CN103433591A - 轻便型无限回转数控坡口切管机以及坡口加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轻便型无限回转数控坡口切管机，包括型材组装的机架和安装于机架上的加工部件、承载部件和控制加工部件和承载部件的数控系统，承载部件包括用于夹持待加工管件的卡盘和卡盘座，加工部件包括横臂和至少带有一个折弯的回转臂，二者通过回转电机连接，回转臂的下端通过夹角连接件与割枪盘连接，回转电机可驱动回转臂旋转使回转臂下端绕回转臂旋转轴线做圆周运动并通过夹角连接件带动割枪盘旋转，机架上设有供卡盘座移动的纵向导轨和供横臂上下移动的垂向导轨。还公开了一种坡口加工方法，即使用上述切管机切割管件的方法。本发明的坡口切管机结构简明，管子坡口的形状加工准确，加工效率极高。坡口加工方法工序简单，控制方便。

Description

轻便型无限回转数控坡口切管机以及坡口加工方法

技术领域

本发明涉及一种加工管件的设备，尤其涉及一种用于加工管件焊接坡口的切管机，本发明还涉及一种管件坡口的加工方法。 

背景技术

小型管子大都采用管接头螺纹连接，而大型管子由于管接头制作不便，通常采用焊接来实现不同设计管路的要求，例如管路的十字交叉处或丁字形节点处。而管子坡口是管子焊接时的基础，因此坡口加工质量的好坏极大地影响着管子的焊接质量，坡口是否齐整，与设计形状的偏差有多大都直接影响着焊接质量。大型管子的坡口是两根管子互相贯通而产生的形状，通常为两个圆柱体相交形成的相贯线，且要求坡口处留有一定的坡口角度以方便焊接时填料，此类坡口由于形状复杂要求较高，现有设备在加工时要么加工效率不高，要么无法满足设计精度或者制作成本偏高。 

传统的数控切管机分为两种，一种是整体结构，即卡盘的旋转结构，横梁结构，控制系统都在一个基座上，同时横梁可以在安装在基座上的纵向导轨上移动。这种结构操作简单，性能稳定，方便安装，适合于大批量生产。但是由于是整体结构，导致重量重，不利于运输，同时切割范围有限，生产成本相对较高。另一种数控坡口切管机，采取的是分体式结构，即卡盘的旋转结构，横臂结构，控制系统都是独立结构。这种结构方便运输，解决了切割范围受限制这个缺陷，但是加工能力有限，无法完成复杂的相贯线形状的坡口的加工。 

例如中国专利101138795B公开了一种电动管件坡口机，它包括床身机构部件上面安装纵向拖板组件，横向拖板组件装在纵向拖板组件上，动力箱组件装在横向拖板组件上，刀盘机构装在动力箱组件主轴端部，电动升降机构安装 在床身机构部件前端，电器控制箱装在动力箱组件前端上方。该电动管件坡口机就无法完成相贯线类的坡口加工。 

发明内容

本发明为了解决背景技术中所涉及的技术问题，提供了一种既能够简单拆装便于运输、又能够完成各种坡口加工的轻便式无限回转数控坡口切管机以及坡口加工方法。 

本发明提供了一种轻便型无限回转数控坡口切管机，包括型材组装的机架和安装于机架上的加工部件、承载部件和控制加工部件和承载部件的数控系统，所述承载部件包括用于夹持待加工管件的卡盘，所述卡盘可旋转的安装在卡盘座上，所述加工部件包括横臂和至少带有一个折弯的回转臂，回转臂上端通过回转电机与横臂连接，回转臂的下端通过夹角连接件与割枪盘连接，回转电机可驱动回转臂旋转使回转臂下端绕回转臂旋转轴线做圆周运动并通过夹角连接件带动割枪盘旋转，所述夹角连接件使割枪盘上的割枪方向线与回转电机的旋转轴线在同一平面内且形成一个夹角，所述夹角大小由坡角电机调整，机架上设有供管件移动的纵向导轨和供横臂上下移动的垂向导轨。 

本发明的坡口切管机在工作时，管件在卡盘上卡紧，卡盘座可以旋转管件转动，也可以推动管件在纵向导轨上横向移动，割枪安装在回转臂上，回转臂安装在横臂上，横臂可以实现割枪相对于管件的上下移动，回转臂可以实现割枪相对于管件的相贯线位置的移动，而割枪还通过夹角连接件与回转臂连接，这样就可以通过夹角电机来调整破口角度。所以，回转臂由回转电机驱动用于生成坡口的整体形状，即通过回转臂的旋转在待加工管子上留下一个相贯线的轨迹，而坡角电机控制着割枪盘所处的位置，而割枪盘上安装有割枪，通过坡角电机的旋转调整割枪的位置使得割枪在切割管子时在其切口处会留下一带 角度斜面，即通常所说的坡口角度，使得焊接时焊料能较充分地与待焊接管子相接触。因此本发明的技术方案，管子坡口的形状加工准确，加工效率极高，且控制简便，无需大规模计算割枪每一个运动轨迹的空间坐标点，通过回转臂的旋转运动模拟两管子相交成形，因此控制相对简便且准确。另外本发明割枪盘上安装的割枪通常是采用可燃性气体与氧气共同燃烧产生火焰作为切割之用，当然其他的技术手段也是可行的，例如高压水枪，等离子或其他激光切割。 

优选的，所述纵向导轨上安装有至少一个辅助支撑待加工管件的滚轮架，所述滚轮架包括支撑架和设于支撑架上的滚轮，所述滚轮为圆球状的滚轮；或者所述纵向导轨上放置可移动的辅助支撑待加工管件的滚轮架，所述滚轮架包括支撑架和设于支撑架上的滚轮，所述滚轮为圆柱状的滚轮。所述滚轮对称设于支撑架两侧，支撑架上设有调节滚轮相对于纵向导轨高度可变的手轮驱动的调节装置和调节滚轮相对于纵向导轨左右偏移定位的调节装置，纵向导轨与滚轮架导轮之间形成“∧”形配合。 

滚轮架是配合固定管件的装置。如果管件只有一端固定支撑，在加工过程中因为重力作用，管件另一端会使卡紧端出现扭力变形从而影响切口的准确性，因此，在滚轮架与卡盘处分别托起管件的两端，避免了扭力变形的问题。滚轮架与管件接触的点是滚轮或者滚珠，使得加工过程中需要管件转动时，滚轮架不会产生太大的阻力而影响加工。而在加工过程中需要管件纵向移动较大的距离时，滚轮架上使用圆柱状的滚轮时，滚轮架应当能够随着管件的纵向移动同时移动；滚轮加上使用圆球状的滚轮时，滚轮架可以设计为固定在纵向导轨一端而不随着管件移动，这样避免了加工时滚轮架一端的管件位置可能需要移动至超出机架范围，随着移动的滚轮架就无法同时配合移动至机架外，使用圆球状的滚轮就能够解决这个问题。使用圆球状的万向滚珠，也可以允许滚轮 架移动，这样在滚轮架到达最大可移动距离时，即使管件需要继续移动，在滚轮架不动的情况下，管件仍然可以不受太大阻力的继续移动。滚轮架的高度和左右定位相对于纵向导轨可调，以便于应对不同大小的管子的安装需求，而滚轮与管子外壁相贴合不仅使得管子在旋转时不易出现摆动和甩尾。 

作为优选方案，所述垂向导轨与横臂之间安装有横臂驱动装置，回转臂旋转轴线方向与横臂相垂直，回转臂旋转轴线与垂向导轨的距离通过回转臂驱动装置调整。 

通过垂向导轨上的升降电机驱动的横臂升降丝杠或者液压马达等可由数控系统控制的驱动机构可以使横臂实现升降运动。通过横臂的升降调节以适应不同管子直径的需求，当管子直径较大时可以适当升高横臂，当管子直径较小时就适当降低横臂。 

作为优选方案，所述卡盘座上安装有激光发射器，所述激光发射器发出激光照射至安装在管子上的光标尺上，所述光标尺上设有中心点、横向偏移尺和高度偏移尺，所述中心点位于横向偏移尺和高度偏移尺的交汇处，所述横向偏移尺标识的方向与待加工管件的轴线相垂直。所述光标尺上设有一安装槽，所述安装槽的截面形状为V形，所述光标尺通过安装槽安装在待加工管件上。 

卡盘座上安装激光发射器，激光发射器发出激光照射至安装在管子上的光标尺上，所述光标尺上设有中心点、横向偏移尺和高度偏移尺，所述中心点位于横向偏移尺和高度偏移尺的交汇处，所述横向偏移尺标识的方向与管子轴线相垂直。通过激光发射器发出激光照射至光标尺上，来调节管子安装的偏差，如果管子完全安装准确就应该是激光束照射在中心点上，因此通过参照激光照射在不同偏移尺上来调节管子的安装位置，以实现精确加工的需求。光标尺上设有安装槽，所述安装槽的截面形状为V形，这样光标尺通过安装槽可以比较 稳定的安装在管子上。 

作为优选方案，所述数控系统包括输入装置、中央处理器和输出装置，所述输入装置包括键盘，所述输出装置包括显示器、回转电机、横臂驱动装置、回转臂驱动装置、卡盘转动驱动装置、卡盘座移动装置、坡角电机，所述显示器和键盘均安装在数控箱上，所述数控箱安装在箱体上。数控系统对整个切口机进行整体控制，使切口过程协调进行，坡角和所切的管件相匹配。 

作为优选方案，所述型材组装机架由至少两根轨梁、至少两根底梁和把轨梁底梁组装为一体的多个支撑立架和支撑横架组装而成，卡盘座和纵向导轨固定连接在支撑横架或者轨梁上，底梁底部安装高度调整装置，垂向导轨安装支撑横架上，或者垂向导轨安装在支撑横架上与纵向导轨平行的第二纵向导轨上。采用简单和可拆装的机架，使得整个设备的运输和安装更简单。卡盘座安装在纵向导轨上，垂向导轨安装在第二纵向导轨上，两者都能够纵向调整，使数控系统的控制更灵活，手动调整也更容易。 

本发明还提供一种管件坡口加工方法，包括以下五个步骤： 

一、将待加工管件安放在如权利要求1-8任一所述的坡口切管机的卡盘座上，并用卡盘将管子卡紧； 

二、启动数控系统，输入切割管件的起始位置、切割线形状和坡角参数，卡盘座将待加工管件横向移动至加工位置，横臂垂向移动至待加工区域上方； 

三、在加工开始前，数控系统通过各种驱动装置驱动横臂上下移动、回转臂左右移动、回转电机转动、坡角电机调整坡角角度、卡盘转动待加工管件，使得割枪盘到达切割的起始位置和方向； 

四、数控系统启动安装在割枪盘上的割枪使其开始工作，并根据输入的切割线形状，驱动卡盘座在纵向导轨上移动、同时卡盘旋转、以及回转电机相应 旋转；通过对管件旋转、纵向移动、以及回转电机的驱动，即能够实现管件各位置的加工。 

作为优选的方案，在步骤一中，同时调节滚轮架上滚轮的高度，使其辅助支撑固定管子；在步骤三中，使割枪的方向线与被切割管件的轴心线相交。 

上述加工方法适用于在管子管身某处位置切割坡口，且加工效率高，控制简便。 

综上所述，本发明具有以下优点： 

本发明的坡口切管机结构简明，便于拆装和运输，管子坡口的形状加工准确，能够加工各种形状线及其坡口，加工效率极高，且控制简便。本发明的加工方法工序简单，控制方便，对操作者的技术水平要求较低，加工效率高。 

附图说明

图1为垂向导轨安装于第二纵向导轨的实施例的示意图； 

图2为图1的主视图； 

图3为图1的左视图； 

图4为垂向导轨安装于机架一端的实施例的示意图。 

具体实施方式

下面结合附图以实施例对本发明作进一步说明。 

实施例一如图1至3所示，坡口切管机，包括加工部件、用于承载待加工管子的承载部件和数控系统，所述承载部件包括用于装夹管子并带动管子旋转的卡盘1和用于承载管子的滚轮架2，所述卡盘1设置在卡盘座11上，所述滚轮架2安装在纵向导轨3上并在纵向导轨3上沿其导轨路径运动； 

另外还有与纵向导轨3平行设置的第二纵向导轨4，第二纵向导轨4上设置有在其上运动的箱体5，箱体5上设有横臂6，箱体5中设有供横臂上下移 动的垂向导轨及驱动装置，横臂6具有沿箱体5在第二纵向导轨4上运动方向相垂直方向延伸的长度，横臂6上连接有用于驱动回转臂72旋转的回转电机71，所述回转臂72的一端与回转电机动71连接，所述回转臂72的另一端通过夹角连接件与割枪盘74连接，用于调整加工坡角的坡角电机73放置于夹角连接件上，坡角电机73动连接用于安装割枪的割枪盘74，所述回转电机71的旋转轴线与割枪方向线相交成一夹角。 

回转臂72如图3所示，其通常为两段式结构，其中一段可以称为直臂段具有和回转电机71旋转轴线同向延伸的长度，另一段与直臂段静连接称为回转段，回转段的具有和直臂段的长度方向相垂直方向延伸的长度，回转段与回转电机71动连接。直臂段的一端远离回转电机71处连接夹角连接件，夹角连接件跟直臂段相交成一夹角，坡角电机73垂直安装在夹角连接件上，割枪盘74通常采用两半式设计并用螺栓调节松紧，如此可以方便地拆卸割枪。 

所述滚轮架2包括支撑架21，所述支撑架21上左右两侧各设有一对用于支撑管子的滚轮22，滚轮22可以为圆柱形的滚轮也可以是圆球形的滚轮，本实施例选用圆柱状的滚轮。滚轮22支撑管子时与管子外壁相贴合，所述支撑架21安装在滑轮架23上，所述滑轮架23上设有安装在第一导轨3上的滑轮24。所述滚轮22安装在滚轮箱25上，所述滚轮箱25滑动连接支撑架21，所述滚轮箱25还与滚轮调节丝杠26相连接，所述滚轮调节丝杠26具有沿支撑架21在第一导轨3上运动方向相垂直方向延伸的长度，所述滚轮调节丝杠26安装在支撑架21上并在其一端安装有驱动调节丝杠26用的手轮27。 

纵向导轨3和第二纵向导轨4平行设置，垂向导轨安装于第二纵向导轨4上，使横臂也可以实现纵向的移动，加工过程的控制选择更加灵活。滚轮架2的数量可以设置为多组，主要取决于管子长度，本实施例图1中示出了两个滚 轮架2的结构，3个或更多的滚轮架2是本领域普通技术人员容易实现的。 

所述箱体5上设有由升降电机51驱动的横臂升降丝杠，所述横臂升降丝杠与设置在箱体5上的丝母相啮合，所述横臂6由横臂升降丝杠驱动实现升降运动。所述横臂6上设有齿条，所述齿条与齿轮相啮合，所述齿轮驱动齿条并带动横臂6实现与箱体在第二纵向导轨4上运动方向相垂直方向的运动。 

所述卡盘座11上安装有激光发射器81，所述激光发射器81发出激光照射至安装在管子上的光标尺82上，所述光标尺82上设有中心点83、横向偏移尺84和高度偏移尺85，所述中心点83位于横向偏移尺84和高度偏移尺85的交汇处，所述横向偏移尺84标识的方向与管子轴线相垂直。所述光标尺82上设有一安装槽86，所述安装槽86的截面形状为V形，所述光标尺82通过安装槽安装在管子上。 

通过激光发射器81发出激光照射至光标尺82上，来调节管子安装的偏差，如果管子完全安装准确就应该是激光束照射在中心点83上，因此通过参照激光照射在不同偏移尺上来调节管子的安装位置，以实现精确加工的需求。 

所述数控系统包括输入装置、中央处理器和输出装置，所述输入装置包括键盘，所述输出装置包括显示器、回转电机、横臂驱动装置、回转臂驱动装置、卡盘转动驱动装置、卡盘座移动装置、坡角电机，所述显示器和键盘均安装在数控箱9上，所述数控箱9安装在机架的箱体5上。 

实施例二如图4所示，该切管机的型材组装机架由两根安装纵向导轨3的轨梁101、两根底梁102和把轨梁底梁组装为一体的多个支撑立架103和支撑横架104组装而成，卡盘座11放置于纵向导轨3上，底梁102底部安装高度调整装置，垂向导轨105安装在机架一端的支撑横架104上，在机架开始组装时，需要由安装人员精确调整(可借助于图1中的，用激光发射器发出激光照 射至割枪中心轴线的方法)垂向导轨105与纵向导轨之间的距离，调整好后即可固定，以后由横臂的移动实现割枪与不同尺寸管件的配合。 

加工时，先将待加工管件安放在如权利要求1-8任一所述的坡口切管机的卡盘座上，并用卡盘将管子卡紧；然后启动数控系统，输入切割管件的起始位置、切割线形状和坡角参数，卡盘座将待加工管件横向移动至加工位置，横臂垂向移动至待加工区域上方；这时，数控系统控制横臂上下移动、回转臂左右移动、回转电机转动、坡角电机调整坡角角度、卡盘转动待加工管件，使得割枪盘到达切割的起始位置和方向；最后，数控系统启动安装在割枪盘上的割枪使其开始工作，并根据输入的切割线形状，驱动卡盘座在纵向导轨上移动、同时卡盘旋转、以及回转电机相应旋转，按照事先输入的切割线形状完成对管件的切割。在加工开始前，需要调节滚轮架上滚轮的高度，使其辅助支撑固定管子，使管件在加工过程得到更好的支撑；在调整坡角电机角度和横臂位置时，使割枪的方向线与被切割管件的轴心线相交，这样整个切割线上的坡角就完全相等，适合大多数管件的要求。 

本发明的坡口切管机结构简明，便于安装，管子坡口的形状加工准确，加工效率极高，且控制简便。坡口加工方法工序简单，控制方便，对操作者的技术水平要求较低，加工效率高。 

以上说明仅仅是对本发明的解释，使得本领域普通技术人员能完整的实施本方案，但并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，这些都是不具有创造性的修改。但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。 

Claims (10)

1.一种轻便型无限回转数控坡口切管机，包括型材组装的机架和安装于机架上的加工部件、承载部件和控制加工部件和承载部件的数控系统，所述承载部件包括用于夹持待加工管件的卡盘，所述卡盘可旋转的安装在卡盘座上，其特征在于：

所述加工部件包括横臂和至少带有一个折弯的回转臂，回转臂上端通过回转电机与横臂连接，回转臂的下端通过夹角连接件与割枪盘连接，回转电机可驱动回转臂旋转使回转臂下端绕回转臂旋转轴线做圆周运动并通过夹角连接件带动割枪盘旋转，所述夹角连接件使割枪盘上的割枪方向线与回转电机的旋转轴线在同一平面内且形成一个夹角，所述夹角大小由坡角电机调整，

机架上设有供管件移动的纵向导轨和供横臂上下移动的垂向导轨。

2.根据权利要求1所述的一种轻便型无限回转数控坡口切管机，其特征在于：所述纵向导轨上安装有至少一个辅助支撑待加工管件的滚轮架，所述滚轮架包括支撑架和设于支撑架上的滚轮，所述滚轮为圆球状的滚轮；

或者所述纵向导轨上放置可移动的辅助支撑待加工管件的滚轮架，所述滚轮架包括支撑架和设于支撑架上的滚轮，所述滚轮为圆柱状的滚轮。

3.根据权利要求2所述的一种轻便型无限回转数控坡口切管机，其特征在于：所述滚轮对称设于支撑架两侧，支撑架上设有调节滚轮相对于纵向导轨高度可变的手轮驱动的调节装置和调节滚轮相对于纵向导轨左右偏移定位的调节装置，纵向导轨与滚轮架导轮之间形成“∧”形配合。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种轻便型无限回转数控坡口切管机，其特征在于：所述垂向导轨与横臂之间安装有横臂驱动装置，回转臂旋转轴线方向与横臂相垂直，回转臂旋转轴线与垂向导轨的距离通过回转臂驱动装置调整。

5.根据权利要求1-3任一所述的一种轻便型无限回转数控坡口切管机，其特征在于：所述卡盘座上安装有激光发射器，所述激光发射器发出激光照射至安装在管子上的光标尺上，所述光标尺上设有中心点、横向偏移尺和高度偏移尺，所述中心点位于横向偏移尺和高度偏移尺的交汇处，所述横向偏移尺标识的方向与待加工管件的轴线相垂直。

6.根据权利要求5所述的一种轻便型无限回转数控坡口切管机，其特征在于：所述光标尺上设有一安装槽，所述安装槽的截面形状为V形，所述光标尺通过安装槽安装在待加工管件上。

7.根据权利要求1-3任一所述的一种轻便型无限回转数控坡口切管机，其特征在于：所述数控系统包括输入装置、中央处理器和输出装置，所述输入装置包括键盘，所述输出装置包括显示器、回转电机、横臂驱动装置、回转臂驱动装置、卡盘转动驱动装置、卡盘座移动装置、坡角电机，所述显示器和键盘均安装在数控箱上，所述数控箱安装在机架上。

8.根据权利要求1-3任一所述的一种轻便型无限回转数控坡口切管机，其特征在于：所述型材组装机架由至少两根轨梁、至少两根底梁和把轨梁底梁组装为一体的多个支撑立架和支撑横架组装而成，卡盘座和纵向导轨固定连接在支撑横架或者轨梁上，底梁底部安装高度调整装置，垂向导轨安装支撑横架上，或者垂向导轨安装在支撑横架上与纵向导轨平行的第二纵向导轨上。

9.一种管件坡口加工方法，其特征在于：包括以下步骤，

一、将待加工管件安放在如权利要求1-8任一所述的坡口切管机的卡盘座上，并用卡盘将管子卡紧；

二、启动数控系统，输入切割管件的起始位置、切割线形状和坡角参数，卡盘座将待加工管件横向移动至加工位置，横臂垂向移动至待加工区域上方；

三、横臂上下移动、回转臂左右移动、回转电机转动、坡角电机调整坡角角度、卡盘转动待加工管件，使得割枪盘到达切割的起始位置和方向；

四、数控系统启动安装在割枪盘上的割枪使其开始工作，并根据输入的切割线形状，驱动卡盘座在纵向导轨上移动、同时卡盘旋转、以及回转电机相应旋转。

10.如权利要求8所述的管件坡口加工方法，其特征在于：

在步骤一中，同时调节滚轮架上滚轮的高度，使其辅助支撑固定管子；

在步骤三中，使割枪的方向线与被切割管件的轴心线相交。

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