CN108621317A - 管材切割设备及切割方法 - Google Patents

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沈春
沈一春
庄卫星
张贤根
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Abstract

一种管材切割设备包括：基座；夹持箱；夹持装置，设置在所述夹持箱上，用于夹持待切割管材；支撑装置；用于支撑所述待切割管材远离所述夹持装置的一端；进给传动装置，及切割装置，与所述进给传动装置相连接，能够在所述进给传动装置的驱动下相对所述待切割管材线性运动，所述切割装置包括用于切割所述待切割管材的切割部；其中所述切割装置与所述夹持箱中的至少一者设置有驱动装置能够驱动所述切割部或所述夹持装置旋转以使得所述切割部与所述待切割管材发生相对旋转。本发明还提供一种石英套管切割方法。所述设备和方法能够自动控制所述切割石英套管与所述切割部相对移动及旋转，切割效率高且报废率低。

Description

管材切割设备及切割方法
技术领域
本发明涉及一种切割设备及其切割方法，尤其涉及一种管材切割设备及其切割方法。
背景技术
目前一般管材，例如石英套管和石英棒，切割技术采用普通改造的金属切割设备，将切割片换成金刚石切割片；切割操作时，将石英套管水平放置工作台面托盘上，再通过聚氨酯滚轮将石英套管压紧固定，启动旋转切割片，手动缓慢进给，完成切割。或者选用手持式切割机，将切割片换成金刚石切割片，直接进行切棒。
常规的切割方法存在如下不足：
1.切割片手动进给，切割点受力不均，易对切割片损坏且磨损较大。
2.操作时，石英套管本身为固定静止，无法旋转，切割效率低、精度较差。
3.石英套管通过摩擦受力压紧定位，固定不牢靠，切割时轴向受力易跑偏，切割端面易偏斜。
4.自动化程度低，人员操作较繁琐，工作量大时间长，且存在一定的安全隐患。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种能够解决上述问题的管材切割设备及其切割方法。
一种管材切割设备包括：基座；设置在所述基座上的夹持箱；夹持装置，所述夹持装置设置在所述夹持箱上，所述夹持装置用于夹持待切割管材于其上；支撑装置；所述支撑装置支撑所述待切割管材远离所述夹持装置的一端；进给传动装置，及切割装置，所述切割装置与所述进给传动装置相连接，能够在所述进给传动装置的驱动下相对所述待切割管材以大致垂直于所述待切割管材的方向线性运动，所述切割装置包括用于切割所述待切割管材的切割部；其中所述切割装置与所述夹持箱中的至少一者设置有驱动装置能够驱动所述切割部或所述夹持装置旋转以使得所述切割部与所述待切割管材发生相对旋转。
一种利用上所述的管材切割设备切割石英套管的方法，所述方法包括：通过所述夹持装置固定待切割石英棒；控制所述待切割管材与所述切割部中的至少一者旋转以使所述待切割管材与所述切割部发生相对旋转；及通过所述进给传动装置控制所述切割部线性移动，以使得所述切割部能够切割所述待切割管材。
所述设备和方法能够自动控制所述切割片相对待切割管材移动及旋转，所述待切割管材被夹持固定，能大大提升切割效率且切割均匀。
附图说明
图1是本发明一实施例的管材切割设备的结构示意图。
图2是本发明一实施例的夹持箱的结构示意图。
图3是本发明一实施例的进给传动装置的结构示意图。
主要元件符号说明
管材切割设备 1000
基座 1
夹持箱 2
第一驱动电机 20
第一电机转子 200
第一传动装置 22
第一同步带轮 220
第一同步带 222
第二同步带轮 224
第一主轴单元 24
第一主轴箱 240
第一壳体 2400
第一轴承 2402
第一主轴 242
第一连接装置 26
夹持装置 3
支撑装置 4
支撑电机 40
支撑部 42
接触式限位开关 44
进给传动装置 5
进给驱动电机 50
丝杆 52
导轨 54
联轴器 58
移动驱动装置 7、8
待切割管材 9
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
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。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1所示，本发明实施方式提供的一种管材切割设备1000，包括基座1、设置在基座1上的夹持箱2、设置在所述夹持箱2上的夹持装置3、支撑装置4、进给传动装置5及设置在所述进给传动装置5上的切削装置6。所述夹持装置3用于夹持待切割管材9。所述夹持箱2能够驱动所述夹持装置3带动夹持在所述夹持装置3上的待切割管材9旋转。所述进给传动装置5设置在固定物上，例如通过固定座设置在所述基座1上，或固定在墙壁上。所述切割装置6与所述进给传动装置5连接，所述进给传动装置5能够驱动所述切割装置6朝向所述待切割管材9线性移动，从而使得所述切割装置6能够相对所述待切割管材9线性移动并切割所述待切割管材9。所述待切割管材9可为石英套管、石英棒或其他类似管材。
所述基座1可采用金属材质，例如耐磨铸铁。在其他实施例中，所述基座1也可采用其他任意适宜的材质，只要能达到耐磨、寿命长的目的即可。所述基座1大致呈方形结构。
所述夹持箱2设置在所述基座1上。在本实施例中，为便于移动及控制所述夹持箱2在所述基座1上的相对位置，可设置一滑动结构以使得所述夹持箱2能够滑动地设置在所述基座1上。所述夹持箱2以大致垂直于所述基座1的方向向上延伸，所述夹持装置3设置在所述夹持箱2远离所述基座1的一端。可以理解的是，所述夹持装置3也可以设置在所述夹持箱2的其他部位，只要能使得所述夹持装置3距离所述基座1适当距离，以使得所述夹持装置3夹持的待切割管材9距离所述基座1一预定高度。
所述夹持装置3用于夹持所述待切割管材9，以使得所述待切割管材9能够随着所述夹持箱2的转子转动而转动。所述夹持装置3可采用三爪气动卡盘结构，可以理解的是，在其他实施例中，所述夹持装置3也可以采用其他任意适宜的夹持结构，只要能使得所述待切割管材9被夹持固定在所述夹持装置3中，并能够在所述夹持箱2的驱动下随着所述夹持装置3一起旋转。
所述夹持箱2用于驱动所述夹持装置3旋转。图2示出了一实施例的夹持箱2。所述夹持箱2包括第一驱动电机20，第一传动装置22，第一主轴单元24及第一连接装置26。所述第一驱动电机20能够驱动第一电机转子200旋转。所述第一传动装置22与所述第一电机转子200连接，用于传递所述旋转动力至所述第一主轴单元24，从而使得所述第一主轴单元24能够随着所述第一电机转子200的旋转而旋转。所述第一连接装置26与所述第一主轴单元24连接，能够随着所述第一主轴单元24一起旋转。
所述第一传动装置22包括与所述第一电机转子200连接的第一同步带轮220、与所述第一同步带轮220连接的第一同步带222及连接于所述第一同步带222远离所述第一同步带轮220的一端的第二同步带轮224。所述第二同步带轮224与所述第一主轴单元24连接。所述第一电机转子200旋转带动所述第一同步带轮220旋转，所述第一同步带222随着所述第一同步带轮220的旋转而线性移动，从而带动所述第二同步带轮224旋转。
所述第一主轴单元24包括第一主轴箱240及穿设在所述第一主轴箱240中的第一主轴242，所述第一主轴242的一端与所述第二同步带轮224固定连接，另一端与所述第一连接装置26固定连接。所述第一主轴箱240包括第一壳体2400及设置在所述第一壳体2400内的第一轴承2402，所述第一主轴242穿设在所述第一轴承2402的轴承孔(未标示)中。所述第一轴承2402的数量可为一个或多个。
所述第一连接装置26可为一连接法兰，用于连接所述夹持装置3。
可以理解的是，在一些实施例中，所述第一传动装置22可以为其他适宜结构，只要能够使得所述第一主轴单元24能够随着所述第一电机转子200的旋转而旋转即可。在一些实施例中，所述第一传动装置22还可以省略，所述第一电机转子200直接连接所述第一主轴单元24。
所述夹持装置3可为任意能够夹持稳固所述待切割管材9的结构。在本实施例中，所述夹持装置3为三爪气动卡盘。在进一步的实施例中，所述夹持装置3可包括两个三爪气动卡盘，分别设置在所述第一主轴箱240两侧，所述待切割管材9能够穿过所述第一主轴箱240被两侧的三爪气动卡盘所夹持。两端分别设置三爪启动卡盘更利于定心加紧所述待切割管材9。
所述支撑装置4设置在所述基座1上，与所述夹持箱2间隔预定距离。所述支撑装置4用于在所述待切割管材被夹持在所述夹持装置3上时支撑所述待切割管材9的另一端，以使得所述待切割管材9大致水平设置。所述支撑装置4包括支撑电机40、支撑部42及接触式限位开关44。所述支撑部42与所述接触式限位开关44大致平齐，从而当所述接触式限位开关44接触到所述待切割管材9时所述支撑部42也刚好支撑所述待切割管材9。所述支撑电机40用于驱动所述支撑部42朝向所述待切割管材9移动，当所述接触式限位开关44接触到所述待切割管材9时，所述接触式限位开关44控制所述支撑电机40停止驱动，所述支撑部42停止移动，所述待切割管材9远离所述夹持装置3的一端支撑于所述支撑部42上。在一实施例中，所述支撑装置4为可伸缩装置，所述支撑电机40为伸缩气缸，所述支撑部42为滚轮。所述伸缩气缸驱动所述滚轮上升，直到所述接触式限位开关44接触所述待切割管材9，所述伸缩气缸在所述接触式限位开关44的控制下停止驱动，所述滚轮停止上升，此时所述待切割管材9远离所述夹持装置3的一端刚好被所述滚轮所支撑。所述滚轮可采用任意适宜材质，例如硬质塑料、软质塑料、金属等，在本实施例中，所述滚轮采用聚氨酯材质。在其他实施例中，所述支撑装置也可采用其他适宜的线性驱动结构，例如皮带传动、滚珠螺杆传动、齿条传动、线性马达驱动等。
所述进给传动装置5以大致垂直于所述基座1的方向延伸。所述切割装置6设置在所述进给传动装置5上并能够相对所述进给传动装置5做大致垂直于所述基座1的线性运动。所述进给传动装置5可采用任意适宜的线性驱动方式，例如：气压驱动、皮带传动、滚珠螺杆传动、齿条传动、线性马达驱动等。
请参阅图3所示，为本发明一实施例的进给传动装置5的结构示意图。所述进给传动装置5包括进给驱动电机50及与所述进给驱动电机50相连接的丝杆52。所述切割装置6套设在所述丝杆52上。所述丝杆52上设置有外螺纹，所述切割装置6上设置有内螺纹，所述进给驱动电机50驱动所述丝杆52转动，从而所述切割装置6相对所述丝杆52线性移动。为了使得所述切割装置6相对所述进给传动装置5的线性移动更顺滑，还可在所述丝杆52侧边设置一个或多个导轨54，所述导轨54与所述丝杆52大致平行。如图中实施例所示，在所述丝杆52两侧分别设置有一导轨54，所述切割装置6的两相对侧分别与所述导轨54配合，在所述丝杆52的驱动下沿着所述导轨54滑动。
所述进给驱动电机50与所述丝杆52之间还可设置联轴器58，所述联轴器58的设置能给所述进给驱动电机50的转子与所述丝杆52之间的联动提供缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。
所述切割装置6用于切割所述待切割管材9。所述切割装置6包括切割电机60及转动地连接在所述切割电机的转子上的切割部62。所述切割部62能够在所述切割电机60的驱动下旋转。所述切割部62大致呈圆形结构，直径可根据切割实际需要设置，例如400mm左右，其边缘镶嵌金刚石。可以理解的是，所述切割部62也可以为其他形状，例如以所述切割部62的轴心为圆心对称分布的两个或多个间隔设置的刀片等。所述切割部62还可以采用其他适宜材质，只要能切割所述待切割管材9即可。
在上所述的实施例中，所述夹持箱2或所述支撑装置4可分别通过一移动驱动装置7、8设置在所述基座1上。所述移动驱动装置7、8可采用类似所述进给传动装置5的结构，即包括一移动驱动电机及与所述移动驱动电机相连接的丝杆，所述移动驱动电机驱动所述丝杆转动，从而驱动套设在所述丝杆上的夹持箱2或所述支撑装置4相对所述基座1线性移动，从而能够精确控制所述夹持箱2与所述支撑装置4在所述基座1上的相对位置。
在上所述的实施例中，在所述夹持箱2与所述支撑装置4之间还可设置一个或多个支撑架，所述支撑架用于辅助支撑所述待切割管材9，从而使得所述待切割管材9更稳固。所述支撑架的数量及位置可根据实际需要进行设置。
本发明一实施例的石英套管切割方法流程如下：
首先，移动所述夹持箱2至预定位置。具体地，可通过移动驱动装置驱动所述夹持箱2相对所述基座1线性移动，移动的位置可根据驱动电机来进行控制。
接着，将待切割管材9夹持在所述夹持装置3上。上所述的实施例中采用的是气动夹持卡盘，具体方法为松开气动夹持卡盘，然后将待切割管材9装夹在所述气动夹持卡盘上，收缩卡爪，以使得所述气动夹持卡盘的卡爪抱紧所述石英棒。
接着，移动所述支撑装置4至预定位置，具体地，可通过移动驱动装置驱动所述支撑装置4相对所述基座1线性移动，移动的位置可根据驱动电机来进行控制。
接着，控制所述支撑部42支撑所述待切割管材9。具体地，启动所述支撑电机40，所述支撑电机40控制所述支撑部42上升，直到所述接触式限位开关44接触到所述待切割管材9，所述支撑电机40停止驱动，所述支撑部42停止上升，所述待切割管材9远离所述夹持装置3的一端支撑于所述支撑部42上。
接着，控制待切割管材9旋转。具体为，启动第一驱动电机20，所述第一驱动电机20的第一电机转子200带动所述夹持卡盘顺时针旋转，从而带动所述待切割管材9旋转。转速可控制在5～30转/分，优选地，控制在5～10转/分。
接着，控制所述切割部62旋转。具体为，启动所述切割电机60，所述切割电机60的电机转子带动所述切割部62高速旋转，所述切割部62的线速度控制在2x104～2x106mm/分，优选地，控制在2x105～2x106mm/分。所述切割部62的旋转方向与所述待切割管材9的旋转方向相反，例如，所述待切割管材9顺时针旋转，而所述切割部62逆时针旋转。可以理解的是，在其他实施例中，也可以是所述待切割管材9逆时针旋转，而所述切割部62顺时针旋转，只要保证所述待切割管材9与所述切割部62相向旋转即可。可以理解的是，在其他实施例中，所述待切割管材9与所述切割部62两者也可以仅一者转动，而另一者不转动。优选地，两者同时转动，切削效率更高。在切削过程中，为保证切削均匀性，所述待切割管材9的转速、所述切割部62的转速最好保持匀速。
最后，控制所述切割装置6朝向所述待切割管材9线性移动以使得所述切割部62能够切割所述待切割管材9。具体为，启动所述进给传动装置5，所述切割装置6朝向所述待切割管材9线性移动，进给移动的速度可控制在10～50mm/分，在切割过程中，为保证切削均匀性，所述切割装置6的进给速度最好保持匀速，直至完成所述待切割管材9的切割。
为了避免被切割后的石英套管掉落使被损坏，可预先在所述待切割管材9的下方放置橡胶托辊，以使得被切割后的石英套管落入所述橡胶辊上。
另外，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (14)

1.一种管材切割设备，其特征在于，包括：
基座；
设置在所述基座上的夹持箱；
夹持装置，所述夹持装置设置在所述夹持箱上，所述夹持装置用于夹持待切割管材于其上；
支撑装置；所述支撑装置支撑所述待切割管材远离所述夹持装置的一端；
进给传动装置，及
切割装置，所述切割装置与所述进给传动装置相连接，能够在所述进给传动装置的驱动下相对所述待切割管材以大致垂直于所述待切割管材的方向线性运动，所述切割装置包括用于切割所述待切割管材的切割部；
其中所述切割装置与所述夹持箱中的至少一者设置有驱动装置能够驱动所述切割部或所述夹持装置旋转以使得所述切割部与所述待切割管材发生相对旋转。
2.如权利要求1所述的管材切割设备，其特征在于，所述切割装置包括切割电机，所述切割电机用于驱动所述切割部旋转。
3.如权利要求2所述的管材切割设备，其特征在于，所述切割部的旋转线速度为2x104～2x106mm/分。
4.如权利要求2所述的管材切割设备，其特征在于，所述切割部为大致呈圆形的刀片，所述刀片边缘镶嵌有金刚石。
5.如权利要求1所述的管材切割设备，其特征在于，所述进给传动装置包括进给驱动电机及与所述进给驱动电机连接的丝杆，所述切割装置套设在所述丝杆上。
6.如权利要求5所述的管材切割设备，其特征在于，所述进给传动装置还包括导轨，所述导轨与所述丝杆大致平行，所述切割装置滑动设置在所述导轨上，能够在所述进给驱动电机的驱动下沿着所述导轨滑动。
7.如权利要求1所述的管材切割设备，其特征在于：所述夹持箱包括驱动电机及与所述驱动电机相连接的主轴单元，所述主轴单元的主轴一端与所述驱动电机的转子相连接，另一端与所述夹持装置相连接，所述驱动电机能够驱动所述主轴旋转从而带动所述夹持装置旋转。
8.如权利要求1所述的管材切割设备，其特征在于：所述夹持箱还包括传动装置，所述传动装置连接在所述驱动电机与所述主轴单元之间，用于传递所述驱动电机的驱动力至所述主轴单元的主轴。
9.如权利要求1所述的管材切割设备，其特征在于：所述支撑装置包括支撑驱动电机、支撑部及接触式限位开关，所述接触式限位开关与所述支撑部大致平齐，所述支撑驱动电机驱动所述支撑部朝向所述待切割管材移动，当所述接触式限位开关接触所述待切割管材时，所述支撑驱动电机停止驱动，所述支撑部停止移动且支撑所述待切割管材。
10.如权利要求9所述的管材切割设备，其特征在于：所述支撑驱动电机为伸缩气缸；或所述支撑部为滚轮，所述滚轮材质为聚氨酯。
11.如权利要求1所述的管材切割设备，其特征在于：所述切割部切割所述待切割管材时，所述切割装置的驱动电机驱动所述切割部旋转，所述夹持箱驱动所述待切割管材旋转，其中所述切割部与所述待切割管材相向旋转。
12.如权利要求11所述的管材切割设备，其特征在于：所述待切割管材的旋转速度为5～30转/分，所述切割部的旋转线速度为2x104～2x106mm/分；或所述进给传动装置驱动所述切割装置的进给速度为10～50mm/分。
13.如权利要求1所述的管材切割设备，其特征在于，所述夹持箱或所述支撑装置通过一移动驱动装置设置在所述基座上，所述移动驱动装置能够驱动所述夹持箱或所述支撑装置相对所述基座线性移动以控制所述夹持箱在所述基座上的相对位置。
14.一种管材切割方法，其特征在于，利用权利要求1～13任一项所述的管材切割设备，所述方法包括：
通过所述夹持装置固定待切割石英棒；
控制所述待切割管材与所述切割部中的至少一者旋转以使所述待切割管材与所述切割部发生相对旋转；
通过所述进给传动装置控制所述切割部线性移动，以使得所述切割部能够切割所述待切割管材。
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