CN111571834A

CN111571834A - 全自动切割机组的切割方法

Info

Publication number: CN111571834A
Application number: CN202010469258.1A
Authority: CN
Inventors: 孙汉卿; 车志敏; 王金鑫
Original assignee: Henan University of Animal Husbandry and Economy
Current assignee: Henan University of Animal Husbandry and Economy
Priority date: 2019-08-12
Filing date: 2019-08-12
Publication date: 2020-08-25
Also published as: CN110421222B; CN110421222A

Abstract

本发明涉及一种机械加工用的全自动切割机组的切割方法，本发明的全自动切割机组和现有的线切割机器相比，其不仅可以切割平面或者简单的平行线组成的曲面，也可以切割复杂的非平行线组成的曲面或者切割特定的曲线组成的曲面，其可以同时独立切割两个面的曲面，也可以共同加工一个大曲率的曲面。在一些方案中可以同时切割四个面的曲面，对于每个加工面既可以切割简单的平行线组成的曲面，也可以切割复杂的非平行线组成的曲面，且相对的两个面切割出来的相同的或者是互为镜像曲面。提高了线切割装置的切割模型的适用范围，同时也提高了切割加工效率。

Description

全自动切割机组的切割方法

技术领域

本发明涉及一种机械加工用的全自动切割机组的切割方法，属于机械加工设备领域，具体涉及一种可以进行复杂曲面切割和加工的线切割结构。

背景技术

现有的线切割技术包括两类，一类是电火花切割，另一类是金刚石线切割。电火花切割属电加工范畴，其基本工作原理是利用连续移动的细金属丝(称为电极丝)作电极，对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型，电火花线切割技术是特种加工的一种，它不同于传统加工技术需要用机械力和机械能来切除，主要利用电能来实现对材料的加工。所以，电火花线切割技术不受材料物理性能的限制，可以加工任何硬度、强度、脆性的材料，同时电火花切割技术只能用于导电材料的加工，这也使其具有使用的局限性。当加工的材料不导电而需要采用线切割的加工方式时，电火花线切割机将失去效果，为此金刚线切割机便开始显现其加工优势，其可对导电和不导电材料(只要硬度比金刚石线小)进行切割加工。因此，金刚石线切割机广泛用于切割各种金属和非金属复合材料，如陶瓷、玻璃、岩石、宝石、玉石、陨石、单晶硅、碳化硅、多晶硅、耐火砖、环氧板、铁氧体、PCB以及建筑材料、牙科材料、生物及仿生复合材料等，特别适用于切割高硬度、高价值、易破碎的各种脆性晶体，其切割原理与弓锯相仿。高速旋转并往复回转的绕丝筒带动金刚石线做往复运动，通过自动控制工作台向金刚石线控制台方向不断地进给，或是控制金刚石线控制台向工作台方向不断进给，从而使金刚石线与被切割物件间产生磨削而形成切割。

在现有的线切割装置中大多采用的是单线切割装置，例如公开号为：CNA、CNU、CNU和CNU的专利文献，其均使用的是单线切割。这种切割装置仅适合切割平面或者由平行线组成的简单曲面(例如CNU和CNA中附图中给出的切割曲面结构)，同时也只能一次切割一个面，切割效率也不高。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效的全自动切割机组的切割方法，其技术方案如下：

全自动切割机组的切割方法，包括如下步骤：

1)安装

将加工工件安装在定位安装座上，通过调整夹持固定把手将加工工件固定，通过调节横向调节把手和纵向调节把手将加工工件移动到升降切割部切割面的下方；上位机通过数据接口将加工模型输入到控制器中，控制器将模型数据解算为控制该全自动切割机组的运行控制数据；

2)对丝

手动控制控制器使得升降电机运行，通过同步带和升降丝杠带动升降切割部向下缓慢移动，使得升降切割部位于下部的切割丝处于快要接触到待加工工件的顶端位置；或者在需要加工工件内部曲面时预先打好穿丝孔将切割丝穿过并安装在相应的切割驱动部上；

3)自动切割

启动控制器的全自动切割模式，由控制器根据解算数据控制升降电机通过同步带和升降丝杠带动升降切割部向下缓慢移动，即控制全自动切割机组线切割的竖直切割进给量；

4)退丝

当升降切割部到达加工区域底部和/或完成了对应模型的加工后，可以将切割丝从工件中抽出，通过控制器控制升降切割部快速回升到最上部，调整夹持固定把手松开加工工件，得到所需要的零件；或者

由控制器继续控制绕丝电机转动带动切割丝进行切割，控制升降电机和四个平移驱动电机将加工工件余料部分切断分离后控制升降切割部快速回升到最上部，调整夹持固定把手松开加工工件，得到所需要的零件。

控制器还控制绕丝电机转动带动切割丝对加工工件进行切割，同时控制四个平移驱动电机运动，带动切割驱动部在水平面的移动，即控制全自动切割机组线切割的水平面前后左右四个方向的切割进给量，以得到加工模型对应的面结构，参考附图每个切割驱动部均可以根据加工需要独立的做水平运动。

本发明的有益效果：

本发明的全自动切割机组和现有的线切割机器相比，其不仅可以切割平面或者简单的平行线组成的曲面，也可以切割复杂的非平行线组成的曲面或者切割特定的曲线组成的曲面，其可以同时独立切割两个面的曲面，也可以共同加工一个大曲率的曲面。在一些方案中可以同时切割四个面的曲面，对于每个加工面既可以切割简单的平行线组成的曲面，也可以切割复杂的非平行线组成的曲面，且相对的两个面切割出来的相同的或者是互为镜像曲面。提高了线切割装置的切割模型的适用范围，同时也提高了切割加工效率。

附图说明

图1为全自动切割机组主视示意图；

图2为全自动切割机组升降切割部俯视示意图；

图3为升降框架单元部分示意图；

图4为实施例一中水平移动部运动方式示意图；

图5为实施例一中可加工的曲面结构实物图；

图6为实施例二中全自动切割机组升降切割部俯视示意图；

图7为实施例三中全自动切割机组升降切割部俯视示意图；

附图标记说明

1、升降装置；11、升降电机；12、同步带传动A系统；13、同步带传动B系统；14、升降A丝杠；15、升降B丝杆；

2、固定架；21、升降A导杆；22、升降B导杆；

3、升降切割部；31、升降框架单元；32、水平移动部；321、平移驱动电机；322、联轴器；323、平移丝杠；324、平移导轨；3241、凸台；33、切割驱动部；331、绕丝电机；332、传动装置；333、卷绕筒；334、平移安装座；335、切割丝；336、可调张紧导向轮；337、调整槽；34、升降连接A板；35、升降连接B板；36、导向连接板；

4、底架；41、定位安装座；42、横向调节把手；43、夹持固定把手；44、纵向调节把手；45、可调支撑脚；

5、控制器；

6、加工工件。

为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

实施例一

参考附图1，该全自动切割机组为线切割装置，其包括升降装置1、固定架2、升降切割部3、底架4和控制器5；其中升降装置1包括：升降电机11、同步带传动A系统12、同步带传动B系统13、升降A丝杠14和升降B丝杆15；固定架2为矩形体框架，固定架2顶部安装有升降电机11、同步带传动A系统12和同步带传动B系统13，固定架2底部安装有底架4，底架4下部安装有控制器5；升降电机11位于固定架2顶部中间位置，同步带传动A系统12和同步带传动B系统13分别位于升降电机11左右两侧，用于传输升降电机11输出的动力，升降电机11为伺服电机；同步带传动A系统12的带轮输出轴与升降A丝杠14传动连接，同步带传动B系统13的带轮输出轴与升降B丝杠15传动连接，升降A丝杠14和升降B丝杠15竖直对称安装在固定架2内部左右两侧，升降A丝杠14和升降B丝杠15的上部均通过轴承与固定架2顶部转动连接，升降A丝杠14和升降B丝杠15的下部均通过轴承与底架4转动连接，升降A丝杠14和升降B丝杠15之间的区域为加工区域。

固定架2后部的左右两侧竖直对称设置有升降A导杆21和升降B导杆22，升降A导杆21和升降B导杆22为圆柱形滑杆，升降切割部3通过其后部设置的导向连接板36上的两个导向通孔与升降A导杆21和升降B导杆22上下滑动连，升降切割部3左侧的升降连接A板34通过其上的螺孔与升降A丝杠14螺纹驱动连接，升降切割部3右侧的升降连接B板35也通过其上的螺孔与升降B丝杠15螺纹驱动连接。升降电机11的动力通过同步带传动A系统12和同步带传动B系统13分别输出到升降A丝杠14和升降B丝杆15上使两者同步转动，升降A丝杠14和升降B丝杆15分别同步转动驱动升降连接A板34和升降连接B板35运动，从而带动整个升降切割部3上下运动，导向连接板36与升降A导杆21和升降B导杆22滑动连接则起到稳定同步升降的作用，通过控制器5控制升降电机11的正反转从而控制升降切割部3的上下精确运动。

底架4上安装有定位安装座41，定位安装座41位于升降A丝杠14和升降B丝杠15之间的加工区域，用于固定加工工件6以及调整其前后左右位置，通过夹持固定把手43固定紧加工工件6(对于非磁性加工工件可采用虎钳状加持部，对于磁性加工工件可采用电磁固定部)，通过横向调节把手42调节加工工件6的左右位置，通过纵向调节把手44调节加工工件6的前后位置。底架4底部四周安装有四个可调支撑脚45，用于调整整个全自动切割机组的水平状态。

参考附图2-3，升降切割部3具有四个升降框架单元31，每一个升降框架单元31较前一个顺时针旋转90°并首尾相接(即四个升降框架单元31组成连接在一起的90°顺时针旋转矩阵)组成正方形框架结构的升降切割部3，升降框架单元31为矩形框架，其上设置有水平移动部32和切割驱动部33；水平移动部32包括平移驱动电机321、联轴器322、平移丝杠323和平移导轨324；平移驱动电机321固定安装在升降框架单元31首部位置，平移驱动电机321的输出轴通过联轴器322传动连接平移丝杠323，平移丝杠323在矩形升降框架单元31长度方向上平行延伸并通过轴承转动安装在升降框架单元31的尾部，平移导轨324为圆柱形导轨和平移丝杠323平行安装并固定在升降框架单元31上，可选的，平移导轨324有两个，对称设置在平移丝杠323两侧。升降切割部3框架的左侧固接升降连接A板34，右侧固接升降连接B板35，后部固接导向连接板36。

切割驱动部33包括：绕丝电机331、传动装置332、卷绕筒333、平移安装座334、切割丝335和可调张紧导向轮336；切割驱动部33设置在平移丝杠323和平移导轨324上，具体的，切割驱动部33中的平移安装座334通过螺纹孔和平移丝杠323传动连接，通过导向通孔与平移导轨324滑动连接；平移安装座334上安装有绕丝电机331、传动装置332、卷绕筒333和可调张紧导向轮336，切割丝335的一部分卷绕在卷绕筒333上，绕丝电机331通过传动装置332带动卷绕筒333转动从而带动切割丝335收\放运动，传动传动装置332可以是同步带传动或者齿轮传动，切割丝335从下部绕过可调张紧导向轮336，可调张紧导向轮336起到张紧切割丝335以及引导切割方向的作用(可选的参考附图4，可调张紧导向轮336的安装座采用可回弹的转动结构安装在平移安装座334上，以实现在大角度位置的切割过程中走丝顺畅)。

在正方形框架结构的升降切割部3中，相对的两个升降框架单元31上对应的切割驱动部33共用一根切割丝335，即整个升降切割部3中具有两根切割丝335；两个对应的切割驱动部33中的绕丝电机331相互配合实现切割丝335的切割运动，当一侧切割驱动部33中卷绕筒333到达预定的转动圈数，缠绕在其上的切割丝即将耗尽时，控制两侧切割驱动部33的绕丝电机331改变运动方向实现切割丝335的换向切割；通过调整两个对应的切割驱动部33中可调张紧导向轮336的高度，使两根切割丝335不处于同一水平面上，在切割运动时互不干涉；正方形框架结构升降切割部3中的正方形截面即为切割面。上述平移驱动电机321和绕丝电机331均采用伺服驱动电机，由控制器5控制其运动，从而实现切割丝335的切割运动和切割驱动部33的水平运动。在切割金属材料时切割丝335采用电火花切割中的钼丝或铜丝作为切割丝，并在切割驱动部33上设置电连接器为切割丝335通入负直流脉冲电压，将加工工件6接地；或在切割时切割丝335采用金钢石线切割丝。

该全自动切割机组的工作原理和曲面加工方法为：将加工工件6安装在定位安装座41上，通过调整夹持固定把手43将加工工件6固定，通过调节横向调节把手42和纵向调节把手44将加工工件6移动到升降切割部3切割面的下方；上位机通过数据接口将加工模型(例如某种曲面)输入到控制器5中，控制器5将模型数据解算为控制该全自动切割机组的运行控制数据。

首先，进行对丝作业，手动控制控制器5使得升降电机11运行，通过同步带和升降丝杠带动升降切割部3向下缓慢移动，使得升降切割部3位于下部的切割丝335处于快要接触到待加工工件6的顶端位置；或者在需要加工工件内部曲面时预先打好穿丝孔将切割丝335穿过并安装在相应的切割驱动部33上。

然后，启动控制器5的全自动切割模式，即由控制器5根据解算数据控制升降电机11通过同步带和升降丝杠带动升降切割部3向下缓慢移动，即控制全自动切割机组线切割的竖直切割进给量。控制器6还控制绕丝电机331转动带动切割丝335对加工工件6进行切割，同时控制四个平移驱动电机321运动，带动切割驱动部33在水平面的移动，即控制全自动切割机组线切割的水平面前后左右四个方向的切割进给量，以得到加工模型对应的面结构，参考附图4每个切割驱动部33均可以根据加工需要独立的做水平运动。

最后，当升降切割部3到达加工区域底部和/或完成了对应模型的加工后，可以将切割丝335从工件中抽出，通过控制器5控制升降切割部3快速回升到最上部，调整夹持固定把手43松开加工工件6，得到所需要的零件。或者由控制器5继续控制绕丝电机331转动带动切割丝335进行切割，控制升降电机11和四个平移驱动电机321将加工工件6余料部分切断分离后控制升降切割部3快速回升到最上部，调整夹持固定把手43松开加工工件6，得到所需要的零件。

采用本实施例中的双切割丝切割的加工方法，可以同时独立切割两个面的曲面，或者共同加工一个大曲率的曲面，即可以切割简单的平行线组成的曲面(附图5(a))，也可切割复杂的非平行线组成的曲面(附图5(b))，还可以切割特定的曲线组成的曲面(例如壶形曲面)。

实施例二

参考附图6在实施例一的基础上，在每个升降框架单元31切割驱动部33的平移安装座334上设置有两套绕丝电机331、传动装置332、卷绕筒333和可调张紧导向轮336，每套绕丝电机331、传动装置332、卷绕筒333和可调张紧导向轮336安装在一个安装板上(图中未示出)，安装板可滑动的与调整槽337连接，在滑动到所需位置后通过紧固结构固定紧，每套绕丝电机331、传动装置332、卷绕筒333和可调张紧导向轮336和对向升降框架单元31上相同位置的绕丝电机331、传动装置332、卷绕筒333和可调张紧导向轮336共用一个切割丝335，这样在整个方形切割面上的左右和前后方向上均有两根平行且在同一水平面上切割丝335，通过调整可调张紧导向轮336使得，左右方向上两根切割丝335和前后方向上的两根切割丝335相互错开，不在同一平面。

在使用时的工作原理和实施例一中的工作原理基本相同，在开始时需要根据加工模型的具体尺寸调整安装板的位置，使得每套绕丝电机331、传动装置332、卷绕筒333和可调张紧导向轮336处于合适的加工位置再进行对丝或者穿丝作业。

采用本实施例中四切割丝的切割加工方法，可以同时加工四个面的曲面，对于每个加工面即可以切割简单的平行线组成的曲面，也可切割复杂的非平行线组成的曲面，且相对的两个面切割出来的曲面相同。

实施例三

参考附图7在实施例一的基础上，在每个升降框架单元31水平移动部32的平移丝杠323的中部设置有凸台3241，凸台3241将平移丝杠323分割成两部分，平移丝杠323两分部螺纹的旋向相反，每一部分螺纹上均设置有切割驱动部33，即每个升降框架单元31具有两个移动方形相反的切割驱动部33，切割驱动部33与水平移动部32的配合连接以及驱动方式与实施例一相同，每个升降框架单元31上两个切割驱动部33和其对向升降框架单元31上相同位置的切割驱动部33共用一个切割丝335，这样在整个方形切割面上的左右和前后方向上均有两根平行且在同一水平面上切割丝335，通过调整可调张紧导向轮336使得，左右方向上两根切割丝335和前后方向上的两根切割丝335相互错开，不在同一平面。

在使用时的工作原理和实施例一中的工作原理基本相同，在开始时需要根据加工模型的具体尺寸调整四个平移驱动电机321，使得八个切割驱动部33到达预定的起始位置后，再进行对丝或者穿丝作业。

采用本实施例中四切割丝的切割加工方法，可以同时切割四个面的曲面，对于每个加工面即可以切割简单的平行线组成的曲面，也可以切割复杂的非平行线组成的曲面，且相对的两个面切割出来的曲面互为镜像曲面。

实施例四

在实施例一、二、三的基础上，将定位安装座41设置为在加工工件的过程中可以前后左右和/或旋转运动的结构，通过电机丝杆或者液压驱动，通过控制器5控制，可以切割出更为复杂的曲面结构。

以上描述仅为本申请的较佳实施方式以及对所运用技术原理的说明。需要注意的是：本文中所说的上、下、左、右、前后等指示方位的字词仅是针对所示结构在对应附图中位置而言。本文中为零部件所编序号本身，例如：A、B等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims

1.全自动切割机组的切割方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)安装

2)对丝

3)自动切割

4)退丝

2.根据权利要求1所述的全自动切割机组的切割方法，其特征在于,控制器还控制绕丝电机转动带动切割丝对加工工件进行切割，同时控制四个平移驱动电机运动，带动切割驱动部在水平面的移动，即控制全自动切割机组线切割的水平面前后左右四个方向的切割进给量，以得到加工模型对应的面结构，参考附图每个切割驱动部均可以根据加工需要独立的做水平运动。