CN107336291B - 一种用于定制家具板材开料加工的数控设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于定制家具板材开料加工的数控设备，包括机架、真空吸附装置、左切割装置、右切割装置、x轴运动装置以及控制装置；所述控制装置分别与真空吸附装置、左切割装置、右切割装置和x轴运动装置信号连接；所述机架的前侧与后侧均设置有x轴导轨，所述左切割装置和右切割装置固定于所述x轴导轨，并沿x轴导轨坐直线运动；所述左切割装置包括沿所述机架长度方向移动的左龙门架、y轴导轨、y轴运动部件、第一开料机头以及第二开料机头；所述右切割装置结构和左切割装置完全一样。本发明采用了双工位循环结构，能够同时支持四轴协同切割开料加工，有效提高板材开料的加工效率，适用于大规模进行家具智能制造生产。

Description

一种用于定制家具板材开料加工的数控设备

技术领域

本发明涉及定制家具自动化制造技术领域，尤其涉及一种用于定制家具板材开料加工的数控设备。

背景技术

定制板式家具的生产需要根据生产图纸尺寸，把统一规范的大板材切开分割成符合实际使用尺寸的板材，这个过程就是开料加工。传统的开料加工主要采用人工利用机械与可移动的工作平台配合使用进行加工作业。由于工作平台结构复杂且整个加工过程的动作程序繁多，所以生产效率低下，而且人工操作误差不可避免，会产生切割精度低，板材报废率高等问题。目前定制家具企业已经逐渐淘汰效率低下的人工生产方式，采用数控开料加工中心来完成板材的开料加工。数控开料加工中心能自动的完成开料加工过程，对比传统加工方式生产效率获得很大的提升，但是一般的数控开料加工中心都只采用单刀具进行切割开料加工，随着生产需求进一步扩大，其生产效率仍显不足，而且数控开料加工中心购买价格昂贵，大量采购该设备会极大的增加生产成本。现需提供一种能多轴多刀具协同自动化切割开料加工，且结构简单、稳定性高和相对成本低廉的板材开料加工的数控设备，用以提高生产效率并降低成本，以适应大规模化生产的迫切需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种用于定制家具板材开料加工的数控设备，采用了双工位循环结构，能够同时支持四轴协同切割开料加工，且自动化程度高、结构简单、稳定性高和相对成本低廉，有效提高板材开料的加工效率，适用于大规模进行家具智能制造生产。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种用于定制家具板材开料加工的数控设备，包括设置有固定平台的机架、真空吸附装置、左切割装置、右切割装置、x轴运动装置以及控制装置；所述真空吸附装置、左切割装置、右切割装置和x轴运动装置均与所述控制装置进行信号连接；其中

所述机架用于固定所述真空吸附装置、左切割装置、右切割装置以及x轴运动装置；

所述真空吸附装置用于在进行加工板材时，对板材进行固定；

所述左切割装置、右切割装置均用于根据下料方案对来料进行开料切割加工；

所述x轴运动装置用于驱动所述左切割装置和右切割装置沿所述机架的长度方向进行运动；

所述控制装置用于控制所述左切割装置、右切割装置以及x轴运动装置的动作指令；

所述机架的前侧与后侧均设置有x轴导轨，所述左切割装置和右切割装置滑动的设置于所述x轴导轨上，并沿x轴导轨做往复运动；

所述左切割装置包括沿所述机架长度方向运动的左龙门架，所述左龙门架设置在所述x轴导轨上；所述右切割装置结构包括右龙门架，所述右龙门架设置在所述x轴导轨上。

进一步地，所述真空吸附装置包括设置在所述机架左侧的第一真空吸附平台、设置在所述机架右侧的第二真空吸附平台以及真空管道外接口；

所述第一真空吸附平台上设置有工位A，所述第二真空吸附平台上设置有工位B；所述工位A和所述工位B用于轮流交替进行板材的开料加工，若工位A在进行开料加工，则工位B在进行已完成加工板材的出料和下一块待加工板材的上料，反之亦然；

所述真空管道外接口外接真空泵，用于在加工板材时提供吸附力。

进一步地，所述x轴运动装置包括左龙门电机组件、右龙门电机组件、前齿条、后齿条以及用于控制装置实现全闭环计算的磁栅尺组件；所述前齿条沿所述机架长度方向设置在机架的前侧上，所述后齿条沿所述机架长度方向设置在机架的后侧上；

所述左龙门电机组件包括第一x轴电机、第二x轴电机、第一齿轮组以及第二齿轮组；

所述第一x轴电机固定安装于所述左龙门架的一端上并与所述第一齿轮组传动连接；所述第二x轴电机固定安装于所述左龙门架的另一端上并与所述第二齿轮组传动连接；

所述第一x轴电机和第二x轴电机均与所述控制装置信号连接，用于同步实现第一齿轮组和前齿条的啮合传动、第二齿轮组和后齿条的啮合传动，从而带动左龙门架沿机架长度方向运动；

所述右龙门电机组件，其结构组成和所述左龙门电机组件完全一致，用于实现右龙门架沿机架长度方向运动；

所述磁栅尺组件包括设置在所述机架前侧的磁栅尺和两个读头，所述读头分别设置于左龙门架、右龙门架上；所述读头与所述控制装置信号连接，用于实现控制装置对左龙门架和右龙门架的x轴运动的全闭环计算，提高左龙门架和右龙门架的x轴运动精度。

进一步地，所述左切割装置包括沿所述机架长度方向移动的左龙门架、y轴导轨、y轴运动部件、第一开料机头以及第二开料机头；

所述y轴导轨和y轴运动部件均设置于左龙门架上，所述第一开料机头和第二开料机头均设置于所述y轴导轨上，所述y轴运动部件用于驱动所述第一开料机头和第二开料机头在所述y轴导轨作往返运动；所述y轴导轨包括y轴限位开关，所述y轴限位开关用于控制所述第一开料机头和第二开料机头在所述y轴导轨上的运动范围；

所述第一开料机头和第二开料机头的结构构成一致，用于开料的切割加工。

进一步地，所述y轴运动部件包括y轴电机一、y轴电机二、y轴齿条、齿轮组一、齿轮组二和y轴磁栅尺组件；

所述y轴齿条沿左龙门架长度方向设置在左龙门架上端，并与齿轮组一、齿轮组二相啮合；所述第一开料机头包括支撑架，所述y轴电机一固定安装在所述第一开料机头的支撑架后端上并与齿轮组一传动连接；所述控制装置与所述y轴电机一信号连接，用于实现通过齿轮组一和y轴齿条的啮合传动，带动第一开料机头沿左龙门架横梁长度方向运动；

所述第二开料机头也包括有支撑架，所述y轴电机二固定安装在第二开料机头的支撑架后端上并与齿轮组二传动连接；所述控制装置与所述y轴电机二信号连接，用于实现通过齿轮组二和y轴齿条的啮合传动，带动第二开料机头沿左龙门架横梁长度方向运动。

进一步地，所述y轴磁栅尺组件包括沿左龙门架长度方向设置在左龙门架后侧的磁栅尺和两个读头；所述读头分别设置在所述第一开料机头和第二开料机头上，并与所述控制装置信号连接，用于实现所述第一开料机头和第二开料机头的y轴运动的全闭环计算，提高开料机头一和开料机头二的y轴运动精度。

进一步地，所述第一开料机头包括支撑架、z轴电机、z轴运动组件、电主轴以及切割刀具；所述支撑架可滑动的设置在y轴导轨上，并沿y轴导轨作往返运动；所述z轴运动组件通过丝杠传动设置在所述支撑架上；所述电主轴固定安装在z轴运动组件上并与所述控制装置信号连接，用于驱动切割刀具进行开料加工、所述切割刀具设置在电主轴上；所述z轴电机与z轴运动组件丝杆传动连接，并与所述控制装置信号连接，用以实现丝杆传动带动电主轴上下运动。

进一步地，其特征在于，所述右切割装置的结构构成与所述左切割装置的结构构成一致。

进一步地，所述x轴导轨包括x轴限位开关，所述x轴限位开关用于控制所述左切割装置和右切割装置在x轴导轨上的运动范围。

进一步地，所述的一种用于定制家具板材开料加工的数控设备还包括用于清理开料加工废屑的吸尘罩，所述左切割装置包括两个开料机头，所述右切割装置也包括两个开料机头；所述吸尘罩为盒状并设置于四个开料机头的底部，在四个开料机头的顶端均设置有外接真空吸废料管道的外接口。

1、本发明针对定制家具板材的开料加工，采用了双工位循环结构，采用四轴切割刀具联动进行开料加工协同，极大的提高板材的开料加工的生产效率，有效的满足大规模生产的需求；

2、本发明x轴运动装置和左切割装置、右切割装置的y轴运动部件均采用齿条传动，生产成本低廉且维护保养方便；

3、本发明x轴运动装置和左切割装置、右切割装置的y轴运动部件均采用磁栅尺部件实现全闭环计算，使得相对廉价的齿条传动结构也能有高加工精度；

4、本发明开料机头z轴运动组件采用滚珠丝杆传动，传动效率和运动精度高的同时噪音低，保证了设备在高速运转下的可靠性和加工精度；

5、本发明的采用真空吸附的加工固定方式，无需在工作区域上设置夹具，简化工作平台结构，可以最大限度地利用工作平台的面积用来放置板材。

附图说明

图1为本发明一种用于定制家具板材开料加工的数控设备的正面主体结构示意图；

图2为本发明一种用于定制家具板材开料加工的数控设备的背面结构示意图；

图3为本发明一种用于定制家具板材开料加工的数控设备的左切割装置的示意图；

图4为本发明一种用于定制家具板材开料加工的数控设备的左切割装置的一部分结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细说明。

实施例

如图1所示，本发明提供了一种用于定制家具板材开料加工的数控设备，包括：

设置有固定平台的机架1；

用于加工时固定板材的真空吸附装置2

用于根据下料方案进行开料切割加工的左切割装置4；

用于根据下料方案进行开料切割加工的右切割装置5；

用于驱动左切割装置4和右切割装置5沿机架1长度方向运动的x轴运动装置3；

以及控制装置(控制装置为一个相对于其他装置的独立模块，图未示出)。控制装置是个电控柜，其外接pc端。

结合图2-4所示，其中，控制装置分别与真空吸附装置2、左切割装置4、右切割装置5和x轴运动装置3信号连接；所述机架1呈矩形，机架1前侧与后侧设置有x轴导轨1.1；所述左切割装置4包括可沿机架1长度方向运动的左龙门架4.1；所述左龙门架4.1可滑动的设置在x轴导轨1.1上；所述右切割装置5的结构和左切割装置4完全一样，通过其右龙门架可滑动的设置在x轴导轨1.1上并位于左切割装置4的右方；

所述真空吸附装置2包括设置在机架左端的真空吸附平台一2.1、设置在机架右端的真空吸附平台二2.2和真空管道外接口2.3，所述真空吸附平台一2.1上设置有工位A；所述真空吸附平台二2.2上设置有工位B；所述工位A和所述工位B轮流交替进行板材的开料加工，工位A进行开料加工，工位B则在进行已完成加工板材的出料和下一块待加工板材的上料，反之亦然。

所述x轴运动装置3包括左龙门电机组件、右龙门电机组件、齿条3.1、用于控制装置实现全闭环计算的磁栅尺组件；所述齿条沿机架长度方向对称设置在机架1的前侧和后侧上

所述左龙门电机组件包括x轴电机一3.3、x轴电机二3.5、齿轮组一3.1、齿轮组二3.6；所述x轴电机一3.3固定安装在左龙门架4.1的一端上并与齿轮组一3.1传动连接；所述x轴电机二3.5固定安装在左龙门架的另一端上并与齿轮组二3.5传动连接；所述x轴电机一3.3和x轴电机二3.5均与控制装置信号连接，用于同步实现齿轮组一和前齿条的啮合传动、齿轮组二和后齿条的啮合传动，从而带动左龙门架沿机架长度方向运动；所述右龙门电机组件和左龙门电机组件结构组成完全一样，用于实现右龙门架沿机架长度方向运动；

所述磁栅尺组件，包括沿机架长度方向对称设置在机架前侧和机架后侧的磁栅尺3.2和设置在左龙门架、右龙门架上的读头、所述读头与控制装置信号连接，用于实现控制装置对左龙门架和右龙门架的x轴运动的全闭环计算，提高左右龙门的x轴运动精度。

所述左切割装置4包括能够沿机架长度方向移动的左龙门架4.1、y轴导轨4.2、用于驱动开料机头一4.4和开料机头二4.5沿其横梁往复运动的y轴运动部件4.3、能够上下运动并且切割加工的开料机头一和开料机头二；所述开料机头二和开料机头一结构完全一样；

所述y轴导轨4.2沿龙门架横梁长度方向设置在左龙门架横梁的上端和横梁前侧；所述开料机头一4.4和所述开料机头4.5二通过其支撑架可滑动的设置在y轴导轨上；所述y轴运动部件4.3设置在左龙门架上，包括y轴电机一4.31、y轴电机二4.32、y轴齿条4.33、齿轮组一3.4、齿轮组二3.5和y轴磁栅尺组件；所述y轴齿条沿左龙门架横梁长度方向设置在的横梁的上端，并与齿轮组一、齿轮组二相啮合；所述y轴电机一固定安装在开料机头一的支撑架后端上并与齿轮组一传动连接，控制装置与所述y轴电机一信号连接，用于实现通过齿轮组一和y轴齿条的啮合传动，带动的开料机头一沿左龙门架横梁长度方向运动；所述y轴电机二固定安装在开料机头二的支撑架后端上并与齿轮组二传动连接，控制装置与所述y轴电机二信号连接，用于实现通过齿轮组二和y轴齿条的啮合传动带动的开料机头二沿左龙门架横梁长度方向运动；

所述开料机头一4.4包括支撑架4.41、z轴电机4.42、z轴运动组件4.43、电主轴4.44、切割刀具5；所述支撑架可滑动的设置在y轴导轨上，所述z轴运动组件通过丝杠传动的设置在支撑架上；所述电主轴固定安装在z轴运动组件上并与控制装置信号连接，用于驱动切割刀具进行开料加工、所述切割刀具设置在电主轴上；所述z轴电机与z轴运动组件丝杆传动连接，并与控制装置信号连接，用以实现丝杆传动带动电主轴上下运动；

所述y轴磁栅尺组件，包括沿左龙门架横梁长度方向设置在横梁后侧的磁栅尺4.34和读头、所述读头分别设置在开料机头一和开料机头二上并与控制装置信号连接，用于实现开料机头一和开料机头二的y轴运动的全闭环计算，提高开料机头一和开料机头二的y轴运动精度。

所述的x轴导轨、y轴导轨还设置有控制左右两个龙门架和位于龙门架上的四个开料机头的运动范围的限位开关，在左右龙门架和各开料机头的运动轨道上还设置有控制其运动的行程开关。

本发明还包括用于清理开料加工废屑的吸尘罩6；所述吸尘罩呈盒状并设置在四个开料机头的底部，在四个开料机头的顶端均有设置有外接真空吸废料管道的外接口。

本发明的工作原理具体为：

在加工前，控制装置载入所有待加工板材的开料方案图；

在加工区域A上料后，控制装置控制真空吸附平台一固定加工板材，并根据第一块待加工板件的开料方案图，计算出左切割装置和右切割装置总共四个开料机头的协同加工路线，并控制左龙门电机组件和右龙门电机组件驱动左龙门架和右龙门架沿机架长度方向运动；

同步控制左切割装置和右切割装置的y轴运动部件驱动四个开料机头进行y轴运动；

同步控制四个开料机头的z轴运动组件驱动设置在电主轴上的切割刀具上下运动；从而完成四把开料刀具沿计算出的协同加工路线运动以完成第一块待加工板材的开料加工。

在加工区域A加工第一块待加工板材的过程中，加工区域B进行第二块待加工板材的上料，当加工区域B完成第二块待加工板材的上料并且加工区域A的第一块待加工板材完成开料加工，控制装置就会驱动x轴运动装置、左切割装置、右切割装置对加工区域B的第二块待加工板材进行开料加工，而与此同时加工区域A则先完成第一块板材的出料，然后再对第三块待加工板材进行上料。如此循环，当所有板材都完成加工后，控制装置控制x轴运动装置、左切割装置和右切割装置复位。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解的是，在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种等效的变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。

Claims (7)

1.一种用于定制家具板材开料加工的数控设备，其特征在于，包括设置有固定平台的机架、真空吸附装置、左切割装置、右切割装置、x轴运动装置以及控制装置；所述真空吸附装置、左切割装置、右切割装置和x轴运动装置均与所述控制装置进行信号连接；其中

所述机架用于固定所述真空吸附装置、左切割装置、右切割装置以及x轴运动装置；

所述真空吸附装置用于在进行加工板材时，对板材进行固定；

所述左切割装置、右切割装置均用于根据下料方案对来料进行开料切割加工；

所述x轴运动装置用于驱动所述左切割装置和右切割装置沿所述机架的长度方向进行运动；

所述控制装置用于控制所述左切割装置、右切割装置以及x轴运动装置的动作指令；

所述机架的前侧与后侧均设置有x轴导轨，所述左切割装置和右切割装置滑动的设置于所述x轴导轨上，并沿x轴导轨做往复运动；

所述左切割装置包括沿所述机架长度方向运动的左龙门架，所述左龙门架设置在所述x轴导轨上；所述右切割装包括右龙门架，所述右龙门架设置在所述x轴导轨上；

所述真空吸附装置包括设置在所述机架左侧的第一真空吸附平台、设置在所述机架右侧的第二真空吸附平台以及真空管道外接口；

所述第一真空吸附平台上设置有工位A，所述第二真空吸附平台上设置有工位B；所述工位A和所述工位B用于轮流交替进行板材的开料加工，若工位A在进行开料加工，则工位B在进行已完成加工板材的出料和下一块待加工板材的上料，反之亦然；

所述真空管道外接口外接真空泵，用于在加工板材时提供吸附力；

所述x轴运动装置包括左龙门电机组件、右龙门电机组件、前齿条、后齿条以及用于控制装置实现全闭环计算的磁栅尺组件；所述前齿条沿所述机架长度方向设置在机架的前侧上，所述后齿条沿所述机架长度方向设置在机架的后侧上；

所述左龙门电机组件包括第一x轴电机、第二x轴电机、第一齿轮组以及第二齿轮组；

所述第一x轴电机固定安装于所述左龙门架的一端上并与所述第一齿轮组传动连接；所述第二x轴电机固定安装于所述左龙门架的另一端上并与所述第二齿轮组传动连接；

所述第一x轴电机和第二x轴电机均与所述控制装置信号连接，用于同步实现第一齿轮组和前齿条的啮合传动、第二齿轮组和后齿条的啮合传动，从而带动左龙门架沿机架长度方向运动；

所述右龙门电机组件，其结构组成和所述左龙门电机组件完全一致，用于实现右龙门架沿机架长度方向运动；

所述左切割装置包括沿所述机架长度方向移动的左龙门架、y轴导轨、y轴运动部件、第一开料机头以及第二开料机头；

所述y轴导轨和y轴运动部件均设置于左龙门架上，所述第一开料机头和第二开料机头均设置于所述y轴导轨上，所述y轴运动部件用于驱动所述第一开料机头和第二开料机头在所述y轴导轨作往返运动；所述y轴导轨包括y轴限位开关，所述y轴限位开关用于控制所述第一开料机头和第二开料机头在所述y轴导轨上的运动范围；

所述第一开料机头包括支撑架、z轴电机、z轴运动组件、电主轴以及切割刀具；所述支撑架可滑动的设置在y轴导轨上，并沿y轴导轨作往返运动；所述z轴运动组件通过丝杠传动设置在所述支撑架上；所述电主轴固定安装在z轴运动组件上并与所述控制装置信号连接，用于驱动切割刀具进行开料加工、所述切割刀具设置在电主轴上；所述z轴电机与z轴运动组件丝杆传动连接，并与所述控制装置信号连接，用以实现丝杆传动带动电主轴上下运动；

所述第一开料机头和第二开料机头的结构构成一致，用于开料的切割加工；

所述用于定制家具板材开料加工的数控设备的工作方法是：

在加工前，控制装置载入所有待加工板材的开料方案图；

在工位A上料后，控制装置控制第一真空吸附平台固定加工板材，并根据第一块待加工板件的开料方案图，计算出左切割装置和右切割装置的第一开料机头和第二开料机头的协同加工路线，并控制左龙门电机组件和右龙门电机组件驱动左龙门架和右龙门架沿机架长度方向运动；

同步控制左切割装置和右切割装置的y轴运动部件驱动第一开料机头和第二开料机头进行y轴运动；

同步控制第一开料机头和第二开料机头的z轴运动组件驱动设置在电主轴上的切割刀具上下运动；从而完成四把切割刀具沿计算出的协同加工路线运动以完成第一块待加工板材的开料加工；

在工位A加工第一块待加工板材的过程中，工位B进行第二块待加工板材的上料；当工位B完成第二块待加工板材的上料并且工位A的第一块待加工板材完成开料加工，控制装置驱动x轴运动装置、左切割装置、右切割装置对工位B的第二块待加工板材进行开料加工；同时工位A则完成板材出料，然后再对第三块待加工板材进行上料；如此循环，当所有板材都完成加工后，控制装置控制x轴运动装置、左切割装置和右切割装置复位。

2.如权利要求1所述的一种用于定制家具板材开料加工的数控设备，其特征在于，所述磁栅尺组件包括设置在所述机架前侧的磁栅尺和两个读头，所述读头分别设置于左龙门架、右龙门架上；所述读头与所述控制装置信号连接，用于实现控制装置对左龙门架和右龙门架的x轴运动的全闭环计算，提高左龙门架和右龙门架的x轴运动精度。

3.如权利要求1所述的一种用于定制家具板材开料加工的数控设备，其特征在于，所述y轴运动部件包括y轴电机一、y轴电机二、y轴齿条、齿轮组一、齿轮组二和y轴磁栅尺组件；

所述y轴齿条沿左龙门架长度方向设置在左龙门架上端，并与齿轮组一、齿轮组二相啮合；所述第一开料机头包括支撑架，所述y轴电机一固定安装在所述第一开料机头的支撑架后端上并与齿轮组一传动连接；所述控制装置与所述y轴电机一信号连接，用于实现通过齿轮组一和y轴齿条的啮合传动，带动第一开料机头沿左龙门架横梁长度方向运动；

所述第二开料机头也包括有支撑架，所述y轴电机二固定安装在第二开料机头的支撑架后端上并与齿轮组二传动连接；所述控制装置与所述y轴电机二信号连接，用于实现通过齿轮组二和y轴齿条的啮合传动，带动第二开料机头沿左龙门架横梁长度方向运动。

4.如权利要求3所述的一种用于定制家具板材开料加工的数控设备，其特征在于，所述y轴磁栅尺组件包括沿左龙门架长度方向设置在左龙门架后侧的磁栅尺和两个读头；所述读头分别设置在所述第一开料机头和第二开料机头上，并与所述控制装置信号连接，用于实现所述第一开料机头和第二开料机头的y轴运动的全闭环计算，提高开料机头一和开料机头二的y轴运动精度。

5.如权利要求1至4中任一项所述的一种用于定制家具板材开料加工的数控设备，其特征在于，所述右切割装置的结构构成与所述左切割装置的结构构成一致。

6.如权利要求1所述的一种用于定制家具板材开料加工的数控设备，其特征在于，所述x轴导轨包括x轴限位开关，所述x轴限位开关用于控制所述左切割装置和右切割装置在x轴导轨上的运动范围。

7.如权利要求1所述的一种用于定制家具板材开料加工的数控设备，其特征在于，还包括用于清理开料加工废屑的吸尘罩，所述左切割装置包括两个开料机头，所述右切割装置也包括两个开料机头；所述吸尘罩为盒状并设置于四个开料机头的底部，在四个开料机头的顶端均设置有外接真空吸废料管道的外接口。

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