CN108658445A - 一种玻璃棒料快速切割装置 - Google Patents

Abstract

本发明的名称一种玻璃棒料快速切割装置。属于玻璃棒料生产技术领域。它主要是解决截断装置自重加在拉制玻璃子棒上而影响直径均匀性的问题。它的主要特征是：包括机架、检测单元、升降单元、夹持单元、切割及进给单元和控制单元；检测单元由第一气爪、包胶轮和旋转编码器组成；升降单元由滑轨、滑板、升降伺服电机及其传动丝杠组成，滑板经滑动连接件安装在滑轨上，滑板通过丝杠螺母组件与传动丝杠连接；夹持单元由第二气爪和第三气爪组成；切割及进给单元由直线导轨、丝杠、进给伺服电机、刀片旋转电机和切割刀片组成。本发明具有切割过程与拉制过程相互独立、左右两侧同时进行切割的特点，主要用于光学玻璃母棒连续拉制子棒过程中的快速切割。

Description

一种玻璃棒料快速切割装置

技术领域

本发明属于玻璃棒料生产技术领域，具体涉及一种玻璃棒料快速切割装置，用于玻璃棒料尤其是光学玻璃棒料拉制过程中，对玻璃子棒按设定长度进行在线切割和分断。

背景技术

随着光学元件日益朝向小型化和高性能化发展，小直径光学玻璃棒料的市场需求不断增大。为了提高产品良品率同时降低生产成本，在生产实践中，借鉴光纤拉制的方法，先通过一次成型，预先制备直径较大的光学玻璃母棒，再通过拉制机，拉制出不同直径规格的光学玻璃子棒。由于同一母棒的拉制过程是连续的，生产的光学玻璃子棒需在线按预定长度进行分断。

人工分断的方法主要借助长度量具和压力钳来完成，简单实用，但劳动强度较大，而且玻璃断面不平整、存在较多裂纹，一般只适用于直径较小而且分断长度较大的光学玻璃子棒的下断。玻璃棒的直径越大，越难用压力钳一次完成夹断，即使完成了夹断，断面的品质也会越差；分断长度越短，分断的频次就越高，人工操作越难完成。因此，生产实践中往往要求对拉制成的光学玻璃子棒进行在线自动下断。

公开号为CN104743780A的中国专利，公开了一种连续高温延伸和不间断切割玻璃棒的装置及其方法，该装置及方法在切割玻璃棒过程中，切断刀具只作水平运动，而不能与玻璃棒一起按拉伸方向进行随动，即使切割时间很短，不断延伸的玻璃棒向下的作用力也足以损毁刀具，更何况为了保证切割端面平整且不产生崩边、裂纹，往往会在切割时采用较低的进给速度，从而延长切割时间，所以该装置和方法不适合于玻璃棒拉制过程中的在线切割分断。公开号为CN204588988U的中国专利，公开了一种小直径玻璃棒动态截断装置，该装置利用平行开合气爪夹紧拉制过程中的玻璃棒，利用玻璃棒向下的原动力驱动切割装置作同步移动，切割刀具在与玻璃棒一起作纵向随动过程中完成对玻璃棒的分断切割，切割完成后由气缸将切割装置送回原位，准备下一次切割。该装置在对玻璃棒进行截断过程中，刀具与玻璃棒在垂直方向上不产生相对运行，可以有效避免刀具在高速旋转切割过程中因纵向受力而损坏，但也存在不足之处：一方面，截断装置本身具有一定自重，突然加在正在拉制的玻璃子棒上，必然对玻璃子棒拉伸时的牵引力进而对其直径的均匀性产生不利影响，通过实际生产中玻璃子棒直径检测历史曲线证实，伴随着安装在切割装置上的平行开合气爪的夹紧及松开，玻璃子棒的直径相应地作周期性波动，影响了产品质量；另一方面，该装置虽然为了缩短切割周期，采用了“快速气动进给系统”，实现了刀具切割前快速进刀和切割后快速退刀，但由于整个装置的动作构件较多，气动装置动作时冲击较大、需作缓冲处理，特别是有效切割的进给速度受限（如前述）等原因，完成一个切割过程 ，周期一般需要20S以上，在生产中只能满足分断长度大于600mm的玻璃子棒的在线切割，对于玻璃子棒分断长度更短的应用场合，由于切割所要求的频次周期小于切割过程所需的最短持续时间，导致该装置无法正常工作。而玻璃子棒进入下一步的切片工序时，装夹长度一般为100mm左右，如子棒拉制时的下断长度超过此值，在切片前还需进行二次切割，这无疑增加了生产成本、降低了生产效率。

发明内容

鉴于上述背景技术，本发明要解决的技术问题是，一是消除玻璃子棒切割装置在线切割时对产品质量的影响，二是缩短切割过程所需的周期时间，实现快速切割分断。

本发明的技术解决方案是：一种玻璃棒料快速切割装置，其特征在于：包括机架、检测单元、升降单元、夹持单元、切割及进给单元和控制单元；其中，所述检测单元由第一气爪、包胶轮和旋转编码器组成，装于机架正面上部；所述升降单元由滑轨、滑板、升降伺服电机及其传动丝杠组成，滑轨装于机架正面中部，滑板经滑动连接件安装在滑轨上，升降伺服电机及其传动丝杠装于机架背面中部，滑板通过穿过机架上腰形孔的丝杠螺母组件与传动丝杠连接；所述夹持单元由第二气爪和第三气爪组成，第二气爪和第三气爪对称安装在滑板的上部和下部；切割及进给单元由直线导轨、丝杠、进给伺服电机、刀片旋转电机和切割刀片组成，安装在滑板的中部。

本发明的技术解决方案中所述的升降单元还包括滑轮、钢丝绳和配重块；配重块通过绕在机架顶部滑轮上的钢丝绳与滑板连接。

本发明的技术解决方案中所述的机架为立式板形结构，安装于玻璃棒料拉制机正下方；机架立面垂直于水平地面且平行于玻璃棒拉伸方向。

本发明的技术解决方案中所述的第一气爪为平行开合气爪，包胶轮分为外形相同的左右两个，分别通过轴套连接件安装在第一气爪的两个输出轴上，其中一个包胶轮的轴芯通过联轴器与旋转编码器相连。

本发明的技术解决方案中所述的滑轨分为左右双根，垂直安装在机架上；滑轮分为左右两组，安装在机架顶端；配重块悬于机架背面；配重块的重量同滑板及安装在滑板上的构件重量总和相一致，使得滑板能沿滑轨上下自由滑动。

本发明的技术解决方案中所述的第二气爪和第三气爪为平行开合气爪，分上下水平安装在检测单元的正下方；第二气爪和第三气爪的与第一气爪相同，且与第一气爪在垂直方向的投影重合。

本发明的技术解决方案中所述的直线导轨水平安装在滑板上；丝杠为双向丝杠，双向丝杠和进给伺服电机安装在直线导轨；刀片旋转电机包括第一刀片旋转电机和第二刀片旋转电机，分别经对应的两个滑座与直线导轨和双向丝杠相连；切割刀片包括第一刀片和第二刀片，分别装于第一刀片旋转电机和第二刀片旋转电机上；在有效进给行程末端的机架上设置有用于第一刀片和第二刀片外圆不发生接触限位的感应开关和机械挡块。

本发明的技术解决方案中所述的控制单元主要由可编程控制器、人机界面、电源模块、高速计数模块、升降控制模块、进给控制模块、夹持控制模块、刀片旋转控制模块组成；可编程控制器通过高速计数模块同检测单元中的旋转编码器相连，通过升降控制模块同升降单元中的升降伺服电机相连，通过进给控制模块同切割与进给单元中的进给伺服电机相连，通过夹持控制模块同夹持单元中的第二气爪和第三气爪相连，通过刀片旋转控制模块同切割与进给单元中的第一刀片旋转电机和第二刀片旋转电机相连。

相比同类装置，本发明具有以下特点：1、在玻璃子棒拉制、切割过程中，切割刀片沿玻璃棒料拉伸方向同步移动，切割过程与玻璃棒料拉制过程相互独立，切割装置在运行过程中对玻璃棒料拉制的产品质量无不良影响；2、能够从玻璃棒料左右两侧同时进行切割，切割周期短，特别适用于分断长度较短、外径尺寸较大的玻璃棒料的在线切割分断。

附图说明

图1为本发明实施例的正面示意图。

图2为实施例的侧面示意图。

图3为实施例中切割及进给单元示意图。

图4为实施例的控制原理框图。

图中：1. 机架；2. 滑轨；3. 滑板；4. 滑轮；5. 钢丝绳；6. 配重块；7. 第一气爪；8. 包胶轮；9. 旋转编码器；10. 第二气爪；11. 第三气爪；12. 切割及进给单元；12-1. 直线导轨；12-2. 进给伺服电机；12-3. 双向丝杠；12-4. 第一刀片旋转电机；12-5. 第二刀片旋转电机；12-6. 第一切割刀片；12-7. 第二切割刀片；13. 腰形孔；14. 圆柱形容器；15. 丝杠螺母组件；16. 传动丝杠； 17. 升降伺服电机；18. 玻璃母棒；19. 玻璃棒料拉制机；20. 玻璃子棒。

具体实施方式

下面参考附图进一步说明本发明的原理。

作为玻璃棒料拉制过程的后续处理装置，本发明实施例需与玻璃棒料拉制机配套使用。

如图1及图2所示，本发明实施例玻璃棒料快速切割装置，主要包括机架1、检测单元、升降单元、夹持单元、切割及进给单元12、控制单元。

其中，机架1为立式板形结构，安装于玻璃棒料拉制机19正下方，立面严格垂直于水平地面且平行于玻璃棒拉伸方向。

检测单元由第一气爪7、包胶轮8、旋转编码器9组成。平行开合的第一气爪7水平安装在机架1上部，包胶轮8分为外形相同的左右两个，分别通过轴套连接件安装在第一气爪7的两个输出轴上，其中一个包胶轮的轴芯通过联轴器与旋转编码器9相连。

升降单元由滑轨2、滑板3、滑轮4、钢丝绳5、配重块6、升降伺服电机17及其传动丝杠16组成。其中，滑轮4分为左右两组，安装在机架1左右顶端。滑轨2分为左右双根，垂直安装在机架1上、检测单元下方。滑板3经滑动连接件安装在滑轨2上。钢丝绳5一端固定在滑板3顶部，另一端经由滑轮4固定在悬于机架背面的配重块6上。升降伺服电机17及其传动丝杠16安装在机架1背面，机架1在与传动丝杠16对应的位置设置有腰形孔13，丝杠螺母组件15穿过腰形孔13与滑板3相连。配重块6的重量同滑板3及安装在滑板3上的构件重量总和大致相同，使得滑板3能沿滑轨2上下自由滑动。

夹持单元由第二气爪10和第三气爪11组成，第二气爪10和第三气爪11分上下水平安装在滑板3上，且位于检测单元的正下方。夹持单元中间安装有切割及进给单元12。第一气爪10和第二气爪11均为水平开合气爪，开度与检测单元中的第一气爪7相同，且与第一气爪7在垂直方向的投影完全重合。

如图3所示，切割及进给单元12由直线导轨12-1、双向丝杠12-3、进给伺服电机12-2、第一刀片旋转电机12-4、第二刀片旋转电机12-5、第一切割刀片12-6和第二切割刀片12-7组成。其中，直线导轨12-1水平安装在滑板3上，位于第二气爪10和第三气爪11中间，直线导轨12-1上安装有双向丝杠12-3和进给伺服电机12-2，双向丝杠12-3一端为左旋螺纹，另一端为右旋螺纹，两端螺纹长度及导程分别相同。第一刀片旋转电机12-4和第二刀片旋转电机12-5分别经对应的两个滑座与直线导轨12-1和双向丝杠12-3相连，在第一刀片旋转电机12-4和第二刀片旋转电机12-5以及进给伺服电机12-2的驱动下，第一刀片12-6和第二刀片12-7能同时进行切割和进给。在有效进给行程末端设置有用于限位的感应开关和机械挡块，保证在最大进给时第一刀片12-6和第二刀片12-7外圆不发生接触。

如图4所示，本实施例的控制单元主要由可编程控制器、人机界面、电源模块、高速计数模块、升降控制模块、进给控制模块、夹持控制模块、刀片旋转控制模块等组成。可编程控制器通过高速计数模块同检测单元中的旋转编码器9相连，通过升降控制模块同升降单元中的升降伺服电机17相连，通过进给控制模块同切割与进给单元中的进给伺服电机12-2相连，通过夹持控制模块同夹持单元中的第二气爪10和第三气爪11相连，通过刀片旋转控制模块同切割与进给单元12中的第一刀片旋转电机12-4和第二刀片旋转电机12-5相连。

该实施例完成玻璃棒快速切割的工作原理及过程如下。

开机后切割装置各部件回到初始状态，第一气爪7、第二气爪10及第三气爪11均为张开位置，第一刀片旋转电机12-4和第二刀片旋转电机12-5在进给伺服电机12-2及双向丝杆12-3的驱动下回到后退端限位，滑板3在升降伺服电机17及其传动丝杠16的驱动下上升至上限位置。

玻璃母棒18经拉制机19拉制出的玻璃子棒20，在拉制机固有牵引力作用下进入安装在下方的快速切割装置，当玻璃子棒20通过安装在机架1上部的检测单元时，启动检测单元开关，第一气爪7动作并带动包胶轮8夹紧玻璃子棒20，包胶轮8随玻璃子棒20的线性延伸沿其表面作同步滚动，并带动旋转编码器9的转轴作同步转动。旋转编码器9的脉冲信号通过高速计数模块传送到可编程控制器，根据包胶轮8的有效直径及旋转编码器9每圈发送脉冲信号数，在控制程序中分别计算出玻璃子棒20在单位时间的位移量和一定时间的位移量，前者表示玻璃子棒20拉伸速度V，后者表示玻璃子棒20在一定时间被拉伸的长度L。

初次切割时，按下切割启动按钮，升降单元伺服电机17驱动滑板3从上限位以速度V向下移动，同时夹持单元的第二气爪10及第三气爪11动作，快速夹住玻璃子棒20，此时刻即为下次切割时玻璃棒长度检测的起始零点，控制程序在此刻对检测单元传送的脉冲信号数清零、重新计数，实时计算玻璃子棒20从该起点开始被拉伸的长度L。第二气爪10及第三气爪11夹持住玻璃棒后，切割及进给单元开始工作，第一刀片旋转电机12-4及第二刀片旋转电机12-5以4000rpm转速反向旋转，在进给伺服电机12-2和双向丝杠12-3的驱动下，第一刀片12-6及第二刀片12-7从左右两个方向同时进行进给切割，先快速接近玻璃棒表面，然后再降至适宜的进给速度实施切割。在进给切割的同时，控制程序通过向进给控制模块发送的指令脉冲数实时计算第一刀片12-6及第二刀片12-7相向进给的距离S1，结合刀片外圆的初始距离S0，由S0-2S1计算出两刀片外圆的实时距离S2。当S2=2mm时，停止进给，停留2秒后，伺服电机12-2反转，驱动第一刀片12-6及第二刀片12-7快速回到初始位置，其后第一刀片旋转电机12-4及第二刀片旋转电机12-5停止旋转。玻璃子棒20在切割及其产生的热应力作用下，沿刀片切割面被切断。伺服电机12-2反转的同时，夹持单元停止工作，第二气爪10及第三气爪11恢复松开状态，被切断的玻璃棒垂直落入底部放有缓冲物的圆柱形容器14，随后，伺服电机17驱动滑板3快速上升至上限位。在伺服电机17驱动滑板3同步下降和快速上升的过程中，由于配重块6的重量与滑板3及安装在滑板3上的构件的重量总和相当，基本消除了切割构件重量对切割过程中精度、响应速度等方面的影响。初次切割完成后，当玻璃子棒20被拉伸的长度L等于从人机界面设定的下断长度时，检测单元传送的脉冲信号数再次被清零并重新计数，同时升降单元、夹持单元、切割与进给单元重复上述动作，进行第二次切割，如此反复。

Claims (8)

1.一种玻璃棒料快速切割装置，其特征在于：包括机架（1）、检测单元、升降单元、夹持单元、切割及进给单元（12）和控制单元；其中，所述检测单元由第一气爪（7）、包胶轮（8）和旋转编码器（9）组成，装于机架（1）正面上部；所述升降单元由滑轨（2）、滑板（3）、升降伺服电机（17）及其传动丝杠（16）组成，滑轨（2）装于机架（1）正面中部，滑板（3）经滑动连接件安装在滑轨（2）上，升降伺服电机（17）及其传动丝杠（16）装于机架（1）背面中部，滑板（3）通过穿过机架（1）上腰形孔（13）的丝杠螺母组件（15）与传动丝杠（16）连接；所述夹持单元由第二气爪（10）和第三气爪（11）组成，第二气爪（10）和第三气爪（11）对称安装在滑板（3）的上部和下部；切割及进给单元（12）由直线导轨（12-1）、丝杠、进给伺服电机（12-2）、刀片旋转电机和切割刀片组成，安装在滑板（3）的中部。

2.根据权利要求1所述的一种玻璃棒料快速切割装置，其特征在于：所述的升降单元还包括滑轮（4）、钢丝绳（5）和配重块（6）；配重块（6）通过绕在机架（1）顶部滑轮（4）上的钢丝绳（5）与滑板（3）连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种玻璃棒料快速切割装置，其特征在于：所述的机架（1）为立式板形结构，安装于玻璃棒料拉制机（19）正下方；机架（1）立面垂直于水平地面且平行于玻璃棒拉伸方向。

4.根据权利要求1或2所述的一种玻璃棒料快速切割装置，其特征在于：所述的第一气爪（7）为平行开合气爪，包胶轮（8）分为外形相同的左右两个，分别通过轴套连接件安装在第一气爪（7）的两个输出轴上，其中一个包胶轮的轴芯通过联轴器与旋转编码器（9）相连。

5.根据权利要求2所述的一种玻璃棒料快速切割装置，其特征在于：所述的滑轨（2）分为左右双根，垂直安装在机架（1）上；滑轮（4）分为左右两组，安装在机架（1）顶端；配重块（6）悬于机架（1）背面；配重块（6）的重量同滑板（3）及安装在滑板（3）上的构件重量总和相一致，使得滑板（3）能沿滑轨（2）上下自由滑动。

6.根据权利要求1或2所述的一种玻璃棒料快速切割装置，其特征在于：所述的第二气爪（10）和第三气爪（11）为平行开合气爪，分上下水平安装在检测单元的正下方；第二气爪（10）和第三气爪（11）的与第一气爪（7）相同，且与第一气爪（7）在垂直方向的投影重合。

7.根据权利要求1或2所述的一种玻璃棒料快速切割装置，其特征在于：所述的直线导轨（12-1）水平安装在滑板（3）上；丝杠为双向丝杠（12-3），双向丝杠（12-3）和进给伺服电机（12-2）安装在直线导轨（12-1）；刀片旋转电机包括第一刀片旋转电机（12-4）和第二刀片旋转电机（12-5），分别经对应的两个滑座与直线导轨（12-1）和双向丝杠（12-3）相连；切割刀片包括第一刀片（12-6）和第二刀片（12-7），分别装于第一刀片旋转电机（12-4）和第二刀片旋转电机（12-5）上；在有效进给行程末端的机架（1）上设置有用于第一刀片（12-6）和第二刀片（12-7）外圆不发生接触限位的感应开关和机械挡块。

8.根据权利要求1或2所述的一种玻璃棒料快速切割装置，其特征在于：所述的控制单元主要由可编程控制器、人机界面、电源模块、高速计数模块、升降控制模块、进给控制模块、夹持控制模块、刀片旋转控制模块组成；可编程控制器通过高速计数模块同检测单元中的旋转编码器（9）相连，通过升降控制模块同升降单元中的升降伺服电机（17）相连，通过进给控制模块同切割与进给单元中的进给伺服电机（12-2）相连，通过夹持控制模块同夹持单元中的第二气爪（10）和第三气爪（11）相连，通过刀片旋转控制模块同切割与进给单元中的第一刀片旋转电机（12-4）和第二刀片旋转电机（12-5）相连。