CN107813046B - 用于支撑管加工机上的管的支撑装置及相关的管加工机 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种用于支撑管加工机上的管的支撑装置，及相关的管加工机。支撑装置包括：枢转臂(22)，布置为在其第一端由管加工机(10)的底座(12)可旋转地支撑，以围绕与管(T)的纵向轴线(x)横向地定向的第一旋转轴线(y1)旋转；圆柱形滚子(24)，安装在枢转臂(22)的与第一端相对的第二端，该圆柱形滚子的轴线与第一旋转轴线平行地定向；可变轮廓支撑件(26)，可旋转地安装在枢转臂的第二端，以围绕与第一旋转轴线平行的第二旋转轴线(y2)旋转；第一驱动系统(28、36、38)，布置为用于控制枢转臂围绕第一旋转轴线的角位置；以及第二驱动系统(42、44、46、48、50)，布置为用于控制支撑件围绕第二旋转轴线的角位置。

Description

用于支撑管加工机上的管的支撑装置及相关的管加工机
技术领域
本发明涉及一种旨在用于支撑管加工机上的管的支撑装置，特别是激光管切割机。
更具体地，本发明涉及一种用于在激光管切割机上使用的支撑装置，其中，待加工管由管承载架握持在其后端(末端)，并且在加工区域附近被支撑和引导，在加工区域处，加工头通过聚焦激光束，用所谓的稳固支架(steady rest)对管执行所设想的加工操作，其中，管承载架可在管的纵向轴线方向上移动以控制管的进给运动，还布置为控制管围绕其纵向轴线的旋转运动，而稳固支架通常安装在机器底座上的固定位置中。
背景技术
在此类型的机器中，特别是小型到中型机器中，需要在管的全长上适当地支撑待加工管(其通常是6到8米长)，特别是当管是特别软时(例如小直径管)。为此，机器设置有布置在管承载架和稳固支架之间以通过将待加工管保持在轴线上(即，保持管的纵向轴线与由管承载架和稳固支架限定的轴线对准)来支撑待加工管的支撑装置。当供给管时，这种支撑装置必须能够一个接一个地降低，以避免干扰朝向稳固支架移动的管承载架。
已知多种用于支撑管加工机上的管的支撑装置，特别是激光管切割机。
根据第一个已知的解决方案，支撑装置包括支撑在枢转臂的端部处的圆柱形滚子。在此情况中，对枢转臂的旋转进行数控，以将滚子定位在预期高度。这种支撑装置特别适合于带有非圆形横截面的管，因为其允许将管保持在轴线上，甚至当管承载架使管旋转时。然而，这种支撑装置无法横向地保持待加工管。
根据另一个已知的解决方案，支撑装置包括围绕与待加工管横向地延伸的水平旋转轴线被可旋转地支撑的支撑件，即，位于与管的纵向轴线垂直的平面中。支撑件具有用于容纳管的腔体，所述腔体具有形状构造为圆弧的横截面轮廓，该圆弧的直径根据支撑件围绕所述旋转轴线的角位置而改变。更具体地，以这样的方式构造腔体的形状，使得圆弧轮廓的直径随着支撑件在给定方向上的旋转而连续增加。通过控制支撑件围绕其旋转轴线的角位置，从而可能设置适合于支撑待加工管的腔体的轮廓。这种支撑件不仅能够适应待加工管的尺寸，而且能够横向地保持管。另一方面，这种支撑件特别昂贵，因为其需要进行特殊加工，也会由于由在腔体的表面上管滑动导致的摩擦而在其腔体处受到磨损。因此，支撑装置的此进一步已知的解决方案适合于与轻的且软的管一起使用，而不是与重的且大的和/或具有非常粗糙的表面的管一起使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于支撑管加工机上的管的支撑装置，特别是激光管切割机，该支撑装置能够对各种类型的管操作，不受到以上讨论的现有技术的缺点的影响。
通过一种支撑装置来充分实现此目的及其他目的，该支撑装置包括：
枢转臂，围绕第一旋转轴线可旋转地被支撑，第一旋转轴线与待加工管横向地定向，
圆柱形滚子，安装在枢转臂的自由端，且其轴线与第一旋转轴线平行地定向，
可变轮廓的支撑件，也安装在枢转臂的自由端，以围绕与第一旋转轴线平行的第二旋转轴线旋转，支撑件可通过围绕第二旋转轴线旋转而在工作位置和非工作位置之间移动，在工作位置中，该支撑件支撑带有给定轮廓的待加工管,通过支撑件围绕所述第二旋转轴线的旋转而选择该给定轮廓，在非工作位置中，支撑件放在圆柱形滚子下方，从而允许待加工管由圆柱形滚子支撑，
第一驱动系统，其用于控制枢转臂围绕第一旋转轴线的角位置，以及
第二驱动系统，其用于控制支撑件围绕第二旋转轴线的角位置。
由于这种构造的原因，根据本发明的支撑装置允许根据待加工管而交替地使用可变轮廓支撑件或圆柱形滚子，例如使用可变轮廓支撑件来支撑软的和/或更小的管，使用圆柱形滚子来支撑硬的和/或更大的管。
在配备几个根据本发明的支撑装置的机器中，例如可能同时使用用于部分支撑装置的可变轮廓支撑件和用于剩余支撑装置的圆柱形滚子，取决于待加工管的特征。对于一些类型的管，例如，可能希望仅对于稳固支架附近的一个或多个支撑装置使用可变轮廓支撑件，而剩余的支撑装置使用圆柱形滚子，从而仅通过可变轮廓支撑件而横向地将管保持在紧跟在稳固支架前面的管的一部分处。
附图说明
从以下参考附图完全通过非限制性实例给出的详细描述中，本发明的进一步特征和优点将变得更显而易见，在附图中：
图1A和图1B分别是示出了设置有根据本发明的一个实施例的用于支撑待加工管的支撑装置的激光管切割机的后部(在管承载架的侧面上)和前部(在加工头的侧面上)；
图2是根据本发明的一个实施例的支撑装置的等距视图；
图3A和图3B分别是处于支撑件的第一角位置中的图2的支撑装置的可变轮廓支撑件的侧视图和前视图，；
图4A和图4B分别是处于支撑件的第二角位置中的图2的支撑装置的可变轮廓支撑件的侧视图和前视图；
图5A和图5B分别是处于支撑件的第三角位置中的图2的支撑装置的可变轮廓支撑件的侧视图和前视图；
图6和图7是示出了图1A和图1B的机器的两个不同的支撑装置的上部的前视图，其中第一个支撑装置处于待加工管位于装置的圆柱形滚子上的操作状态中，其中第二个支撑装置处于待加工管位于装置的可变轮廓支撑件上的操作状态中；
图8至图12是示出了处于不同操作状态中的图2的支撑装置的侧视图；
图13是图2的支撑装置的前视图；
图14是图1A和图1B的机器的侧视图，示意性地示出了用于控制机器的支撑装置的枢转臂的运动的第二驱动系统；并且
图15是图1A和图1B的机器的侧视图，示意性地示出了用于控制机器的支撑装置的支撑件的运动的第一驱动系统。
具体实施方式
在以下说明书和权利要求书中，术语“纵向的”用来识别与待加工管的纵向轴线重合的或平行的方向，而术语“横向的”用来识别位于与待加工管的纵向轴线垂直的平面上的方向。而且，当与支撑装置结合使用时，诸如“上”和“下”或者“水平的”和“竖直的”等的术语旨在表示支撑装置在机器上的安装状态。
首先参考图1A和图1B，根据本发明的支撑装置所适用的管加工机总体上用10表示。在本文提出的实施例中，该机器是激光管切割机，但是本发明也适用于其他类型的需要在其整个长度或其部分长度上支撑待加工管的管加工机。机器10以本质上已知的方式包括底座12、管承载架14、加工头16和稳固支架18。机器10上的待加工管用T表示，并且可具有任何形状的横截面，例如圆形的或正方形的横截面。管T的纵向轴线用x表示。
管承载架14安装在底座12上以可在管T的纵向轴线的方向上移动，从而控制管的进给运动，还布置为控制管T围绕纵向轴线x的旋转运动。管承载架14通过合适的夹持装置(未示出，但是是本质上已知的类型)在其后端抓住待加工管T，即，在其相对于加工区域相对的一端。在本文举例说明的实施例中，加工头16布置为发射聚焦激光束以在管T上执行加工操作，特别是切割操作。稳固支架18安装在靠近加工头16的底座12上，处于固定位置中或者一定程度上可能沿着纵向轴线x的方向移动，以在加工区域附近支撑并引导管T。
机器10进一步包括用于在管承载架14和稳固支架18之间支撑管T的多个支撑装置20(在图示说明的实例中是五个支撑装置)，以保持管的纵向轴线x与由管承载架14的夹持装置和稳固支架18的引导装置限定的轴线对准。
现在特别参考图2，每个支撑装置20基本上包括枢转臂22、圆柱形滚子24和支撑件26。
枢转臂22由底座12可旋转地支撑在其第一端，以围绕水平地或横向地(即，与纵向轴线x垂直)定向的第一旋转轴线y1旋转。因此枢转臂22可通过围绕第一旋转轴线y1旋转而在完全下降位置(在该位置中，参考图1A，按从管承载架14到稳固支架18的顺序布置第一支撑装置20)和最大升高位置(在该位置中，参考图1A，按从管承载架14到稳固支架18的顺序布置第二和第三支撑装置20)之间移动。
为了控制枢转臂22围绕第一旋转轴线y1的旋转，支撑装置20设置有包括致动器28的第一驱动系统，致动器28例如制造为在其一端铰接到机器的固定部分(即，与底座12集成的部分)并在其相对端铰接到枢转臂22的线性致动器，使得线性致动器的延伸导致枢转臂22旋转到最大升高位置，而线性致动器的收回导致枢转臂22旋转到完全下降位置。根据本文举例说明的实施例，线性致动器28包括第一气压缸30和第二气压缸30’，第一气压缸30具有主体32和杆34，第二气压缸30’具有主体32’和杆34’。这两个气压缸30和30’布置为，相应的主体32和32’固定到彼此且相应的杆34和34’面向相对侧。第一气压缸30的杆34铰接到底座12，而第二气压缸30’的杆34’铰接到枢转臂22。当这两个气压缸30和30’的杆34和34’均收回时(即，不对两个缸30和30’供应加压空气)，例如如图8所示，枢转臂22处于完全下降位置中。另一方面，当这两个气压缸30和30’的杆34和34’均延伸时(即，对两个缸30和30’供应加压空气)，例如如图10所示，枢转臂22处于最大升高位置中。
第一驱动系统进一步包括用于调节枢转臂22的角位置的凸轮机构，例如当线性致动器28延伸时，即，当对气压缸30和30’均供应加压空气时，调节枢转臂的角位置以适应待加工管T的尺寸。例如如图9和图10所示，凸轮机构包括凸轮状控制件36和旋转轮38。凸轮状控制件36可在纵向方向上移动(如在下面详细描述的)并具有倾斜于纵向方向的控制表面36a。旋转轮38由枢转臂22支撑以可自由旋转，特别是其旋转轴线与铰链轴线重合，第二气压缸30’的杆34’围绕该铰链轴线铰接到枢转臂22。当对两个气压缸30和30’供应加压空气时，旋转轮38与凸轮状控制件36的控制表面36a接触。凸轮状控制件36在任一方向上的纵向运动导致旋转轮38在任一方向上的竖直运动，从而导致枢转臂22在任一方向上围绕第一旋转轴线y1的旋转。特别地，如图9和图10所示，并且参考看这些图的人的视角，凸轮状控制件36向右侧的运动产生旋转轮38的向下运动，从而产生枢转臂22围绕第一旋转轴线y1的向下(逆时针)旋转，而凸轮状控制件36向左侧的运动产生旋转轮38的向上运动，从而产生枢转臂22围绕第一旋转轴线y1的向上(顺时针)旋转。
仍特别参考图2，圆柱形滚子24安装在枢转臂22的自由端，该圆柱形滚子的轴线定向为与第一旋转轴线y1平行。支撑件26也安装在枢转臂22的自由端，以可围绕与第一旋转轴线y1平行的第二旋转轴线y2旋转，例如与圆柱形滚子24的轴线重合。以本质上已知的方式，支撑件26具有用于容纳管T的腔体40，该腔体具有形状构造为圆弧的横截面轮廓，该圆弧的直径根据支撑件围绕第二旋转轴线y2的角位置而改变。更具体地，以这样的方式构造腔体40的形状，使得圆弧轮廓的直径随着支撑件26在给定方向(相对于图2的观察者的视角，是逆时针方向)上的旋转而连续增加。通过控制支撑件26围绕第二旋转轴线y2的角位置，从而可能设置适合于支撑待加工管T的腔体40的轮廓，以保持待加工管的纵向轴线x与由管承载架14和稳固支架18限定的轴线对准。在这方面，图3、图4和图5示出了处于三个不同的角位置中的支撑件26，即，第一角位置(图3A和图3B)，其中，腔体40的横截面轮廓具有最大直径值；第二角位置(图4A和图4B)，其中，腔体40的横截面轮廓具有中间的直径值；以及第三角位置(图5A和图5B)，其中，腔体40的横截面轮廓具有最小直径值。如可从图3、图4和图5中看到的，通过适当地调节支撑件26围绕第二旋转轴线y2的角位置，不同直径的管T可由支撑件26支撑，这些管T的纵向轴线x离第二旋转轴线y2的距离相同，因此，如果将枢转臂22保持在固定位置中，那么相对于底座12(从而也相对于管承载架14及相对于稳固支架18)处于相同的竖直位置中。
参考图6至图13，支撑件26可在工作位置和非工作位置之间移动，在工作位置中，其支撑待加工管T(特别地，如上所述，可能通过支撑件26围绕第二旋转轴线y2旋转来根据管T的横截面的形状和/或尺寸来选择腔体40的横截面轮廓的给定直径)，在非工作位置中，支撑件26放在圆柱形滚子24下方，从而允许将圆柱形滚子24用作待加工管T的支撑部，代替支撑件26。图6、图9和图10示出了支撑件26处于上述非工作位置中的支撑装置20，而图7、图11、图12和图13示出了支撑件26处于上述工作位置中的支撑装置20。特别地，图6和图7示出了在以下两个状态中对具有正方形横截面的管T操作的支撑装置20，在一个状态中，支撑件26处于上述非工作位置中，因此管由圆柱形滚子24支撑(图6)，在另一个状态中，支撑件26处于上述工作位置中，因此管由支撑件26支撑(图7)。
为了能够控制支撑件26围绕第二旋转轴线y2的旋转，支撑装置20设置有第二驱动系统，根据一个实施例，其包括带传动机构。特别参考图13，这种传动机构包括驱动带轮42、驱动地连接以随着支撑件26围绕第二旋转轴线y2旋转的从动带轮44，以及缠绕在驱动带轮42和从动带轮44周围的带46。通过例如齿轮(pinion，小齿轮)48驱动来使驱动带轮42旋转，并且通过例如齿条50(图15)来驱动齿轮48旋转。可使用链条作为传动装置，代替带，因此可用齿轮代替驱动带轮和从动带轮。自然地，本发明不限于本文中描述和举例说明的传动机构，而是第二驱动系统可包括任何其他类型的适合于控制支撑件26围绕第二旋转轴线y2的旋转运动的传动机构。
现在参考图14，在机器设置有多个支撑装置20的情况中，支撑装置20的凸轮状控制件36优选地彼此连接，例如通过第一杆52彼此连接，使得其可同时在纵向方向上移动，然后同时控制枢转臂22围绕相应的旋转轴线y1的旋转运动。杆52的纵向平移运动由单个致动单元控制，优选地是电机致动单元，包括例如电动机54，其耦接到运动转换机构56(例如，螺杆螺母机构)，运动转换机构56布置为将电动机54产生的旋转运动转换成杆52的平移运动，从而转换成连接到该杆的凸轮状控制件36的平移运动。同样地，如图15所示，支撑装置20的齿条50也优选地彼此连接，例如通过第二杆58彼此连接，使得其可同时在纵向方向上移动，从而同时控制支撑件26围绕相应的旋转轴线y2的旋转运动。杆58的纵向平移运动由单个致动单元控制，优选地是电机致动单元，包括例如电动机60，其耦接到运动转换机构62(例如，螺杆螺母机构)，运动转换机构62布置为将电动机60产生的旋转运动转换成杆58的平移运动，从而转换成连接到该杆的齿条50的平移运动。
现在将说明上述支撑装置20的操作，特别参考包括多个支撑装置20的机器10的情况。
支撑装置20可采取第一操作状态，其中，使枢转臂22完全下降。通过排空线性致动器28的气压缸30和30’来获得此操作状态(其可在图8中和图1A中看到，只涉及第一支撑装置20)。对于处于此状态中的支撑装置20，管承载架14可在其朝向稳固支架18的进给运动中从支撑装置20上方通过，没有干扰支撑装置的风险。
支撑装置20还可采取第二操作状态，其中，其能够通过圆柱形滚子24来支撑待加工管T。通过对线性致动器28的气压缸30和30’供应加压空气来获得此操作状态(其可在图9和图10中以及图1A中看到，只要按从管承载架14到稳固支架18的顺序涉及第二和第三支撑装置20)。气压缸30和30’的所产生的延伸产生枢转臂22围绕第一旋转轴线y1的旋转，直到旋转轮38(如已经所述的，其由枢转臂22支撑)与凸轮状控制件36的控制表面36a邻接为止。此时，由于凸轮状控制件36和旋转轮38之间的配合的原因，可调节枢转臂22围绕第一旋转轴线y1的角位置，从而可调节圆柱形滚子24的竖直位置，以持续地确保圆柱形滚子24与待加工管T接触，即使是在具有非圆形横截面的管的情况中，该管在机加工过程中通过管承载架14而围绕其轴线旋转。如上所述，通过借助于致动单元适当地控制第一杆52的平移运动来执行此调节操作，致动单元包括电动机54和运动转换机构56，多个支撑装置20的凸轮状控制件36连接到第一杆52。
支撑装置20最后可采取第三操作状态，其中，其能够通过支撑件26支撑待加工管T。通过排放线性致动器28的两个气压缸30和30’中的一个(特别是气压缸30’)来获得此操作状态(除了图1B以外，其可在图11至图13中看到)，以降低枢转臂22直到旋转轮38从凸轮状控制件36的控制表面36a脱离为止。对于保持在由此到达的角位置中的枢转臂22，使支撑件26进入工作位置，在该位置中，其与待加工管T接触。通过以之前描述的方式适当地调节支撑件26围绕第二旋转轴线y2的角位置，在支撑件26的腔体40的圆弧轮廓的给定直径处确保支撑件26和管T之间的接触。由于在此操作状态中旋转轮38不再接合凸轮状控制件36的事实的原因，凸轮状控制件36可继续纵向地移动，不导致枢转臂22旋转。这允许部分支撑装置20的支撑件26处于工作位置中且同时其他支撑装置20的圆柱形滚子24处于工作位置中，支撑件26的驱动系统和圆柱形滚子24的驱动系统不会彼此影响。
如从以上描述中显而易见的，由于可交替地使用圆柱形滚子或可变轮廓支撑件支撑待加工管的事实的原因，根据本发明的支撑装置可用来克服上述现有技术的缺点。而且，当使用圆柱形滚子支撑待加工管时和当使用支撑件支撑待加工管时，支撑装置能够连续地调节圆柱形滚子的位置或支撑件的位置，以一方面确保与管连续接触，另一方面保持管的纵向轴线与由管承载架和稳固支架限定的轴线对准。
自然地，本发明的原理保持不变，在不脱离如在所附权利要求书中定义的本发明的范围的情况下，与完全通过非限制性实例描述和举例说明的那些实施例和制造细节相比，实施例和制造细节可大为改变。

Claims (10)

1.一种用于支撑管加工机(10)上的管(T)的支撑装置(20)，所述支撑装置(20)包括：
枢转臂(22)，布置为在该枢转臂的第一端由所述管加工机(10)的底座(12)能旋转地支撑，以随着所述管(T)由所述管加工机(10)的管承载架(14)供给到所述管加工机(10)的加工头(16)，该枢转臂围绕与所述管(T)的纵向轴线(x)横向地定向的第一旋转轴线(y1)旋转，
圆柱形滚子(24)，安装在所述枢转臂(22)的与所述第一端相对的第二端，所述圆柱形滚子(24)的轴线与所述第一旋转轴线(y1)平行地定向，
可变轮廓的支撑件(26)，能旋转地安装在所述枢转臂(22)的所述第二端，以围绕与所述第一旋转轴线(y1)平行的第二旋转轴线(y2)旋转，并且该支撑件具有用于容纳所述管(T)的腔体(40)，其中，所述腔体(40)的横截面轮廓具有取决于所述支撑件(26)围绕所述第二旋转轴线(y2)的角位置的可变尺寸，并且其中，所述支撑件(26)能通过围绕所述第二旋转轴线(y2)旋转而在工作位置和非工作位置之间移动，在所述工作位置中，所述支撑件(26)将所述管(T)容纳在所述腔体(40)中，在所述非工作位置中，所述支撑件(26)放置在所述圆柱形滚子(24)的下方，从而允许在所述圆柱形滚子(24)上支撑所述管(T)，
第一驱动系统，用于控制所述枢转臂(22)围绕所述第一旋转轴线(y1)的角位置；以及
第二驱动系统，用于控制所述支撑件(26)围绕所述第二旋转轴线(y2)的角位置。
2.根据权利要求1所述的支撑装置，其中，所述支撑件(26)的腔体(40)具有这样的横截面轮廓：该横截面轮廓的大小在所述支撑件(26)围绕所述第二旋转轴线(y2)的给定旋转方向上逐渐增加。
3.根据权利要求1所述的支撑装置，其中，所述支撑件(26)的腔体(40)具有的横截面轮廓构造为圆周的圆弧。
4.根据权利要求1所述的支撑装置，其中，所述圆柱形滚子(24)的轴线与所述第二旋转轴线(y2)重合。
5.根据权利要求1所述的支撑装置，其中，所述第一驱动系统包括线性致动器(28)，所述线性致动器布置为在该线性致动器的一端处铰接到所述管加工机(10)的底座(12)并在相对端处铰接到所述枢转臂(22)，由此，所述线性致动器(28)的延伸收回运动导致所述枢转臂(22)围绕所述第一旋转轴线(y1)的旋转运动。
6.根据权利要求5所述的支撑装置，其中，所述线性致动器(28)包括第一气压缸(30)和第二气压缸(30’)，每个气压缸均具有主体(32、32’)和杆(34、34’)，其中，所述第一气压缸(30)和第二气压缸(30’)的主体(32、32’)彼此连接，相应的杆(34、34’)面向相反的侧，并且其中，所述第一气压缸(30)的杆(34)布置为铰接到所述管加工机(10)的底座(12)，而所述第二气压缸(30’)的杆(34’)布置为铰接到所述枢转臂(22)。
7.根据权利要求1所述的支撑装置，其中，所述第一驱动系统包括凸轮机构，该凸轮机构具有：凸轮状控制件(36)，布置为沿着给定的运动方向移动；以及从动件(38)，由所述枢转臂(22)支撑且布置为与所述凸轮状控制件(36)的控制表面(36a)相配合，由此，所述凸轮状控制件(36)沿着所述运动方向的运动带来所述枢转臂(22)围绕所述第一旋转轴线(y1)的旋转运动。
8.根据权利要求1所述的支撑装置，其中，所述第二驱动系统包括齿轮(48)、布置为控制所述齿轮(48)的旋转的齿条(50)，以及用于将所述齿轮(48)的旋转运动传递到所述支撑件(26)的运动传递机构。
9.一种管加工机(10)，包括底座(12)、加工头(16)、布置为将待加工的管(T)供给到所述加工头(16)的管承载架(14)，以及多个根据前述权利要求中任一项所述的支撑装置(20)，其中，每个支撑装置(20)的所述枢转臂(22)由所述底座(12)能旋转地支撑在该枢转臂的一端，以随着所述管(T)由所述管承载架(14)供给到所述加工头(16)，所述枢转臂围绕与所述管(T)的纵向轴线(x)横向地定向的第一旋转轴线(y1)旋转。
10.根据权利要求9所述的管加工机，包括第一致动单元和第二致动单元，所述第一致动单元用于同时地致动所述管加工机(10)的一些支撑装置(20)的所述第一驱动系统，所述第二致动单元用于同时地致动所述管加工机(10)的一些支撑装置(20)的所述第二驱动系统。
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