CN110000425B - 一种适用于金属管切割的割管机及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于金属管切割的割管机，包括：切割机构，所述切割机构包括环形刀片和动力机构，所述环形刀片的内圆上设有锯齿，所述环形刀片的轴线方向水平设置；所述动力机构用于驱动所述环形刀片绕其轴线旋转；运动机构，所述运动机构用于带动所述切割机构沿着X轴和Y轴方向上运动，所述X轴和Y轴都与所述环形刀片的轴线垂直，所述X轴沿水平方向，所述Y轴位于所述X轴的上方，所述Y轴与所述X轴之间形成的夹角度数为A，所述A小于九十度。这种适用于金属管切割的割管机的环形刀片的锯齿直接围绕金属管的表面切割，切割效率高。

Description

一种适用于金属管切割的割管机及其使用方法

技术领域

本发明涉及机械加工设备领域，尤其涉及一种适用于金属管切割的割管机及其使用方法。

背景技术

在传统的机械加工中，切割金属管的设备都是采用锯片沿着金属管的直径方向从金属管的一侧向另一侧切过去，采用这样的方式切割效率低，对锯片的磨损大。因此，有必要对现有的技术进行改进。

发明内容

本发明提出了一种适用于金属管切割的割管机和一种适用于金属管切割的割管机的使用方法。

本发明提出的一种适用于金属管切割的割管机，包括：

切割机构，所述切割机构包括环形刀片和动力机构，所述环形刀片的内圆上设有锯齿，所述环形刀片的轴线沿水平方向设置；所述动力机构用于驱动所述环形刀片绕其轴线旋转；

运动机构，所述运动机构用于带动所述切割机构沿着X轴和Y轴方向运动，所述X轴和Y轴都与所述环形刀片的轴线垂直，所述X轴沿水平方向，所述Y轴位于所述X轴的上方，所述Y轴与所述X轴之间形成的夹角度数为A，所述A小于九十度。

作为优选，所述运动机构包括第一运动模组、第二运动模组和角度固定架，所述第一运动模组包括第一丝杠和第一螺母，所述第一丝杠和第一螺母构成第一滚珠丝杠螺母副，所述第二运动模组包括第二丝杠和第二螺母，所述第二丝杠和所述第二螺母构成所述第二滚珠丝杠螺母副；

所述角度固定架具有朝下的第一平面和朝上的第二平面，所述第一平面与所述第二平面均与所述环形刀片的轴线方向平行，所述第一平面水平设置，所述第二平面位于所述第一平面的上方，所述第二平面所在的平面与所述第一平面所在的平面之间形成的夹角度数等于A；

所述第一丝杠水平设置，所述第一丝杠的轴线方向与所述环形刀片的轴线方向垂直，所述第一平面与所述第一螺母固定连接；所述第二运动模组与所述第二平面固定连接，所述第二丝杠的轴线方向垂直于所述环形刀片的轴线方向并且平行于所述第二平面；

所述第二螺母与所述切割机构固定连接；

所述第一运动模组还包括第一伺服电机，所述第一伺服电机的输出轴与所述第一丝杠同轴固定，所述第二运动模组还包括第二伺服电机，所述第二伺服电机的输出轴与所述第二丝杠同轴固定。

作为优选，所述动力机构包括固定块、环形刀座和步进电机，所述固定块上开设有圆形通孔，所述环形刀座为圆环状物体，所述环形刀座与所述圆形通孔同轴线；所述环形刀座通过轴承与所述圆形通孔可转动地连接；

所述步进电机的输出轴上设有一个同轴的锥齿轮，所述步进电机的输出轴的轴线与所述环形刀座的轴线垂直，所述环形刀座的外圆周上设有一圈与所述锥齿轮相匹配的第二锥齿并且与所述锥齿轮相啮合；

所述环形刀座与所述环形刀片同轴固定。

作为优选，还包括输送机，所述输送机具有水平的输送平面，所述输送机的输送方向与所述环形刀片的轴线方向平行；

夹紧机构，所述夹紧机构用于夹紧所述输送机上输送的金属管。

作为优选，所述输送机包括传送带、第三伺服电机和多个同步轮，所述同步轮的轴线水平设置并且垂直于所述环形刀片的轴线方向，所述同步轮的轴线互相平行并且处于同一高度；所述传送带绕设在所述同步轮上；所述第三伺服电机的输出轴与其中一个所述同步轮同轴固定。

作为优选，所述夹紧机构包括定位台，油压缸和夹块，所述定位台设置在所述输送机的靠近所述切割机构的一端，所述定位台具有朝上的第三平面，所述第三平面的高度与所述输送平面的高度一致；所述夹块设置在所述第三平面的上方，所述油压缸的伸缩杆与所述夹块固定连接。

同时，本发明还公开了一种适用于金属管切割的割管机的使用方法，具体包括如下操作步骤：

S1：将金属管放在传送带上，使得金属管的轴线与环形刀片的轴线平行，启动第三伺服电机，待金属管的一端伸入到环形刀片的内圆中后关闭第三伺服电机；

S2：启动油压缸，带动夹块将金属管按压在定位台上，夹紧金属管；

S3：启动步进电机，同时启动第一运动模组和第二运动模组，第一运动模组和第二运动模组产生的合运动使得环形刀片的锯齿螺旋式环绕金属管的表面切割；

S4：切割完成后，重复S1~S4。

本发明所产生的技术效果包括：

（1）本实用新型适用于金属管切割的割管机的环形刀片的锯齿直接围绕金属管的表面切割，切割效率高。

（2）本实用新型适用于金属管切割的割管机的环形刀片的内圆上设有锯齿，通过环形刀片的内圆切割金属管的外侧表面，刀具的背吃刀量相对于传统的径向切割较小，因此对锯片的要求比较低。

附图说明

图1是本发明一种适用于金属管切割的割管机最优实施例的切割机构和运动机构的结构示意图。

图2是本发明一种适用于金属管切割的割管机最优实施例的输送机和夹紧机构的结构示意图。

图3是本发明一种适用于金属管切割的割管机最优实施例的动力机构的结构示意图。

图4是本发明一种适用于金属管切割的割管机最优实施例的环形刀片的结构示意图。

附图标记说明：图中101、第一丝杠，102、第一螺母，103、第二丝杠，104、第二螺母，105、角度固定架，106、第一伺服电机，107、第二伺服电机，108、第一支架，109、支撑壁，201、固定块，202、圆形通孔，203、环形刀座，204、步进电机，205、第二锥齿，206、锥齿轮，301、传送带，302、同步轮，401、定位台，402、油压缸，403、夹块，5、环形刀片，501、锯齿。

具体实施方式

实施例1：本发明提供了一种适用于金属管切割的割管机，包括：

切割机构，包括环形刀片5和动力机构，环形刀片5的内圆上设有锯齿501，环形刀片5的轴线沿水平方向设置。

动力机构，包括固定块201、环形刀座203和步进电机204，固定块201上开设有圆形通孔202，环形刀座203为圆环状物体，环形刀座203与圆形通孔202同轴线。环形刀座203通过轴承与圆形通孔202可转动地连接，具体连接方式为：轴承的外圈与圆形通孔202的内壁固定连接，轴承的内圈与环形刀座203的外圆周固定连接。步进电机204的输出轴上设有一个同轴的锥齿轮206，步进电机204的输出轴的轴线与环形刀座203的轴线垂直，环形刀座203的外圆周上设有一圈与锥齿轮206相匹配的第二锥齿205并且与锥齿轮206相啮合。

环形刀座203与环形刀片5同轴固定。步进电机204转动时，锥齿轮206能够驱动环形刀座203绕其轴线旋转，进而带动环形刀片5绕其轴线旋转。

运动机构包括第一运动模组、第二运动模组和角度固定架105，第一运动模组包括第一丝杠101和第一螺母102，第一丝杠101和第一螺母102构成第一滚珠丝杠螺母副，第二运动模组包括第二丝杠103和第二螺母104，第二丝杠103和第二螺母104构成第二滚珠丝杠螺母副。

角度固定架105具有朝下的第一平面和朝上的第二平面，第一平面与第二平面均与环形刀片5的轴线方向平行，第一平面水平设置，第二平面位于第一平面的上方，第二平面所在的平面与第一平面所在的平面之间形成的夹角呈三十度的锐角。

第一丝杠101水平设置，第一丝杠101的轴线方向与环形刀片5的轴线方向垂直，第一平面与第一螺母102固定连接。

第二运动模组还包括第一支架108，第一支架108的底部与第二平面固定连接，第一支架108的两端向上翻折形成支撑壁109，两个支撑壁109上各开设有一个安装孔，安装孔贯穿其所在的支撑壁109。第二丝杠103的两端分别插入两个安装孔中，第二丝杠103的轴线方向垂直于环形刀片5的轴线方向并且平行于第二平面。

第二螺母104与切割机构的固定块201固定连接。

第一运动模组还包括第一伺服电机106，第一伺服电机106的输出轴与第一丝杠101同轴固定，第二运动模组还包括第二伺服电机107，第二伺服电机107的输出轴与第二丝杠103同轴固定。

第一丝杠101的轴线方向为X轴方向，第二丝杠103的轴线方向为Y轴方向，X轴和Y轴之间的夹角度数为三十度。当第一伺服电机106转动时，第一螺母102沿着X轴方向移动，从而带动环形刀片5沿着X 轴方向移动；当第二伺服电机107转动时，第二螺母104沿着Y轴的方向移动，从而带动环形刀片5沿着Y轴的方向移动。

此时X轴与Y轴构成一个夹角为三十度的坐标系，X轴为水平方向，Y轴在X轴的逆时针方向上与X轴呈三十度的夹角。

同时，本发明还公开了一种适用于金属管切割的割管机的使用方法，具体包括如下操作步骤：

S1：将金属管放在传送带301上，使得金属管的轴线与环形刀片5的轴线平行，启动第三伺服电机，待金属管的一端伸入到环形刀片5的内圆中后关闭第三伺服电机；

S2：启动油压缸402，带动夹块403将金属管按压在定位台401上，夹紧金属管；

S3：启动步进电机204，同时启动第一运动模组和第二运动模组，第一运动模组和第二运动模组产生的合运动使得环形刀片5的锯齿螺旋式环绕金属管的表面切割；

S4：切割完成后，重复S1~S4。

需要说明的是，环形刀片5的锯齿环绕金属管的表面切割的轨迹计算方法如下：

X轴与Y轴夹角的度数为A，需要说明的是A的值可根据现场的需求进行修改，在本 实施例中A为三十度。环形刀片5的锯齿齿尖所在的圆，其半径为R，金属管外径为r1，内径为 r2，因此金属管厚度为 环形刀片5切割金属管围绕金 属管截面圆心旋转的圈数为n（圈）。记金属管放在传送带301上时，且环形刀片5与金属管处 于同轴时刀具的状态为初始状态，设环形刀片5初始状态下X坐标和Y坐标都为0，围绕金属 管横截面圆心旋转的角度大小为a，初始状态下a为0。

环形刀片5围绕金属管横截面圆心旋转360度为周期，以角度为精度，精度为1度。 每转动1度环形刀片5围绕金属管横截面圆心的半径缩小了 。 其中h应该在实际值上增加k，目的是为了刀具可以多向内旋转距离k，确保将金属管完全的 切断并掉落。k的取值范围应满足0<k<(环形刀座203的内圆的半径与圆形通孔202的半径的 较小值-锯齿的齿尖所在圆的半径)，这是为了确保将金属管完全切断并掉落的同时防止金 属管管壁与环形刀座203或者固定块201内部产生碰撞从而导致金属管的变形。在本实施例 中k取2mm。

将刀具轨迹的运动轨迹坐标分解到笛卡尔垂直坐标系的四个象限上进行计算。

计算得到的Y与X对应的是夹角为A的坐标系的X轴和Y轴的坐标值。

在第一象限的转换公式，

在第二象限的转换公式，

在第三象限的转换公式，

在第四象限的转换公式， )

以上为环形刀片5转动一圈的轨迹路径算法，剩下所需转动的几圈公式与第一圈相同，只是要将当前旋转的总角度的度数除以360度求余数，求得余数为a代入上述公式计算。

整个设备的使用过程如下，启动步进电机204使得环形刀片5沿其自身轴线旋转，保持金属管的轴线与环形刀片5的轴线平行，将金属管从环形刀片5的内圆伸入。启动第一伺服电机106和第二伺服电机107，使得环形刀片5在第一运动模组和第二运动模组的合运动的作用下，使得环形刀具的轴线围绕金属管的轴线运动，在运动的过程中，金属管保持不动，环形刀具逐渐靠近金属管的表面直到环形刀具的内圆与金属管的表面相切，然后环形刀具继续螺旋式环绕金属管运动，在这个过程中，环形刀具的锯齿501的齿尖与金属管的接触点不断改变。接触点围绕金属管的轴线螺旋运动并且与金属管的轴线的距离逐渐变小，直至环形刀具完全割断金属管。需要说明的是，在接触点围绕金属管的轴线螺旋运动的过程中，接触点仅仅在金属管的径向上靠近金属管的轴线，并不会在金属管的轴向上产生偏移。

这种适用于金属管切割的割管机的环形刀片5的锯齿501直接围绕金属管的表面切割，切割效率高。环形刀片5的内圆上设有锯齿501，通过环形刀片5的内圆切割金属管的外侧表面，刀具的背吃刀量相对于传统的径向切割较小，因此对锯片的要求比较低。采用金属管固定而刀具围绕金属管做螺旋运动的切割方式，节省了旋转金属管所需要的动能。

实施例2：在实施例1的基础上，这种适用于金属管切割的割管机还包括：

输送机，输送机包括传送带301、第三伺服电机和多个同步轮302，同步轮302的轴线水平设置并且垂直于环形刀片5的轴线方向，同步轮302的轴线互相平行并且处于同一高度。传送带301绕设在同步轮302上。第三伺服电机的输出轴与其中一个同步轮302同轴固定。位于同步轮302上方的传送带301的朝上的面形成输送平面，输送平面的高度适于将金属管送入环形刀片5的内圆中。输送机的输送方向与环形刀片5的轴线方向平行。

夹紧机构，夹紧机构包括定位台401，油压缸402和夹块403，定位台401设置在输送机的靠近切割机构的一端，定位台401具有朝上的第三平面，第三平面的高度与输送平面的高度一致，夹块403设置在第三平面的上方，油压缸402的伸缩杆与夹块403固定连接。

在本实施例中，将金属管放置在输送带上，使得金属管的轴线与环形刀片5的轴线平行，启动第三伺服电机将金属管的一端输送到环形刀片5的内圆中，再启动油压缸402，油压缸402的伸缩杆伸出，带动夹块403将金属管按压在定位台401上，从而完成了金属管的夹紧，然后在运动机构和切割机构的协同作用下完成切割。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种适用于金属管切割的割管机，其特征在于，包括：

切割机构，所述切割机构包括环形刀片和动力机构，所述环形刀片的内圆上设有锯齿，所述环形刀片的轴线沿水平方向设置；所述动力机构用于驱动所述环形刀片绕其轴线旋转；

运动机构，所述运动机构用于带动所述切割机构沿着X轴和Y轴方向运动，所述X轴和Y轴都与所述环形刀片的轴线垂直，所述X轴沿水平方向，所述Y轴位于所述X轴的上方，所述Y轴与所述X轴之间形成的夹角度数为A，所述A小于九十度。

2.如权利要求1所述的适用于金属管切割的割管机，其特征在于：

所述运动机构包括第一运动模组、第二运动模组和角度固定架，所述第一运动模组包括第一丝杠和第一螺母，所述第一丝杠和第一螺母构成第一滚珠丝杠螺母副，所述第二运动模组包括第二丝杠和第二螺母，所述第二丝杠和所述第二螺母构成所述第二滚珠丝杠螺母副；

所述角度固定架具有朝下的第一平面和朝上的第二平面，所述第一平面与所述第二平面均与所述环形刀片的轴线方向平行，所述第一平面水平设置，所述第二平面位于所述第一平面的上方，所述第二平面所在的平面与所述第一平面所在的平面之间形成的夹角度数等于A；

所述第一丝杠水平设置，所述第一丝杠的轴线方向与所述环形刀片的轴线方向垂直，所述第一平面与所述第一螺母固定连接；所述第二运动模组与所述第二平面固定连接，所述第二丝杠的轴线方向垂直于所述环形刀片的轴线方向并且平行于所述第二平面；

所述第二螺母与所述切割机构固定连接；

所述第一运动模组还包括第一伺服电机，所述第一伺服电机的输出轴与所述第一丝杠同轴固定，所述第二运动模组还包括第二伺服电机，所述第二伺服电机的输出轴与所述第二丝杠同轴固定。

3.如权利要求2所述的适用于金属管切割的割管机，其特征在于：

所述动力机构包括固定块、环形刀座和步进电机，所述固定块上开设有圆形通孔，所述环形刀座为圆环状物体，所述环形刀座与所述圆形通孔同轴线；所述环形刀座通过轴承与所述圆形通孔可转动地连接；

所述步进电机的输出轴上设有一个同轴的锥齿轮，所述步进电机的输出轴的轴线与所述环形刀座的轴线垂直，所述环形刀座的外圆周上设有一圈与所述锥齿轮相匹配的第二锥齿并且与所述锥齿轮相啮合；

所述环形刀座与所述环形刀片同轴固定。

4.如权利要求3所述的适用于金属管切割的割管机，其特征在于：

还包括输送机，所述输送机具有水平的输送平面，所述输送机的输送方向与所述环形刀片的轴线方向平行；

夹紧机构，所述夹紧机构用于夹紧所述输送机上输送的金属管。

5.如权利要求4所述的适用于金属管切割的割管机，其特征在于：

所述输送机包括传送带、第三伺服电机和多个同步轮，所述同步轮的轴线水平设置并且垂直于所述环形刀片的轴线方向，所述同步轮的轴线互相平行并且处于同一高度；所述传送带绕设在所述同步轮上；所述第三伺服电机的输出轴与其中一个所述同步轮同轴固定。

6.如权利要求5所述的适用于金属管切割的割管机，其特征在于：

所述夹紧机构包括定位台，油压缸和夹块，所述定位台设置在所述输送机的靠近所述切割机构的一端，所述定位台具有朝上的第三平面，所述第三平面的高度与所述输送平面的高度一致；所述夹块设置在所述第三平面的上方，所述油压缸的伸缩杆与所述夹块固定连接。

7.一种如权利要求6所述的适用于金属管切割的割管机的使用方法，其特征在于：具体包括如下操作步骤：

S1：将金属管放在传送带上，使得金属管的轴线与环形刀片的轴线平行，启动第三伺服电机，待金属管的一端伸入到环形刀片的内圆中后关闭第三伺服电机；

S2：启动油压缸，带动夹块将金属管按压在定位台上，夹紧金属管；

S3：启动步进电机，同时启动第一运动模组和第二运动模组，第一运动模组和第二运动模组产生的合运动使得环形刀片的锯齿螺旋式环绕金属管的表面切割；

S4：切割完成后，返回步骤S1，循环执行S1~S4。