CN112105476A - 用于材料去除的可成形的热铲 - Google Patents

Abstract

通常需要通过铲挖来去除材料。有必要自动更改铲挖工具的形状。本发明提出了几种用于自动改变铲挖工具的形状的机构。在本发明中还提出了检测和校正切割线材滞后的方法。

Description

用于材料去除的可成形的热铲

技术领域

本发明涉及CNC型材切割领域。本发明提出了一种专用工具及切割方法，该方法使工具的形状能够动态地自动控制，从而实现期望的材料去除效果。

本发明还提出了一种用于监测切割工具的偏转，从而防止、校正由于切割工具偏转而引起的几何误差的传感器。本申请基于2017年8月22日提交的印度申请号201741029777、2017年11月20日提交的印度申请号201741041577、2017年10月16日提交的印度申请号201743036596、2018年6月19日提交的印度申请号201841022791并要求其优先权，它们的公开内容据此以引用方式并入本文。

背景技术

在CNC型材切割机中，通常需要通过铲挖来去除材料。

但是有必要根据设计更改铲挖工具的形状。这通常是手动的且耗时的过程，易于产生尺寸误差。

因此，需要开发一种新的工具和切割方法，该方法使工具的形状能够动态地自动控制，从而实现期望的材料去除效果。

切割工具的偏转也会导致几何误差。因此，需要开发一种用于监测和校正偏转的传感器。

发明内容

本发明的主要目的是开发一种新的工具和切割方法，该方法使工具的形状能够动态地自动控制，从而实现期望的材料去除效果。

本发明的另一个目的是开发一种用于监测切割工具的偏转，从而防止、校正由于切割工具偏转而引起的几何误差的传感器。

当结合以下描述和附图考虑时，将更好地认识和理解本文中的实施例的这些和其他目的。然而，应当理解，以下描述虽然指出了优选实施例及其众多具体细节，但是它们是通过示例而非限制的方式给出的。在不脱离本发明的精神的情况下，可以在本文的实施例的范围内做出许多改变和修改，并且本文中的实施例包括所有这样的修改。

附图说明

在附图中示出了本发明，在所有附图中，相似的附图标记表示各个图中的相应部分。通过以下参考附图的描述，将会更好地理解本文的实施例，在附图中：

图1描绘了所提出的半V形可调工具以及致动机构。

图2描绘了在不同角度位置的半V形可调工具。

图3描绘了所提出的半V形弯曲可调工具。

图4描绘了处于不同曲率的半V形弯曲可调工具。

图5描绘了所提出的具有柔性弹簧外部的长热刀，其呈不同的弯曲形状。

图6描绘了所提出的可调矩形铲挖工具。

图7描绘了所提出的形成复杂形状的可调矩形铲挖工具组合。

图8描绘了所提出的可调弯曲铲挖工具。

图9描绘了处于不同曲率的所提出的可调弯曲铲挖工具。

图10描绘了使用环形传感器的所提出的线材滞后检测系统。

图11描绘了使用摄像头传感器和珠子的所提出的线材滞后检测系统。

图12描绘了使用摄像头加上激光传感器的所提出的线材滞后检测系统。

图13描绘了使用摄像头和激光传感器的所提出的线材滞后检测系统(顶视图)

图14描绘了所提出的复合热铲。

具体实施方式

参照在附图中示出并在以下描述中详细描述的非限制性实施例，更全面地解释本文的实施例及其各种特征和有利细节。省略了对熟知的部件和处理技术的描述，以免不必要地使本文的实施例晦涩难懂。本文中使用的示例仅旨在促进对可以实践本文中的实施例的方式的理解，并进一步使本领域技术人员能够实践本文中的实施例。例如，应当注意，尽管关于使用加热的线材切割EPS材料来解释一些实施例，但是任何其他应用也可以在具有很少修改或没有修改的情况下结合本发明的主题。因此，这些示例不应解释为限制本文的实施例的范围。

本文的实施例描述使用可成形工具的智能自动切割方法。现在参考附图，并且更具体地参考图1至图14，其中在所有附图中相似的附图标记始终表示对应的特征，并且示出了多个实施例。

图1示出了呈半V形的可变角度铲挖工具。

它由垂直切割边缘201和倾斜切割边缘201a组成。切割边缘通常是中空金属管。绝缘加热线材(NiCr等)202-205穿过中空管，以实现加热。

对于3D铲挖，通常将工具安装成使得垂直边缘201沿着旋转位置CNC轴(通常为C轴，轴线沿着Z轴)。期望将垂直元件始终保持在中心而不偏离。在中空管中形成狭缝203，然后弯曲。这将确保在无需很大的力的情况下在接头处容易地发生弯曲。

在图1中还示出了用于改变角度的致动器。它由具有旋转中心210的较大圆盘或杠杆209组成。208是圆盘209上的枢转点。圆盘207可以绕枢转点208自由旋转。

另一个中空管206固定到圆盘207。206的内径略大于201a的外径，以使得201a可以在206内自由滑动。

通过使用旋转致动器来控制圆盘209的角位置，可以在201与201a之间控制工具的角度。

从201a的一端出来的加热线材205是柔性的，并且电连接以便为线材供电从而用于加热。由于线材是柔性的，因此即使在角运动期间也可以保持接触。

图2示出了圆盘207的自对准，并因此示出了管206在201a的不同角位置处的自对准。

有时希望切割边缘201a是弯曲的。图3示出了用于实现该目的布置。它包括垂直的切割边缘401和约45度的弯曲402。403是中空的柔性弹簧，该弹簧的一端附接到402，而另一端保持到圆盘406，该圆盘连接至CNC控制的旋转致动器。

通过旋转圆盘406，可以控制柔性弹簧403的结束切线。通过这种方法，403可以呈现如图4所示的凹形或凸形。

内部带有加热元件的柔性弹簧是非常有用的工具，可以在多种情况下使用。在专利申请201743028765中，长切割工具需要弯曲。这可以通过使用柔性弹簧作为外部元件并使用加热线材作为内部元件来实现，从而使工具易于弯曲和变直，因而形成紧凑的系统。

通过控制柔性弹簧所保持在的线材的两端处的起始切线，可以将柔性弹簧制成具有弯曲的形状。两个保持点之间的距离也可以调节。因此，如图5所示，可以动态地调节切割线材的形状。可以可选地使用摄像头来检查线材的形状，并且可以使用反馈来实现精确的所需形状。

对于包装应用，期望得到具有可变宽度的铲挖工具。图6示出了铲挖工具的布置，其中宽度可以手动控制或通过连接到CNC控制器的旋转致动器来控制。

参考图6，该工具包括垂直切割边缘501、水平切割边缘502、另一个水平切割边缘504和另一个垂直切割边缘503。切割边缘通常是细的中空金属管。绝缘加热线材505至506穿过中空管以实现加热作用。

504的内径略大于502的外径，以使得502可以容易地在504内部滑动。

通过向左或向右移动管503和504，可以分别减小或增大工具的有效宽度。该操作可以是手动或自动的。

滑轮509的角位置由CNC控制的旋转致动器控制。绳子/皮带511和512越过惰轮510。

管503附接到底部皮带511(如果滑轮509位于管503的左侧，则附接到顶部皮带512)。

因此，通过旋转致动器，可以控制管503的位置并因此可以控制工具的宽度。

随着工具的宽度减小或增大，加热线材505-506趋向于分别松弛/拉伸。

对于小的行程，该绳子可以被弹簧加载，以克服松弛/拉伸。实际上，对于较小的行程，整个水平管502和504可以被单个柔性中空弹簧代替。

对于较长的行程，线材506越过惰轮507和508(可选的)并缠绕到驱动圆盘509上。

现在，当工具宽度减小时，多余的线材将缠绕到509上，从而防止松弛，反之亦然。

对于包装，期望使线材弯曲成如图7所示的不同形状。这可以通过使用多个彼此相邻放置的可变宽度工具来实现，如图7所示。

图7示出了工具602-603-604-605和工具606-607-608-609彼此非常靠近地安装，从而得到期望的形状。

整个工具可以被升高/降低以实现可变的深度。

图8示出了可成形的铲挖工具，其形状和轮廓半径可以被控制。

它由中空的垂直管701和702组成。703是附接在701和702之间的中空柔性弹簧。

704-705是绝缘的加热元件，它穿过701、703和702，从而加热所有3个管。

706是另一个可选的中空管切割边缘，其底部顶端附接到703的中部。

706可以沿轴线707上下移动。

701和702之间的距离D1可手动或自动调节。

通过控制D1和轴线707，可将柔性管703制成如图9所示的不同形状。

可以可选地使用摄像机来监测输出形状，并且可以对D1和轴线707进行微调，以实现精确的所需弯曲形状。

尽管图1和图2显示了半V形工具，但可以将其进行镜像处理以实现全V形切割工具。甚至可以可选地对两个半V形角度进行独立控制。

半V形切割边缘是3轴或4轴线材切割工艺所独有的，在铣削工具中无法实现。

通过控制XYZC和工具角度并使用半或全V形工具，可以容易地加工复杂的3D设计。

环形线材切割适用于如泡沫切割、线材EDM金属切割等过程。

图10示出了位于基座805上的泡沫块804。加热线材803正切穿该块。线材保持在带齿的杆806之间。

801和802是围绕线材安装的金属环形传感器。环由支架807保持，该支架通过柄部808附接/夹紧到杆806上。

当线材切穿块时，密度变化会导致线材滞后。当线材沿任何方向滞后时，它将接触环形传感器。

当发生接触时，加热线材在806至802与801至806a之间的部分被夹具807短路。

现在，在较短的加热线材上施加了相同的电压。这会提高线材温度。这有助于线材更快地熔化泡沫，从而有助于克服泡沫材料的阻力并再次变直。

当线材变直时，与环形传感器的接触断开，线材返回到原始构型和温度。

该循环在大多数时间继续使线材保持笔直。

环形传感器可以可选地是电感/电容传感器，因此其行为类似于模拟传感器，能够更早地检测线材滞后，从而获得更快的响应。

可以可选地控制/调节夹具807的电阻，从而在与环形传感器接触时控制有效电流/温度。

夹具807在顶部或底部具有狭缝，因此允许沿杆806重新定位绳子。

可以使用多根绳子进行切割，每根绳子的布置方式相似。

在另一种实现方式中，沿着线材的长度看，摄像头809固定到杆上。

摄像头809难以发现非常细的线材。

提出将珠子附接到线材，该珠子尽可能靠近泡沫材料，但不接触泡沫。

珠子810是深色的并且如图11所示也是渐缩的。由于在泡沫块附近的位移最大，因此这有助于摄像头看到珠子最靠近泡沫的面的边缘。

当线材滞后时，柱子被移位，这可以被摄像头809容易地发现，并且可以通过增大电流或减小进给速度来采取校正措施。

摄像头809还可以发现由切割线材产生的切口宽度。可以根据测得的切口宽度动态补偿工具路径。或者，可以调节通过线材的电流或进给速度，以实现恒定的切口宽度。

在专利申请号201741016057中，在材料下方提出了保持销113。在具有Z轴(可以向上移动切割线材)的系统中，保持销也可以在顶部。首先，线材将在切割结束时提起，然后将销从材料中拉出。这样，附着在销上的切割材料将不会接触热线(接触会损坏切割部分)。但是在没有Z轴的独立系统中，优选的是将销保持在底部。

在专利201741022340中，提出了使用具有锋利表面突起的金属板作为传感器506和507。这有助于更快地检测到球的到达。以锋利的表面金属板为例。它可以是任何其他的导电触点对。

对具体实施例的上述描述将充分揭示本文实施例的一般性质，以致其他人可以在不脱离一般概念的情况下通过应用当前知识容易地修改和/或调适此类具体实施例以用于各种应用，且因此此类调适和修改应该且旨在包含在所公开实施例的等效物的含义和范围内。应当理解，本文采用的措词或术语是出于描述的而非限制的目的。因此，尽管已经根据优选实施例描述了本文的实施例，但是本领域技术人员将认识到，可以在如本文所述的实施例的精神和范围内通过修改来实践本文的实施例。

Claims (20)

1.一种可成形的热铲工具200，包括垂直切割边缘201和倾斜切割边缘201A，从而形成具有V形中空部分201B的环，所述V形的角度可通过CNC系统调节。201与201A之间的接头被顶部处的狭缝203削弱，因此可以在不会对所述垂直边缘201产生太大的力的情况下调节所述角度。

2.根据权利要求1所述的工具200，其中倾斜边缘201A的端部穿过枢转管206，枢转点208的位置通过旋转杠杆或圆盘209(208位于所述圆盘209上)来控制。

3.根据权利要求1所述的工具200，其中所述切割边缘201和201A由中空金属管制成，绝缘的加热线材202-205穿过所述管，从而加热所述管。

4.根据权利要求1所述的工具200，其中所述倾斜边缘201A由柔性弹簧材料403制成，所述弹簧的边缘保持在旋转轴406上，使得可以控制403的结束切线方向，从而将所述切割边缘403弯曲成期望的弯曲形状。

5.根据权利要求1所述的工具200，其中所述工具的所述垂直边缘沿着CNC机床的旋转轴安装并且被控制以实现对原材料的期望的材料去除。

6.根据权利要求1所述的工具200，可选地包括两个倾斜切割边缘，每个边缘相对于垂直方向的角度可独立地控制，从而形成双V形工具。

7.一种切割工具500，包括两个垂直边缘501、503和底部复合切割边缘(502、504)，从而形成矩形中空部分501A，绝缘加热线材505穿过中空管(501、502、503、504)。

8.根据权利要求7所述的切割工具500，其中所述垂直切割边缘503附接到CNC控制的线性轴，使得501与503之间的距离是可调的。

9.根据权利要求7所述的切割工具500，其中所述绝缘加热线材505的一端是固定的，而另一端越过滑轮507然后附接到固定点508。

10.根据权利要求7所述的切割工具500，如专利20174103059中所述，安装在3轴或4轴CNC机床上以用于铲挖材料。

11.根据权利要求7所述的工具500，经过修改以使得垂直管是主动热刀，在顶端具有小的线材环1103，裸露的加热线材从中穿过，从而形成所述环。这样，通过独立控制刀及热线温度和电流(I1、I2、I3)，可以沿着整个铲保持恒定的温度，并且501与503之间的距离也是可调的。

12.一种可成形的铲挖工具700，包括垂直中空管边缘701、702、另一个中央热刀边缘706和底部柔性中空管703，703的中部附接到706的底部顶端，706继而安装在线性轴707上，从而控制所述底部切割边缘703的形状。

13.根据权利要求12所述的切割工具700，其中绝缘加热线材704、705穿过所述边缘701、702和703。

14.根据权利要求12所述的工具700，安装在XYZA CNC系统上以用于材料铲挖。

15.一种环形传感器802，包括与加热线材803同心放置的金属环，以使得如果线材因切割力而偏转，则所述线材803将接触所述环形传感器802，因此所述加热线材的有效长度减小，从而在所述线材中产生更多的电流和热量。

16.根据权利要求15所述的环形传感器802，包括多个同心金属环，以使得可以检测所述线的多个偏转水平。另外，环形传感器包括短路/旁路电路中的电流传感器，因此控制器可以获取有关偏转状态的反馈。

17.一种集成式夹具设计，其可确保环形传感器始终与线材同心，还便于在绳子断裂时轻松更换线材，并在多绳切割场景中也易于调节绳子之间的距离，如专利号201841022791中所解释。

18.一种摄像头传感器809，其被放置成使得在缠绕在线材上的锥形材料珠810处观察时，摄像头垂直于加热线材803并与所述加热线材同轴，从而检测线材在360度上的偏转，并测量所切割的泡沫上的切口宽度。

19.一种3D摄像头传感器900，包括摄像头905和线激光器904，两者彼此成45度角并向下观察线材903，因此摄像头观察激光线落在所述线材上的点，从而检测所述线材在360度上的偏转。

20.上述滞后检测系统802、809、900中的任一个或组合的用途，用于在切割开始时的块边缘检测，并且还用于线材切割感测。

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