CN105397239A - 一种被切管不旋转的管子相贯线切割机 - Google Patents

Abstract

本发明是一种被切管不旋转的管子相贯线切割机，它包括地轨装置、台车、升降装置、回转装置、悬臂装置、弧板自旋装置、弧板装置和电控装置。台车安装在地轨上，带升降装置的立柱安装在台车前端，后面安装有电控装置的工控机和控制箱；立柱上有升降板，回转机构与升降板相连，回转臂连在升降板上，处于水平状态；旋转臂安装有电机、减速器通过齿轮齿条驱动弧板自旋装置沿旋转臂作直线运动；弧板自旋装置安装有步进电机、谐波减速器，带动弧板装置旋转，弧板装置上有电机、减速机通过齿轮传动使割枪围绕弧板园心转动。本发明采用管子固定而切割炬旋转的切割方式，可以克服管子弯曲和管子纵向和螺旋焊缝的影响，切割实现五轴联动。本发明适用于大直径超长超重及小角度圆管的相贯线切割。

Description

一种被切管不旋转的管子相贯线切割机

技术领域

本发明涉及一种数控切割机床，具体说是一种被切管不旋转的管子相贯线切割机多轴数控切割机床，属于设备制造技术领域。

背景技术

在海洋工程、钢结构、化工压力容器及桥梁等行业，有很多超长超重及海工小角度管、定长管需要切割，这些需要切割的管子是多管空间相贯制件且要求切割坡口满足AWS焊接标准。管子切割机一类是管子旋转的卡盘式和摩擦轮式两种形式：卡盘式管子切割机存在管子装卡、调平耗时，效率不高，切割余料长的问题；摩擦轮式管子切割机存在受焊接管纵缝、管子椭圆度影响，被切园管转动时易发生晃动，产生波浪式的坡口问题。另一类是管子不动，割枪绕管子旋转、移动的切割方法。例如现有技术(201310187296.8)中公开了一种切割钢构中弯管相贯线的装置，其纵向驱动机构驱动割炬沿弯管的长度方向运动，设置在圆环导轨上的回转滑块沿圆环导轨滑动，拖动与回转滑块相联结的割炬绕弯管轴线方向回转，径向驱动机构带动割炬沿弯管半径方向运动，纵向回转机构拖动割炬绕平行弯管轴线方向摆动。割炬沿弯管轴线方向的运动、割炬绕弯管轴线方向的回转运动、割炬沿弯管半径方向运动、割炬绕平行弯管轴线方向摆动及割炬垂直弯管轴线方向摆动联合形成割炬切割弯管且同时切割焊接坡口的合成运动。这种切割钢构中弯管相贯线的装置切割大管径、小角度管无法满足生产要求，有待进一步改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对超长超重及海工小角度管切割需求，提供一种设备割枪绕圆管轴线旋转且多轴数控，可用于大直径超重超长和小角度圆管切割的设备。达到高切割精度、切割无盲区、节省材料、提高切割效率的目的。

为了解决以上技术问题，本发明技术方案是：一种被切管不旋转的管子相贯线切割机，包括地轨装置、台车、升降装置、回转装置、悬臂装置、弧板自旋装置、弧板装置和电控装置。台车安装在地轨装置之上，驱动车轮使台车沿滑轨行走；台车前端安装升降装置的立柱，后面设有电控装置的工控机和控制箱；立柱体内设有丝杠丝母传动装置，带动升降板沿直线滑轨滑动，使回转支承轴心与待切圆管对中；回转支承左侧联接升降板，右侧通过转接板与回转臂联接保证回转臂垂直水平面旋转，旋转臂垂直回转臂安装，回转臂内安装一对正反螺距滚珠丝杠，安装滚珠丝杠的丝母分别联接与配重块和旋转臂，且带动旋转臂沿安装在回转臂上的直线滑轨滑动；旋转臂设有直线滑轨和滑块，滑块与弧板旋转装置中的托板连为一体；旋转臂设有电机、减速器通过齿轮齿条驱动弧板自旋装置沿旋转臂作直线运动；弧板自旋装置设有步进电机直连谐波减速器，通过过渡轴连接到弧板拐托架上带动弧板装置旋转，弧板装置设有电机减速机、齿轮使割枪围绕弧板园心转动，实现对圆管的相贯线切割。

作为对上述技术方案的细化改进，地轨装置主要由底座、导轨底座、导轨压板、导轨、压紧螺栓、调整螺栓组成，底座焊接在地基预埋件上，导轨底座安装在底座上面，导轨压板通过螺栓将导轨固定在导轨底座上，螺栓、导轨压板配合作用调整导轨满足技术要求。

作为对上述技术方案的细化改进，台车主要由车体、车轮支座、车轮、车轮轴、电机、减速机、过渡轴、齿轮、车轴、配重块组成，车体上面后端置配重防设备不平衡，车轮通过所车轮支座连接在车体下面，电机直连减速机；装在减速机轴上的齿轮与安装在车轮上的齿轮啮合驱动台车行走在轨道上。

作为对上述技术方案的细化改进，主要电控装置由工控机、控制箱、电源设备组成，工控机负责显示操作进程及相贯数据、运动数据下发及协调监控；控制箱用来控制设备各轴运动，其中，手操器可以在示教，切割过程中起到调节和控制作用，显示器实现软件界面的人机对话；电源设备采用的是独立的交流稳压电源，保证供电稳定。

作为对上述技术方案的细化改进，升降装置主要由电机、减速器、减速器支架、丝杠、丝母、丝母连接座、升降板、滑块、滑轨、双通旋转接头和电滑环组成。减速器支架安装在立柱顶部，电机直连减速器带动丝杠旋转，丝杠上的丝母随之上下运动，通过丝母连接座与丝母连接在一起的升降板两端同滑块连为一体，滑块在滑轨上滑动带动回转臂升降。双通旋转接头和电滑环以连接架组成一体可避免气管及电缆在回转装置无限旋转时产生缠绕。

作为对上述技术方案的细化改进，回转装置主要由回转臂、转接盘、回转支承、主动滚珠丝杠、从动滚珠丝杆、滑轨、滑块、丝母、配重块、电机、减速机、联轴器、带抱闸电机及齿轮组成。回转支承通过转接盘固定在回转臂上，以滑动座与升降装置连接，带抱闸电机上的齿轮与回转支承外齿啮合驱动回转臂转动，联轴器将电机和滚珠丝杆连接，电机驱动滚珠丝杠转动，并通过一对齿轮啮合带动从动丝杆转动，安装在主动丝杆上的丝母与滑动座连为一体并带动滑动座在滑轨上滑动，安装在从动丝杆上的丝母与配重块连为一体并带动配重块在直线滑轨做反向滑动，保持回转装置平衡降低转动阻力。

作为对上述技术方案的细化改进，悬臂装置主要由旋转臂、电机、减速机、滑轨、滑块、齿轮、齿条、滑板组成。旋转臂端面固定在回转臂上，旋转臂上镶有滑轨和齿条，在滑轨上滑动的滑块与滑板连为一体，装配在滑板上的电机减速机通过齿轮与齿条啮合，带动联接在滑板上的弧板自旋装置做直线运动。

作为对上述技术方案的细化改进，弧板自旋装置主要由电机、减速机、支架体、过渡轴组成。电机、减速机安装在滑板上，过渡轴上面与减速机输出轴联接，下面与弧板装置的拐托架联接，电机转动带动弧板装置旋转。

作为对上述技术方案的细化改进，弧板装置主要由电机、减速机、齿轮、弧板、割枪、预热枪、示校杆、拐托架组成。弧板固定在拐托架上，电机、减速机驱动齿轮在弧板上滚动，使割枪能够围绕弧板心摆动。示校杆联接在行走电机支架上，水平落下开始示校工件。点火器及预热枪联接在拐托架上能随弧板自转。

上述技术方案是一种被切管不旋转的管子相贯线切割机，由于电控装置设有工控机、控制箱利用多轴控制卡技术实现了设备操作的人机对话，智能控制系统能够自动完成管子的不圆度的补偿。通过电控装置控制其它装置运行，弧板装置的电机减速机带动齿轮在弧板上滚动，使割枪能够围绕弧板做圆周运动。固定在悬臂装置滑板上的电机减速机驱动过渡轴转动，联接过渡轴上的拐托架带动弧板绕垂直轴做水平旋转。旋转臂上的电机减速机通过齿轮与齿条的啮合传动，带动弧板自旋装置沿旋转臂做直线运动。回转臂上的电机通过丝杠与丝母的传动，能够使旋转臂做半径方向的直线运动，从而带动弧板沿半径方向做直线运动。由于上述各件都联接在回转支承上，回转支承上的齿圈，又被升降板上的齿轮所驱动，使弧板又沿水平轴做垂直旋转运动。回转装置的升降是升降电机减速机带动丝杠丝母做直线运动，调整回转支承旋转中心与将要切割的管子对中。上述五轴的联动可以切割各种钢管的垂直正交、斜交、偏心斜交、多管相贯的相贯线，实现多种类型的管端相贯线切割。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

附图1为本发明设备整体结构示意图。

附图2为本发明轨道部件结构示意图。

附图3为本发明台车部件结构示意图。

附图4为本发明电控装置结构示意图

附图5为本发明升降部件结构示意图。

附图6为本发明回转臂部件结构示意图。

附图7为本发明悬臂部件结构示意图。

附图8为本发明弧板自旋结构示意图

附图9为本发明弧板部件结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。

如图1所示，一种被切管不旋转的管子相贯线切割机包括地轨装置101、台车102、控制箱103、工控机104、升降装置105、回转装置106、悬臂装置107、弧板自旋装置108和弧板装置109。地轨装置101的底座通过预埋螺栓固定在基础上，台车102在地轨装置101的导轨上行走，电控装置的控制箱103和工控机104安装在台车102水平面上中后部，控制机械装置按设定的程序运行，升降装置105的立柱垂直台车水平面安装，回转装置106的回转支承固定在升降装置的滑板上，回转臂106的滑轨与升降装置105立柱的滑轨平行均在竖直面内，悬臂装置107的旋转臂垂直回转臂安装，安装在旋转臂上的滑轨垂直于回转臂的滑轨，弧板自旋装置108沿旋转臂上的滑轨滑动，弧板自旋装置108与弧板机构109竖直相连，弧板机构109电机减速机驱动齿轮在弧板上滚动，使割枪绕弧板中心转动。

如图2所示，轨道装置中，导轨导座202焊接在底座205上表面，重轨206安装在导轨底座202内用螺栓207、导轨压板203固定，转动螺栓201超平重轨206上表面，转动螺栓204左右超平重轨，保证设备在重轨206上完成直线移动。

如图3所示，台车装置中，为提高了车体306的刚度，车体306采用工字钢及槽钢焊接而成，为增强整个设备稳定性，将车体内部后面加两块配重309，解决设备头重脚轻的问题。三相异步电机上的减速机305，电机减速机输出轴直联到过度轴304上，带动齿轮303旋转，通过一级传动使车轮轴307上的齿轮302转动，从而驱动车轮301转动，使设备整体运动。电机支座311、轴承支座310用螺栓固定在车体306下表面，轴承308安装在轴承支座310内，本传动采用前驱集中双驱动，防止驱动打滑，为了避免溜车，行走电机后端采用自带抱闸。

如图4所示，电控装置中，工控机401、控制箱402安装在车体306上表面，工控机401负责显示操作进程及相贯数据、运动数据下发及协调监控；控制箱402用来控制设备各轴运动，其中，手操器可以在示教，切割过程中起到调节和控制作用。

如图5所示，升降装置中，减速机支架503安装在立柱512上端，立柱512竖直面安装滑轨511，安装在减速机支架503上的电机501减速机502转动驱动梯型丝杠504旋转，使丝母505做直线运动，丝母505通过丝母连接座506与升降板509联接，固定在升降板509上的滑块511与安装在立柱512上的滑轨510组成直线运动副，完成升降运动，与升降板509连接在一起的回转臂随之升降，对不同管径上下对中。为避免气管及电缆的无限旋转时的缠绕，在升降板509上安装双通旋转接头508及电滑环507，这是实用、有效的作法。

如图6所示，回转装置中，电机610减速机609安装在回转臂605一端，通过绕性联轴器611与滚珠丝杠606联接，驱动滑座608沿半径方向移动，回转臂605的底部通过配重连接板602设有可移动的配重601，增加了回转臂运动时的平衡度，滑座608、配重块601沿安装在回转臂上的滚动滑轨相向移动。回转支承607通过转接板604与回转臂连为一体，回转支承驱动电机采用带抱闸的伺服电机612带动其上齿轮驱动回转臂旋转。由于带抱闸伺服电机612上的齿轮采用偏心套齿轮，有效消除齿轮与回转支承啮合间隙，保证旋转平稳运行

如图7所示，悬臂装置中，旋转臂705是由薄板折弯呈梭型，滑轨706安装在旋转臂705下表面，加大旋转臂的刚度及工作的平稳性。电机703直连减速机704驱动齿轮702啮合固定在旋转臂705上的齿条701，减速机704安装在滑板707上，滑板707上面装有与滑轨706连接的滑块708，使滑板707在旋转臂705纵向做直线移动。

如图8所示，弧板自旋装置的步进电机801和谐波减速机802直连，通过过渡轴804联接到弧板拐托架805，而弧板自旋装置的减速机支架803安装在悬臂装置的滑板707上，所以弧板自旋装置既随滑板707滑动又驱动弧板装置转动。

如图9所示，弧板装置中，电机903减速机908驱动齿轮904在弧板902上滚动，使割枪901能够围绕弧板心转动。示校杆905水平落下开始示校工件，点火器906及预热枪907随弧板902同步转动。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及发明优点。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的描述的只是说明本发明的原理。除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (5)

1.一种被切管不旋转的管子相贯线切割机，包括地轨装置、台车、升降装置、回转装置、悬臂装置、弧板自旋装置、弧板装置和电控装置。地轨装置的底座由预埋螺栓固定在基础上，台车安装在地轨装置的导轨上由台车驱动机构带动车轮转动行走，电控装置的控制箱和工控机竖直安装在台车水平面上中后部，升降装置的立柱垂直安装在台车水平面前端，升降电机驱动丝杠转动，带动升降板垂直升降，调整设备与放置在胎架上圆管同心和端部距离。弧板装置主要由电机、减速机、齿轮、弧板、割枪、预热枪、示校杆、拐托架组成，示校杆联接在滑板上，水平落下开始示校工件，点火器及预热枪联接在拐托架上随割枪同步转动，弧板固定在拐托架上，电机、减速机驱动齿轮在弧板上滚动，使割枪绕圆管轴线垂直面摆动从而切割出所需焊接破口，其特征在于：回转装置的回转支承一端固定在升降板上，另一端与回转臂联接，安装在回转臂上的电机、减速机带动滚珠丝杠驱动滑座沿径向伸缩，带抱闸的伺服电机通过齿轮啮合驱动回转支承转动，径向电机、伺服电机均与电控装置连接，悬臂装置的旋转臂垂直安装在回转臂的滑座上，旋转臂上安装纵向滑轨、纵向齿条、滑块和滑板，通过减速机驱动齿轮啮合纵向齿条使滑板沿旋转臂纵向移动，弧板自旋装置垂直安装在悬臂装置的滑板上，步进电机直连谐波减速机带动与过渡轴连接的弧板拐托架自转。

2.根据权利要求1所述的一种被切管不旋转的管子相贯线切割机，其特征在于：回转装置主要由回转臂、转接盘、回转支承、一对正反螺距滚珠丝杆、滑轨、滑块、丝母、滑座、配重块、配重连接板、电机、绕性联轴器、带抱闸电机及齿轮组成。回转支承一端通过转接盘固定在回转臂上，另一端与升降板联接，回转臂前表面安装有配重块，通过丝杠在滑轨上运动，正反丝杠通过齿轮传动驱动悬臂装置能够实现随着管径变化，旋转部件要平衡，配重位置也发生变化。安装在一对正反螺距滚珠丝杆上的丝母，一个联接滑座，另一个通过配重连接板联接配重块，与电控装置连接的电机驱动滚珠丝杠转动，滑座与配重块沿回转臂上的滑轨做等距离、相向滑动，保证回转装置运动平衡。安装在升降板上的带抱闸电机直连减速机驱动齿轮与回转座圈外齿啮合，实现回转臂绕工件中心旋转，由于齿轮安装在特制偏心套内，有效消除齿轮与回转座圈啮合间隙，保证旋转平稳。

3.根据权利要求1所述的一种被切管不旋转的管子相贯线切割机，其特征在于：悬臂装置主要由旋转臂、电机、减速机、滑轨、滑块、齿轮、齿条、滑板组成。悬臂、中空、梭形结构的旋转臂端面固定在滑座上，旋转臂下面两侧镶有滑轨，侧面安装齿条，这样加大旋转臂的刚度和运行平稳性，安装在滑轨上的滑块下联滑板，滑板上安装的电机直连减速机，减速机带动齿轮啮合齿条，使滑板沿滑轨做纵向直线运动。

4.根据权利要求1所述的一种被切管不旋转的管子相贯线切割机，其特征在于：弧板自旋装置主要由电机、减速机、支架体、过渡轴组成。步进电机直连谐波减速机通过减速机支架安装在滑板上，过渡轴联接弧板拐托架，电机与电控装置连接，电机驱动弧板装置旋转。

5.利用权利要求1的一种被切管不旋转的管子相贯线切割机圆管切割方法：

a)圆管水平固定在胎架上不动，割枪旋转用于超长超重大直径管子相贯线切割机中心线与圆管轴线在同一垂直面内，割枪旋转用于超长超重大直径管子相贯线切割机置于圆管端部。

b)回转臂绕圆管轴线的回转运动为主运动，沿回转臂的径向运动、沿悬臂纵向的轴向运动和绕垂直轴线的自转运动为辅助运动，主、辅运动的合成使割枪绕园管运动切割出所需的相贯线。

c)根据圆管直径调整回转臂径向位置、悬臂设计长度满足对大直径圆管的相贯线切割。

d)采用多轴控制卡技术控制回转和直线运动，使割枪旋转用于超长超重大直径管子相贯线切割机实现人机对话，多轴数控联动。