CN104174971B - 底驱型双平行四边形无限回转坡口切割头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及等离子体切割领域，具体公开了一种底驱型双平行四边形无限回转坡口切割头，包括卧式机架；双平行四边形机构，其底部通过摆动连接件和卧式机架活动连接，双平行四边形机构的横向连接轴组和立杆组通过转动副相连接构成横向平行四边形机构；双平行四边形机构的纵向连杆组和横向连接轴组通过转动副相连接，所述纵向连杆组、横向连接轴组和立杆组构成纵向平行四边形机构；驱动装置，用以驱动双平行四边形机构进行纵向摆动和横向摆动；护笼连接件，通过销轴和纵向连杆活动连接。本发明的坡口切割头通过双平行四边形机构进行纵向偏摆和左右偏摆的独立控制，不会造成电缆与管道间的缠绕；本发明的结构简单、重量轻、更节能，制造成本更低。

Description

底驱型双平行四边形无限回转坡口切割头

技术领域

本发明涉及等离子体或火焰切割领域中的无限回转切割装置，具体涉及一种切割头可以无限回转的无管线缠绕问题的底部驱动的双平行四边形无限回转坡口切割头。

背景技术

目前用于切割机上进行全回转坡口切割的切割头根据其偏转和回转机构装置的特点可以分为割具偏摆加底驱或顶驱的回转、带一定角度的底驱偏摆加顶驱回转和顶驱的双平行四边形结构三种形式。下面对此三种形式的切割头装置的特点分别进行说明。

一、割具偏摆加底驱或顶驱的回转，其优点是能直接反映切割时的坡口状态，其偏摆值与回转值能直观反映当前切割的坡口角度与转动的角度；但其缺点是机构重量大、偏摆轴驱动不便，回转机构会导致连接到割具的电缆与气管发生缠绕，因此控制系统需时刻记住回转的圈数，当回转的圈数达到一定值时需回转。在切割过程中会经常停下来进行回转轴的复位转动，影响切割效率。同时也给数控系统和套装软件的编程带来不偏。

二、带一定角度的底驱偏摆加顶驱回转，其优点是机构结构紧凑，重量轻，切割精度较好；但其缺点是偏摆与回转的值与实际值需要进行换算，不能直观反映当前切割的坡口角度与转动的角度，回转会导致连接到割具的电缆与气管发生缠绕。

三、顶驱的双平行四边形结构，其优点是双偏摆机构避免了连接到割具的电缆与气管发生缠绕的问题，其偏摆值与回转值能直观反映当前切割的坡口角度与回转的角度；但其缺点是此机构的驱动形式在本质上等同于在第一种结构的一套偏摆机构基础上再加一套平行四边形机构，其机构装置体积特别庞大，整体重量大，增加了整个切割机的承载量，其提升与行走机构都需加大，需要更大的驱动力，消耗更多的能源。整个切割机的结构需加强以保证刚性与精度，造成整个机构的造价高，对市场推广造成一定的困难。

针对现有技术存在的问题，急需开发一种双平行四边形无限回转坡口切割头，其具有切割头可以无限回转的、无电缆与气管管线缠绕的、用于双摆动驱动部件少的、重量轻的、驱动功率低的、结构简单的、底部驱动的特点。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种切割头可以无限回转的无电缆与气管缠绕的用于双摆动驱动部件少的结构简单的重量轻的驱动功率低的底部驱动的双平行四边形无限回转坡口切割头。

本发明的技术方案是提供一种底驱型双平行四边形无限回转坡口切割头，其设计要点在于，包括：

卧式机架1，为无限回转坡口切割头的支撑件，用于和外部机构装置相连接；

双平行四边形机构，其底部通过摆动连接件组2和卧式机架1活动连接，双平行四边形机构的横向连接轴组4和立杆组3通过转动副相连接构成横向平行四边形机构；双平行四边形机构的纵向连杆组5和横向连接轴组4通过转动副相连接，所述纵向连杆组5、横向连接轴组4和立杆组3构成纵向平行四边形机构；

驱动装置9，包括第一驱动装置91和第二驱动装置92，第一驱动装置91和其中一个摆动连接件203相连接，用以驱动双平行四边形机构进行纵向摆动；第二驱动装置92通过横向偏转总成10和其中一个横向连接轴43相连接，用以驱动双平行四边形机构进行横向摆动；

护笼连接件6，通过销轴和纵向连杆组5活动连接；

割具8，其通过割具护笼7和护笼连接件6相连接，并固定在割具护笼7内。

在使用时，本发明通过无限回转坡口切割头的卧式机架和外部的承载装置相连接，驱动装置的第一驱动装置和第二驱动装置分别和相对应的驱动控制器相连接，割具的进气端通过管道和工作气体控制装置的出气端相连通，割具的工作电流的输入端通过电缆和割具工作电源的输出端相连接。驱动控制器可以驱动本发明无限回转坡口切割头的双平行四边形机构独立地进行纵向摆动或左右摆动或同时进行纵向摆动和左右摆动，通过结构简单的双平行四边形机构进而实现切割头割具的偏摆和360度无限制回转，避免了连接割具的电缆和管道间相互缠绕，无限回转坡口切割头在使用过程中不需要复位归零，工作效率高。

在实际的应用中本发明还有如下进一步的技术方案。

进一步地，所述双平行四边形机构包括立杆组3、纵向连杆组5、横向连接轴组4和摆动连接件组2；横向连接轴组4两端分别固定连接摆动连接件组2；与横向连接轴41、42，43、44相连接的摆动连接件和立杆31、32，33、34的一端、中部通过转动副相连接，立杆31、32，33、34的另一端通过转动副和活动连接于卧式机架1外侧的摆动连接件203、204，209、210相连接，构成横向平行四边形机构；纵向连杆51、52，53、54的一端和中部通过转动副分别和横向连接轴41、44，42、43相连接，所述摆动连接件和立杆连接的转动副的转动轴心线和纵向连杆与横向连接轴连接的转动副的转动轴心线相互垂直，所述纵向连杆52、54，51、53、横向连接轴41、42、43、44和立杆31、34，32、33构成纵向平行四边形机构。

进一步地，所述驱动装置9包括设置在卧式机架1上的第一驱动装置91和第二驱动装置92，第一驱动装置91包括依次连接的第一驱动电机、第一减速机，第一减速机的输出轴和与卧式机架相连接的其中一个摆动连接件203固定连接，用于驱动双平行四边形机构进行纵向摆动；所述第二驱动装置92包括依次连接的第二驱动电机、第二减速机，第二减速机的输出轴通过横向偏转总成10和其中一个横向连接轴43相连接，用于驱动双平行四边形机构进行横向摆动。

进一步地，所述横向偏转总成10包括关节球轴承、偏转连杆和偏转轴，所述关节球轴承套装在其中一个横向连接轴43上并固定，偏转连杆的一端和轴承连接、偏转连杆的另一端和偏转轴的一端连接，偏转轴的另一端和第二减速机的输出轴固定连接。

进一步地，所述护笼连接件6包括上环部61和下环部62，所述上环部61和下环部62的一相对侧分别通过销轴和纵向连杆51、52，53、54的另一端相连接。。

进一步地，所述割具护笼7包括和护笼连接件6相适配的通过侧板相连接的上环部71和下环部72，护笼连接件6的上环部61和下环部62的另一相对侧和割具护笼7的上环部71和下环部72相连接，割具护笼7用于夹持固定割具8。

进一步地，所述第一驱动电机和第二驱动电机均为步进电机或伺服电机。

进一步地，所述卧式机架1一端侧设置用于和外部机构装置相连接的连接板及设置在连接接板上的安装通孔。

进一步地，所述立杆组3由至少4个相互平行的立杆31、32、33、34构成；纵向连杆组5由至少4个相互平行的纵向连杆51、52、53、54构成；横向连接轴组4由至少4个相互平行的横向连接轴41、42、43、44构成；摆动连接件组2由至少12个摆动连接件201-212构成。

在使用时，本发明通过无限回转坡口切割头的卧式机架与外部的承载装置，如底盘车，相连接，驱动装置的第一驱动装置和第二驱动装置分别和相对应的驱动控制器相连接，割具的工作气体进气端通过管道和工作气体控制装置的出气端相连通，割具的工作电流的输入端通过电缆和割具工作电源的输出端相连接。驱动控制器可以分别独立地控制第一驱动装置和第二驱动装置的转动、转向及转动速度，驱动控制器可以驱动本发明无限回转坡口切割头的双平行四边形机构独立地进行纵向摆动或左右摆动或同时进行纵向摆动和左右摆动，通过结构简单的双平行四边形机构的巧妙的设计进而实现切割头割具的偏摆和360度无限制回转，且割具的偏摆和无限制回转不会造成连接割具的电缆和管道间发生相互缠绕现象，无限回转坡口切割头在使用过程中其割具不需要定期复位归零，进行连续切割操作，工作效率高。由于本发明的结构简单，设备的重量轻，只需要两个电机驱动，则驱动坡口切割头进行摆动和回转所需要的能耗少，有利于节省能源；由于采用由连杆构成的结构简单的双平行四边机构实现本发明切割头割具的摆动和回转，则设备的故障率大大降低。

有益效果

结构简单，重量轻，更节能，采用由连杆相连接构成的双平行四边机构的结构简单，重量轻，仅需要两个设置在装置底部的驱动装置进行驱动，有利于节能源，及减小装置占用的空间。

纵向偏摆和左右偏摆可以独立控制，不会造成电缆与管道间的缠绕，通过采用双平行四边形机构，驱动控制器可以驱动坡口切割头的双平行四边形机构独立地进行纵向摆动或左右摆动或同时进行纵向摆动和左右摆动，实现切割头割具的偏摆和360度无限制回转，避免了割具在偏摆和回转过程中造成连接割具的电览和管道间发生相互缠绕的现象。

附图说明

图1 本发明的立体结构示意图。

图2 图1的主视图。

图3 图1的俯视图。

图4 图1的左视图。

图中：1-卧式机架，2-摆动连接件组， 201-212-摆动连接件，3-立杆组，31-34-立杆，4-横向连接轴组，41-44-横向连接轴，5-纵向连杆，51-54-纵向连杆，6-护笼连接件，7-割具护笼，8-割具，9-驱动装置，10-横向偏转总成。

具体实施方式

为了阐明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步的介绍。

如图1-4所示，一种底驱型双平行四边形无限回转坡口切割头，包括卧式机架1、双平行四边形机构、驱动装置9、护笼连接件6、割具护笼7和割具8，双平行四边形机构设置在卧式机架1上，并和卧式机架1活动连接；驱动装置9固定在卧式机架1上，用以驱动双平行四边形机构进行偏摆和回转；护笼连接件6连接在双平行四边形机构的一端部（图1中的左端侧）；割具护笼7设置在护笼连接件6内，并和护笼连接件6采用销轴进行配合连接；割具8固定在割具护笼7内。

其中，所述卧式机架1，为无限回转坡口切割头的支撑件，通过卧式机架1可以把无限回转坡口切割头和外部机构装置相连接。卧式机架1的两侧（图1中的纸内远侧和纸外近侧）分别设有用于和至少四个摆动连接203、204、209、210相连接的通孔。所述卧式机架1一端侧（图1中的右端侧）设置用于和外部机构装置相连接的连接板及设置在连接接板上的安装通孔。

其中，所述双平行四边形机构包括横向平行四边形机构和纵向平行四边形机构。双平行四边形机构由立杆组3、连杆组5、横向连接轴组4和摆动连接件组2构成。其中，立杆组3由至少4个相互平行的立杆31、32、33、34构成；纵向连杆组5由至少4个相互平行的纵向连杆51、52、53、54构成；横向连接轴组4由至少4个相互平行的横向连接轴41、42、43、44构成；摆动连接件组2由至少12个摆动连接件201-212构成。横向连接轴41的两端分别固定连接2个摆动连接件201、206，横向连接轴42的两端分别固定连接2个摆动连接件202、205，横向连接轴43的两端分别固定连接2个摆动连接件208、211，横向连接轴44的两端分别固定连接2个摆动连接件207、212。与横向连接轴41、42相连接的摆动连接件分别和立杆31、32的一端（上端）、中部通过转动副相连接，立杆31、32的另一端（下端）通过转动副和摆动连接件203、204相连接，摆动连接件203、204和设置在卧式机架1上的一端侧（图1中的右端侧）的通孔活动连接，并位于卧式机架1的外侧；与横向连接轴43、44相连接的摆动连接件和立杆33、34的一端（上端）、中部通过转动副相连接，立杆33、34的另一端（下端）通过转动副和摆动连接件209、210相连接，摆动连接件209、210和设置在卧式机架1上的另一端侧（图1中的左端侧）的通孔活动连接，并位于卧式机架1的外侧。上述的通过转动副相连接的两个横向连接轴41、42和两个立杆31、32以及通过转动副相连接的两个横向连接轴43、44和两个立杆33、34构成横向平行四边形机构，实现无限回转坡口切割头的横向摆动。纵向连杆51、52的一端和中部通过转动副分别和横向连接轴41、44相连接，并分别靠近横向连接轴41、44的两端侧；纵向连杆53、54的一端和中部通过转动副分别和横向连接轴42、43相连接，并分别靠近横向连接轴42、43的两端侧，在本实施方式中优先地，纵向连杆的一端和中部分别设有和横向连接轴相适配的通孔，横向连接轴穿过纵向连杆的通孔相连接构成用于连接纵向连杆和横向连接轴的转动副。用于摆动连接件和立杆相连接的转动副的转动轴心线与用于纵向连杆和横向连接轴相连接的转动副的转动轴心线相互垂直，实现平行四边形机构可以独立地进行横向偏摆和纵向偏摆，所述的通过转动副相连接的两个纵向连杆51、53、四个横向连接轴41、42、43、44和两个立杆32、33以及通过转动副相连接的两个纵向连杆52、54、四个横向连接轴41、42、43、44和两个立杆31、34构成纵向平行四边形机构，实现无限回转坡口切割头的纵向摆动。所述双平行四边形机构的纵向摆动和横向摆动相合成，形成无限回转坡口切割头割具的摆动和回转，但割具本身未发生转动，因此不会造成连接割具的电缆和管道间发生相互缠绕现象，无限回转坡口切割头在使用过程中其割具也不需要定期复位归零，工作效率高。

其中，所述驱动装置9固定在卧式机架1上，驱动装置9包括第一驱动装置91和第二驱动装置92。第一驱动装置91包括第一驱动电机、第一减速机，第一驱动电机的输出轴和第一减速机的输入轴采用联轴器连接，第一减速机的输出轴和与卧式机架相连接的其中一个摆动连接件203采用联轴器固定连接，用于驱动双平行四边形机构进行纵向摆动；所述第二驱动装置92包括第二驱动电机、第二减速机，第二驱动电机的输出轴和第二减速机的输入轴采用联轴器连接，第二减速机的输出轴通过横向偏转总成10和其中一个横向连接轴43相连接，用于驱动平行四边形机构进行横向摆动。进一步地，所述第一驱动电机和第二驱动电机均为步进电机或伺服电机，优先地步进电机。

其中，所述横向偏转总成10包括关节球轴承、偏转连杆和偏转轴，所述关节球轴承套装在其中一个横向连接轴43上并固定，偏转连杆的一端和轴承采用轴承套固定连接，偏转连杆的另一端和偏转轴的一端采用转动副相连接，偏转轴的另一端和第二减速机的输出轴采用联轴器固定连接。

所述护笼连接件6包括上环部61和下环部62，所述上环部61和下环部62的一相对侧分别各设置一对销轴，护笼连接件6的上环部61和下环部62通过销轴分别和上方的纵向连杆51、52和下方的纵向连杆53、54的另一端（图1的左侧）相连接，并位于两纵向连杆51、52，53、54内。纵向连杆用于连接护笼连接件的部分较长，使得护笼连接件6远离双平行四边形机构，不需要对双平行四边形机进行隔热水冷，可以节约水资源和对水增压的电能。

所述割具护笼7通过销轴连接在护笼连接件6内。割具护笼7包括和护笼连接件6相适配的通过侧板相连接的上环部71和下环部72，护笼连接件6的上环部61和下环部62的另一相对侧与割具护笼7的上环部71和下环部72通过销轴相连接，割具护笼7用于夹持固定割具8，割具8为可以根据需要自行选配的部件。

本发明，在使用时，通过无限回转坡口切割头的卧式机架和外部的承载装置，如底盘车，相连接，驱动装置的第一驱动装置和第二驱动装置分别和相对应的驱动控制器相连接，割具的工作气体进气端通过管道和工作气体控制装置的出气端相连通，割具的工作电流的输入端通过电缆和割具工作电源的输出端相连接。驱动控制器可以分别独立地控制第一驱动装置和第二驱动装置的转动、转向及转动速度，驱动控制器可以驱动本发明无限回转坡口切割头的双平行四边形机构单独地进行纵向摆动或左右摆动或同时进行纵向摆动和左右摆动，通过结构简单的双平行四边形机构的巧妙的设计进而实现切割头割具的偏摆和360度无限制回转，且割具的偏摆和无限制回转不会造成连接割具的电缆和管道间发生相互缠绕现象，无限回转坡口切割头在使用过程中其割具不需要定期复位归零，工作效率高。由于本发明的结构简单，设备的重量轻，只需要两个电机驱动，则驱动坡口切割头进行摆动和回转所需要的能耗少，有利于节省能源；由于采用由连杆构成的结构简单的双平行四边机构实现本发明切割头割具的摆动和回转，则设备的故障率大大降低。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种底驱型双平行四边形无限回转坡口切割头，其特征在于，包括：

卧式机架（1），为无限回转坡口切割头的支撑件，用于和外部机构装置相连接；

双平行四边形机构，其底部通过摆动连接件组（2）和卧式机架（1）活动连接，双平行四边形机构的横向连接轴组（4）和立杆组（3）通过转动副相连接构成横向平行四边形机构；双平行四边形机构的纵向连杆组（5）和横向连接轴组（4）通过转动副相连接，所述纵向连杆组（5）、横向连接轴组（4）和立杆组（3）构成纵向平行四边形机构；

驱动装置（9），包括第一驱动装置（91）和第二驱动装置（92），第一驱动装置（91）和其中一个摆动连接件（203）相连接，用以驱动双平行四边形机构进行纵向摆动；第二驱动装置（92）通过横向偏转总成（10）和其中一个横向连接轴（43）相连接，用以驱动双平行四边形机构进行横向摆动；

护笼连接件（6），通过销轴和纵向连杆组（5）活动连接；

割具（8），其通过割具护笼（7）和护笼连接件（6）相连接，并固定在割具护笼（7）内。

2.根据权利要求1所述的一种底驱型双平行四边形无限回转坡口切割头，其特征在于，所述双平行四边形机构包括立杆组（3）、纵向连杆组（5）、横向连接轴组（4）和摆动连接件组（2）；横向连接轴组（4）的两端分别固定连接摆动连接件组（2）；与横向连接轴（41、42，43、44）相连接的摆动连接件和立杆（31、32，33、34）的一端、中部通过转动副相连接，立杆（31、32，33、34）的另一端通过转动副和活动连接于卧式机架（1）外侧的摆动连接件（203、204，209、210）相连接，构成横向平行四边形机构；纵向连杆（51、52，53、54）的一端和中部通过转动副分别和横向连接轴（41、44，42、43）相连接，所述摆动连接件和立杆连接的转动副的转动轴心线和纵向连杆与横向连接轴连接的转动副的转动轴心线相互垂直，所述纵向连杆（52、54，51、53）、横向连接轴（41、42、43、44）和立杆（31、34，32、33）构成纵向平行四边形机构。

3.根据权利要求1所述的一种底驱型双平行四边形无限回转坡口切割头，其特征在于，所述驱动装置（9）包括设置在卧式机架（1）上的第一驱动装置（91）和第二驱动装置（92），第一驱动装置（91）包括依次连接的第一驱动电机、第一减速机，第一减速机的输出轴和与卧式机架相连接的其中一个摆动连接件（203）固定连接，用于驱动双平行四边形机构进行纵向摆动；所述第二驱动装置（92）包括依次连接的第二驱动电机、第二减速机，第二减速机的输出轴通过横向偏转总成（10）和其中一个横向连接轴（43）相连接，用于驱动双平行四边形机构进行横向摆动。

4.根据权利要求3所述的一种底驱型双平行四边形无限回转坡口切割头，其特征在于，所述横向偏转总成（10）包括关节球轴承、偏转连杆和偏转轴，所述关节球轴承套装在其中一个横向连接轴（43）上并固定，偏转连杆的一端和轴承连接，偏转连杆的另一端和偏转轴的一端连接，偏转轴的另一端和第二减速机的输出轴连接。

5.根据权利要求2所述的一种底驱型双平行四边形无限回转坡口切割头，其特征在于，所述护笼连接件（6）包括上环部a（61）和下环部a（62），所述上环部a（61）和下环部a（62）的一相对侧分别通过销轴和纵向连杆（51、52，53、54）的另一端相连接。

6.根据权利要求5所述的一种底驱型双平行四边形无限回转坡口切割头，其特征在于，所述割具护笼（7）包括和护笼连接件（6）相适配的通过侧板相连接的上环部b（71）和下环部b（72），护笼连接件（6）的上环部a（61）和下环部a（62）的另一相对侧和割具护笼（7）的上环部b（71）和下环部b（72）相连接，割具护笼（7）用于夹持固定割具（8）。

7.根据权利要求3所述的一种底驱型双平行四边形无限回转坡口切割头，其特征在于，所述第一驱动电机和第二驱动电机均为步进电机或伺服电机。

8.根据权利要求1-7任一权利要求所述的一种底驱型双平行四边形无限回转坡口切割头，其特征在于，所述卧式机架（1）一端侧设置用于和外部机构装置相连接的连接板及设置在连接板上的安装通孔。