CN115229685A - 一种铝单板数控智能切割装置及其切割方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝单板数控智能切割装置及其切割方法，属于铝板加工领域，包括：工作台，工作台上端的中间设置有缓冲机构，工作台的一端设置有夹持机构；五轴悬臂，五轴悬臂的两端分别滑动连接于工作台的两侧；高压水管，高压水管的出水端固定连接于五轴悬臂的输出端，高压水管远离五轴悬臂的一端设置有供水机构；气囊，气囊固定安装在高压水管的外侧，且位于五轴悬臂的输出端，气囊的结构为环形，气囊的进气口设置有打气机构；气压计，它可以实现能够呈周向保护高压水管，高压水管多角度旋转时相对工件均能留出足够的竖直距离，减少高压水管倾斜时出现的偏差，降低高压水管和工件碰撞的情况发生。
Description
技术领域
本发明涉及铝板加工领域，更具体地说，涉及一种铝单板数控智能切割装置及其切割方法。
背景技术
五轴联动数控机床是一种科技含量高、精密度高专门用于加工复杂曲面的机床，在加工时，五轴联动数控机床的输出端装配上水刀，带动水刀在A轴和C轴旋转，并在X、Y和轴直线位移，再由水刀喷出高压水流，来切割待加工工件；
经专利检索发现，公开号为CN113927486A的中国专利公开了一种五轴智能水刀，该装置包括机体、固定架、主动轮、皮带、从动轮、伺服电机、传动轴、夹板、夹块、安装板、连接板、支撑板、水刀头、转轴、滑轮、滑板、限位板、限位柱、活动块、固定块、固定槽、插板、压块、红外测距传感器、滑轨和卡槽，其虽然在切割工件时，通过红外测距传感器测量水刀头与被切割点位的距离，测量的距离传输至PCL控制面板，通过PCL控制面板控制升降件带动支撑板进行垂直升降，此时通过支撑板带动水刀头进行垂直升降，进而防止水刀头在切割过程中不会被碰撞损坏，保证了切割工序的正常进行；
但是并未解决现有五轴智能水刀在倾斜切割工件的过程中，通过五轴悬臂带动水刀平移和旋转，使得水刀相对被切割倾斜后再进行水平和竖直方向的位移，同时，通过在水刀的一侧设置红外测距传感器，射出相对被切割倾斜的光束，来测量水刀与切割点位之间的相对距离，不方便监测水刀与被切割工件在竖直方向的竖直距离，相对距离和竖直距离之间在水刀倾斜时出现偏差，水刀和工件的竖直距离不足，容易发生碰撞，而在水刀沿圆周阵列设置多个红外测距传感器，各个红外测距传感器的数据不同，不便于明确水刀和工件的竖直距离，为此我们提出一种铝单板数控智能切割装置及其切割方法。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种铝单板数控智能切割装置及其切割方法，它可以实现能够呈周向保护高压水管，高压水管多角度旋转时相对工件均能留出足够的竖直距离，减少高压水管倾斜时出现的偏差，降低高压水管和工件碰撞的情况发生。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种铝单板数控智能切割装置及其切割方法，包括：
工作台，工作台上端的中间设置有缓冲机构，工作台的一端设置有夹持机构；
五轴悬臂，所述五轴悬臂的两端分别滑动连接于工作台的两侧；
高压水管，所述高压水管的出水端固定连接于五轴悬臂的输出端，所述高压水管远离五轴悬臂的一端设置有供水机构；
气囊，所述气囊固定安装在高压水管的外侧，且位于五轴悬臂的输出端，所述气囊的结构为环形，所述气囊的进气口设置有打气机构；
气压计，所述气压计固定安装在气囊靠近五轴悬臂输出端的一侧。
进一步的，供水机构包括：
高压水泵，所述高压水泵的出水端固定连于高压水管的一端；
进水管，所述进水管的一端固定连接于高压水泵的进水端，所述进水管远离高压水泵的一端连接有水源；
进砂管，所述进砂管的出料端固定连接于进水管的一侧。
进一步的，所述打气机构包括：
进气管，所述进气管的一端固定连接于气囊的进气口；
电动气阀，所述电动气阀装配在进气管上；
气泵，所述气泵的出气端固定连接于进气管远离气囊的一端。
进一步的，所述五轴悬臂的一侧固定安装有吊环，所述吊环上卡接有用于锁紧进气管的卡箍。
进一步的，所述缓冲机构包括：
废水池，所述废水池开设在工作台上端的中间；
第一顶针，多个所述第一顶针固定安装在废水池的下壁，且沿水平阵列分布；
支撑网，所述支撑网的下壁固定连接于第一顶针的上端，且所述支撑网设置在废水池内部。
进一步的，所述废水池的内部沿水平阵列分布有多个横杆以及与横杆相互交错的多个纵杆，所述横杆的外侧和纵杆的外侧均固定连接于第一顶针的外侧。
进一步的，所述废水池的一端固定安装有废水管，所述废水管远离废水池的一端固定安装有排水泵，所述排水泵的出水端固定连接有过滤箱，所述过滤箱下壁的中间固定安装有过滤网。
进一步的，所述夹持机构包括：
夹板，两个所述夹板均滑动安装在工作台一端的上壁；
插槽，两组所述插槽分别设置在两个夹板相互靠近的位置，每组多个所述插槽均开设在夹板远离工作台的一侧；
钉板，所述钉板插接在插槽内部；
第二顶针，多个所述第二顶针均固定安装在钉板的一侧，且所述第二顶针的一端延伸出插槽内部。
进一步的，所述夹板的一端和工作台一端的上壁之间通过设置有第一锁紧螺栓滑动连接，所述工作台的一端还开设有与第一锁紧螺栓一端插接的滑槽，所述夹板远离第二顶针的一侧螺纹安装有多个第二锁紧螺栓，所述第二锁紧螺栓的一端延伸进插槽内部。
一种铝单板数控智能切割方法，所述切割方法包括以下步骤：
S1、工件装夹：将工件放置到支撑网上，并将第一锁紧螺栓旋松，通过移动两个夹板，从两侧夹紧工件，再将第一锁紧螺栓旋紧，以便完成装夹工件；
S2、校准水平：将跳表通过磁铁吸附在五轴悬臂的输出端，通过五轴悬臂的输出端带动跳表下降，直至跳表的探测针接触工件，在平移跳表，通过观察跳表指针的变化，来校准工件的位置；
S3、切割工件：通过供水机构向高压水管中泵送高压水流，并通过五轴悬臂带动高压水管的出水端平移以及旋转，使得高压水流射到工件的指定位置，来切割工件，并产生废水和废渣；
S4、废水回收：通过废水池承接废水和废渣，再沿废水管将废水和废渣输送到过滤箱中，并通过过滤网过滤废水中的废渣，方便回收废水。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
(1)本方案将工件放置在工作台上，通过五轴悬臂带动高压水管的出水端平移以及旋转，并将气囊的内部打入足量的气体，高压水管的出水端带动气囊移动，靠近工件，相对工件倾斜，直至工件贴住并挤压气囊，气压计的示数发生变化，且传输给外部控制器，来提醒工作人员高压水管接近工件，由外部控制器控制五轴悬臂悬停或抬升，方便气囊隔开工件和高压水管，来给高压水管留出安全距离，同时通过气囊的环形结构作用，能够呈周向保护高压水管，高压水管多角度旋转时相对工件均能留出足够的竖直距离，减少高压水管倾斜时出现的偏差，降低高压水管和工件碰撞的情况发生。
(2)本方案当工件需要上料时，将工件放置到工作台上，通过移动两个夹板，从两侧夹紧工件，并通过钉板一侧的第二顶针抵紧工件，以便完成工件的装夹，而当工件高度不同时，通过取出插槽中的钉板，来更换高度不同的钉板，以便足够的第二顶针抵紧工件，方便高压水管在工件上方移动，减少夹持机构干涉高压水管的情况发生。
(3)本方案本发明工作时，高压水流切割工件形成废水和废渣，直至穿透工件，落到废水池中，并接触第一顶针和支撑网，通过第一顶针的弧面和支撑网的空隙分流，方便卸去高压水流的冲击作用，同时，通过第二顶针隔开夹板和工件，以使高压水流错开夹板，减少被高压水流切割的第一顶针和支撑网。
(4)本方案本发明工作时，在指定时间段打开电动气阀，以便气泵向进气管中泵入空气，来为气囊充气，使得气囊的直径胀到指定范围，再关闭电动气阀，控制气泵停车，能够调节气囊作用在高压水管上的安全距离。
附图说明
图1为本发明的主视的结构示意图；
图2为本发明的侧视的结构示意图；
图3为本发明的俯视的结构示意图；
图4为本发明的剖视的结构示意图；
图5为本发明的图1中A处的放大结构示意图；
图6为本发明的图2中B处的放大结构示意图；
图7为本发明的图4中C处的放大结构示意图；
图8为本发明的图4中D处的放大结构示意图；
图9为本发明的切割方法的流程图。
图中标号说明：
1、工作台；2、五轴悬臂；3、高压水管；4、气囊；5、气压计；6、高压水泵；7、进水管；8、进砂管；9、进气管；10、电动气阀；11、气泵；12、吊环；13、卡箍；14、废水池；15、第一顶针；16、支撑网；17、横杆；18、纵杆；19、废水管；20、排水泵；21、过滤箱；22、过滤网；23、夹板；24、插槽；25、钉板；26、第二顶针；27、滑槽；28、第一锁紧螺栓；29、第二锁紧螺栓；30、加强筋。
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。
实施例：
请参阅图1-8，一种铝单板数控智能切割装置，包括：
工作台1，工作台1上端的中间设置有缓冲机构，工作台1的一端设置有夹持机构；
五轴悬臂2，五轴悬臂2的两端分别滑动连接于工作台1的两侧，五轴悬臂2上设置有外部控制器以及与外部控制器电性连接的红外测距传感器，此技术方案为现有技术，图中未画出；
高压水管3，高压水管3的出水端固定连接于五轴悬臂2的输出端，高压水管3远离五轴悬臂2的一端设置有供水机构；
气囊4，气囊4固定安装在高压水管3的外侧，且位于五轴悬臂2的输出端，气囊4的结构为环形，气囊4的进气口设置有打气机构；
气压计5，气压计5固定安装在气囊4靠近五轴悬臂2输出端的一侧。
本发明工作时，将工件放置在工作台1上，通过五轴悬臂2带动高压水管3的出水端平移以及旋转，并将气囊4的内部打入足量的气体，高压水管3的出水端带动气囊4移动，靠近工件，相对工件倾斜，直至工件贴住并挤压气囊4，使得气囊4被压缩，气压计5的示数发生变化，且传输给外部控制器，来提醒工作人员高压水管3接近工件，由外部控制器控制五轴悬臂2悬停或抬升，方便气囊4隔开工件和高压水管3，来给高压水管3留出安全距离，同时通过气囊4的环形结构作用，能够呈周向保护高压水管3，高压水管3多角度旋转时相对工件均能留出足够的竖直距离，减少高压水管3倾斜时出现的偏差，降低高压水管3和工件碰撞的情况发生。
五轴悬臂2带动高压水管3的出水端竖直位移时，通过红外测距传感器监测水刀与被切割工件在竖直方向的竖直距离，方便留出安全距离，减少高压水管3和工件之间碰撞的情况发生，节约设置多个红外测距传感器的操作步骤，方便明确高压水管3和工件之间的竖直距离。
参阅图2、图3和图5，供水机构包括：
高压水泵6，高压水泵6的出水端固定连于高压水管3的一端；
进水管7，进水管7的一端固定连接于高压水泵6的进水端，进水管7远离高压水泵6的一端连接有水源；
进砂管8，进砂管8的出料端固定连接于进水管7的一侧。
本发明工作时，控制高压水泵6抽取水源的水输送给进水管7，并吸取进砂管8中的砂，将水和砂混合，形成高压水流，再沿高压水管3喷射到工件上，来切割工件。
参阅图2、图3和图4，夹持机构包括：
夹板23，两个夹板23均滑动安装在工作台1一端的上壁，两个夹板23相互远离的一侧均固定安装有加强筋30；
插槽24，两组插槽24分别设置在两个夹板23相互靠近的位置，每组多个插槽24均开设在夹板23远离工作台1的一侧；
钉板25，钉板25插接在插槽24内部，钉板25的高度小于工件的高度；
第二顶针26，多个第二顶针26均固定安装在钉板25的一侧，且第二顶针26的一端延伸出插槽24内部。
当工件需要上料时，将工件放置到工作台1上，通过移动两个夹板23，从两侧夹紧工件，并通过钉板25一侧的第二顶针26抵紧工件，以便完成工件的装夹，而当工件高度不同时，通过取出插槽24中的钉板25，来更换高度不同的钉板25，以便足够的第二顶针26抵紧工件，方便高压水管3在工件上方移动，减少夹持机构干涉高压水管3的情况发生，进一步地，通过加强筋30缓解夹板23的应力，来提高夹板23的挤压强度。
参阅图2、图3和图4，夹板23的一端和工作台1一端的上壁之间通过设置有第一锁紧螺栓28滑动连接，工作台1的一端还开设有与第一锁紧螺栓28一端插接的滑槽27，夹板23远离第二顶针26的一侧螺纹安装有多个第二锁紧螺栓29，第二锁紧螺栓29的一端延伸进插槽24内部，在夹板23需要平移时，通过正转第一锁紧螺栓28的螺母，第一锁紧螺栓28解除对夹板23的锁定，再水平推动夹板23，反之，通过正转第一锁紧螺栓28的螺母，通过第一锁紧螺栓28配合滑槽27锁紧夹板23，而当钉板25需要锁紧时，通过正转第二锁紧螺栓29，来顶紧钉板25，方便在摩擦作用下锁紧钉板25，反之，反之第二锁紧螺栓29，即可接触对钉板25的锁紧，方便取出插槽24中的钉板25。
参阅图3、图4和图7，缓冲机构包括：
废水池14，废水池14开设在工作台1上端的中间；
第一顶针15，第一顶针15的结构为圆柱，多个第一顶针15固定安装在废水池14的下壁，且沿水平阵列分布；
支撑网16，支撑网16的下壁固定连接于第一顶针15的上端，且支撑网16设置在废水池14内部。
本发明工作时，高压水流切割工件形成废水和废渣，直至穿透工件，落到废水池14中，并接触第一顶针15和支撑网16，通过第一顶针15的弧面和支撑网16的空隙分流，方便卸去高压水流的冲击作用，同时，通过第二顶针26隔开夹板23和工件，以使高压水流错开夹板23，减少被高压水流切割的第一顶针15和支撑网16。
参阅图4和图7，废水池14的内部沿水平阵列分布有多个横杆17以及与横杆17相互交错的多个纵杆18，横杆17的外侧和纵杆18的外侧均固定连接于第一顶针15的外侧，通过横杆17和纵杆18加强各个第一顶针15的联系，在第一顶针15支撑工件时，减少歪斜的第一顶针15，并且横杆17的弧面和纵杆18的弧面分流高压水流，方便卸去高压水流的冲击作用。
参阅图1、图2和图3，打气机构包括：
进气管9，进气管9的一端固定连接于气囊4的进气口；
电动气阀10，电动气阀10装配在进气管9上；
气泵11，气泵11的出气端固定连接于进气管9远离气囊4的一端。
本发明工作时，在指定时间段打开电动气阀10，以便气泵11向进气管9中泵入空气，来为气囊4充气，使得气囊4的直径胀到指定范围，再关闭电动气阀10，控制气泵11停车，能够调节气囊4作用在高压水管3上的安全距离。
参阅图2和图6，五轴悬臂2的一侧固定安装有吊环12，吊环12上卡接有用于锁紧进气管9的卡箍13，在打气机构工作时，将卡箍13穿过吊环12，再扣锁进气管9，通过吊环12和卡箍13支撑进气管9，缓解电动气阀10对进气管9造成的牵引作用，减少进气管9下垂挂住工件的情况发生，反之，通过打开卡箍13，即可接触进气管9的扣锁作用。
参阅图4和图8，废水池14的一端固定安装有废水管19，废水管19远离废水池14的一端固定安装有排水泵20，排水泵20的出水端固定连接有过滤箱21，过滤箱21下壁的中间固定安装有过滤网22，通过排水泵20鼓动废水管19中的废水，在废水池14中的废水和废渣进入废水管19时，废水管19中产生负压作用，使得废水管19吸取废水池14中的废水和废渣，并输送到过滤箱21内部，通过过滤网22过滤废水中的废渣，方便回收废水。
请参阅图9，一种铝单板数控智能切割方法，切割方法包括以下步骤：
S1、工件装夹：将工件放置到支撑网16上，并将第一锁紧螺栓28旋松，通过移动两个夹板23，从两侧夹紧工件，并通过钉板25一侧的第二顶针26抵紧工件，以便完成工件的装夹，而当工件高度不同时，通过取出插槽24中的钉板25，来更换高度不同的钉板25，以便足够的第二顶针26抵紧工件，方便高压水管3在工件上方移动，减少夹持机构干涉高压水管3的情况发生，再将第一锁紧螺栓28旋紧，以便完成装夹工件；
S2、校准水平：将跳表通过磁铁吸附在五轴悬臂2的输出端，通过五轴悬臂2的输出端带动跳表下降，直至跳表的探测针接触工件，在平移跳表，通过观察跳表指针的变化，来校准工件的位置；
S3、切割工件：控制高压水泵6抽取水源的水输送给进水管7，并吸取进砂管8中的砂，将水和砂混合，形成高压水流，通过供水机构向高压水管3中泵送高压水流，并通过五轴悬臂2带动高压水管3的出水端平移以及旋转，使得高压水流射到工件的指定位置，来切割工件，并产生废水和废渣；
S4、废水回收：通过废水池14承接废水和废渣，再沿废水管19将废水和废渣输送到过滤箱21中，并通过过滤网22过滤废水中的废渣，方便回收废水。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种铝单板数控智能切割装置，其特征在于，包括：
工作台(1)，工作台(1)上端的中间设置有缓冲机构，工作台(1)的一端设置有夹持机构；
五轴悬臂(2)，所述五轴悬臂(2)的两端分别滑动连接于工作台(1)的两侧；
高压水管(3)，所述高压水管(3)的出水端固定连接于五轴悬臂(2)的输出端，所述高压水管(3)远离五轴悬臂(2)的一端设置有供水机构；
气囊(4)，所述气囊(4)固定安装在高压水管(3)的外侧，且位于五轴悬臂(2)的输出端，所述气囊(4)的结构为环形，所述气囊(4)的进气口设置有打气机构；
气压计(5)，所述气压计(5)固定安装在气囊(4)靠近五轴悬臂(2)输出端的一侧。
2.根据权利要求1所述的一种铝单板数控智能切割装置，其特征在于：所述供水机构包括：
高压水泵(6)，所述高压水泵(6)的出水端固定连于高压水管(3)的一端；
进水管(7)，所述进水管(7)的一端固定连接于高压水泵(6)的进水端，所述进水管(7)远离高压水泵(6)的一端连接有水源；
进砂管(8)，所述进砂管(8)的出料端固定连接于进水管(7)的一侧。
3.根据权利要求1所述的一种铝单板数控智能切割装置及其切割方法，其特征在于：所述打气机构包括：
进气管(9)，所述进气管(9)的一端固定连接于气囊(4)的进气口；
电动气阀(10)，所述电动气阀(10)装配在进气管(9)上；
气泵(11)，所述气泵(11)的出气端固定连接于进气管(9)远离气囊(4)的一端。
4.根据权利要求3所述的一种铝单板数控智能切割装置，其特征在于：所述五轴悬臂(2)的一侧固定安装有吊环(12)，所述吊环(12)上卡接有用于锁紧进气管(9)的卡箍(13)。
5.根据权利要求1所述的一种铝单板数控智能切割装置，其特征在于：所述缓冲机构包括：
废水池(14)，所述废水池(14)开设在工作台(1)上端的中间；
第一顶针(15)，多个所述第一顶针(15)固定安装在废水池(14)的下壁，且沿水平阵列分布；
支撑网(16)，所述支撑网(16)的下壁固定连接于第一顶针(15)的上端，且所述支撑网(16)设置在废水池(14)内部。
6.根据权利要求5所述的一种铝单板数控智能切割装置，其特征在于：所述废水池(14)的内部沿水平阵列分布有多个横杆(17)以及与横杆(17)相互交错的多个纵杆(18)，所述横杆(17)的外侧和纵杆(18)的外侧均固定连接于第一顶针(15)的外侧。
7.根据权利要求5所述的一种铝单板数控智能切割装置，其特征在于：所述废水池(14)的一端固定安装有废水管(19)，所述废水管(19)远离废水池(14)的一端固定安装有排水泵(20)，所述排水泵(20)的出水端固定连接有过滤箱(21)，所述过滤箱(21)下壁的中间固定安装有过滤网(22)。
8.根据权利要求1所述的一种铝单板数控智能切割装置，其特征在于：所述夹持机构包括：
夹板(23)，两个所述夹板(23)均滑动安装在工作台(1)一端的上壁；
插槽(24)，两组所述插槽(24)分别设置在两个夹板(23)相互靠近的位置，每组多个所述插槽(24)均开设在夹板(23)远离工作台(1)的一侧；
钉板(25)，所述钉板(25)插接在插槽(24)内部；
第二顶针(26)，多个所述第二顶针(26)均固定安装在钉板(25)的一侧，且所述第二顶针(26)的一端延伸出插槽(24)内部。
9.根据权利要求8所述的一种铝单板数控智能切割装置，其特征在于：所述夹板(23)的一端和工作台(1)一端的上壁之间通过设置有第一锁紧螺栓(28)滑动连接，所述工作台(1)的一端还开设有与第一锁紧螺栓(28)一端插接的滑槽(27)，所述夹板(23)远离第二顶针(26)的一侧螺纹安装有多个第二锁紧螺栓(29)，所述第二锁紧螺栓(29)的一端延伸进插槽(24)内部。
10.一种铝单板数控智能切割方法，其特征在于：应用于权利要求1-9其中任一所述的一种铝单板数控智能切割装置，包括以下步骤：
S1、工件装夹：将工件放置到支撑网(16)上，并将第一锁紧螺栓(28)旋松，通过移动两个夹板(23)，从两侧夹紧工件，再将第一锁紧螺栓(28)旋紧，以便完成装夹工件；
S2、校准水平：将跳表通过磁铁吸附在五轴悬臂(2)的输出端，通过五轴悬臂(2)的输出端带动跳表下降，直至跳表的探测针接触工件，在平移跳表，通过观察跳表指针的变化，来校准工件的位置；
S3、切割工件：通过供水机构向高压水管(3)中泵送高压水流，并通过五轴悬臂(2)带动高压水管(3)的出水端平移以及旋转，使得高压水流射到工件的指定位置，来切割工件，并产生废水和废渣；
S4、废水回收：通过废水池(14)承接废水和废渣，再沿废水管(19)将废水和废渣输送到过滤箱(21)中，并通过过滤网(22)过滤废水中的废渣，方便回收废水。
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