CN112191984A - 一种封头全自动开孔用五轴联动龙门式数控切割系统 - Google Patents

一种封头全自动开孔用五轴联动龙门式数控切割系统 Download PDF

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袁志明
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Abstract

一种封头全自动开孔用五轴联动龙门式数控切割装置，解决了现在封头开孔加工不准确，加工困难的问题。包括前后方向滑动的支撑架，支撑架上端设有水平滑动的横向移动小车，横向移动小车上设有竖直滑动的升降柱，升降柱下端连接有在水平面内转动的回转支撑，回转支撑右端可转动的连接有割枪偏摆结构。本发明配备先进的、非接触式测量的线激光视觉传感器，可实现封头在工作台上任意摆放，通过线激光视觉传感器测量封头底边位置，自动确定封头中心，线激光视觉传感器可扫描封头表面轮廓，自动补偿封头加工误差，保证开孔精度。

Description

一种封头全自动开孔用五轴联动龙门式数控切割系统
技术领域
本发明涉及人工智能技术在制造业应用技术领域，尤其是涉及一种封头全自动开孔用五轴联动龙门式数控切割系统。
背景技术
封头开孔是压力容器制造过程中的重要生产制造环节，是焊接工序的重要准备工作，目前主要采用人工放样-人工划线-人工切割的工艺过程，具有以下的不足：在封头规格出现变化时、在孔径、孔位、插入角度等出现变化时，需要重新放样划线，效率极低；而人工放样和划线也无法保证相贯线的准确轨迹和位置，同时人工切割方式同样无法保证相贯线的准确轨迹盒位置。这些问题给后续焊接带来非常不利的影响，并影响容器的外观盒产品质量。
目前，国内研发的封头切割机是半自动化，需要工装夹具将封头装夹到要求位置，还需要划线在线示教编程，无法实现多种规格的全自动化封头开孔功能。还有一些便携式封头数控开孔机，需要操作人员辅助移动到合适的位置才能启动切割程序，并在生产过程中产生大量的烟尘，而这些烟尘无法及时排除，直接地影响操作工人的健康。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种封头全自动开孔用五轴联动龙门式数控切割装置，有效的解决了现在封头开孔加工不准确，加工困难的问题。
为实现上述目的，本发明包括前后方向滑动的支撑架，支撑架上端设有水平滑动的横向移动小车，横向移动小车上设有竖直滑动的升降柱，升降柱下端连接有在水平面内转动的回转支撑，回转支撑右端可转动的连接有割枪偏摆结构。
优选的，所述支撑架为龙门状的结构；
还包括基座平台，支撑架可滑动的置于基座平台上。
优选的，所述支撑架上固定有Y轴伺服电机，Y轴伺服电机经过Y轴齿轮齿条传动机构带动支撑架在基座平台上滑动。
优选的，所述横向移动小车包括小车架本体，小车架本体上固定连接有X轴伺服电机，X轴伺服电机经过X轴齿轮齿条传动机构带动横向移动小车在支撑架上水平滑动。
优选的，所述支撑架上设有水平的导向槽，导向槽内可滑动的设有导轨滑块，导轨滑块外端贯穿导向槽与小车架本体固定连接。
优选的，所述小车架本体上固定有驱动支撑装置，X轴伺服电机固定在驱动支撑装置上。
优选的，所述横向移动小车上固定有Z轴伺服电机，Z轴伺服电机经Z轴齿轮齿条传动机构带动升降柱进行竖直升降。
优选的，所述回转支撑包括回转支撑本体，回转支撑板本体与升降柱下端转动连接，升降柱下端固定连接有U轴伺服电机，U轴伺服电机经U轴齿轮转动系统带动回转支撑本体进行转动。
优选的，所述割枪偏摆结构包括割枪，割枪与回转支撑转动连接，割枪上端固定连接有线激光视觉传感器。
优选的，所述回转支撑下端固定连接有V轴伺服电机，VU轴伺服电机经带轮传动机构带动割枪进行转动。
本发明配备先进的、非接触式测量的线激光视觉传感器，可实现封头在工作台上任意摆放，通过线激光视觉传感器测量封头底边位置，自动确定封头中心，线激光视觉传感器可扫描封头表面轮廓，自动补偿封头加工误差，保证开孔精度。与传统封头开孔数控切割机相比，可实现全自动、一次性连续完成封头上所有开孔切割工作，切割表面光滑、切割精度高，大量节省人工第二此修正时间。
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为本发明三维结构示意图。
图2为本发明平面结构示意图。
图3为本发明横向移动小车结构示意图。
图4为本发明封支撑架结构示意图。
图5为本发明升降柱结构示意图。
图6为本发明回转支撑结构示意图。
图7为本发明割枪偏摆结构示意图。
图8为本发明测量底部圆直径结构示意图。
图9为本发明测量竖向截面形状结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图1-9对本发明的具体实施方式做进一步详细说明。
如图1-9所示，本发明包括前后方向滑动的支撑架10，支撑架10上端设有水平滑动的横向移动小车50，横向移动小车50上设有竖直滑动的升降柱40，升降柱40下端连接有在水平面内转动的回转支撑30，回转支撑30右端可转动的连接有割枪偏摆20结构。
所述支撑架10为龙门状的结构；
还包括基座平台60，支撑架10可滑动的置于基座平台60上。
所述割枪偏摆20结构包括割枪，割枪与回转支撑30转动连接，割枪上端固定连接有线激光视觉传感器24。
封头式容器的一个部件，是以焊接方式连接筒体，根据几何形状的不同，可以分为球形、椭圆形、蝶形、球冠形、锥壳盒平盖等几种，其中球形、椭圆形、蝶形、球冠形封头有统称为凸形封头。
在焊接上分为对焊封头。承插焊封头，用于各种容器设备，如储罐、换热器、塔、反应釜、锅炉盒分离设备等。
封头具有多种类型(竖向截面形状，例如半球形、椭圆形等)，每种类型又有多种尺寸规格，因此，在封头上进行开孔时，需要考虑封头的底部圆直径盒盒竖向截面形状。
线激光传感器通过扫面可以获取上述竖向截面形状盒底部圆直径：首先，如图8，水平方向扫描，通过线激光传感器扫描出封头底部圆的直径盒圆心位置，扫描一处即可获取上述直径盒圆心位置，最好的扫面多个位置，例如三处，围绕封头均匀分布，两两间隔120°，以减小偏差；其次，如图9所示，竖向方向扫描，通过线激光传感器能够获取封头的竖向截面形状。
本发明通过非接触式测量的线激光传感器，可实现封头在工作台上任意摆放，通过线激光传感器测量封头底边位置，自动确定封头中心；线激光传感器可扫描封头表面轮廓，自动补偿封头加工误差，保证开孔精度。
支撑架10采用龙门状的结构，X、Y、Z、U、V轴伺服联动，X、Y、Z实现空间任意位置定位，U、V实现割枪任意姿态控制，支撑架10驱动采用双边伺服同步控制。
在本发明中，支撑架10的前后滑动对应Y向，水平滑动的横向移动小车50对应X向，竖直升降的升降柱40对应的Z向，可以转动的回转支撑30对应的U向，可以转动的割枪偏摆20结构对应的V向，为五轴联动系统，这样可以实现割枪处于任意的位置，可以全自动、一次形连续完成封头上所有开孔切割工作，切割表面光滑、切割精度高，大量节省人工二次修正时间。
支撑架10可以沿着基座平台60进行滑动，基座平台60为固定的，起到一个导向的作用，类似与龙门行车下端的钢轨，支撑架10下端设置有行走轮，这样行走轮沿着钢轨进行滚动，减小摩擦。
所述支撑架10上固定有Y轴伺服电机11，Y轴伺服电机11经过Y轴齿轮齿条传动机构12带动支撑架10在基座平台60上滑动。
在本发明中，Y轴齿轮齿条传动机构12可以采用如下的方式，我们在基座平台60上固定有第一齿条，第一齿条外侧啮合有第一齿轮，Y轴伺服电机11的轴端与第一齿轮固定连接，通过Y轴伺服电机11的转动从而驱动第一齿轮进行转动，第一齿轮转动在第一齿条的作用下，可以实现支撑架10沿着基座平台60进行前后方向的滑动。
所述横向移动小车50包括小车架本体，小车架本体上固定连接有X轴伺服电机51，X轴伺服电机51经过X轴齿轮齿条传动机构53带动横向移动小车50在支撑架10上水平滑动。
在本发明中，X轴齿轮齿条传动结构类似Y轴齿轮齿条传动机构12，在支撑架10上固定连接有第二齿条，第二齿条啮合有第二齿轮，第二齿轮与X轴伺服电机51的轴端固定连接，通过X轴伺服电机51的转动从而带动第二齿轮转动，继而实现横向移动小车50的水平滑动。
所述支撑架10上设有水平的导向槽，导向槽内可滑动的设有导轨滑块54，导轨滑块54外端贯穿导向槽与小车架本体固定连接。
导轨滑块54与小车架本体固定连接，导轨滑块54在导向槽内进行滑动，从而起到了导向的作用。
所述小车架本体上固定有驱动支撑22装置52，X轴伺服电机51固定在驱动支撑22装置52上。
将X轴伺服电机51安装到驱动支撑22装置52上，在导轨滑块54的导向作用下，通过X轴齿轮齿条传动结构带动横向移动小车50实现平移运动。
所述横向移动小车50上固定有Z轴伺服电机41，Z轴伺服电机41经Z轴齿轮齿条传动机构42带动升降柱40进行竖直升降。
Z轴齿轮齿条传动结构包括与升降柱40固定连接的第三齿条，第三齿条啮合有第三齿轮，第三齿轮与Z轴伺服电机41的轴端固定连接，Z轴伺服电机41与横向移动小车50固定连接，Z轴伺服电机41转动带动第三齿轮转动，从而使得升降柱40进行竖直滑动，另外，横向移动小车50上设有竖直方向的滑槽，滑槽内滑动有Z轴导轨滑块43，Z轴导轨滑块43另一端与升降柱40固定连接。
所述回转支撑30包括回转支撑本体32，回转支撑30板本体与升降柱40下端转动连接，升降柱40下端固定连接有U轴伺服电机31，U轴伺服电机31经U轴齿轮转动系统33带动回转支撑本体32进行转动。
U轴齿轮转动系统33包括与U轴伺服电机31轴端连接的第四齿轮，第四齿轮外侧啮合有第五齿轮，第五齿轮盒回转支撑本体32同轴固定，这样当U轴伺服电机31转动的时候回带动回转支撑本体32进行转动。
所述回转支撑30下端固定连接有V轴伺服电机21，U轴伺服电机31经带轮传动机构23带动割枪进行转动。
在回转支撑30下端固定连接有驱动支撑22，V轴伺服电机21固定在驱动支撑22的外侧，带轮传动机构23包括第一带轮和第二带轮，第一带轮和第二带轮均与驱动支撑22转动连接，两者之间通过皮带连接，第二带轮的轴端与割枪固定连接，这样V轴伺服电机21的转动带动第一带轮转动，从而使得割枪进行转动。
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 (10)

1.一种封头全自动开孔用五轴联动龙门式数控切割系统，其特征在于，包括前后方向滑动的支撑架(10)，支撑架(10)上端设有水平滑动的横向移动小车(50)，横向移动小车(50)上设有竖直滑动的升降柱(40)，升降柱(40)下端连接有在水平面内转动的回转支撑(30)，回转支撑(30)右端可转动的连接有割枪偏摆(20)结构。
2.根据权利要求1所述的一种封头全自动开孔用五轴联动龙门式数控切割系统，其特征在于，所述支撑架(10)为龙门状的结构；
还包括基座平台(60)，支撑架(10)可滑动的置于基座平台(60)上。
3.根据权利要求2所述的一种封头全自动开孔用五轴联动龙门式数控切割系统，其特征在于，所述支撑架(10)上固定有Y轴伺服电机(11)，Y轴伺服电机(11)经过Y轴齿轮齿条传动机构(12)带动支撑架(10)在基座平台(60)上滑动。
4.根据权利要求1所述的一种封头全自动开孔用五轴联动龙门式数控切割系统，其特征在于，所述横向移动小车(50)包括小车架本体，小车架本体上固定连接有X轴伺服电机(51)，X轴伺服电机(51)经过X轴齿轮齿条传动机构(53)带动横向移动小车(50)在支撑架(10)上水平滑动。
5.根据权利要求4所述的一种封头全自动开孔用五轴联动龙门式数控切割系统，其特征在于，所述支撑架(10)上设有水平的导向槽，导向槽内可滑动的设有导轨滑块(54)，导轨滑块(54)外端贯穿导向槽与小车架本体固定连接。
6.根据权利要求4或5所述的一种封头全自动开孔用五轴联动龙门式数控切割系统，其特征在于，所述小车架本体上固定有驱动支撑(22)装置(52)，X轴伺服电机(51)固定在驱动支撑(22)装置(52)上。
7.根据权利要求1所述的一种封头全自动开孔用五轴联动龙门式数控切割系统，其特征在于，所述横向移动小车(50)上固定有Z轴伺服电机(41)，Z轴伺服电机(41)经Z轴齿轮齿条传动机构(42)带动升降柱(40)进行竖直升降。
8.根据权利要求1所述的一种封头全自动开孔用五轴联动龙门式数控切割系统，其特征在于，所述回转支撑(30)包括回转支撑本体(32)，回转支撑本体(32)与升降柱(40)下端转动连接，升降柱(40)下端固定连接有U轴伺服电机(31)，U轴伺服电机(31)经U轴齿轮转动系统(33)带动回转支撑本体(32)进行转动。
9.根据权利要求1所述的一种封头全自动开孔用五轴联动龙门式数控切割系统，其特征在于，所述割枪偏摆(20)结构包括割枪，割枪与回转支撑(30)转动连接，割枪上端固定连接有线激光视觉传感器(24)。
10.根据权利要求9所述的一种封头全自动开孔用五轴联动龙门式数控切割系统，其特征在于，所述回转支撑(30)下端固定连接有V轴伺服电机(21)，VU轴伺服电机(31)经带轮传动机构(23)带动割枪进行转动。
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