CN109530835A - 一种针对模具钢的切割加工装置 - Google Patents

Abstract

一种针对模具钢的切割加工装置。本发明通过锁止结构下表面的凸起与切割平台固定。所述凸起以及所述切割平台内分别设置有电磁线圈和传感阵列。通过传感阵列对电磁线圈磁场强度的检测，本发明可精确的获得待加工的模具钢工件的位置坐标。由此，可对待加工工件实现精准的定位，提高切割精度。

Description

一种针对模具钢的切割加工装置

技术领域

本发明涉及模具钢加工设备领域，尤其涉及一种针对模具钢的切割加工装置。

背景技术

模具钢常用于制造冷冲模、热冲模或压铸模，其具有较大的硬度，因而不易加工。切割过程中，易造成切割刀断刀，切割面粗糙，难以符合加工精度要求。

由于模具钢本身硬度较高，切割过程中，作用于其上的切割刀容易断刀，或者打滑，偏移，切割刀或待切割的模具钢工件之间易在切割过程中产生位置的偏移。现有的切割装置，其切割平台仅仅能够实现对待切割工件的送料，并不能够保证切割过程中工件位置稳定。

一旦切割过程中工件相对切割刀发生位置偏移，通常的做法是人工关停机器，纠正该偏移，或者通过增设机械手纠正该偏移。但现实是，切割过程中，由于切割点电火花所产生的视觉干扰，加上切割所产生的静电力和爆炸力的作用，操作人员很难及时检测到该位置偏移。通常只有当模具钢完成切割之后才能通过检测装置获知其切割精度未达到要求。因此，现有模具钢切割之后往往还需要进一步的切削、铣削、磨削过程。加工效率不高。

发明内容

为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种能够提高模具钢切割面性能的切割加工装置。

首先，为实现上述目的，提出一种针对模具钢的切割加工装置，包括：切割平台，其上面设置有待加工的模具钢工件，所述切割平台用于固定所述待加工的模具钢工件，或者供所述工件在其表面相对所述切割装置移动；切割装置，包括走丝机构和电极丝，所述走丝机构驱动所述电极丝相对所述待加工的模具钢工件运动，切割状态下，所述电极丝与待加工的模具钢工件之间放电，蚀除所述待加工的模具钢工件表面与所述电极丝接触的部位；还包括锁止结构，所述待加工的模具钢工件固定于所述锁止结构的上表面，所述锁止结构的下表面设置有凸起，所述锁止结构通过所述凸起连接所述切割平台的上表面，所述凸起的下侧端部设置有电磁线圈，所述电磁线圈的外侧包覆有保护层；所述切割平台的上表面设置有交错排列的滑动槽，所述滑动槽的宽度至少达到所述锁止结构下表面的凸起的直径，所述滑动槽的内壁或底部还均匀分布有霍尔元件构成的传感阵列；所述切割平台的上部还设置有驱动单元，所述驱动单元包括电磁驱动单元或者转轮或者机械臂，所述驱动单元用于控制所述锁止结构在所述切割平台的上表面沿所述滑动槽移动；移动状态下：所述电磁线圈通电而感应产生能够被所述霍尔元件识别的磁场，所述传感阵列根据感应到所述磁场的霍尔元件所在位置判断所述待加工的模具钢工件是否达到预设的位置；在未达到所述预设的位置时，通过所述驱动单元控制所述锁止结构在所述切割平台的上表面沿所述滑动槽移动；在达到所述预设的位置时，进入锁止状态；锁止状态下：所述电磁线圈的通电状态改变而使得所述锁止结构固定在所述滑动槽的内部；此时，所述驱动单元协同控制所述锁止结构，限制所述锁止结构在所述切割平台的上表面沿所述滑动槽移动。

可选的，上述的切割加工装置中，所述切割平台内还分布有磁性体，所述磁性体包括电磁铁或永磁体或其组合；锁止状态下：所述电磁线圈的通电状态改变而产生与所述磁性体相互吸引的磁场，使得所述锁止结构受所述磁性体吸引而固定在所述滑动槽的内部。

可选的，上述的切割加工装置中，所述各磁性体的磁极方向均垂直于所述切割平台，所述各磁性体的磁极方向相同；所述各电磁线圈在同一通电状态下所产生的磁场方向均相同。

可选的，上述的切割加工装置中，所述电磁线圈在两种通电状态下所产生的磁场方向相反。

可选的，上述的切割加工装置中，所述电磁线圈外侧所包覆的保护层为PVC材质或丁腈橡胶材质。

可选的，上述的切割加工装置中，所述霍尔元件设置在所述滑动槽交错处的内壁底面

可选的，上述的切割加工装置中，所述各滑动槽之间的间距相等，且均匀分割所述切割平台。

有益效果

本发明所提供的针对模具钢的切割加工工具，其通过锁止结构下表面的凸起与切割平台固定。所述凸起以及所述切割平台内分别设置有电磁线圈和传感阵列。通过传感阵列对电磁线圈磁场强度的检测，本发明可精确的获得待加工的模具钢工件的位置坐标。由此，可对待加工工件实现精准的定位，提高切割精度。

进一步，本发明还可在所述切割平台内的不同位置设置磁性体，通过控制对上述电磁线圈的通电状态，在待加工的模具钢工件到达需要的位置后，通过磁性体和电磁线圈之间的吸引力进一步稳固上述工件的位置，进一步减小切割过程中工件移位而造成的误差。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为根据本发明的切割加工装置整体结构的示意图；

图2为本发明的切割加工装置中电磁线圈与切割平台之间连接关系的示意图；

图3为本发明切割平台表面的滑动槽以及传感阵列的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为根据本发明的一种针对模具钢的切割加工装置，其包括：

切割平台1，其上面设置有待加工的模具钢工件，所述切割平台用于固定所述待加工的模具钢工件，或者供所述工件在其表面相对所述切割装置2移动；

切割装置2，包括走丝机构和电极丝，所述走丝机构包括若干轮轴，轮轴驱动所述电极丝往复运动或单向运动，从而，使得切割刀头部位的电极丝相对所述待加工的模具钢工件运动。在切割状态下，所述电极丝带有电荷，电极丝与待加工的模具钢工件之间放电，产生静电力和爆炸力以蚀除所述待加工的模具钢工件表面与所述电极丝接触的部位；

保护装置4，其包覆于所述切割装置2的外部，切割过程所产生的避免电火花或金属碎屑飞溅。保护装置内部还可连接有供气或供液管道，供液管道向切割部位的工件表面喷淋液体使其在切割过程中温度保持稳定。供气管道向切割部位的工件表面输出特定的气体，以保证切割效果。

本发明的加工装置还可进一步在切割平台上设置锁止结构3。所述待加工的模具钢工件固定于所述锁止结构3的上表面，所述锁止结构3的下表面设置有凸起，所述锁止结构3通过所述凸起连接所述切割平台1的上表面，所述凸起的下侧端部设置有电磁线圈31，所述电磁线圈31的外侧包覆有保护层。

为配合所述的凸起，参考图2所示，所述切割平台1的上表面设置有交错排列的滑动槽11，所述滑动槽11的宽度略大于所述锁止结构3下表面的凸起的直径，所述滑动槽11的内壁或底部还均匀分布有霍尔元件12构成的传感阵列。

进一步，为实现对工件的自适应的控制，所述切割平台1的上部还可设置有驱动单元，所述驱动单元包括电磁驱动单元或者转轮或者机械臂，所述驱动单元可以驱动所述锁止结构3在所述切割平台1的上表面沿所述滑动槽11移动。

为进一步提高对锁止结构3的锁定强度，还可进一步在所述切割平台1内按照图2所示的方式排布有磁性体13。所述的磁性体可选择为永磁体，或者由电流控制电路驱动的电磁铁。

上述的切割加工装置还包括控制单元，所述控制单元被设置以通过如下的方式实现对待加工工件位置的控制，以实现精准的切割：

使用中，控制单元先在未将所述锁止结构3下表面设置的凸起插入所述切割平台1上表面的滑动槽11内时，采集所述传感矩阵中的每一个霍尔元件的磁场强度，按照所述各霍尔元件的位置坐标保存其感应到的磁性体所产生的磁场强度。例如，参考图3，所述的霍尔元件设置在滑动槽11的下表面，构成一个5*2的阵列，第一行第一列的霍尔元件感应到所述各磁性体所产生的磁场，产生一个磁场强度信号，将该磁场强度信号存储于生成5*2的校准矩阵C中的第一行第一列的元素中；第一行第二列的霍尔元件感应到的磁场强度信号相应的存储于5*2的校准矩阵C中的第一行第二列的元素中，由此采集传感阵列中各采样点的磁场强度获得校准矩阵C；

而后，通知操作人员将待加工的模具钢工件固定于所述锁止结构3的上表面，固定后将所述锁止结构3下表面设置的凸起插入所述切割平台1上表面的滑动槽11内；操作人员按照工件的加工要求设置目标位置矩阵A。目标位置矩阵A包括有工件的位置坐标以及在该位置上切割的深度或时间要求，其目的在于保持工件在某位置供切割刀进行切割，在切割达到需要的深度或之间后移动工件至下一位置，继续切割直至加工完成。控制单元读取目标位置矩阵A；

此后开始加工过程。该过程中，首先，控制单元控制向所述凸起上设置的电磁线圈31通电，使电磁线圈感应产生强度不超过第一场强的第一磁场，所述滑动槽11的内壁或底部所分布的霍尔元件感应所述的第一磁场，通过类似采集校准矩阵C的方式，所述传感阵列根据霍尔元件所感应的磁场强度生成检测矩阵D并输出，由此计算出传感矩阵S=D-C。通过引入校准矩阵C，直接采集获得的检测矩阵D中由磁性体或第一磁场所产生的偏差量得以被纠正，由此获得的传感矩阵S中仅包含有标示工件坐标位置的分量，因而对工件位置的判断更为准确。控制单元判断所述传感矩阵S与所述目标位置矩阵A之间的距离是否达到预设的锁止阈值，若所述距离超出所述锁止阈值需要控制驱动所述工件移动至其设定的位置；否则，可控制所述锁止结构3进入锁止状态，对工件进行切割作业。

具体而言，驱动所述工件移动至其设定的位置的方式如下：计算所述传感矩阵S至所述目标位置矩阵A的传递矩阵H，其中，A=S×H，根据所述传递矩阵H控制所述驱动单元，使所述锁止结构3在所述切割平台1的上表面沿所述滑动槽11移动，然后继续通过上述的方式评估新位置下所采集的传感矩阵S与所述目标位置矩阵A之间的距离是否达到预设的锁止阈值，直至其可进入锁止状态。

锁止状态下，改变所述电磁线圈31的通电状态，使得所述电磁线圈31感应产生强度达到第二场强的第二磁场，所述第二磁场对上述磁性体产生吸引力，使所述电磁线圈31受所述磁性体吸引而固定在所述滑动槽11的内部；此时，所述驱动单元可协同控制所述锁止结构3，限制所述锁止结构3在所述切割平台1的上表面沿所述滑动槽11移动。该状态下，所述走丝机构驱动所述电极丝相对所述待加工的模具钢工件运动，所述电极丝与待加工的模具钢工件之间放电，蚀除所述待加工的模具钢工件表面与所述电极丝接触的部位至设定的位置，而后更新所述目标位置矩阵A，重复所述第二步至所述第六步，直至完成对所述工件的切割。

上述过程中，所述各磁性体的磁极方向均垂直于所述切割平台1，所述各磁性体的磁极方向相同；所述各电磁线圈31在同一通电状态下所产生的磁场方向均相同，而在两种通电状态下同一个所述电磁线圈31所产生的磁场方向相反。第一磁场的场强小于所述第二磁场的场强，所述第二磁场的方向与所述磁性体的磁场方向相同，所述第一磁场的方向与所述第二磁场的方向相反。

所述电磁线圈31外侧还可包覆有PVC材质或丁腈橡胶材质构成的保护层，以保护线圈不被切割平台磨损而出现短路。PVC材质或丁腈橡胶绝缘，可保护线圈不受切割碎屑或电火花的影响。

切割过程中，所述的传感阵列还可同步的定期采集传感矩阵S数据，判断所述传感矩阵S与所述目标位置矩阵A之间的距离是否维持在锁止阈值的范围内。一旦判断超出阈值则进入移动状态，并停止对工件的切割作业：所述电磁线圈31通电而感应产生能够被所述霍尔元件识别的磁场，所述传感阵列根据感应到所述磁场的霍尔元件所在位置判断所述待加工的模具钢工件是否达到预设的位置；在未达到所述预设的位置时，通过所述驱动单元控制所述锁止结构3在所述切割平台1的上表面沿所述滑动槽11移动；直至重新达到所述预设的位置时，重新进入锁止状态，恢复对工件的切割作业。

本发明的切割加工装置还可进一步将霍尔元件12设置在所述滑动槽11交错处的内壁底面，并设置所述各滑动槽11之间的间距相等，且均匀分割所述切割平台1。

本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种针对模具钢的切割加工装置，包括：

切割平台（1），其上面设置有待加工的模具钢工件，所述切割平台用于固定所述待加工的模具钢工件，或者供所述工件在其表面相对所述切割装置（2）移动；

切割装置（2），包括走丝机构和电极丝，所述走丝机构驱动所述电极丝相对所述待加工的模具钢工件运动，切割状态下，所述电极丝与待加工的模具钢工件之间放电，蚀除所述待加工的模具钢工件表面与所述电极丝接触的部位；

其特征在于，

还包括锁止结构（3），所述待加工的模具钢工件固定于所述锁止结构（3）的上表面，所述锁止结构（3）的下表面设置有凸起，所述锁止结构（3）通过所述凸起连接所述切割平台（1）的上表面，所述凸起的下侧端部设置有电磁线圈（31），所述电磁线圈（31）的外侧包覆有保护层；

所述切割平台（1）的上表面设置有交错排列的滑动槽（11），所述滑动槽（11）的宽度至少达到所述锁止结构（3）下表面的凸起的直径，所述滑动槽（11）的内壁或底部还均匀分布有霍尔元件（12）构成的传感阵列；

所述切割平台（1）的上部还设置有驱动单元，所述驱动单元包括电磁驱动单元或者转轮或者机械臂，所述驱动单元用于控制所述锁止结构（3）在所述切割平台（1）的上表面沿所述滑动槽（11）移动；

移动状态下：

所述电磁线圈（31）通电而感应产生能够被所述霍尔元件识别的磁场，所述传感阵列根据感应到所述磁场的霍尔元件所在位置判断所述待加工的模具钢工件是否达到预设的位置；在未达到所述预设的位置时，通过所述驱动单元控制所述锁止结构（3）在所述切割平台（1）的上表面沿所述滑动槽（11）移动；在达到所述预设的位置时，进入锁止状态；

锁止状态下：

所述电磁线圈（31）的通电状态改变而使得所述锁止结构（3）固定在所述滑动槽（11）的内部；此时，所述驱动单元协同控制所述锁止结构（3），限制所述锁止结构（3）在所述切割平台（1）的上表面沿所述滑动槽（11）移动。

2.如权利要求1所述的针对模具钢的切割加工装置，其特征在于，所述切割平台（1）内还分布有磁性体（13），所述磁性体包括电磁铁或永磁体或其组合；

锁止状态下：所述电磁线圈（31）的通电状态改变而产生与所述磁性体相互吸引的磁场，使得所述锁止结构（3）受所述磁性体吸引而固定在所述滑动槽（11）的内部。

3.如权利要求2所述的针对模具钢的切割加工装置，其特征在于，所述各磁性体的磁极方向均垂直于所述切割平台（1），所述各磁性体的磁极方向相同；

所述各电磁线圈（31）在同一通电状态下所产生的磁场方向均相同。

4.如权利要求2所述的针对模具钢的切割加工装置，其特征在于，所述电磁线圈（31）在两种通电状态下所产生的磁场方向相反。

5.如权利要求1至4所述的针对模具钢的切割加工装置，其特征在于，所述电磁线圈（31）外侧所包覆的保护层为PVC材质或丁腈橡胶材质。

6.如权利要求1至4所述的针对模具钢的切割加工装置，其特征在于，所述霍尔元件（12）设置在所述滑动槽（11）交错处的内壁底面。

7.如权利要求1至4所述的针对模具钢的切割加工装置，其特征在于，所述各滑动槽（11）之间的间距相等，且均匀分割所述切割平台（1）。