CN114227074A - 一种盾构机刀盘大圆环缺口自动切割方法及自动切割设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及盾构机刀盘加工技术领域，具体涉及一种盾构机刀盘大圆环缺口自动切割方法，包括以下步骤：步骤A：使刀盘大圆环的非切割平面朝上；步骤B：在刀盘大圆环上安装自动切割设备；步骤C：向自动切割设备输入参数信息；步骤D：在刀盘大圆环的外端面上标识每个缺口的基准点；步骤E：将自动切割设备移动到待切割缺口处，自动切割设备识别缺口的基准点，测量割枪距工作面的距离，确定切割起始位置及切割路径，开始自动切割。本发明还涉及一种盾构机刀盘大圆环缺口自动切割设备。本发明革新了刀盘大圆环缺口切割工艺，降低了人工参与度和人工劳动强度，提高缺口切割效率与质量，切割一次成型合格率高。
Description
技术领域
本发明涉及盾构机刀盘加工技术领域，具体涉及一种盾构机刀盘大圆环缺口自动切割方法及自动切割设备。
背景技术
盾构机刀盘位于盾构机的最前部，用于切削土体，是盾构机上直径最大的部分，也是盾构机关键部位之一。刀盘上装有很多硬质合金刀具，刀具一般可以更换，刀具安装位置往往需要人工和切割小车合作在刀盘大圆环上切割出来。由于刀盘大圆环体型巨大，切割部位工艺复杂，大多数切割部位需要切两次，并且两次的切割角度不一致，导致切割小车无法一次切完，需要人工翻转小车切割下一道，由于还存在一些小车无法切割的的缺口还需要人工切割，并且需要人工后续修补，往往这种修补所用时间比切割时间还长。这样的工作模式不仅效率低，而且人工操作繁琐，劳动强度大。
如果按常规方法来做自动切割机器人，其体型会更大，并且还需要一个庞大的变位机支持刀盘翻转，还可以在刀盘大圆环周围腾出足够的空间做一个可移动式的切割机器人，使机器人围绕大圆环移动并完成切割，但是工作现场无法满足这些条件。
发明内容
本发明为解决刀盘大圆环缺口的切割，不能一次完成、切割效率低的问题，提供一种盾构机刀盘大圆环缺口自动切割方法及自动切割设备，革新了刀盘大圆环缺口切割工艺，降低了人工参与度和人工劳动强度，提高缺口切割效率与质量，切割一次成型合格率高。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种盾构机刀盘大圆环缺口自动切割方法，包括以下步骤：
步骤A：将刀盘大圆环的待切割缺口侧朝下放置，使刀盘大圆环的非切割平面朝上；
步骤B：在刀盘大圆环上安装自动切割设备，将刀盘大圆环的上端面作为自动切割设备的行走轨道和定位基准；
步骤C：向自动切割设备输入参数信息，参数信息包括刀盘大圆环的直径参数、切割厚度、切口尺寸、外倾角角度、内倾角角度；
步骤D：在刀盘大圆环的外端面上标识每个缺口的基准点；
步骤E：将自动切割设备移动到待切割缺口处，自动切割设备识别缺口的基准点，测量割枪距工作面的距离，确定切割起始位置及切割路径，开始自动切割；
步骤F：重复步骤E，至刀盘大圆环上的全部缺口切割完成。
在进一步地优选方案中，在步骤D中，标识的基准点数量为三个，分别为点A、点B和点C，所述点A和点C为缺口与刀盘大圆环平面端的交接点，点B与点A所在的直线与刀盘大圆环的轴线平行。
在进一步地优选方案中，在步骤B中，自动切割设备的割枪位于刀盘大圆环的外侧；
在进一步地优选方案中，在步骤E中，以点A为切割起始点，割枪由点A移动到点B以完成缺口一侧的切割，在切割AB段时逐渐调整割枪角度，使到达B点后的割枪的切割角度与内倾角相对应；从B点向缺口另一侧方向移动以完成第一段倾斜面的切割；而后割刀移动到点C以完成缺口另一侧的切割，在切割缺口另一侧时，逐渐调整割枪角度，使到达C点后的割枪与切割面垂直；而后割刀空走移动到第一段倾斜面靠近点C的一端，调整割枪的倾斜角度，使切割角度与外倾角相对应，割枪向B点移动以完成第二段倾斜面的切割，而后割枪空走到A点。
在进一步地优选方案中，在步骤B中，安装自动切割设备后，对自动切割设备进行配重，使自动切割设备的重心位于刀盘大圆环上，并与刀盘大圆环调平。
一种盾构机刀盘大圆环缺口自动切割设备，包括方框、X轴数控移动组件、Y轴数控移动组件、Z轴数控移动组件和割枪，所述方框的两侧均设置有Y轴数控移动组件，Y轴数控移动组件的滑块上设置所述X轴数控移动组件，X轴数控移动组件的滑块上设置所述Z轴数控移动组件，Z轴数控移动组件的滑块通过旋转机构设置所述割枪；所述方框下方的两侧均设置伺服舵轮。
在进一步地优选方案中，所述旋转机构包括Z轴旋转电机和X轴旋转电机，所述Z轴旋转电机设置在Z轴数控移动组件的滑块上，Z轴旋转电机输出端设置所述X轴旋转电机，X轴旋转电机的输出端连接所述割枪。
在进一步地优选方案中，所述X轴旋转电机的输出端还设置有传感器，所述传感器与割枪固定连接。
在进一步地优选方案中，还包括配电柜和触摸式工控机，所述配电柜和触摸式工控机均设置在方框上，配电柜内设置有嵌入式中控服务器，所述触摸式工控机用于输入参数信息和操作设备运行。
通过上述技术方案，本发明的有益效果为：
本发明的刀盘大圆环缺口自动切割方法，以刀盘大圆环上已有的端面结构为基准和行走轨道，将该大圆环平面端朝上，以安装切割设备，使切割机器人在轨道上行走并且作为定位基准。刀盘大圆环的每一个缺口通过切割设备去自动识别缺口的外形和大圆环的圆心位置再结合输入的缺口图形要求自动完成切割过程。这种方法革新了刀盘大圆环缺口切割工艺，提高缺口切割效率与质量，切割一次成型合格率高。
本发明的刀盘大圆环切割设备，和其他切割机器人相比，设备不需要完全示教，只需要识别出来刀盘大圆环的缺口轮廓和圆环轴心就能自动完成切割，而设备识别缺口轮廓和圆环轴心也需要人工确定三个基准点即可，大大降低了缺口切割的人工参与度和人工的劳动强度。
附图说明
图1是刀盘大圆环的结构示意图；
图2是本发明一种盾构机刀盘大圆环缺口自动切割方法对刀盘大圆环缺口标识基准点的示意图；
图3是本发明切割完成后的一个缺口的示意图；
图4是图3的剖视示意图；
图5是本发明一种盾构机刀盘大圆环缺口自动切割设备的结构示意图一；
图6是本发明一种盾构机刀盘大圆环缺口自动切割设备的结构示意图二；
图7是本发明一种盾构机刀盘大圆环缺口自动切割设备的局部结构示意图。
附图中标号为：1为方框，2为X轴数控移动组件，3为Y轴数控移动组件，4为Z轴数控移动组件，5为割枪，6为万向轮，7为Z轴旋转电机，8为X轴旋转电机，11为传感器，12为触摸式工控机，13为配电柜。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“左”、“右”、“上”、“下”、“横向”“竖向”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1～图4所示，本实施例提供一种盾构机刀盘大圆环缺口自动切割方法，包括以下步骤：
步骤A：将刀盘大圆环的待切割缺口侧朝下放置，使刀盘大圆环的非切割平面朝上，该非切割平面即图1中刀盘大圆环的端面，端面的宽度为120mm；
步骤B：在刀盘大圆环上安装自动切割设备，将刀盘大圆环的上端面作为自动切割设备的行走轨道和定位基准；
步骤C：向自动切割设备输入参数信息，参数信息包括刀盘大圆环的直径参数、切割厚度、切口尺寸、外倾角角度、内倾角角度；
步骤D：在刀盘大圆环的外端面上标识每个缺口的基准点；
步骤E：将自动切割设备移动到待切割缺口处，自动切割设备识别缺口的基准点，测量割枪距工作面的距离，确定切割起始位置及切割路径，开始自动切割；
步骤F：重复步骤E，至刀盘大圆环上的全部缺口切割完成。
优选的，在步骤D中，标识的基准点数量为三个，分别为点A、点B和点C，如图2所示，所述点A和点C为缺口与刀盘大圆环平面端的交接点，点B与点A所在的直线与刀盘大圆环的轴线平行。
优选地，在步骤B中，自动切割设备的割枪位于刀盘大圆环的外侧。在步骤E中，操作自动切割设备，通过在Y轴、X轴和Z轴方向的移动，使自动切割设备的割枪移动到点A处，以点A为切割起始点，此时，割枪垂直于切割面，割枪由点A移动到点B以完成缺口一侧的切割，在切割AB段过程中，逐渐调整割枪角度，在到达B点时，使割枪的切割角度与内倾角相对应；从B点向缺口另一侧方向移动以完成第一段倾斜面的切割，缺口另一侧即图2中的点D和点C所在的一侧；割枪切割角度保持不变，而后割刀由点D移动到点C以完成缺口另一侧的切割，在此过程中，逐渐调整割枪角度，在到达C点时，使割枪的切割角度与切割面垂直。而后，割刀空走移动到第一段倾斜弧面靠近点C的一端即图2中的点D，调整割枪的倾斜角度，使切割角度与外倾角相对应，割枪向B点移动以完成第二段倾斜面的切割，而后割枪空走到A点，并调整到初始角度，初始角度即割枪垂直于切割面，该缺口切割完成。一个切割完成后的缺口如图3所示，图4为图3的剖视图。
优选地，在步骤B中，安装自动切割设备后，对自动切割设备进行配重，使自动切割设备的重心位于刀盘大圆环上，并与刀盘大圆环调平。
如图5至7所示，本实施例还提供一种用于盾构机刀盘大圆环缺口自动切割方法的自动切割设备，包括方框1、X轴数控移动组件2、Y轴数控移动组件3、Z轴数控移动组件4和割枪5，所述方框1的两侧均设置有Y轴数控移动组件3，Y轴数控移动组件3的固定部分固定设置在方框1上，Y轴数控移动组件3的滑块上设置所述X轴数控移动组件2，Y轴数控移动组件3驱动X轴数控移动组件2在Y轴方向上移动，X轴数控移动组件2的滑块上设置所述Z轴数控移动组件4，X轴数控移动组件2驱动Z轴数控移动组件4在X轴方向上移动，Z轴数控移动组件4的滑块通过旋转机构设置所述割枪5，Z轴数控移动组件4驱动割枪5在Z轴方向上移动；所述方框1下方的两侧均设置伺服舵轮6。
进一步地，所述旋转机构包括Z轴旋转电机7和X轴旋转电机8，Z轴旋转电机7的旋转中心轴线与Z轴方向平行，X轴旋转电机8的旋转中心轴线与X轴方向平行，所述Z轴旋转电机7设置在Z轴数控移动组件4的滑块上，Z轴旋转电机7输出端设置所述X轴旋转电机8，X轴旋转电机8的输出端连接所述割枪5。通过Z轴旋转电机7和X轴旋转电机8带动割枪5旋转、调节角度，从而调节割枪的切割角度。在割枪切割完AB段过程中，割枪在X轴旋转电机8的带动下向上旋转，使割枪的切割头端位于尾端的上方，使割枪的倾斜角度与内倾角相对应，在割枪到达B点后，以用来切割缺口的内倾角所在的面，即按照内倾角切割第一段倾斜面。在割枪到达D点后开始切割DC段时，X轴旋转电机8带动割枪逐渐向下旋转调整角度，使割枪到达C点时，割枪与切割面垂直。在切割第二段倾斜面前，割枪空走到D点后，需要Z轴数控移动组件4先提升割枪高度，然后X轴旋转电机8旋转带动割枪向下旋转，使割枪的切割头端位于尾端的下方，割枪倾斜的角度即是外倾角的角度，从而切割第二段倾斜面。
在使用本切割设备时，将伺服舵轮6放置在刀盘大圆环的上端面上，伺服舵轮6上安装有伺服电机，随着伺服舵轮6的伺服电机的作业，带动伺服舵轮6转动、转换角度，继而使伺服舵轮6在刀盘大圆环的上端面上行走。
上述的，所述X轴旋转电机8的输出端还设置有传感器11，所述传感器11与割枪5固定连接，传感器11为激光位移传感器，传感器11用于检测割枪5距刀盘大圆环待切割工作面的距离。
上述的，还包括配电柜13和触摸式工控机12，所述配电柜13和触摸式工控机均12设置在方框1上，配电柜13中设置有嵌入式中控服务器，所述嵌入式中控服务器与X轴数控移动组件2、Y轴数控移动组件3、Z轴数控移动组件4、割枪5、Z轴旋转电机7和X轴旋转电机8、伺服舵轮6的伺服电机、传感器11和触摸式工控机12电连接，所述触摸式工控机12设置在方框的前端，触摸式工控机12用于输入参数信息和操作设备运行，嵌入式中控服务器控制X轴数控移动组件2、Y轴数控移动组件3、Z轴数控移动组件4、割枪5、Z轴旋转电机7和X轴旋转电机8和伺服舵轮6的的运行。在传感器11检测割枪5距刀盘大圆环待切割工作面的距离后，将该数据传输至嵌入式中控服务器中，由服务器控制X轴数控移动组件2、Y轴数控移动组件3、Z轴数控移动组件4、割枪5、Z轴旋转电机7和X轴旋转电机8和伺服舵轮6的的运行，即带动割枪移动，从而确定割枪的起始切割位置和切割路径，并开始切割过程。
本切割设备在配电柜13的一侧留有空间，可用来设置配重物品。
以上所述之实施例，只是本发明的较佳实施例而已，并非限制本发明的实施范围，故凡依本发明专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。
Claims (9)
1.一种盾构机刀盘大圆环缺口自动切割方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：将刀盘大圆环的待切割缺口侧朝下放置，使刀盘大圆环的非切割平面朝上；
步骤B：在刀盘大圆环上安装自动切割设备，将刀盘大圆环的上端面作为自动切割设备的行走轨道和定位基准；
步骤C：向自动切割设备输入参数信息，参数信息包括刀盘大圆环的直径参数、切割厚度、切口尺寸、外倾角角度、内倾角角度；
步骤D：在刀盘大圆环的外端面上标识每个缺口的基准点；
步骤E：将自动切割设备移动到待切割缺口处，自动切割设备识别缺口的基准点，测量割枪距工作面的距离，确定切割起始位置及切割路径，开始自动切割；
步骤F：重复步骤E，至刀盘大圆环上的全部缺口切割完成。
2.根据权利要求1所述的一种盾构机刀盘大圆环缺口自动切割方法，其特征在于，在步骤D中，标识的基准点数量为三个，分别为点A、点B和点C，所述点A和点C为缺口与刀盘大圆环平面端的交接点，点B与点A所在的直线与刀盘大圆环的轴线平行。
3.根据权利要求2所述的一种盾构机刀盘大圆环缺口自动切割方法，其特征在于，在步骤B中，自动切割设备的割枪位于刀盘大圆环的外侧。
4.根据权利要求3所述的一种盾构机刀盘大圆环缺口自动切割方法，其特征在于，在步骤E中，以点A为切割起始点，割枪由点A移动到点B以完成缺口一侧的切割，在切割AB段时逐渐调整割枪角度，使到达B点后的割枪的切割角度与内倾角相对应；从B点向缺口另一侧方向移动以完成第一段倾斜面的切割；而后割刀移动到点C以完成缺口另一侧的切割，在切割缺口另一侧时，逐渐调整割枪角度，使到达C点后的割枪与切割面垂直；而后割刀空走移动到第一段倾斜面靠近点C的一端，调整割枪的倾斜角度，使切割角度与外倾角相对应，割枪向B点移动以完成第二段倾斜面的切割，而后割枪空走到A点。
5.根据权利要求1所述的一种盾构机刀盘大圆环缺口自动切割方法，其特征在于，在步骤B中，安装自动切割设备后，对自动切割设备进行配重，使自动切割设备的重心位于刀盘大圆环上，并与刀盘大圆环调平。
6.一种盾构机刀盘大圆环缺口自动切割设备，其特征在于，包括方框（1）、X轴数控移动组件（2）、Y轴数控移动组件（3）、Z轴数控移动组件（4）和割枪（5），所述方框（1）的两侧均设置有Y轴数控移动组件（3），Y轴数控移动组件（3）的滑块上设置所述X轴数控移动组件（2），X轴数控移动组件（2）的滑块上设置所述Z轴数控移动组件（4），Z轴数控移动组件（4）的滑块通过旋转机构设置所述割枪（5）；所述方框（1）下方的两侧均设置伺服舵轮（6）。
7.根据权利要求6所述的一种盾构机刀盘大圆环缺口自动切割设备，其特征在于，所述旋转机构包括Z轴旋转电机（7）和X轴旋转电机（8），所述Z轴旋转电机（7）设置在Z轴数控移动组件（4）的滑块上，Z轴旋转电机（7）输出端设置所述X轴旋转电机（8），X轴旋转电机（8）的输出端连接所述割枪（5）。
8.根据权利要求7所述的一种盾构机刀盘大圆环缺口自动切割设备，其特征在于，所述X轴旋转电机（8）的输出端还设置有传感器（11），所述传感器（11）与割枪（5）固定连接。
9.根据权利要求6所述的一种盾构机刀盘大圆环缺口自动切割设备，其特征在于，还包括配电柜（13）和触摸式工控机（12），所述配电柜（13）和触摸式工控机（12）均设置在方框（1）上，配电柜（13）内设置有嵌入式中控服务器，所述触摸式工控机（12）用于输入参数信息和操作设备运行。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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