CN103084698A - 一种基于变胞原理的数控火焰切割机 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种基于变胞原理的数控火焰切割机，包括水平旋转机构、垂直升降机构、变径机构和割枪摆动机构。各机构之间的共同作用使切割机在不换割枪的情况下，次序完成直口和变角度坡口的切割，而且切割机控制简单、反应迅速。以割枪摆动驱动电机、割枪摆动小齿轮、割枪摆动大齿轮、割枪摆动丝杠、丝杠螺母、变胞电机、连杆、定弧板、动弧板等主要部件完成五杆二自由度机构的整体运动，通过割枪摆动驱动电机控制摆动自由度、变胞电机控制变胞自由度，两个自由度共同作用改变割枪摆动机构的工作构态，也改变割枪的位置，满足直口切割和变角度坡口切割的多工况的工作要求。设计新颖，结构可靠，可以解决船舶制造中空间复杂曲面切割的加工难题。

Description

一种基于变胞原理的数控火焰切割机

技术领域

本发明涉及的是一种火焰切割装置，是一种用于空间复杂曲面切割的机械加工设备。 

背景技术

在大型船体结构的加工制造过程中，空间复杂曲面切割是常常遇到的切割情况，尤其在圆柱壳体表面切割大直径孔，同时在孔上要求有角度变化的坡口更是切割加工难题。传统解决在曲面上开大直径孔的问题多数是采用以下工序完成：人工放样，制作样板，手动切割，人工打磨。现在手动切割无法满足舰船制造的基本要求，也满足不了提高生产效率、缩短制造周期的要求。国内外数控切割机可以大致分为两大类：一类是数控圆管切割机，主要针对在直径1.4m以下的圆管上切割与管道相结合的相贯孔；另一类是在平板材料上进行切割，切割过程中不仅垂直位移几乎不发变化，而且坡口切割时上下坡口角度也不变化。还没有相应的解决空间复杂曲面切割加工问题的技术方案被公开报道。 

根据加工需求，数控火焰切割机需要同时可以完成直口切割和变角度坡口切割。加工直口时，要求割枪在竖直平面内工作；加工坡口时，割枪要满足坡口角度在竖直平面内不断变化。所以使用现有数控切割机解决舰船制造中大型、变轨迹、变姿态复杂曲面切割加工问题的办法主要有二种，一是在切割直口和坡口时手动更换割枪，直口切割采用垂直割枪，坡口变角度切割采用摆动割枪(胡胜海等《数控火焰切割机中摆动机构的演化和设计》)。割枪针对性强，切割质量高，但需要更换割枪会产生不便，不满足连续切割的要求。二是采用并联切割机构控制割枪轨迹(吕金丽《复杂曲面切割机中串并联机构的设计与仿真》），可以不更换割枪，但控制系统很复杂，难以实现。 

在此背景下，将变胞机构引入数控火焰切割机机构中。变胞机构是一类具有改变构型能力的机构，它适用于具有多个工作构态的场合，并且在构态变化时，通过改变机构的拓扑结构使机构的类型和运动性质发生变化满足功能需求。变胞原理就是采用特定方法，改变机构自身的拓扑结构实现改变机构自由度。一般情况下该机构在至少可以进行一次自由度变化，而且仍具有运动能力。特定方法就是采用机构自身的物理限定，转换和运动。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现在圆柱壳体上开大直径孔以及实现变角度坡口的切割，同时将直口切割、变角度坡口切割加工一次完成，实现加工过程的全自动化，不需要人更换割枪即可完成连续切割过程的基于变胞原理的数控火焰切割机。 

本发明的目的是这样实现的： 

包括水平旋转机构、垂直升降机构、变径机构和割枪摆动机构； 

所述水平旋转机构主要包括：机架，安装在机架上的对中心装置，支撑基座，安装在支撑基座上的固定大齿圈，与大齿圈啮合的小齿轮，水平驱动电机经减速器连接小齿轮并安装在转桥上，转桥通过四点支撑装置安装在大齿圈上表面，四点支撑装置与转桥固定在一起，安装在转桥上的三点导向装置，安装在转桥上的静导轨，安装在静导轨上表面的定心针装置，安装在四点支撑装置上的检测装置； 

所述垂直升降机构主要包括：升降杆，与升降杆配合的导向筒，安装在导向筒内的导向键，与动导轨焊接在一起的溜板，安装在动导轨上的勾板，升降机构的支撑支座安装在溜板上，安装在支座上的蜗杆轴，与蜗杆轴啮合的蜗轮，安装在支座上的齿轮轴与蜗轮连接在一起，与齿轮轴啮合的齿条安装在升降杆上，蜗杆轴通过联轴器连接垂直驱动电机，垂直驱动电机通过电机座安装在溜板上，安装在溜板上的溜板螺母，齿轮轴连接的小模数大齿轮，小模数小齿轮，与小模数小齿轮连接的检测元件绝对式编码器固定在支座上； 

所述变径机构主要包括：固连在转桥上的变径机构支撑平板，安装在平板上的变径驱动电机，变径驱动电机通过联轴器连接变径丝杠，安装在平板上并支撑变径丝杠的轴承座，与变径丝杠配合的溜板螺母和溜板安装在一起，连接变径丝杠和检测元件绝对式编码器的联轴套，安装绝对式编码器的编码器座与平板连接在一起； 

所述割枪摆动机构主要包括：安装在升降杆下端的割枪摆动机构支撑悬臂梁，与悬臂梁相连的上盖板和下盖板，与下盖板相连的吊架，安装在下盖板上的摆动丝杠驱动电机，与摆动丝杠驱动电机直接相连的摆动小齿轮，与摆动小齿轮啮合的摆动大齿轮，摆动大齿轮带动的摆动丝杠，摆动丝杠顶端连接的联轴套，与联轴套相连的检测元件绝对式编码器，与摆动丝杠配合的螺母，所述螺母在吊架的槽中滑动，与所述螺母相连的连杆，连接连杆和螺母的螺纹轴，摆动丝杠末端的轴承座支撑丝杠，安装在吊架上的变胞电机，与变胞电机直接相连的定弧板，与摆动连杆末端相连的动弧板，安装在弧板之间的滚动轮，安装在动弧板上的蝶形螺栓，安装在蝶形螺栓内被固定于动弧板上的割枪。 

本发明还可以包括： 

1、所述的对中心装置主要包括：通过水平螺栓的支撑螺母安装在机架上的水平调节螺栓，设置于支撑基座上的垂直调节螺栓，以及垂直螺栓的压板。 

2、所述的四点支撑装置主要包括：与转桥相连的四点支撑架，安装在支撑架上的阶梯轴，安装在阶梯轴上的轴承，固定轴承的小圆螺母。 

3、所述的三点导向装置主要包括：固定在转桥上的支撑架，安装在支撑架上的阶梯轴，安装在阶梯轴上的轴承，固定轴承的小圆螺母。 

4、所述的定心针装置主要包括：安装在静导轨上的支撑平板，安装在平板上的定心针。 

5、所述的检测装置主要包括：安装在转桥上四点支撑处的轴座，安装在轴座上的检测元件绝对式编码器，连接绝对式编码器和安装在轴座内阶梯轴的联轴套，安装在阶梯轴上的轴承，安装在阶梯轴上的小圆螺母，安装在阶梯轴上与大齿圈啮合的小齿轮。 

各机构之间的共同作用使切割机在不换割枪的情况下，次序完成直口和变角度坡口的切割，而且切割机控制简单、反应迅速。以割枪摆动驱动电机、割枪摆动小齿轮、割枪摆动大齿轮、割枪摆动丝杠、丝杠螺母、变胞电机、连杆、定弧板、动弧板等主要部件完成五杆二自由度机构的整体运动，通过割枪摆动驱动电机控制摆动自由度、变胞电机控制变胞自由度，两个自由度共同作用改变割枪摆动机构的工作构态，也改变割枪的位置，满足直口切割和变角度坡口切割的多工况的工作要求。设计新颖，结构可靠，可以解决船舶制造中空间复杂曲面切割的加工难题。 

本发明的工作原理是： 

本发明的基于变胞原理的数控火焰切割机主要实现不更换割枪完成直口切割、变角度坡口切割、由直口切割转为坡口切割、由坡口切割转为直口切割过程。水平驱动电机控制机构水平旋转自由度，垂直驱动电机控制机构垂直自由度，变径驱动电机控制变径自由度，丝杠驱动电机控制机构摆动自由度，变胞电机控制变胞自由度。变胞自由度的固结或运动控制机构的工作构态，满足多工况的工作要求，同时，在机构的工作构态发生变换时，机构自由度数和杆件数目发生变化，属于变胞机构。 

水平旋转自由度是通过小齿轮与大齿圈的啮合实现。它的主体机械结构是大齿圈，大齿圈固定在基座上不动，转桥靠四个支撑点坐在大齿圈上。水平旋转时，水平驱动电机带动电机轴上固定着的小齿轮旋转，通过它与固定的大齿圈啮合，使其围绕着大齿圈转动，此时小齿轮不仅随着电机轴自转，同时也绕着大齿圈中心轴线公转，相当于行星轮转动。电机固定在转桥上，所以整个切割机的垂直升降机构、变径机构和割枪摆动机构等所有部件均随着转桥一起运动，最终实现割枪的周向回转运动。 

垂直自由度的实现是利用蜗轮蜗杆和齿轮齿条两种传动形式实现垂直驱动电机转动到杆件升降运动的转换。垂直驱动电机通过弹性联轴器带动蜗轮蜗杆转动，蜗轮输出端带动和其相连的齿轮轴旋转，齿轮带动与其啮合的齿条移动，同时齿条固定在圆柱形升降杆上，最终齿条带动升降杆在大套筒内作上下升降运动，从而实现割枪的上下位置变化。 

变径自由度是利用丝杠螺母运动副实现的。变径驱动电机通过弹性联轴器带动丝杠旋转，进给丝杠沿平行齿圈直径方向固定于转桥上，丝杠上的螺母与垂直升降机构的溜板固定在一起。当丝杠转动时，螺母连同溜板一起沿丝杠横向移动，达到调整切割半径的作用。 

摆动自由度是利用曲柄滑块机构的变形机构实现的。电机带动小齿轮转动，使与其啮合的大齿轮转动。大齿轮带动丝杠转动，从而带动丝杠螺母上下移动，它在吊架的滑槽里上下移动。通过螺母的上下移动带动其上连接的连杆推动安装在动弧板上的滚动轮绕定弧板转动，将割枪安装在动弧板上并指向圆心，此时割枪转动过程中中心点始终不变，一直是动弧板的圆心位置，也意味着虚拟中心的位置不发生变化，从而能精确保证割枪枪嘴与被切割物体表面的距离始终不变，始终维持在初始设定值。 

变胞自由度是利用变胞电机实现的。变胞电机与定弧板直接相连，控制变胞自由度的固结或运动。 

一种基于变胞原理的数控火焰切割机机架焊接在待加工的空间复杂曲面上，通过对中心装置和定中心装置共同作用调节切割机的中心与待加工曲面中心重合，并使切割机处于水平位置，通过定中心装置将切割机整体固定在机架上，将定中心装置卸下，准备工作完成。 

直口切割时，割枪要求处于竖直方向，通过变胞电机和丝杠驱动电机共同作用调节割枪位置。此时仅考虑割枪摆动机构，机构为五杆二自由度机构，动力源个数和自由度数相同，机构具有确定的运动，当割枪到达竖直位置时，两个电机均锁死，割枪位置能够保持。切割圆孔直口时，割枪需要有形成圆轨迹的水平旋转自由度、满足割枪高度变化的垂直移动自由度和满足不同直径切割的变径自由度，共3个自由度。切割椭圆孔、矩形孔直口时，割枪需要有形成椭圆孔、矩形孔轨迹的水平旋转自由度和径向进给自由度，满足割枪高度变化的垂直移动自由度，共3个自由度。通过三个驱动电机控制三个自由度，完成直口切割过程。 

直口切割向坡口切割转换时，属于构态变换过程，将割枪位置调整到上坡口切割或下坡口切割的初始位置。此时仍仅考虑割枪摆动机构，将变胞电机和丝杠驱动电机解锁，机构为五杆二自由度机构。通过变胞电机和丝杠驱动电机共同作用调节割枪位置，再将变胞电机锁死，构态变换过程完成。坡口切割转为直口切割过程和上下坡口切割初始位置变换过程是与本过程采用同一原理。 

变角度坡口切割时，首先通过构态变换过程将割枪由直口切割位置转到坡口切割初始位置，变胞电机锁死相当于变胞自由度固结，割枪摆动机构为四杆单自由度机构。切割圆孔坡口时，割枪需要有形成圆轨迹的水平旋转自由度、满足割枪高度变化的垂直移动自由度、满足不同直径切割的变径自由度、满足割枪位置调整摆动自由度，共4个自由度。椭圆孔、矩形孔坡口时，割枪需要有形成椭圆孔、矩形孔轨迹的水平旋转自由度和径向进给自由度、满足割枪高度变化的垂直移动自由度、满足割枪位置调整的摆动自由度，共4个自由度。通过四个驱动电机控制四个自由度，完成变角度坡口切割过程。 

所述的椭圆孔长轴、矩形孔对角线最大值不能超过所能切割圆孔的最大直径值。 

附图说明

图1(a)是本发明的机构原理图。 

图1(b)是本发明的总体结构原理图。 

图2(a)是本发明的水平旋转机构结构主视图。 

图2(b)是本发明的水平旋转机构结构俯视图。 

图2(c)是本发明的四点支撑装置结构图。 

图3(a)是本发明的垂直升降机构结构主视图。 

图3(b)是本发明的垂直升降机构结构俯视图。 

图4是本发明的变径机构结构主视图。 

图5(a)是本发明的割枪摆动机构直口切割结构主视图。 

图5(b)是本发明的割枪摆动机构直口切割结构左视图。 

图5(c)是本发明的割枪摆动机构(省略上部驱动结构)的上坡口切割结构主视图。 

图5(d)是本发明的割枪摆动机构(省略上部驱动结构)的下坡口切割结构主视图。 

图5(e)是本发明的割枪摆动机构多层弧板结构图。 

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述： 

结合图1(a)和图1(b)，本发明的基于变胞原理的数控火焰切割机主要由水平旋转机构F、垂直升降机构G、变径机构H、割枪摆动机构I组成；具有水平旋转自由度A、变径自由度B、垂直自由度C、摆动自由度D和变胞自由度E。其主要组成部件有：机架1，水平螺栓支撑螺母2，水平调节螺母3，基座4，压板5，垂直调节螺栓6，大齿圈7，水平机构小齿轮8，水平驱动电机9，转桥10，静导轨11，定心针12，定心针支撑平板13，三点导向小圆螺母14，三点导向轴承15，三点导向阶梯轴16，四点支撑架17，四点支撑轴承18，水平旋转检测元件绝对式编码器19，挡块20，检测装置小齿轮21，轴座22，四点支撑阶梯轴23，四点支撑小圆螺母24，检测装置联轴套25，检测装置阶梯轴26，检测装置圆螺母27，检测装置轴承28，升降杆29，导向筒30，导向键31，勾板32，溜板33，支座34，蜗杆轴35，蜗轮36，齿条37，齿轮轴38，垂直机构联轴器39，垂直驱动电机电机座40，垂直驱动电机41，溜板螺母42，第一小模数大齿轮43，第二小模数大齿轮44，小模数小齿轮45，垂直升降检测元件绝对式编码器46，防尘罩壳47，变径驱动电机电机座定位销48，变径驱动电机49，变径驱动电机电机座50，变径机构联轴器51，变径丝杠52，第一变径轴承透盖53，变径轴承主体54，变径轴承55，第二变径轴承透盖56，变径毛毡圈57，变径机构联轴套58，变径运动检测元件绝对式编码器支撑座59，变径运动检测元件绝对式编码器60，割枪摆动驱动电 机61，割枪摆动小齿轮62，悬臂梁63，上盖板64，顶盖65，割枪摆动检测元件绝对式编码器座66，割枪摆动机构联轴套67，割枪摆动检测元件绝对式编码器68，割枪摆动丝杠69，割枪摆动大齿轮70，下盖板71，吊架72，丝杠螺母73，螺旋轴74，割枪摆动轴承透盖75，割枪摆动轴承座76，割枪摆动轴承闷盖77，连杆78，变胞电机79，电机盖板80，定弧板81，动弧板82，滚动轮螺钉83，滚动轮轴承84，蝶形螺栓85，割枪86，滚动轮小套87，滚动轮螺栓88，滚动轮阶梯轴89，割枪摆动轴承90。 

结合图2(a)和图2(b)，所述水平旋转机构主要包括：机架，安装在机架上的对中心装置，机构的整个支撑基座，安装在基座上的固定大齿圈，与大齿圈啮合的水平机构小齿轮，水平驱动电机与减速器连接在一起直接连接小齿轮并安装在转桥上，转桥通过四点支撑装置安装在大齿圈上表面，四点支撑装置与转桥固定在一起，安装在转桥上的三点导向装置，安装在转桥上的静导轨，安装在静导轨上表面的定心针装置，安装在静导轨上的挡块，安装在四点支撑装置上的检测装置。 

所述的对中心装置主要包括：水平调节螺栓，垂直调节螺栓，水平螺栓的支撑螺母，垂直螺栓的压板。 

同时结合图2(c)，所述的四点支撑装置主要包括：与转桥相连的四点支撑架，安装在支撑架上的阶梯轴，安装在阶梯轴上的轴承，固定轴承的小圆螺母。 

所述的三点导向装置主要包括：焊接在转桥上的支撑架，安装在支撑架上的阶梯轴，安装在阶梯轴上的轴承，固定轴承的小圆螺母。 

所述的定心针装置主要包括：安装在静导轨上的支撑平板，安装在平板上的定心针。 

所述的检测装置主要包括：安装在转桥上四点支撑处的轴座，安装在轴座上的检测元件绝对式编码器，连接绝对式编码器和安装在轴座内阶梯轴的联轴套，安装在阶梯轴上的轴承，安装在阶梯轴上的小圆螺母，安装在阶梯轴上与大齿圈啮合的小齿轮。 

所述的机架、基座、转桥均是由多个板件焊接成的组件。 

结合图3(a)和图3(b)，所述垂直升降机构主要包括：升降杆，与升降杆配合的导向筒，安装在导向筒上的导向键，与动导轨焊接在一起的溜板，安装在动导轨上的勾板，升降机构的支撑支座安装在溜板上，安装在支座上的蜗杆轴，与蜗杆轴啮合的蜗轮，安装在支座上的齿轮轴与蜗轮连接在一起，与齿轮轴啮合的齿条安装在升降杆上，连接蜗杆轴和垂直驱动电机的联轴器，安装在电机座上的垂直驱动电机，电机座安装在溜板上，安装在溜板上的溜板螺母，齿轮轴连接的小模数大齿轮，小模数小齿轮，与小模数小齿轮连接的检测元件绝对式编码器固定在支座上。 

所述的小模数大齿轮有两个同时和小模数小齿轮啮合。 

结合图4，所述变径机构主要包括：焊接在转桥上的变径机构支撑平板，安装在平板上的电机座，安装在电机座上的变径驱动电机，连接变径驱动电机和丝杠的联轴器，安装在平板上并支撑丝杠的轴承座，与丝杠配合的溜板螺母和溜板安装在一起，连接丝杠和检测元件绝对式编码器的联轴套，安装绝对式编码器的编码器座与平板连接在一起。 

所述的支撑平板是由四块小平板组成，焊接在转桥内部。 

所述的轴承座主要包括：安装在平板上的轴承座主体，安装在轴承座主体上的轴承透盖，支撑丝杠的轴承。 

结合图5(a)-图5(e)，所述割枪摆动机构主要包括：安装在升降杆下端的割枪摆动机构支撑悬臂梁，与悬臂梁相连的上盖板和下盖板，与下盖板相连的吊架，安装在下盖板上的丝杠驱动电机，与电机直接相连的小齿轮，与小齿轮啮合的大齿轮，大齿轮带动的丝杠，丝杠顶端连接的联轴套，与联轴套相连的检测元件绝对式编码器，支撑绝对式编码器的编码器座，安装编码器座的顶盖与上盖板相连，与丝杠配合的螺母，螺母在吊架的槽中滑动，与螺母相连的连杆，连接连杆和螺母的螺纹轴，丝杠末端的轴承座支撑丝杠，与吊架焊接在一起的变胞电机座，安装在电机座上的变胞电机，与变胞电机直接相连的定弧板，限制定弧板轴向位移的电机盖板，与连杆末端相连的动弧板，安装在弧板之间的滚动轮，安装在动弧板上的蝶形螺栓，安装在蝶形螺栓内被固定于动弧板上的割枪。 

所述的轴承座主要包括：安装在吊架上的轴承座主体，安装在轴承座上的轴承闷盖，安装在轴承座上的轴承透盖，安装在轴承座内部的轴承。 

所述的滚动轮主要包括：阶梯轴，安装在阶梯轴上固定动弧板的螺钉和螺栓，支撑动定弧板之间的小套，安装在阶梯轴上充当滚动轮的轴承。 

以在圆柱壳体上切割大直径圆孔，并要求孔上有变角度的上下坡口切割过程为例，机架1焊接在待加工的圆柱壳体表面上，通过垂直调节螺栓6使水平旋转机构处于水平方位，通过水平调节螺母3使安装在定心针支撑平板13的定心针12与圆孔中心重合，再利用压板5将水平旋转机构压紧，使机构固定在机架上。通过与溜板33焊接在一起的动导轨与静导轨11配合，再利用勾板32压紧，使垂直升降机构安装在水平旋转机构上。通过溜板螺母42和变径丝杠52配合，将变径机构安装在转桥10上并与垂直升降机构连接在一起。通过将悬臂梁63安装在升降杆29上，将割枪摆动机构安装在垂直升降机构上，如此各个机构连接在一起，装配完毕。将定心针支撑平板13和定心针12卸下，准备切割。 

直口切割时，结合图5(a)、(b)所示，割枪86要求沿着竖直方向。当切割机各个机构安装在机架上后，割枪86位置不确定。此时只调节割枪摆动机构使割枪86沿竖直方向，其余机构不运行。通过变胞电机79和割枪摆动驱动电机61共同作用下调节割枪位置，此时机构通 过割枪摆动驱动电机61、割枪摆动小齿轮62、割枪摆动大齿轮70、割枪摆动丝杠69、丝杠螺母73、变胞电机79、连杆78、定弧板81、动弧板82等主要部件完成五杆二自由度机构的整体运动。动力源数目和自由度数目相同，可以准确调节割枪到达竖直位置，再将割枪摆动驱动电机61和变胞电机79锁死，割枪86竖直位置能够保持。通过变径机构调节割枪86到达大直径圆孔的圆周上。通过水平驱动电机9控制切割机完成周向回转运动，由水平旋转检测元件绝对式编码器19、检测装置小齿轮21、轴座22、检测装置联轴套25、检测装置阶梯轴26、检测装置圆螺母27、检测装置轴承28等构成水平检测装置检测周向回转运动是否准确。通过垂直驱动电机41控制切割机完成垂直升降运动，由小模数大齿轮143、小模数大齿轮244、小模数小齿轮45、垂直升降检测元件绝对式编码器46、齿轮轴38等构成垂直检测装置检测升降运动是否准确，完成圆孔直口切割过程。 

直口切割转为上坡口切割时，属于机构的构态变换过程。此时仍只调节割枪摆动机构使割枪86沿上坡口切割的初始位置，如图5(c)所示，其余机构不运行。通过变胞电机79和割枪摆动驱动电机61共同作用下调节割枪位置，五杆二自由度机构可以准确调节割枪到达上坡口切割初始位置。随即，变胞电机79锁死使变胞自由度固结，割枪摆动机构由五杆二自由度机构变换为四杆单自由度机构，构态变换过程完成。直口切割转为下坡口切割时，与本过程相同，只是上坡口切割和下坡口切割的初始位置不同如图5(d)所示。 

上坡口切割时，割枪86要求能在竖直平面内角度实时变化。周向回转运动和垂直升降运动仍通过水平驱动电机9、垂直驱动电机41控制，并通过机构的检测装置检测运动是否准确进行调节。割枪摆动机构的四杆单自由度机构是通过割枪摆动驱动电机61、割枪摆动小齿轮62、割枪摆动大齿轮70、割枪摆动丝杠69、丝杠螺母73、连杆78、定弧板81、动弧板82等主要部件完成。动弧板82的圆弧运动能保证其上安装的割枪86在一定角度内实时变化。割枪摆动检测元件绝对式编码器68检测摆动角度是否准确，完成上坡口切割过程。下坡口切割时，与本切割过程相同，只是割枪86的初始位置和割枪摆动驱动电机61的旋转方向不同。 

上坡口切割转为下坡口切割时，也属于机构的构态变换过程，与直口切割转为上坡口切割变换过程原理相同，利用五杆二自由度机构调节割枪86的初始位置。 

通过以上实例说明，对本发明一种基于变胞原理的数控火焰切割机做出了更详细的描述。通过控制变胞电机79的运动实现变胞自由度的固结和运转，实现四杆单自由度和五杆二自由度机构之间转化，使本发明可以适应多工况要求，灵活应用于不同场合。 

Claims (6)

1.一种基于变胞原理的数控火焰切割机，包括水平旋转机构、垂直升降机构、变径机构和割枪摆动机构；其特征是：

所述水平旋转机构主要包括：机架，安装在机架上的对中心装置，支撑基座，安装在支撑基座上的固定大齿圈，与大齿圈啮合的小齿轮，水平驱动电机经减速器连接小齿轮并安装在转桥上，转桥通过四点支撑装置安装在大齿圈上表面，四点支撑装置与转桥固定在一起，安装在转桥上的三点导向装置，安装在转桥上的静导轨，安装在静导轨上表面的定心针装置，安装在四点支撑装置上的检测装置；

所述垂直升降机构主要包括：升降杆，与升降杆配合的导向筒，安装在导向筒内的导向键，与动导轨焊接在一起的溜板，安装在动导轨上的勾板，升降机构的支撑支座安装在溜板上，安装在支座上的蜗杆轴，与蜗杆轴啮合的蜗轮，安装在支座上的齿轮轴与蜗轮连接在一起，与齿轮轴啮合的齿条安装在升降杆上，蜗杆轴通过联轴器连接垂直驱动电机，垂直驱动电机通过电机座安装在溜板上，安装在溜板上的溜板螺母，齿轮轴连接的小模数大齿轮，小模数小齿轮，与小模数小齿轮连接的检测元件绝对式编码器固定在支座上；

所述变径机构主要包括：固连在转桥上的变径机构支撑平板，安装在平板上的变径驱动电机，变径驱动电机通过联轴器连接变径丝杠，安装在平板上并支撑变径丝杠的轴承座，与变径丝杠配合的溜板螺母和溜板安装在一起，连接变径丝杠和检测元件绝对式编码器的联轴套，安装绝对式编码器的编码器座与平板连接在一起；

所述割枪摆动机构主要包括：安装在升降杆下端的割枪摆动机构支撑悬臂梁，与悬臂梁相连的上盖板和下盖板，与下盖板相连的吊架，安装在下盖板上的摆动丝杠驱动电机，与摆动丝杠驱动电机直接相连的摆动小齿轮，与摆动小齿轮啮合的摆动大齿轮，摆动大齿轮带动的摆动丝杠，摆动丝杠顶端连接的联轴套，与联轴套相连的检测元件绝对式编码器，与摆动丝杠配合的螺母，所述螺母在吊架的槽中滑动，与所述螺母相连的连杆，连接连杆和螺母的螺纹轴，摆动丝杠末端的轴承座支撑丝杠，安装在吊架上的变胞电机，与变胞电机直接相连的定弧板，与摆动连杆末端相连的动弧板，安装在弧板之间的滚动轮，安装在动弧板上的蝶形螺栓，安装在蝶形螺栓内被固定于动弧板上的割枪。

2.根据权利要求1所述的基于变胞原理的数控火焰切割机，其特征是：所述的对中心装置主要包括：通过水平螺栓的支撑螺母安装在机架上的水平调节螺栓，设置于支撑基座上的垂直调节螺栓，以及垂直螺栓的压板。

3.根据权利要求2所述的基于变胞原理的数控火焰切割机，其特征是：所述的四点支撑装置主要包括：与转桥相连的四点支撑架，安装在支撑架上的阶梯轴，安装在阶梯轴上的轴承，固定轴承的小圆螺母。

4.根据权利要求3所述的基于变胞原理的数控火焰切割机，其特征是：所述的三点导向装置主要包括：固定在转桥上的支撑架，安装在支撑架上的阶梯轴，安装在阶梯轴上的轴承，固定轴承的小圆螺母。

5.根据权利要求4所述的基于变胞原理的数控火焰切割机，其特征是：所述的定心针装置主要包括：安装在静导轨上的支撑平板，安装在平板上的定心针。

6.根据权利要求5所述的基于变胞原理的数控火焰切割机，其特征是：所述的检测装置主要包括：安装在转桥上四点支撑处的轴座，安装在轴座上的检测元件绝对式编码器，连接绝对式编码器和安装在轴座内阶梯轴的联轴套，安装在阶梯轴上的轴承，安装在阶梯轴上的小圆螺母，安装在阶梯轴上与大齿圈啮合的小齿轮。

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