CN109202139B - 电熔鞍形管件弧面布线机及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电熔鞍形管件弧面布线机，包括底座、Y轴移动机构、A轴旋转机构、C轴旋转机构和CNC数控系统，所述底座上安装有X轴移动机构、Z轴移动机构和铣削机构，所述X轴移动机构和铣削机构分别设于Z轴移动机构的两侧；所述C轴旋转机构滑动安装在Z轴移动机构上，C轴旋转机构的输出轴上安装有工装；所述Y轴移动机构滑动安装在X轴移动机构上，所述A轴旋转机构滑动安装在Y轴移动机构上，A轴旋转机构的输出轴上安装有布线刀具，所述布线刀具位于A轴旋转机构朝向Z轴移动机构的一侧。本发明的加工设备成本较低，降低了企业前期投入，通过该种加工工艺制作的电熔鞍形管件质量更好，同时其加工效率更高。

Description

电熔鞍形管件弧面布线机及加工方法

技术领域

本发明属于鞍形管件加工设备技术领域，具体是一种电熔鞍形管件弧面布线机及加工方法。

背景技术

电熔鞍形管件是塑料管道系统连接用的一种配件，在标准GB/T13663.3《给水用聚乙烯(PE)管道系统第3部分：管件》中有详细的规定。电熔鞍形管件的结构主要包含塑料鞍形管件本体以及圆弧面上的金属电阻丝。管件连接的原理是在圆弧面上的金属电阻丝两端施加可控的电压，使其金属电阻丝发热后将鞍形座圆弧面与塑料管材表面塑料融化，将塑料鞍形管件与管材电熔焊接连接在一起，做为管道系统支管起到分流的作用。

传统的塑料电熔鞍形管件生产工艺为：第一步：注塑预制一张带螺旋槽的塑料鞍形垫片，第二步：将金属电阻丝手工绕制在注塑预制好的塑料鞍形垫片上如图1所示，第三步：将绕制好的塑料薄片放置在鞍形管件模具内二次注塑，使其注塑好的鞍型本体塑料包裹住带有金属电阻丝的薄片，成为电熔鞍形管件，如图2所示。该种生产工艺得到的电熔鞍形管件主要存在以下几方面的缺陷：第一：由于预制好带有金属电阻丝的薄壁片是在冷却状态，放置在模具内进行二次注塑成型的，二次注塑时加热熔融的塑料与冷却的薄片注塑完成后，会在冷热塑料接触处留下交汇界面，冷热塑料接触处留下交汇界面如图3所示。该种工艺生产的鞍形管件在与塑料管材连接时，存在有带金属电阻丝的薄片与鞍形本体脱离的风险。第二：鞍形管件本体上的圆弧在注塑完成后，由于冷却收缩，圆弧面直径变形大且圆弧表面冷却收缩造成表面不平整，该种工艺的鞍形管件在与塑料管材连接时，鞍形圆弧面与管材表面贴合存在间隙，鞍形管件与塑料管件电熔后质量不稳定。

现有的塑料电熔鞍形管件弧面布线机如专利号ZL201721098425.6于2018年5月4日公开的一种新型鞍型直通管件布线设备，其加工步骤为：首先通过六轴工业机器人带动铣削工具铣出鞍形管件的鞍形面，然后通过机器人带动布线刀具进行布线，即完成。但该设备仍然存在着以下的不足：

1、采用六轴工业机器人进行加工，设备成本较高，导致企业前期投资费用较高，增加了企业运营风险；

2、铣削、布线工艺需要机器人采用快换装置进行换刀，难以保证加工精度，且无法一次性加工完成，导致加工效率较低。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种电熔鞍形管件弧面布线机及加工方法。该电熔鞍形管件弧面布线机的设备成本较低，从而降低了企业前期投入，同时其加工效率更高。

本发明采用的技术方案是：

一种电熔鞍形管件弧面布线机，包括底座、Y轴移动机构、A轴旋转机构、C轴旋转机构和CNC数控系统，所述底座上安装有X轴移动机构、Z轴移动机构和铣削机构，所述X轴移动机构和铣削机构分别设于Z轴移动机构的两侧。

所述C轴旋转机构的轴线与X轴平行，且C轴旋转机构滑动安装在Z轴移动机构上，C轴旋转机构的输出轴上安装有工装。

所述Y轴移动机构滑动安装在X轴移动机构上，所述A轴旋转机构的轴线与Z轴平行，且A轴旋转机构滑动安装在Y轴移动机构上，A轴旋转机构的输出轴上安装有布线刀具，所述布线刀具位于A轴旋转机构朝向Z轴移动机构的一侧。

上述电熔鞍形管件的加工方法，包括以下步骤：

S1、将管件坯料夹持在工装上；

S2、启动C轴旋转机构、Z轴移动机构和铣削机构，铣削加工出管件坯料的鞍形面；

S3、启动X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构、A轴旋转机构和C轴旋转机构，在管件坯料鞍形面上进行布线，即得。

在布线过程中X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构、A轴旋转机构、C轴旋转机构实现五轴联动，保证布线刀具的轴线始终位于鞍型面法线方向，且布线刀具的刀尖尖端嵌入鞍型面深度均匀，运行轨迹与设计加工路径重合。

作为优选，所述X轴移动机构包括伺服电机、丝杠、丝杠螺母、溜板和设有通槽的轨道，所述伺服电机固连在轨道通槽内的一端，伺服电机的输出轴同轴与丝杠固连，所述丝杠上螺纹连接丝杠螺母，所述溜板滑动连接在轨道上，且溜板一侧固连在丝杠螺母上；所述Y轴移动机构、Z轴移动机构与X轴移动机构的结构相同。伺服电机通过丝杠、丝杠螺母带动溜板在轨道上滑动，其运动精度更高。

作为优选，所述C轴旋转机构包括滑动连接在Z轴移动机构上的C轴旋转体，所述C轴旋转体内部设有第一转轴，所述第一转轴与X轴平行设置，所述第一转轴的一端穿过C轴旋转体连接有工装，另一端穿过C轴旋转体同轴连接有伺服电机，所述伺服电机固连在C轴旋转体上。

作为优选，所述A轴旋转机构包括A轴旋转体和设于A轴旋转体一侧的伺服电机，所述A轴旋转体内部设有第二转轴，所述第二转轴与Z轴平行设置，所述第二转轴的一端穿过A轴旋转体向Z轴移动机构延伸并连接有布线刀具，另一端穿过A轴旋转体与伺服电机的输出轴通过皮带传动。

作为优选，所述铣削机构包括固连在底座的上表面的支架，所述支架朝向Z轴移动机构的一侧设有多刃滚刀，所述多刃滚刀的轴线与X轴丝杠的轴线相平行，且多刃滚刀转动连接在支架上，支架背离Z轴移动机构的一侧安装有滚刀电机，滚刀电机的输入轴与多刃滚刀通过皮带传动。

作为优选，所述步骤S3中的布线方式为螺旋形布线。

本发明的有益效果如下：

1、本发明的制造成本较低，从而降低了企业的前期投资成本，通过该种加工工艺制作的电熔鞍形管件质量更好，同时其加工效率更高；

2、本发明能实现电熔鞍形管件一次性加工完成，无须换刀，从而提高了加工效率和精度；

3、本发明在布线过程中通过五轴联动，保证布线刀具的轴线始终位于鞍型面法线方向，且布线刀具的刀尖尖端嵌入鞍型面深度均匀，运行轨迹与设计加工路径重合；

4、本发明制作电熔鞍形管件工艺中，无需在薄壁垫片上进行绕制金属电阻丝，再放置在注塑模具内进行二次注塑，其只需一次注塑成型得到整体式鞍形管件毛坯即可，简化了现有工艺的流程，提高了产品的生产效率，易于推广。

5、本发明制作制作电熔鞍形管件，所得到的鞍形圆弧直径精准、圆弧面平整、产品是一次注塑成型，没有二次注塑造成的冷热熔融界面的整体式电熔鞍形管件，提高了产品质量，并有益于管道系统电熔焊接的质量。

6、本发明布线工艺是采用CNC数控系统控制，在生产同规格产品中，金属电阻丝的长度一致，产品电阻个体差异小，电阻均匀。

附图说明

图1为现有的塑料鞍形垫片绕制上金属电阻丝的结构示意图；

图2为现有的电熔鞍形管件的结构示意图；

图3为图2中D处的局部放大图；

图4为实施例1的结构示意图；

图5为实施例1中多刃滚刀进行铣削时的结构示意图；

图6为实施例1中多刃滚刀的铣削原理图；

图7为实施例1中管件坯料靠近布线刀具时的结构示意图

图8为实施例1中布线刀具进行布线时的结构示意图；

图9为实施例1中的布线路线图；

图10为实施例2的结构示意图；

图11为图10中E处的局部放大图；

图12为实施例2中布线刀具进行布线时的结构示意图；

图13为图12中F处的局部放大图；

图14为实施例2中布线刀具的布线原理图。

附图标记：

1、底座；5、铣削机构；8、布线刀具；9、金属电阻丝；10、CNC数控工作台；11、工装；12、管件坯料；13、塑料鞍形垫片；14、鞍型本体；15、冷热塑料接触处留下交汇界面；21、X轴轨道；22、X轴丝杠；23、X轴伺服电机；24、X轴溜板；31、Y轴轨道；32、Y轴丝杠；33、Y轴伺服电机；34、Y轴溜板；41、Z轴轨道；42、Z轴丝杠；43、Z轴伺服电机；44、Z轴溜板；51、支架；52、多刃滚刀；53、滚刀电机；61、A轴旋转体；62、A轴；63、A轴伺服电机；71、C轴旋转体；72、C轴伺服电机；81、刀柄；82、复压轮；83、过线刀片；84、凸起；85、布线通孔；86、过线孔；

X、X轴移动方向；Y、Y轴移动方向；Z、Z轴移动方向；A、A轴转动方向；C、C轴转动方向。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

实施例1：

如图4所示的电熔鞍形管件弧面布线机，其包括底座1、X轴轨道21、Y轴轨道31、Z轴轨道41和铣削机构5，X轴轨道21、Z轴轨道41和铣削机构5均安装在底座1的上表面上，Z轴轨道41安装在底座1上表面中部，X轴轨道21位于在Z轴轨道41的左侧，铣削机构5位于Z轴轨道41的右侧，且铣削机构5位于Z轴轨道41的前方；Y轴轨道31竖直设置在X轴轨道21的上方。在X轴轨道21上安装有X轴丝杠22和X轴溜板24，X轴丝杠22上螺纹连接有X轴丝杠螺母，且X轴丝杠螺母上端固连在X轴溜板24下表面，X轴丝杠22由设于X轴轨道21后端的X轴伺服电机23带动；在Y轴轨道31上安装有Y轴丝杠32和Y轴溜板34，Y轴丝杠32上螺纹连接有Y轴丝杠螺母，且Y轴丝杠螺母前端固连在Y轴溜板34后侧面，Y轴丝杠32由设于Y轴轨道31上端的Y轴伺服电机33带动；在Z轴轨道41上安装有Z轴丝杠42和Z轴溜板44，Z轴丝杠42上螺纹连接有Z轴丝杠螺母，且Z轴丝杠螺母上端固连在Z轴溜板44下表面，Z轴丝杠42由设于Z轴轨道41右端的Z轴伺服电机43带动。

Y轴轨道31的下端固定连接在X轴溜板24上，在Y轴溜板34上安装有A轴旋转体61和A轴伺服电机63，A轴伺服电机63位于A轴旋转体61的下方，A轴旋转体61内设有A轴62，且A轴62与Z轴丝杠42平行设置，A轴62的左端穿过A轴旋转体61与A轴伺服电机63通过皮带(同步带)传动，A轴62的右端穿过A轴旋转体61固连有布线刀具8。

在Z轴溜板44上安装有C轴旋转体71，C轴旋转体71内设有C轴，且C轴与X轴丝杠22平行设置，C轴的后端穿过C轴旋转体71连接有C轴伺服电机72，C轴伺服电机72固连在C轴旋转体71的后端，C轴的前端穿过C轴旋转体71连接有工装11。

铣削机构5包括固连在底座1的上表面的支架51，在支架51的左侧面上转动连接有多刃滚刀52，多刃滚刀52的轴线与X轴丝杠22的轴线相平行，在支架51的右侧面上安装有滚刀电机53，滚刀电机53的输入轴上安装有带轮，多刃滚刀52的前端安装有带轮，多刃滚刀52与滚刀电机53通过皮带传动。

在底座1的右侧面上还固连有CNC数控工作台10，CNC数控工作台10的第一输出端、第二输出端、第三输出端、第四输出端、第五输出端、第六输出端分别与X轴伺服电机23、Y轴伺服电机33、Z轴伺服电机43、A轴伺服电机63、C轴伺服电机72、滚刀电机53的输入端连接。则CNC数控工作台10通过伺服电机能控制X轴溜板24、Y轴溜板34、Z轴溜板44移动，且CNC数控工作台10能控制A轴62、C轴、多刃滚刀52转动。

上述弧面布线机的加工方法包括以下步骤：

S1、将管件坯料12夹持在工装11上，为方便管件坯料12安装，工装11的初始位置为水平位置；

S2、CNC数控工作台10控制C轴顺时针转动，使工装11上的管件坯料12朝向多刃滚刀52；然后CNC数控工作台10控制Z轴溜板44向右移动，使管件坯料12靠近多刃滚刀52；再然后CNC数控工作台10控制多刃滚刀52转动，并控制Z轴溜板44和C轴联动，使多刃滚刀52对管件坯料12的上表面进行铣削，如图5-6所示，加工完成鞍形管件的鞍形面；

S3、CNC数控工作台10控制C轴逆时针转动，使工装11上的鞍形管件的鞍形面朝向布线刀具8；然后CNC数控工作台10控制Z轴溜板44向左移动，使管件坯料12靠近布线刀具8，如图7所示；再然后CNC数控工作台10控制X轴溜板24、Y轴溜板34、Z轴溜板44、A轴、C轴联动，使A轴上的布线刀具8在鞍形管件的鞍形面上完成布线，如图8所示。

步骤S3中具体的布线路线如图9所示，具体为：以鞍形管件(鞍型面)外缘最右侧的一点为起点，沿鞍型表面先由右向左布置一段金属电阻丝9进入鞍形管件内部，然后按螺旋线逆时针布线，至螺旋线靠近鞍形管件的内孔处，再然后按螺旋线顺时针布线，至螺旋线靠近鞍形管件的外缘处，再由右向左布置一段金属电阻丝9，至金属电阻丝9离开鞍形管件内部。

在布线过程中X轴丝杠22、Y轴丝杠32、Z轴丝杠42、A轴、C轴实现五轴联动，保证布线刀具8的轴线始终位于鞍型面法线方向，且布线刀具8的刀尖尖端嵌入鞍型面深度均匀，运行轨迹与设计加工路径重合。

实施例2：

如图10-13所示，实施例2在实施例1的基础上进行改进。实施例2中的布线刀具包括刀柄81、复压轮82和过线刀片83，刀柄81同轴固连在A轴的右端(刀柄81和A轴一体加工完成)，在刀柄81的右端安装有复压轮82，在复压轮82的右端还安装有过线刀片83，过线刀片83的刃口倾斜向上设置，在复压轮82的右端还设有凸起84，该凸起84位于过线刀片83的下方。在复压轮82内还设有倾斜设置布线通孔85，该布线通孔85延伸至过线刀片83内部并从过线刀片83的刃口下部穿出。在刀柄81内沿刀柄81的轴向还设有过线孔86，该过线孔86向左延伸至A轴内部并穿过A轴左端面。金属电阻丝9从A轴左端的过线孔86穿入，穿过过线孔86和布线通孔85，完成金属电阻丝9的安装。

上述布线刀具的布线原理如图14所示，过线刀片83的刀刃在鞍形管件的鞍形面上切割出刃口，并将金属电阻丝9埋入刃口内部，而复压轮82上的凸起84抵住切割成形后的刃口表面，使刃口的两侧闭合在一起，保证金属电阻丝9稳固的埋在鞍形管件内部，从而起到布线的作用。

实施例2其余结构和工作原理同实施例1。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种电熔鞍形管件弧面布线机，其特征在于：包括底座、Y轴移动机构、A轴旋转机构、C轴旋转机构和CNC数控系统，所述底座上安装有X轴移动机构、Z轴移动机构和铣削机构，所述X轴移动机构和铣削机构分别设于Z轴移动机构的两侧；

所述C轴旋转机构的轴线与X轴平行，且C轴旋转机构滑动安装在Z轴移动机构上，C轴旋转机构的输出轴上安装有工装；

所述Y轴移动机构滑动安装在X轴移动机构上，所述A轴旋转机构的轴线与Z轴平行，且A轴旋转机构滑动安装在Y轴移动机构上，A轴旋转机构的输出轴上安装有布线刀具，所述布线刀具位于A轴旋转机构朝向Z轴移动机构的一侧；

所述铣削机构包括固连在底座的上表面的支架，所述支架朝向Z轴移动机构的一侧设有多刃滚刀，所述多刃滚刀的轴线与X轴丝杠的轴线相平行，且多刃滚刀转动连接在支架上，支架背离Z轴移动机构的一侧安装有滚刀电机，滚刀电机的输入轴与多刃滚刀通过皮带传动。

2.根据权利要求1所述的一种电熔鞍形管件弧面布线机，其特征在于：所述X轴移动机构包括伺服电机、丝杠、丝杠螺母、溜板和设有通槽的轨道，所述伺服电机固连在轨道通槽内的一端，伺服电机的输出轴同轴与丝杠固连，所述丝杠上螺纹连接丝杠螺母，所述溜板滑动连接在轨道上，且溜板一侧固连在丝杠螺母上；所述Y轴移动机构、Z轴移动机构与X轴移动机构的结构相同。

3.根据权利要求1所述的一种电熔鞍形管件弧面布线机，其特征在于：所述C轴旋转机构包括滑动连接在Z轴移动机构上的C轴旋转体，所述C轴旋转体内部设有第一转轴，所述第一转轴与X轴平行设置，所述第一转轴的一端穿过C轴旋转体连接有工装，另一端穿过C轴旋转体同轴连接有伺服电机，所述伺服电机固连在C轴旋转体上。

4.根据权利要求1所述的一种电熔鞍形管件弧面布线机，其特征在于：所述A轴旋转机构包括A轴旋转体和设于A轴旋转体一侧的伺服电机，所述A轴旋转体内部设有第二转轴，所述第二转轴与Z轴平行设置，所述第二转轴的一端穿过A轴旋转体向Z轴移动机构延伸并连接有布线刀具，另一端穿过A轴旋转体与伺服电机的输出轴通过皮带传动。

5.一种根据权利要求1-4任一项所述的电熔鞍形管件弧面布线机的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、将管件坯料夹持在工装上；

S2、启动C轴旋转机构、Z轴移动机构和铣削机构，铣削加工出管件坯料的鞍形面；

S3、启动X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构、A轴旋转机构和C轴旋转机构，在管件坯料鞍形面上进行布线，即得。

6.根据权利要求5所述的一种电熔鞍形管件弧面布线机的加工方法，其特征在于：所述步骤S3中的布线方式为螺旋形布线。