CN107138798A - 一种型材切割系统及型材切割工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种型材切割系统，包括：上料工位；切割工位包括支撑台以及设置于支撑台上的至少两个支撑座，至少两个支撑座中至少一个为可沿U轴方向滑动的移动支承座，其余为固定支承座，且移动支撑座上设置有第一锯切装置，第一锯切装置包括锯头及用于调整锯头角度并使之伸出的锯头行走机构；下料工位；搬运机构包括抓手及XYZ轴抓手架，抓手位于上料工位、切割工位及下料工位上方；用于控制移动支撑座、锯切装置及XYZ轴抓手架按照预定指令动作的控制器；通过上述系统，工艺排布、上料、下料及锯头的调整均自动化，只需远程输入数据，无需现场操作，从而提高切割精度，节省人力，消除安全隐患及健康危害。本发明还提供了一种型材切割工艺。

Description

一种型材切割系统及型材切割工艺

技术领域

本发明涉及型材切割技术领域，特别涉及一种型材切割系统及型材切割工艺。

背景技术

型材，尤其是铝型材，已广泛应用于建筑行业及工业行业，如建筑门窗、幕墙、室内外装饰、工业现场围栏及设备支架系统等。

众所周知的，在使用时，需要根据使用需求对铝型材进行切割，以建筑门窗为例，需要根据门窗的尺寸将铝型材切割出合适的长度，且为满足拼接需要，在切割时要使其端部形成45°倒角。

现有技术中，在对型材进行切割的过程中，需要工艺人员根据用户需求及原材料长度安排工艺方案，现场根据工艺方案调整切割机锯片角度及切割点，然后装料试切，对试切品进行检测，合格后大批量生产，这种生产方式人工消耗大，需要工艺人员一名，且由于型材的长度可达6米，现场每台设备至少还需要配备两名工人进行上料卸料，劳动强度大，切割机锯头的位置依靠人工按切割机的标尺目测确定，切割精度低，且切割现场工作环境恶劣，操作工人长时间靠近切割机并在粉尘、噪声环境中工作，影响健康且存在安全隐患。

因此，如何改善目前的型材切割方式，以降低人工需求及劳动强度，提高切割精度，消除安全健康隐患，成为本领域技术人员亟待解决的重要技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的第一个目的在于提供一种型材切割系统，以有效降低人工需求及劳动强度，提高切割精度，消除安全健康隐患；本发明的第二个目的在于提供一种基于上述型材切割系统的型材切割工艺。

为实现上述目的,本发明提供如下技术方案：

一种型材切割系统，包括：

用于堆垛原料的上料工位；

切割工位，包括支撑台以及设置于所述支撑台上的至少两个支撑座，至少两个所述支撑座中的至少一个为可沿U轴方向滑动的移动支承座，其余的为固定支承座，且所述移动支撑座上设置有第一锯切装置，所述第一锯切装置包括锯头以及用于调整锯头角度并使之伸出的锯头行走机构；

用于码放切割成品的下料工位；

搬运机构，包括抓手以及XYZ轴抓手架，所述抓手通过所述XYZ轴抓手架设置于所述上料工位、所述切割工位以及所述下料工位的上方；

控制器，用于控制所述移动支撑座、所述锯切装置以及所述XYZ轴抓手架按照预定指令动作。

优选地，所述固定支承座上设置有第二锯切装置，所述第二锯切装置包括锯头以及用于调整锯头角度并使之伸出的锯头行走机构。

优选地，所述锯头行走机构包括连接于所述锯头的伸出装置，所述伸出装置为活塞缸；或者为直线电机及滑轨配合结构；或者伺服电机与传动机构配合机构。

优选地，所述锯头行走机构包括连接于所述伸出装置的角度调节装置，所述角度调节装置为伺服电机或活塞缸。

优选地，所述XYZ轴抓手架包括Y轴支架、设置于所述Y轴支架上的X轴支架以及设置于所述X轴支架上的Z轴支架，所述抓手设置于所述Z轴支架，所述X轴支架与所述Y轴支架之间设置有用于驱动所述X轴支架沿Y轴移动的Y轴驱动装置，所述Z轴支架与所述X轴支架之间设置有用于驱动所述Z轴支架沿X轴及Z轴移动的XZ轴驱动装置。

优选地，所述抓手设置有至少两个。

一种基于上述任一项所述的型材切割系统的型材切割工艺，包括步骤：

1)向控制器输入成品需求数据，所述控制器根据输入的数据计算原料分隔分数、余料情况；

2)通过抓手抓取原料放入切割工位；

3)所述控制器控制移动支承座移动并控制锯头行走机构调整锯头位置进行切割；

4)通过所述抓手抓取成品放入下料工位；

5)通过所述抓手抓取剩余原料移动至切割位置；

6)重复所述步骤3)～所述步骤5)，直至剩余原料不满足工艺要求；

7)重复所述步骤2)～所述步骤6)。

优选地，所述抓手包括前端抓手以及后端抓手，则所述步骤2)中，所述前端抓手与所述后端抓手同步抓取原料并将所述原料定位在切割工位。

优选地，所述步骤4)具体为：

41)所述前端抓手抓取成品放入下料工位；

42)所述后端抓手抓取剩余原料向前移动将剩余原料带至切割位置。

优选地，若剩余原料较长，则所述步骤42)中，所述前端抓手完成下料后，与所述后端抓手同步后移抓取剩余原料并将其带至切割位置。

本发明提供的型材切割系统，主要用于型材切割，但并不限于型材切割，通过更换锯头，还可对钢管、角钢、方管等材料进行切割，包括上料工位、切割工位、下料工位、搬运机构以及控制器，其中，上料工位用于堆垛原料；切割工位包括支撑台以及设置于支撑台上的至少两个支撑座，至少两个所述支撑座中的至少一个为可沿U轴方向滑动的移动支承座，其余的为固设于所述支撑台上的固定支承座，若移动支承座的数量为多个，其可设置于固定支承座同一侧，也可分布于固定支承座的两侧，且移动支撑座上设置有第一锯切装置，第一锯切装置包括锯头以及用于调整锯头角度并使之伸出的锯头行走机构，此处所说的伸出可以是自后向前伸出，也可以是自上而下伸出，也可以是沿圆弧方向落下伸出；下料工位用于码放切割成品；搬运机构包括抓手以及XYZ轴抓手架，抓手通过XYZ轴抓手架设置于上料工位、切割工位以及下料工位的上方，XYZ轴抓手架可带动抓手沿X轴、Y轴以及Z轴移动，上述的U轴目的在于与X轴、Y轴及Z轴区分，实际U轴方向与X轴方向平行；控制器用于控制移动支撑座、锯切装置以及XYZ轴抓手架按照预定指令动作，如控制移动支撑座沿U轴移动，控制锯切装置中的锯头伸出和/或调整锯头的角度，或者控制XYZ轴抓手架带动抓手移动；

在应用时，利用物流系统将原料堆垛于上料区，然后向控制器输入成品需求数据，如成品长度、倒角度数、需求数量等信息，控制器根据上述的信息数据计算型材原材料分隔分数、余料情况，然后控制器控制XYZ轴抓手架带动抓手运动至原料上方抓取原料放入切割工位，随后控制器控制锯头行走机构调节锯头角度并使锯头伸出进行切割，切割完成后，利用抓手将成品放入下料工位，并将剩余原料带至切割位置继续切割，直到剩余原料的长度无法满足工艺要求，然后再去抓取下一根原料进行切割，如此往复，直至满足数量要求；由此可见，上述的型材切割系统，工艺排布、上料、下料以及锯头的调整均通过控制器实现自动化，操作人员只需远程输入数据即可，无需现场操作，既能提高切割精度，又可以节省人力，消除现场操作存在的安全隐患，同时避免现场噪音及粉尘对健康的危害。

为了达到上述第二个目的，本发明还提供了一种基于上述型材切割系统的型材切割工艺。由于上述的型材切割系统具有上述技术效果，基于该型材切割系统的型材切割工艺也应具有相应的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的型材切割系统的轴测图。

图中：

上料工位1；原料2；支撑台3；移动支承座4；固定支承座5；锯切装置6；下料工位7；成品8；抓手9；XYZ轴抓手架10；Y轴支架101；Y轴驱动装置102；Z轴支架103；XZ轴驱动装置104；X轴支架105。

具体实施方式

本发明的第一个目的在于提供一种型材切割系统，该型材切割系统的结构设计可以有效降低人工需求及劳动强度，提高切割精度，消除安全健康隐患；本发明的第二个目的在于提供一种基于上述型材切割系统的型材切割工艺。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的型材切割系统的轴测图。

本发明实施例提供的一种型材切割系统，主要用于型材切割，但并不限于型材切割，通过更换锯头，还可对钢管、角钢、方管等材料进行切割，包括上料工位1、切割工位、下料工位7、搬运机构以及控制器。

其中，上料工位1用于堆垛原料2；切割工位包括支撑台3以及设置于支撑台3上的至少两个支撑座，至少两个支撑座中的至少一个为可沿U轴方向移动的移动支承座4，其余的为固设于支撑台3上的固定支承座5，移动支承座4能够靠近或远离固定支承座5，若移动支承座4的数量为多个，其可设置于固定支承座5同一侧，也可分布于固定支承座5的两侧，且移动支撑座上设置有第一锯切装置6，第一锯切装置6包括锯头以及用于调整锯头角度并使之伸出的锯头行走机构，此处所说的伸出可以是自后向前伸出，也可以是自上而下伸出，也可以是沿圆弧方向落下伸出；下料工位7用于码放切割成品8；搬运机构包括抓手9以及XYZ轴抓手架10，抓手9通过XYZ轴抓手架10设置于上料工位1、切割工位以及下料工位7的上方，XYZ轴抓手架10可带动抓手9沿X轴、Y轴以及Z轴移动，上述的U轴目的在于与X轴、Y轴及Z轴区分，实际U轴方向与X轴方向平行；控制器用于控制移动支撑座、锯切装置6以及XYZ轴抓手架10按照预定指令动作，如控制移动支撑座沿U轴移动，控制锯切装置6中的锯头伸出和/或调整锯头的角度，或者控制XYZ轴抓手架10带动抓手9移动。

与现有技术相比，本发明提供的型材切割系统，在应用时，利用物流系统将原料2堆垛于上料区，然后向控制器输入成品8需求数据，如成品8长度、倒角度数、需求数量等信息，控制器根据上述的信息数据计算型材原材料分隔分数、余料情况，然后控制器控制XYZ轴抓手架10带动抓手9运动至原料2上方抓取原料2放入切割工位，随后控制器控制锯头行走机构调节锯头角度并使锯头伸出进行切割，切割完成后，利用抓手9将成品8放入下料工位7，并将剩余原料2带至切割位置继续切割，直到剩余原料2的长度无法满足工艺要求，然后再去抓取下一根原料2进行切割，如此往复，直至满足数量要求；由此可见，上述的型材切割系统，工艺排布、上料、下料以及锯头的调整均通过控制器实现自动化，操作人员只需远程输入数据即可，无需现场操作，既能提高切割精度，又可以节省人力，消除现场操作存在的安全隐患，同时避免现场噪音及粉尘对健康的危害。

在型材端部不需要倒角时，固定支承座5无需设置锯切装置6，但是若型材应用于如建筑门窗时，其两端可能都需要倒角，这时若只在移动支承座4上设置锯切装置6，虽然也能够进行切割，但需要将型材调转180°，会导致操作步骤增加，生产效率降低，因此，在本发明实施例中，固定支承座5上设置有第二锯切装置6，与第一锯切装置6相同，第二锯切装置6也包括锯头以及用于调整锯头角度并使之伸出的锯头行走机构，进一步地，固定支承座5上的第二锯切装置6的数量不仅限于一个，当固定支承座5的两侧均设置有移动支承座4时，可在固定支承座5上设置两个第二锯切装置6。

在切割过程中，必须利用锯头行走机构驱动锯头相对于型材移动，因此，锯头行走机构中应当包括一个连接于锯头用于使具有伸出的伸出装置，当然，该伸出装置可采用多种结构，如活塞缸，比如气缸及液压缸；或者为直线电机及滑轨配合结构，即将锯头设置于直线电机上，而将滑轨固定于支架或其他物体上，这样当直线电机沿滑轨移动时，锯头将随之伸出或缩回；或者伺服电机与传动机构配合机构，该传动机构可以是凸轮连杆机构，也可以是蜗轮蜗杆机构，或者是丝杠滑块机构，在本发明实施例中，为提高精度及稳定性，优先使用伺服电机与丝杠滑块机构配合的结构。

进一步优化上述技术方案，在型材使用时，端部90°及45°倒角较为常用，因此，锯头行走机构还应当具有用于调节锯头角度的角度调节装置，在本发明实施例中，角度调节装置连接于上述的伸出装置，更进一步地，角度调节装置可以为活塞缸，如气缸，利用气缸的伸出和缩回两种状态保证锯头的翻转角度为45°，从而保证型材切割系统能够至少具有垂直切割及45°切割两种切割方式；当然，该角度调节装置还可以是伺服电机，利用伺服电机的旋转可任意调整锯头的角度，使型材切割系统满足更多的要求，或者，角度调节装置还可以角度螺柱，利用手动调整角度螺栓顶住的方式调节角度。

如图1所示，在本发明一具体实施例中，XYZ轴抓手架10包括Y轴支架101、设置于Y轴支架101上的X轴支架105以及设置于X轴支架105上的Z轴支架103，抓手9设置于Z轴支架103，X轴支架105与Y轴支架101之间设置有用于驱动X轴支架105沿Y轴移动的Y轴驱动装置102，Z轴支架103与X轴支架105之间设置有用于驱动Z轴支架103沿X轴及Z轴移动的XZ轴驱动装置104，上述的Y轴驱动装置102以及XZ轴驱动装置104可以为活塞缸，也可以为伺服电机与丝杠配合的结构，在本发明实施例中，为提高精度，优先选择伺服电机与丝杠配合的结构作为上述的驱动装置。

更进一步地，抓手9可通过一伺服电机可转动地连接于Z轴支架103上，以便于原料的调转。

在本发明一实施例中，上述X轴、Y轴、Z轴以及U轴上的运动均采用绝对编码器无挡块回零控制，通过电池保存各轴零点，免去开机后寻零过程；当然，出于成本的考虑，还可以采用相对编码器有挡块回零控制，以降低成本，但每次开机需完成寻零过程，即需要保证关机时抓持器及切割工位无料。

型材的长度一般较长，可达数米，因此，仅依靠一个抓手9抓取原料2，一方面不稳定，不便于定位，一方面由于原料2较长，在抓取时，原料2容易弯曲扭转，影响定位及切割效果，有鉴于此，在本发明实施例中，抓手9设置有至少两个。

在上述的型材切割系统中，为保证精度，由于涉及的轴数及驱动电机的数量特别多，不采用伺服技术无法保证精度，因此上述的驱动装置均有限采用了伺服电机，在这种情况下，控制器优先选用PLC，各伺服电机接入PLC，即采用PLC主控伺服驱动系统进行控制，并根据客户需求优化软件编程，实现设备本身配置的柔性化。

当然，PLC主控伺服驱动系统只是一种最经济配置形式，实际并不局限于此，为提高精度，在大型设备和质量要求更高的场合可采用机器人伺服控制系统配合伺服驱动系统实现，更进一步地，在高端高精度要求的场合可采用CNC控制。

进一步优化上述技术方案，还可在控制器中加入MES生产管理技术，由ERP导入生产订单数据，在MES系统中完成复杂的工艺数据计算，对物料输入输出都使用自动线的现场实现生产全过程的管理；或者，可在控制器中加入HMI控制技术，本方案中HMI除作为传统的显示及操作外，通过VBS脚本编程实现切割长度、角度及工艺的计算。

本发明实施例还提供了一种基于上述任一项所述的型材切割系统的型材切割工艺，包括步骤：

S1：向控制器输入成品8需求数据，控制器根据输入的数据计算原料2分隔分数、余料情况；

S2：通过抓手9抓取原料2放入切割工位；

S3：控制器控制移动支承座4移动并控制锯头行走机构调整锯头位置进行切割；

S4：通过抓手9抓取成品8放入下料工位7；

S5：通过抓手9抓取剩余原料2移动至切割位置；

S6：重复步骤S3～步骤S5，直至剩余原料2不满足工艺要求；

S7：重复步骤S2～步骤S6，直至成品8数量满足要求。

由于上面已经说明了型材切割系统具有的技术效果，基于该型材切割系统的型材切割工艺也应具有相应的技术效果，在此不再赘述。

如上面所述，由于原料2较长，抓手9存在多个的情况，比如两个，在此对抓手9数量为两个的情况进行举例说明，当抓手9包括前端抓手9以及后端抓手9时，若抓手9数量布置两个，可将最靠近固定支承座5的一个定义为前端抓手9，而其他的定义为后端抓手9，则在步骤S2中，前端抓手9与后端抓手9同步抓取原料2并将原料2定位在切割工位，进一步地，前端抓手9与后端抓手9的X向及Z向采用分时的同步驱动控制，即根据工艺抓取整根原材料或较长料时采用同步控制保证不会造成材料的扭曲、变形、撕裂。

当工艺进行至步骤S4时，步骤S4具体为：

S41：前端抓手9抓取成品8放入下料工位7；此时，根据XYZ抓手架10结构的不同，后端抓手9可抓取剩余原料2停留在原地，或者将剩余原料2留在切割工位随前端抓手9同步移动至下料工位7。

S42：待前端抓手9完成下料后，后端抓手9抓取剩余原料2向前移动将剩余原料2带至切割位置。

进一步优化上述技术方案，若切割后的剩余原料2较长，则步骤S42中，前端抓手9完成下料后，与后端抓手9同步后移抓取剩余原料2并将其带至切割位置。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种型材切割系统，其特征在于，包括：

用于堆垛原料的上料工位；

切割工位，包括支撑台以及设置于所述支撑台上的至少两个支撑座，至少两个所述支撑座中的至少一个为可沿U轴方向滑动的移动支承座，其余的为固定支承座，且所述移动支撑座上设置有第一锯切装置，所述第一锯切装置包括锯头以及用于调整锯头角度并使之伸出的锯头行走机构；

用于码放切割成品的下料工位；

搬运机构，包括抓手以及XYZ轴抓手架，所述抓手通过所述XYZ轴抓手架设置于所述上料工位、所述切割工位以及所述下料工位的上方；

控制器，用于控制所述移动支撑座、所述锯切装置以及所述XYZ轴抓手架按照预定指令动作。

2.根据权利要求1所述的型材切割系统，其特征在于，所述固定支承座上设置有第二锯切装置，所述第二锯切装置包括锯头以及用于调整锯头角度并使之伸出的锯头行走机构。

3.根据权利要求1或2所述的型材切割系统，其特征在于，所述锯头行走机构包括连接于所述锯头的伸出装置，所述伸出装置为活塞缸；或者为直线电机及滑轨配合结构；或者伺服电机与传动机构配合机构。

4.根据权利要求3所述的型材切割系统，其特征在于，所述锯头行走机构包括连接于所述伸出装置的角度调节装置，所述角度调节装置为伺服电机或活塞缸。

5.根据权利要求1、2或4所述的型材切割系统，其特征在于，所述XYZ轴抓手架包括Y轴支架、设置于所述Y轴支架上的X轴支架以及设置于所述X轴支架上的Z轴支架，所述抓手设置于所述Z轴支架，所述X轴支架与所述Y轴支架之间设置有用于驱动所述X轴支架沿Y轴移动的Y轴驱动装置，所述Z轴支架与所述X轴支架之间设置有用于驱动所述Z轴支架沿X轴及Z轴移动的XZ轴驱动装置。

6.根据权利要求1、2或4所述所述的型材切割系统，其特征在于，所述抓手设置有至少两个。

7.一种基于权利要求1-6任一项所述的型材切割系统的型材切割工艺，其特征在于，包括步骤：

1)向控制器输入成品需求数据，所述控制器根据输入的数据计算原料分隔分数、余料情况；

2)通过抓手抓取原料放入切割工位；

3)所述控制器控制移动支承座移动并控制锯头行走机构调整锯头位置进行切割；

4)通过所述抓手抓取成品放入下料工位；

5)通过所述抓手抓取剩余原料移动至切割位置；

6)重复所述步骤3)～所述步骤5)，直至剩余原料不满足工艺要求；

7)重复所述步骤2)～所述步骤6)。

8.根据权利要求7所述的型材切割工艺，其特征在于，所述抓手包括前端抓手以及后端抓手，则所述步骤2)中，所述前端抓手与所述后端抓手同步抓取原料并将所述原料定位在切割工位。

9.根据权利要求8所述的型材切割工艺，其特征在于，所述步骤4)具体为：

41)所述前端抓手抓取成品放入下料工位；

42)所述后端抓手抓取剩余原料向前移动将剩余原料带至切割位置。

10.根据权利要求9所述的型材切割工艺，其特征在于，若剩余原料较长，则所述步骤42)中，所述前端抓手完成下料后，与所述后端抓手同步后移抓取剩余原料并将其带至切割位置。