. Start：进刀原点（位置通过画面中的箭头在标尺中指示）。

2. 管材边缘位置指示：表示刀片的刀尖距离管材外表面的实际距离。此位置会根据管材的支撑高度而自动变化。 

3. 标尺：指示各位置值 

4. 刀片的实际位置符号：在进刀或退刀的过程中，此位置符号会动态地变化。

1、进刀原点Y的位置运算： 

在管材的切割中，为了使管材在连续的生产中不至于顶撞刀片，直径越大的管材，进刀原点要离开切割机旋转切割中心越远，相反，直径越小的管材，不调小进刀原点与切割中心的距离，虽然不会顶撞刀片，但是，切割的进刀和退刀的距离会加长，切割的周期时间也会大大加长，根本达不到生产线速度，因此，进刀原点Y与管材直径φ存在着线性反比的关系，管材直径越大，起始点的位置越小，这一点可从图1中看出（图1中，受人机界面画面大小影响，管材直径通过管材边缘edge表示）。我们将这一线性反比关系通过方程式表示：Y=a*φ+b，其中φ为管材直径，Y为进刀原点，如果能求出a、b值，那么只要设定管材直径φ，PLC控制系统1即通过方程式求出进刀原点Y（由方程式知）。由图2可知，刀片的运动由控制旋转进刀电机41驱动，PLC控制系统1一旦计算出进刀原点Y，控制旋转进刀电机41就会驱动刀片运动到合适的进刀原点Y，下面就是a、b的计算方法：

对于一台机械已装配好的切割机，通过手动调节而精确地找到Ymax和Ymin。其中，Ymax为自动变径管材切割机所支持的最大管径对应的最大进刀原点，Ymin为自动变径管材切割机所支持的最小管径对应的最小进刀原点。

根据方程式，则有： 

,

计算二元一次方程可求出：a=(Ymax-Ymin)/( φmax-φmin)，b=Ymax-φmax *(Ymax-Ymin)/( φmax-φmin)

PLC控制系统1根据以下公式计算出进刀原点Y=a*φ+b，PLC控制系统1向旋转进刀控制器31发送进刀原点Y。

2、支撑高度G位置运算： 

PLC控制系统1根据以下公式计算出支撑高度G=c*φ+d，其中c和d通过如下二元一次方程计算得到：

，

Gmax为自动变径管材切割机所支持的最大管径对应的最大支撑高度，Gmin为自动变径管材切割机所支持的最小管径对应的最小支撑高度；

PLC控制系统1向控制管支撑控制器33发送支撑高度G。

3、进刀总量ΔL运算： 

由图1可知：ΔL1=Lmax-Y-φ/2----------公式1

其中ΔL1为刀片从进刀原点到管材边缘edge的进刀距离，Lmax为刀片的极限原点limit到管材中心pipe_center的进刀最大距离（已知，图例中为150mm），Y为刀片起始原点，φ/2为管材半径（已知，人机界面上设定直径φ），因此ΔL1可由公式1求出。

进刀总量ΔL=ΔL1+δ+δ1---------公式2 

（δ为壁厚，由人机界面中设定，δ1为切穿余量，一般设为3mm）

结合公式1和公式2，可得出：

ΔL= Lmax-Y-φ/2+δ+δ1----------公式3

在公式3中，Lmax，Y，φ，δ，δ1均已知，PLC控制系统1根据公式3计算进刀总量ΔL=Lmax-Y-φ/2+δ+δ1；

PLC控制系统1向切割随动控制器32发送进刀总量ΔL。

PLC控制系统1向切割随动控制器32发送管材的退刀总量，退刀总量与进刀总量相同。 

Claims (6)

1.一种自动变径管材切割机，其特征在于，包括主控制系统、接收用户输入参数的人机界面、旋转进刀控制器、旋转进刀电机、切割随动控制器、切割随动电机、管支撑控制器和管支撑电机：

主控制系统的输入端与人机界面连接，主控系统的输出端分别与旋转进刀控制器、切割随动控制器和管支撑控制器连接，旋转进刀控制器与旋转进刀电机连接，控制旋转进刀电机对管材的进刀原点，切割随动控制器与切割随动电机连接，控制切割随动电机对管材的进刀总量，管支撑控制器与管支撑电机连接，控制管支撑电机对管材的支撑高度。

2.根据权利要求1所述的自动变径管材切割机，其特征在于，所述输入参数包括管材的直径值φ，主控制系统根据以下公式计算出所述的进刀原点Y=a*φ+b，其中a和b通过如下二元一次方程计算得到：

，

Ymax为自动变径管材切割机所支持的最大管径对应的最大进刀原点，Ymin为自动变径管材切割机所支持的最小管径对应的最小进刀原点；

主控制系统向旋转进刀控制器发送所述的进刀原点Y。

3.根据权利要求1所述的自动变径管材切割机，其特征在于，所述输入参数包括管材的直径值φ，主控制系统根据以下公式计算出所述的支撑高度G=c*φ+d，其中c和d通过如下二元一次方程计算得到：

，

Gmax为自动变径管材切割机所支持的最大管径对应的最大支撑高度，Gmin为自动变径管材切割机所支持的最小管径对应的最小支撑高度；

主控制系统向管支撑控制器发送支撑高度G。

4.根据权利要求2所述的自动变径管材切割机，其特征在于，所述输入参数包括刀片的极限原点到管材中心的进刀最大距离Lmax、管材的直径值φ、管材的壁厚δ，所述主控制系统根据以下公式计算出所述的进刀总量ΔL=Lmax-Y-φ/2+δ+δ1，所述δ1为切割随动控制器预设的切穿余量;

主控制系统向切割随动控制器发送进刀总量ΔL。

5.根据权利要求4所述的自动变径管材切割机，其特征在于，所述主控制系统向切割随动控制器发送退刀总量，所述退刀总量与进刀总量相同，切割随动控制器控制切割随动电机对管材的退刀总量。

6.根据权利要求1所述的自动变径管材切割机，其特征在于，所述主控制系统为可编程逻辑控制器。

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