CN115740784A - 塑料管材坡口加工的激光切割方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了塑料管材坡口加工的激光切割方法，它涉及塑料管材坡口切割技术领域。激光切割方法包括以下步骤：将管材的一端通过夹持头夹持并升降，管材另一端支撑于侧边支撑辊上；调节底部支撑辊的高度；驱动内压机构平移至管材内部；调节内压机构的底部压辊高度；调节侧边压辊抵住管材的内壁；设置脉冲调整模块的数据，通过激光切割器的切割轨迹控制模块进行编程；移动激光切割器；切割过程中向切割位置喷射冷却液。本发明的优点在于：管材的两端分别通过夹持和支撑固定，管材不易弯曲产生形变，坡口切割时管材不会晃动，能够保证切割轨迹精度；切割过程中产生的碎渣通过喷射的冷却液清除，且冷却液可对管材降温，避免管材热损伤。

Description

塑料管材坡口加工的激光切割方法

技术领域

本发明涉及塑料管材坡口切割技术领域，具体涉及塑料管材坡口加工的激光切割方法。

背景技术

随着激光切割技术的逐步发展，传统的人工控制切割位点已无法满足需求，目前新兴的机器人智能制造技术逐步与激光切割相结合，用于精确切割塑料管材的坡口。

目前对管材进行坡口的激光切割前，会先对管材进行夹持，使得坡口切割时管材受到位置限定。但是，现有技术中，通常是对管材进行两端夹持或一端夹持另一端支撑，两端夹持时管材只能受到夹持力，管材较长时，容易弯曲产生形变，一端夹持另一端支撑，管材受到了底部支撑力，不易弯曲形变，但支撑时并未对管材的端部进行固定，坡口切割时管材会有一定的晃动，管材的切割轨迹精度难保证，会造成切割精度较低，难以满足后续焊接工艺的要求；另外，管材在激光坡口切割过程中会产生碎渣并快速产生热量，碎渣通常是通过辅助气体吹在激光与材质作用区域进行去除，但对管材的降温效果不显著，热量会导致管材热损伤，改变管材的微结构，使得管材的表面质量也较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供塑料管材坡口加工的激光切割方法，能够解决现有技术中对管材进行坡口的激光切割时管材两端夹持固定在管材较长时容易产生弯曲形变、管材一端夹持另一端进行底部支撑对管材切割时管材会有一定的晃动、管材的切割轨迹精度难以保证、管材切割时产生的热量会导致管材热损伤导致管材的表面质量差的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：包括以下步骤：

S1、将管材的一端通过夹持头上的电动夹爪进行夹持，并通过升降座驱动夹持头升降，带动管材升降以调节管材的加工高度，使得管材的另一端底部支撑于支撑机构的两个对称设置的侧边支撑辊上；

S2、调节支撑机构的底部支撑辊的高度，通过底部支撑辊对管材的另一端底部进行支撑；

S3、驱动内压机构平移至管材另一端的内部；

S4、调节内压机构的底部压辊的高度，使得底部压辊的底部压住管材的内底部，底部压辊与底部支撑辊对应于管材底部的内外侧，共同作用对管材的底部进行压制固定；

S5、调节内压机构的两个侧边压辊与安装块的安装角度，使得两个侧边压辊分别与两个侧边支撑辊位置对应，调节侧边压辊的位置，使得侧边压辊抵住管材的内壁，对应的侧边压辊与侧边支撑辊同时对管材的同一位置进行作用，侧边压辊与侧边支撑辊共同作用对管材的侧下方进行压制固定，管材得到多点支撑和压制固定；

S6、将激光切割器的脉冲调整模块与激光切割头相连接，通过在显示器端进行操作来设置脉冲调整模块的数据并发送相应指令至激光切割头，并通过激光切割器的切割轨迹控制模块进行编程，确定管材的坡口切割轨迹；

S7、将激光切割器移动至管材的坡口切割位置，使得激光切割头位于坡口切割轨迹的初始切割位置，激光切割器带动冷却液喷射机构同时移动；

S8、激光切割头按照管材的坡口切割轨迹对管材进行坡口切割，切割过程中，向切割位置喷射冷却液，对切割产生的碎屑进行清理，并同时对管材进行降温冷却，防止管材热损伤，喷射的冷却液通过管材底部设置的收集槽进行收集；

S9、完成对管材的坡口激光切割后，将激光切割器移开，并取消对管材端部的压制固定，松开对管材端部的夹持，将管材输送至下一加工工序。

进一步地，所述切割轨迹控制模块采用ROBOTMASTER离线编程软件实现，用于控制激光切割头的切割轨迹，所述脉冲调整模块通过PLC实现，用于控制激光切割头的激光脉冲周期和激光脉宽。

进一步地，所述支撑机构的结构如下：支撑机构具有底部支撑辊和侧边支撑辊，所述底部支撑辊通过升降杆驱动升降，底部支撑辊两侧的侧边支撑辊固定设置；

所述内压机构的结构如下：内压机构具有底部压辊和侧边压辊，所述底部压辊和侧边压辊分别与底部支撑辊和侧边支撑辊对应设置；

所述底部压辊和侧边压辊均通过伸缩机构驱动进行位置调节；

所述底部压辊和侧边压辊安装于移动架底部，所述移动架通过液压缸驱动平移。

进一步地，所述底部支撑辊套设于第一支撑轴上，所述第一支撑轴的两端分别与升降杆的上方连接；所述侧边支撑辊套设于第二支撑轴上，所述第二支撑轴的两端分别架设于支撑柱上固定。

进一步地，所述伸缩机构包括第一电动伸缩杆和第二电动伸缩杆；

所述底部压辊套设于第一安装轴上，所述第一安装轴的两端固定于第一电动伸缩杆的底部，所述第一电动伸缩杆竖向安装于支架的底部，所述支架为倒U型结构，支架与移动架的底部固定连接，所述移动架为倒L型结构，移动架的一侧固定连接于移动柱的顶部，所述移动柱通过液压缸驱动平移；

所述支架的两侧分别设有倾斜的第二电动伸缩杆，所述侧边压辊套设于第二安装轴上，所述第二安装轴的两端固定于第二电动伸缩杆的底部。

进一步地，所述第二电动伸缩杆通过安装块安装于支架侧面，所述安装块为梯形结构。

进一步地，所述第二电动伸缩杆与安装块通过销轴转动连接，第二电动伸缩杆与安装块转动调节后通过螺栓锁定。

本发明的优点在于：管材的两端分别通过夹持和支撑固定，较长的管材进行坡口切割时，不易弯曲产生形变，且管材位置得到固定，坡口切割时管材不会晃动，管材按照预先设定的切割轨迹进行切割，能够保证切割轨迹精度，塑料管材坡口的切割精度提升，满足后续焊接工艺的要求；

激光切割器带动冷却液喷射机构同时移动，管材在激光坡口切割过程中产生的碎渣通过喷射的冷却液清除，且冷却液可对管材切割中产生的热量进行降温冷却，管材冷却效果显著，避免管材热损伤，管材的表面质量得到提升。

附图说明

图1为本发明对坡口激光切割的管材固定的机构结构示意图；

图2为本发明对管材进行压制固定的内压机构结构示意图；

图3为本发明的支撑机构和内压机构对管材支撑和压制状态的侧视图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

本具体实施方式采用如下技术方案：结合图1-图3，塑料管材坡口加工的激光切割方法包括以下步骤：

S1、将管材10的一端通过夹持头1上的电动夹爪11进行夹持，并通过升降座驱动夹持头1升降，带动管材10升降以调节管材10的加工高度，使得管材10的另一端底部支撑于支撑机构3的两个对称设置的侧边支撑辊32上。

S2、调节支撑机构3的底部支撑辊31的高度，通过底部支撑辊31对管材10的另一端底部进行支撑。

S3、驱动内压机构4平移至管材10另一端的内部，内压机构4在管材10的内部对管材10进行压制固定。

S4、调节内压机构4的底部压辊41的高度，使得底部压辊41的底部压住管材10的内底部，底部压辊41与底部支撑辊31对应于管材10底部的内外侧，共同作用对管材10的底部进行压制固定。

S5、调节内压机构4的两个侧边压辊42与安装块15的安装角度，使得两个侧边压辊42分别与两个侧边支撑辊32位置对应，调节侧边压辊42的位置，使得侧边压辊42抵住管材10的内壁，对应的侧边压辊42与侧边支撑辊32同时对管材10的同一位置进行作用，侧边压辊42与侧边支撑辊32共同作用对管材10的侧下方进行压制固定，管材10得到多点支撑和压制固定，管材10的端部可得到有效固定，坡口切割时管材10不会产生晃动，也不会有弯曲变形。

S6、将激光切割器16的脉冲调整模块与激光切割头相连接，通过在显示器端进行操作来设置脉冲调整模块的数据并发送相应指令至激光切割头，脉冲调整模块通过PLC实现，用于控制激光切割头的激光脉冲周期和激光脉宽；通过激光切割器16的切割轨迹控制模块进行编程，确定管材10的坡口切割轨迹，切割轨迹控制模块采用ROBOTMASTER离线编程软件实现，用于控制激光切割头的切割轨迹，切割轨迹控制模块和脉冲调整模块可以直接通过显示装置进行设置后输入激光切割器16中。

S7、将激光切割器16移动至管材10的坡口切割位置，使得激光切割头位于坡口切割轨迹的初始切割位置，激光切割器16带动冷却液喷射机构17同时移动，冷却液喷射机构17的喷射管通过固定架固定于激光切割器16侧面，激光切割器16沿着机架移动时，带动冷却液喷射机构17的喷射管同时平移，喷射管朝向激光切割头倾斜设置，喷射管的一端安装喷头，喷射管的另一端连接液体泵，液体泵设于冷却液盛装桶内。

S8、激光切割头按照管材10的坡口切割轨迹对管材10进行坡口切割，切割过程中，喷射管向管材10的切割位置喷射冷却液，对切割产生的碎屑进行清理，并同时对管材10进行降温冷却，防止管材10热损伤，喷射的冷却液通过管材10底部设置的收集槽进行收集，收集槽图中未示出。

S9、完成对管材10的坡口激光切割后，将激光切割器16移开，并取消对管材10端部的压制固定，松开对管材10端部的夹持，将管材10输送至下一加工工序。

如图1-图3所示，以上方法中使用的夹持头1的安装结构为：夹持头1安装于安装座2一侧，安装座2安装于底座上，夹持头1远离安装座2的一侧周向均匀设有六个电动夹爪11，夹持头1内设有电动滑块，电动滑块图中未示出，可分别控制六个电动夹爪11同步活动，通过六个电动夹爪11分别与管材10的外周接触，可实现对管材10端部的有效夹持固定，可对不同规格的管材10进行夹持，安装座2内安装有升降座，升降座图中未示出，夹持头1靠近安装座2的一侧通过固定块安装于升降座上，安装座2的侧面设有供固定块移动的竖向移动槽，升降座可驱动夹持头1升降调节高度，具体的电动夹爪11、升降座的结构和原理为本领域技术人员熟知的现有技术，不再阐述。

支撑机构3结构为：支撑机构3具有底部支撑辊31和侧边支撑辊32，底部支撑辊31和侧边支撑辊32分别对管材10的底部和外侧下方进行支撑，底部支撑辊31套设于第一支撑轴33上，第一支撑轴33的两端分别与升降杆5的上方连接，底部支撑辊31通过升降杆5驱动升降实现高度的调节，对不同规格的管材10支撑时，管材10的底部位置会有变动，底部支撑辊31可作相应的高度调节。

侧边支撑辊32套设于第二支撑轴34上，第二支撑轴34的两端分别架设于支撑柱6上固定，支撑柱6高度固定，两侧的侧边支撑辊32固定设置，支撑时可不用进行高度的调节，两侧的侧边支撑辊32可对不同规格的管材10进行支撑，根据管材10的底部高度调节底部支撑辊31即可对管材10进行多点支撑。

内压机构4的结构为：内压机构4具有底部压辊41和侧边压辊42，底部压辊41和侧边压辊42分别对管材10的内底部和内侧下方进行压制，且底部压辊41和侧边压辊42分别与底部支撑辊31和侧边支撑辊32对应设置。

底部压辊41和侧边压辊42均通过伸缩机构驱动进行位置调节，伸缩机构包括第一电动伸缩杆7和第二电动伸缩杆8，第一电动伸缩杆7和第二电动伸缩杆8分别驱动底部压辊41和侧边压辊42进行位置调节。

底部压辊41和侧边压辊42的安装结构为：底部压辊41套设于第一安装轴43上，第一安装轴43的两端固定于第一电动伸缩杆7的底部，第一电动伸缩杆7竖向安装于支架9的底部，支架9为倒U型结构，底部压辊41和侧边压辊42可进入管材10的内部，底部压辊41对管材10的内底部进行压制使得管材10固定，不同规格的管材10固定时，底部支撑辊31的高度进行相应调节，同样的，底部压辊41通过第一电动伸缩杆7的驱动也进行相应高度的调节，使得底部压辊41和底部支撑辊31与管材10的外底部和内底部接触，共同作用对管材10底部进行支撑和压制固定。

支架9的两侧分别设有倾斜的第二电动伸缩杆8，侧边压辊42套设于第二安装轴44上，第二安装轴44的两端固定于第二电动伸缩杆8的底部，第二电动伸缩杆8安装于支架9侧面，第二电动伸缩杆8伸缩可驱动侧边压辊42进行位置调节，以适应不同规格的管件10，侧边压辊42调节后压制住管件10的内侧下方，侧边压辊42与侧边支撑辊32分别从管件10的内部和外侧对管件10进行压制和支撑，实现对管件10的多点支撑及压制，管件10端部的固定效果好。

支架9与移动架12的底部固定连接，移动架12为倒L型结构，移动架12的一侧固定连接于移动柱13的顶部，移动柱13通过液压缸14驱动平移，移动柱13移动可带动移动架12平移，移动架12带动支架9及底部压辊41、侧边压辊42向管材10移动并进入管材10的内部，移动架12的顶部至底部压辊41的底部之间的距离小于管材10的直径。

第二电动伸缩杆8通过安装块15安装于支架9侧面，安装块15为梯形结构，第二电动伸缩杆8与安装块15通过销轴转动连接，第二电动伸缩杆8与安装块15转动调节后通过螺栓锁定。

第二电动伸缩杆8与安装块15的角度可调节，侧边压辊42对管材10的压制点可随着侧边支撑辊32对管材10的支撑点进行相应变动，使得侧边压辊42、侧边支撑辊32对管材10的压制和支撑点为管材10上的同一点，即管材10的支撑压制点正好位于侧边压辊42、侧边支撑辊32之间，对于管材10的固定效果更好，不同规格的管材10切割时均能得到很好的固定。

以上所述的电动夹爪11、升降杆5、第一电动伸缩杆7、第二电动伸缩杆8、液压缸14等部件均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本领域技术人员可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知的，不再阐述。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.塑料管材坡口加工的激光切割方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、将管材的一端通过夹持头上的电动夹爪进行夹持，并通过升降座驱动夹持头升降，带动管材升降以调节管材的加工高度，使得管材的另一端底部支撑于支撑机构的两个对称设置的侧边支撑辊上；

S2、调节支撑机构的底部支撑辊的高度，通过底部支撑辊对管材的另一端底部进行支撑；

S3、驱动内压机构平移至管材另一端的内部；

S4、调节内压机构的底部压辊的高度，使得底部压辊的底部压住管材的内底部，底部压辊与底部支撑辊对应于管材底部的内外侧，共同作用对管材的底部进行压制固定；

S5、调节内压机构的两个侧边压辊与安装块的安装角度，使得两个侧边压辊分别与两个侧边支撑辊位置对应，调节侧边压辊的位置，使得侧边压辊抵住管材的内壁，对应的侧边压辊与侧边支撑辊同时对管材的同一位置进行作用，侧边压辊与侧边支撑辊共同作用对管材的侧下方进行压制固定，管材得到多点支撑和压制固定；

S6、将激光切割器的脉冲调整模块与激光切割头相连接，通过在显示器端进行操作来设置脉冲调整模块的数据并发送相应指令至激光切割头，并通过激光切割器的切割轨迹控制模块进行编程，确定管材的坡口切割轨迹；

S7、将激光切割器移动至管材的坡口切割位置，使得激光切割头位于坡口切割轨迹的初始切割位置，激光切割器带动冷却液喷射机构同时移动；

S8、激光切割头按照管材的坡口切割轨迹对管材进行坡口切割，切割过程中，向切割位置喷射冷却液，对切割产生的碎屑进行清理，并同时对管材进行降温冷却，防止管材热损伤，喷射的冷却液通过管材底部设置的收集槽进行收集；

S9、完成对管材的坡口激光切割后，将激光切割器移开，并取消对管材端部的压制固定，松开对管材端部的夹持，将管材输送至下一加工工序。

2.根据权利要求1所述的塑料管材坡口加工的激光切割方法，其特征在于：所述切割轨迹控制模块采用ROBOTMASTER离线编程软件实现，用于控制激光切割头的切割轨迹，所述脉冲调整模块通过PLC实现，用于控制激光切割头的激光脉冲周期和激光脉宽。

3.根据权利要求1所述的塑料管材坡口加工的激光切割方法，其特征在于：所述支撑机构的结构如下：支撑机构具有底部支撑辊和侧边支撑辊，所述底部支撑辊通过升降杆驱动升降，底部支撑辊两侧的侧边支撑辊固定设置；

所述内压机构的结构如下：内压机构具有底部压辊和侧边压辊，所述底部压辊和侧边压辊分别与底部支撑辊和侧边支撑辊对应设置；

所述底部压辊和侧边压辊均通过伸缩机构驱动进行位置调节；

所述底部压辊和侧边压辊安装于移动架底部，所述移动架通过液压缸驱动平移。

4.根据权利要求3所述的塑料管材坡口加工的激光切割方法，其特征在于：所述底部支撑辊套设于第一支撑轴上，所述第一支撑轴的两端分别与升降杆的上方连接；所述侧边支撑辊套设于第二支撑轴上，所述第二支撑轴的两端分别架设于支撑柱上固定。

5.根据权利要求3所述的塑料管材坡口加工的激光切割方法，其特征在于：所述伸缩机构包括第一电动伸缩杆和第二电动伸缩杆；

所述底部压辊套设于第一安装轴上，所述第一安装轴的两端固定于第一电动伸缩杆的底部，所述第一电动伸缩杆竖向安装于支架的底部，所述支架为倒U型结构，支架与移动架的底部固定连接，所述移动架为倒L型结构，移动架的一侧固定连接于移动柱的顶部，所述移动柱通过液压缸驱动平移；

所述支架的两侧分别设有倾斜的第二电动伸缩杆，所述侧边压辊套设于第二安装轴上，所述第二安装轴的两端固定于第二电动伸缩杆的底部。

6.根据权利要求3所述的塑料管材坡口加工的激光切割方法，其特征在于：所述第二电动伸缩杆通过安装块安装于支架侧面，所述安装块为梯形结构。

7.根据权利要求3所述的塑料管材坡口加工的激光切割方法，其特征在于：所述第二电动伸缩杆与安装块通过销轴转动连接，第二电动伸缩杆与安装块转动调节后通过螺栓锁定。

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