CN111702240B - 一种铝合金门窗切割的智能控制系统 - Google Patents

一种铝合金门窗切割的智能控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种铝合金门窗切割的智能控制系统，包括操作台，所述操作台顶端中部开设有缓冲槽，缓冲槽内固定连接有缓冲机构，操作台顶端靠近缓冲槽两侧均固定连接有滑动夹持机构，两个滑动夹持机构两侧固定连接有滑动升降机构，滑动升降机构顶端滑动连接有切割机构，缓冲机构由上缓冲板和下缓冲板组成，下缓冲板固定连接于缓冲槽底端，下缓冲板顶端固定连接有若干缓冲弹簧，缓冲弹簧顶端与上缓冲板固定连接，操作台正面固定连接有PLC控制器，本发明方案：通过滑动夹持机构对铝合金门窗进行夹持固定并将铝合金整体输送至上缓冲板顶端，通过滑动升降机构配合切割机构对铝合金门窗进行定量切割，减轻人员工作量，提高工作效率。

Description

一种铝合金门窗切割的智能控制系统
技术领域
本发明属于铝合金切割技术领域，具体涉及一种铝合金门窗切割的智能控制系统。
背景技术
铝合金型材，工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、汽车、船舶，建筑，装修中已大量应用。铝合金型材凭着它轻便、易造型且价格便宜的优点受到了广大家庭的喜爱，特别是在中国门窗消费市场上，铝合金门窗在整个门窗行业中已经占到了绝对的优势，铝合金门窗是建筑行业中不可或缺的一部分，主要起到透光、透气的作用，铝合金门窗在生产使用的过程中都需要进行切割，在切割时往往需要工作人员手工画线同时需要另外一个工作人员辅助固定切割，现有技术中无法满足单人铝合金门窗夹持固定并进行测量的同时对其进行切割。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铝合金门窗切割的智能控制系统，旨在解决现有技术中单人无法实现对铝合金门窗进行固定加持的同时并对铝合金门窗进行测量和切割的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种铝合金门窗切割的智能控制系统，包括操作台，所述操作台顶端中部开设有缓冲槽，所述缓冲槽内固定连接有缓冲机构，所述操作台顶端靠近所述缓冲槽两侧均固定连接有滑动夹持机构，所述两个所述滑动夹持机构两侧固定连接有滑动升降机构，所述滑动升降机构顶端滑动连接有切割机构，所述缓冲机构由上缓冲板和下缓冲板组成，所述下缓冲板固定连接于所述缓冲槽底端，所述下缓冲板顶端固定连接有若干缓冲弹簧，所述缓冲弹簧顶端与所述上缓冲板固定连接，所述操作台正面固定连接有PLC控制器。
为了使得固定夹持铝合金门窗，作为本发明一种优选的，所述滑动夹持机构包括第一电动滑槽，所述第一电动滑槽内滑动连接有两个第一滑块，两个所述第一滑块一侧均固定连接有电动推杆，两个所述电动推杆的推动杆顶端均固定连接有夹持块，所述第一电动滑槽底端与所述操作台顶端固定连接。
为了使得调节切割机构对铝合金门窗切割的深度，作为本发明一种优选的，所述滑动升降机构包括两个第二电动滑槽，两个所述第二电动滑槽分别设置于两个第一电动滑槽一侧并与所述操作台顶端固定连接，两个所述第二电动滑槽内均滑动连接有第二滑块，所述第一滑块顶端、第二滑块顶端均固定连接有固定块，两个所述固定块顶端均与减速电机底端固定连接，两个减速电机的输出轴均转动连接有丝杆，两个丝杆上均转动连接有升降块，两个升降块之间固定连接有第三电动滑槽，所述第三电动滑槽内滑动连接有第三滑块。
为了使得对铝合金门窗进行测量和切割，作为本发明一种优选的，所述切割机构包括固定底座，所述固定底座开设有通孔，所述第三滑块通过通孔与所述固定底座固定连接，所述固定底座正面底部固定连接有激光扫描仪，所述固定底座底端固定连接有连接杆，所述连接杆底端固定连接有刀片架，所述刀片架一侧设置有驱动电机，所述刀片架内转动连接有刀片，所述驱动电机的输出轴贯通所述刀片架与所述刀片转动连接。
为了使得该系统正常工作，作为本发明一种优选的，所述第一电动滑槽、第二电动滑槽、第三电动滑槽、电动推杆、激光扫描仪、减速电机和驱动电机均与PLC控制器电性连接，所述PLC控制器与外接电源电性连接。
在一个实施例中，利用所述激光扫描仪63扫描到的铝合金门窗尺寸通过PLC控制器7对所述第一电动滑槽41进行控制得到第一滑块42的移动速度以及通过PLC控制器7对电动推杆43的速度进行自适应实时控制，确保在两个所述电动推杆43推动夹持块固定铝合金门窗时不被夹坏的同时又保证夹持的力度，其具体步骤包括：
步骤A1：利用激光扫描仪63扫描到的X轴长度尺寸结合公式(1)得到第一滑块42的实时移动速度Vh(t)
Figure GDA0003051366370000031
其中Vh(t)表示t时刻第一滑块42的移动速度；X表示激光扫描仪63扫描到的X轴长度；μh表示第一滑块42与第一电动滑槽41之间的滑动系数(取值0.3-0.4)；g表示重力加速度(取值9.8m/s2)；u()表示阶跃函数(当括号内的值大于等于0时函数值为1，当括号内的值小于0时函数值为0)；
步骤A2：从夹持块接触到铝合金门窗时的电动推杆43速度以及公式(2)得到电动推杆43速度减为0时铝合金门窗收到的夹持力E
Figure GDA0003051366370000041
其中E表示电动推杆43速度减为0时铝合金门窗收到的夹持力；md表示电动推杆43的质量；Vd表示夹持块接触到铝合金门窗时的电动推杆43速度；μd表示电动推杆43推动时受到的阻尼系数(取值0.5-0.8)；
步骤A3：预设铝合金门窗的适宜夹持力为F＝90N，为了确保在两个所述电动推杆43推动夹持块固定铝合金门窗时不被夹坏的同时又保证夹持的力度，令E＝85％F，对公式(2)求反函数得到Vd＝f(E)，将E＝85％F代入反函数，得到Vd＝f(85％F)；将得到的Vd值记做V表示夹持块接触到铝合金门窗时的电动推杆43适宜速度；
步骤A4：将步骤A3得到的夹持块接触到铝合金门窗时的电动推杆43适宜速度代入公式3并结合利用激光扫描仪63扫描到的y轴长度尺寸得到电动推杆43的实时速度Vd(t)
Figure GDA0003051366370000042
其中Vd(t)表示t时刻电动推杆43的速度；Y表示激光扫描仪63扫描到的y轴长度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)通过设有滑动夹持机构，将铝合金门窗放置于缓冲机构顶端，通过电动推杆推动夹持块对铝合金门窗进行夹持固定，通过第一滑块在第一电动滑槽中滑动，使得将铝合金门窗完整的固定夹持输送至缓冲机构顶端，并通过切割机构对铝合金门窗进行切割；
2)通过设有滑动升降机构和切割机构，第二滑块在第二电动滑槽中滑动，第三滑块在第三电动滑槽中滑动，激光扫描仪对铝合金门窗进行尺寸扫描，丝杆转动带动升降块升降，继而使得第三电动滑槽带动切割机构升降，通过驱动电机驱动刀片转动，继而对铝合金门窗进行尺寸测量并进行定量切割。
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，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为本发明的结构示意图；
图2为本发明的缓冲机构结构示意图；
图3为本发明的滑动夹持机构结构示意图；
图4为本发明的滑动升降机构结构示意图；
图5为本发明的切割机构结构示意图；
图6为本发明的PLC控制器电路图。
图中：1、操作台；2、缓冲槽；3、缓冲机构；31、上缓冲板；32、下缓冲板；33、缓冲弹簧；4、滑动夹持机构；41、第一电动滑槽；42、第一滑块；43、电动推杆；44、夹持块；5、滑动升降机构；51、第二电动滑槽；52、第二滑块；53、固定块；54、减速电机；55、丝杆；56、升降块；57、第三电动滑槽；58、第三滑块；6、切割机构；61、固定底座；62、通孔；63、激光扫描仪；64、连接杆；65、刀片架；66、刀片；67、驱动电机；7、PLC控制器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-6，本发明提供以下技术方案：一种铝合金门窗切割的智能控制系统，包括操作台1，操作台1顶端中部开设有缓冲槽2，缓冲槽2内固定连接有缓冲机构3，操作台1顶端靠近缓冲槽2两侧均固定连接有滑动夹持机构4，两个滑动夹持机构4两侧固定连接有滑动升降机构5，滑动升降机构5顶端滑动连接有切割机构6，缓冲机构3由上缓冲板31和下缓冲板32组成，下缓冲板32固定连接于缓冲槽2底端，下缓冲板32顶端固定连接有若干缓冲弹簧33，缓冲弹簧33顶端与上缓冲板31固定连接，操作台1正面固定连接有PLC控制器7。
优选的，滑动夹持机构4包括第一电动滑槽41，第一电动滑槽41内滑动连接有两个第一滑块42，两个第一滑块42一侧均固定连接有电动推杆43，两个电动推杆43的推动杆顶端均固定连接有夹持块44，第一电动滑槽41底端与操作台1顶端固定连接。
具体使用时，将铝合金门窗放置于缓冲机构3顶端，铝合金门窗挤压上缓冲板31，上缓冲板31挤压缓冲弹簧33，避免铝合金门窗放置于上缓冲板31顶端时过于用力，造成铝合金门窗损坏，通过电动推杆43推动夹持块44对铝合金门窗进行固定夹持，通过第一滑块42在第一电动滑槽41中滑动，使得夹持块44固定夹持的铝合金门窗整体输送至上缓冲板31顶端，通过切割机构6对铝合金门窗进行切割。
优选的，滑动升降机构5包括两个第二电动滑槽51，两个第二电动滑槽51分别设置于两个第一电动滑槽41一侧并与操作台1顶端固定连接，两个第二电动滑槽51内均滑动连接有第二滑块52，第一滑块42顶端、第二滑块52顶端均固定连接有固定块53，两个固定块53顶端均与减速电机54底端固定连接，两个减速电机54的输出轴均转动连接有丝杆55，两个丝杆55上均转动连接有升降块56，两个升降块56之间固定连接有第三电动滑槽57，第三电动滑槽57内滑动连接有第三滑块58。
具体使用时，第二滑块52在第二电动滑槽51中滑动，减速电机54驱动丝杆55转动从而使得升降块56实现升降，第三滑块58在第三电动滑槽57中滑动，通过升降块56的升降带动第三电动滑槽57升降，实现对铝合金门窗切割深度的调节。
优选的，切割机构6包括固定底座61，固定底座61开设有通孔62，第三滑块58通过通孔62与固定底座61固定连接，固定底座61正面底部固定连接有激光扫描仪63，固定底座61底端固定连接有连接杆64，连接杆64底端固定连接有刀片架65，刀片架65一侧设置有驱动电机67，刀片架65内转动连接有刀片66，驱动电机67的输出轴贯通刀片架65与刀片66转动连接。
具体使用时，通过第二滑块52在第二电动滑槽51中滑动带动第二滑块52顶端固定连接的固定块53滑动，从而使得减速电机54带动丝杆55在第二电动滑槽51方向滑动，通过第三滑块58在第三电动滑槽57中滑动带动固定底座61在第三电动滑槽57方向滑动，继而使得型号为TIM561的激光扫描仪63在X轴和Y轴方向进行扫描，丝杆55转动使得升降块56在丝杆55上升降，从而使得升降块56带动第三电动滑槽57升降，第三电动滑槽57带动固定底座61升降，从而使得驱动电机67带动刀片66转动对铝合金进行定量切割。
优选的，第一电动滑槽41、第二电动滑槽51、第三电动滑槽57、电动推杆43、激光扫描仪63、减速电机54和驱动电机67均与PLC控制器7电性连接，PLC控制器7与外接电源电性连接。
具体使用时，通过PLC控制器7实现对该系统的自动化控制。
在一个实施例中，利用所述激光扫描仪63扫描到的铝合金门窗尺寸通过PLC控制器7对所述第一电动滑槽41进行控制得到第一滑块42的移动速度以及通过PLC控制器7对电动推杆43的速度进行自适应实时控制，确保在两个所述电动推杆43推动夹持块固定铝合金门窗时不被夹坏的同时又保证夹持的力度，其具体步骤包括：
步骤A1：利用激光扫描仪63扫描到的X轴长度尺寸结合公式(1)得到第一滑块42的实时移动速度Vh(t)
Figure GDA0003051366370000091
其中Vh(t)表示t时刻第一滑块42的移动速度；X表示激光扫描仪63扫描到的X轴长度；μh表示第一滑块42与第一电动滑槽41之间的滑动系数(取值0.3-0.4)；g表示重力加速度(取值9.8m/s2)；u()表示阶跃函数(当括号内的值大于等于0时函数值为1，当括号内的值小于0时函数值为0)；
步骤A2：从夹持块接触到铝合金门窗时的电动推杆43速度以及公式(2)得到电动推杆43速度减为0时铝合金门窗收到的夹持力E
Figure GDA0003051366370000092
其中E表示电动推杆43速度减为0时铝合金门窗收到的夹持力；md表示电动推杆43的质量；Vd表示夹持块接触到铝合金门窗时的电动推杆43速度；μd表示电动推杆43推动时受到的阻尼系数(取值0.5-0.8)；
步骤A3：预设铝合金门窗的适宜夹持力为F＝90N，为了确保在两个所述电动推杆43推动夹持块固定铝合金门窗时不被夹坏的同时又保证夹持的力度，令E＝85％F，对公式(2)求反函数得到Vd＝f(E)，将E＝85％F代入反函数，得到Vd＝f(85％F)；将得到的Vd值记做V表示夹持块接触到铝合金门窗时的电动推杆43适宜速度；
步骤A4：将步骤A3得到的夹持块接触到铝合金门窗时的电动推杆43适宜速度代入公式(3)并结合利用激光扫描仪63扫描到的y轴长度尺寸得到电动推杆43的实时速度Vd(t)
Figure GDA0003051366370000101
其中Vd(t)表示t时刻电动推杆43的速度；Y表示激光扫描仪63扫描到的y轴长度。
上述技术方案的有益效果是：利用步骤A1中的公式(1)得到第一滑块42的实时移动速度，目的是为了通过激光扫描仪63扫描到的的X轴长度尺寸得到一个适合该铝合金门窗的第一滑块42的移动速度，与没有该公式和步骤相比提高了对固定铝合金门窗切割的效率；利用步骤A2中的公式(2)得到电动推杆43速度减为0时铝合金门窗收到的夹持力，目的是为了利用公式分析出夹持力和夹持块接触到铝合金门窗时的电动推杆43速度之间的关系；再进一步利用步骤A3得出一个夹持块接触到铝合金门窗时的电动推杆43适宜速度，与没有该公式和步骤相比保证了在两个所述电动推杆43推动夹持块固定铝合金门窗时不被夹坏的同时又保证夹持的力度，最后再利用步骤A4中的公式(3)得到电动推杆43的实时速度，确保了铝合金门窗可以通过PLC控制器7进行自适应的调节电动推杆43的速度，也体现了自动化的效果。
最后应说明的是：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所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 (2)

1.一种铝合金门窗切割的智能控制系统，包括操作台(1)，其特征在于：所述操作台(1)顶端中部开设有缓冲槽(2)，所述缓冲槽(2)内固定连接有缓冲机构(3)，所述操作台(1)顶端靠近所述缓冲槽(2)两侧均固定连接有滑动夹持机构(4)，两个所述滑动夹持机构(4)两侧固定连接有滑动升降机构(5)，所述滑动升降机构(5)顶端滑动连接有切割机构(6)，所述缓冲机构(3)由上缓冲板(31)和下缓冲板(32)组成，所述下缓冲板(32)固定连接于所述缓冲槽(2)底端，所述下缓冲板(32)顶端固定连接有若干缓冲弹簧(33)，所述缓冲弹簧(33)顶端与所述上缓冲板(31)固定连接，所述操作台(1)正面固定连接有PLC控制器(7)；
其中，所述滑动夹持机构(4)包括第一电动滑槽(41)，所述第一电动滑槽(41)内滑动连接有两个第一滑块(42)，两个所述第一滑块(42)一侧均固定连接有电动推杆(43)，两个所述电动推杆(43)的推动杆顶端均固定连接有夹持块(44)，所述第一电动滑槽(41)底端与所述操作台(1)顶端固定连接；
其中，所述滑动升降机构(5)包括两个第二电动滑槽(51)，两个所述第二电动滑槽(51)分别设置于两个第一电动滑槽(41)一侧并与所述操作台(1)顶端固定连接，两个所述第二电动滑槽(51)内均滑动连接有第二滑块(52)，所述第一滑块(42)顶端、第二滑块(52)顶端均固定连接有固定块(53)，两个所述固定块(53)顶端均与减速电机(54)底端固定连接，两个减速电机(54)的输出轴均转动连接有丝杆(55)，两个丝杆(55)上均转动连接有升降块(56)，两个升降块(56)之间固定连接有第三电动滑槽(57)，所述第三电动滑槽(57)内滑动连接有第三滑块(58)；
其中，所述切割机构(6)包括固定底座(61)，所述固定底座(61)开设有通孔(62)，所述第三滑块(58)通过通孔(62)与所述固定底座(61)固定连接，所述固定底座(61)正面底部固定连接有激光扫描仪(63)，所述固定底座(61)底端固定连接有连接杆(64)，所述连接杆(64)底端固定连接有刀片架(65)，所述刀片架(65)一侧设置有驱动电机(67)，所述刀片架(65)内转动连接有刀片(66)，所述驱动电机(67)的输出轴贯通所述刀片架(65)与所述刀片(66)转动连接；
其中，利用所述激光扫描仪(63)扫描到的铝合金门窗尺寸通过PLC控制器(7)对所述第一电动滑槽(41)进行控制得到第一滑块(42)的移动速度以及通过PLC控制器(7)对电动推杆(43)的速度进行自适应实时控制，确保在两个所述电动推杆(43)推动夹持块固定铝合金门窗时不被夹坏的同时又保证夹持的力度，其具体步骤包括：
步骤A1：利用激光扫描仪(63)扫描到的X轴长度尺寸结合公式(1)得到第一滑块(42)的实时移动速度Vh(t)
Figure FDA0003051366360000021
其中Vh(t)表示t时刻第一滑块(42)的移动速度；X表示激光扫描仪(63)扫描到的X轴长度；μh表示第一滑块(42)与第一电动滑槽(41)之间的滑动系数，取值为0.3-0.4；g表示重力加速度，取值9.8m/s2；u()表示阶跃函数，当括号内的值大于等于0时函数值为1，当括号内的值小于0时函数值为0；
步骤A2：从夹持块接触到铝合金门窗时的电动推杆(43)速度以及公式(2)得到电动推杆(43)速度减为0时铝合金门窗收到的夹持力E
Figure FDA0003051366360000031
其中E表示电动推杆(43)速度减为0时铝合金门窗收到的夹持力；md表示电动推杆(43)的质量；Vd表示夹持块接触到铝合金门窗时的电动推杆(43)速度；μd表示电动推杆(43)推动时受到的阻尼系数，取值为0.5-0.8；
步骤A3：预设铝合金门窗的适宜夹持力为F＝90N，为了确保在两个所述电动推杆(43)推动夹持块固定铝合金门窗时不被夹坏的同时又保证夹持的力度，令E＝85％F，对公式(2)求反函数得到Vd＝f(E)，将E＝85％F代入反函数，得到Vd＝f(85％F)；将得到的Vd值记做V表示夹持块接触到铝合金门窗时的电动推杆(43)适宜速度；
步骤A4：将步骤A3得到的夹持块接触到铝合金门窗时的电动推杆(43)适宜速度代入公式(3)并结合利用激光扫描仪(63)扫描到的y轴长度尺寸得到电动推杆(43)的实时速度Vd(t)
Figure FDA0003051366360000041
其中Vd(t)表示t时刻电动推杆(43)的速度；Y表示激光扫描仪(63)扫描到的y轴长度。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金门窗切割的智能控制系统，其特征在于：所述第一电动滑槽(41)、第二电动滑槽(51)、第三电动滑槽(57)、电动推杆(43)、激光扫描仪(63)、减速电机(54)和驱动电机(67)均与PLC控制器(7)电性连接，所述PLC控制器(7)与外接电源电性连接。
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