一种用于热切割的加工装置的制作方法

本发明涉及热切割技术领域，尤其涉及一种用于热切割的加工装置。

背景技术：

一直以来对于软质材料，如泡沫板、海绵、软质的聚氨酯、硅胶等软质材料的加工，通常都是通过机床完成。进一步地，当需要将这些软质材料加工成3d形状或者曲面形状时，则主要通过cnc加工完成，加工工艺非常复杂，且加工时间长，并且，cnc虽然擅长各种型面的加工，但是，使用cnc去加工软质材料，大材小用，且成本较高、加工周期长。

原因主要在于，cnc的稼动成本很高，在加工曲面的时候，必须提前编程，使这些刀具必须配合cnc的主轴的各种角度的旋转，从而完成曲面的加工，从而造成加工周期长。

技术实现要素：

本发明旨在解决上述技术问题，提出了用于热切割的加工装置，该加工装置用于加工软质材料，并可降低其加工成本及缩短其加工周期。

一种用于热切割的加工装置，包括：刀具，所述刀具的材质为可导热的材质，所述刀具的刃部至少一部分为弧状，所述刀具包括至少一处的刀具安装部；加热部，用于加热所述刀具；刀具保持部，通过固定所述刀具安装部从而将所述刀具保持；软质材料保持部，用于保持软质材料；驱动部，驱动所述刀具和/或软质材料行走。

优选地，所述驱动部包括第一驱动部，所述刀具保持部设置在所述第一驱动部上，所述第一驱动部包括沿x轴直线行走的x轴驱动部及沿z轴直线行走的z轴驱动部，所述刀具保持部设置在所述z轴驱动部上。

进一步优选地，所述z轴驱动部上还设置有角度变换部，所述角度变换部的输出端与所述刀具保持部连接以驱动所述刀具改变角度。

更进一步地，所述角度变换部包括第一电机，所述第一电机的输出轴与所述刀具保持部连接，并使所述刀具可绕所述输出轴的轴心旋转。

进一步地，还包括隔热部，所述隔热部设置在所述刀具与所述驱动部之间。

更进一步地，所述z轴驱动部上还设置调节部，所述刀具保持部设置在所述调节部上，所述调节部包括用于调节所述刀具的x轴方向的位置的x轴调节部和/或用于调节所述刀具的z轴方向的位置的z轴调节部。

更进一步地，所述角度变换部安装在所述调节部上。

进一步地，所述驱动部还包括第二驱动部，所述第二驱动部包括沿y轴直线行走的y轴驱动部，所述软质材料保持部设置在所述y轴驱动部上。

进一步地，所述软质材料保持部包括用于吸附软质材料的吸附部或包括用于使软质材料可通过粘接而保持的保持面。

进一步地，还包括辅助定位部及驱动所述辅助定位部的第三驱动部，所述第三驱动部可驱动所述辅助定位部靠近或远离所述软质材料保持部。

本发明的加工装置，由于刀具的刃部至少一部分为弧状，并且设置了驱动刀具和/或软质材料行走的驱动部，因此，在加工软质材料的曲面时，无需使用cnc进行复杂的编程或者复杂的加工过程，可降低软质材料的加工成本及缩短加工周期。

附图说明

图1(a)是加工前的海绵体的主视图；

图1(b)是图1(a)a-a处的剖视图；

图2(a)是加工后的海绵体的主视图；

图2(b)是图2(a)b-b处的剖视图；

图3(a)是刀具的第一种实施例的主视图；

图3(b)是图3(a)的右视图；

图3(c)是刀具的第二种实施例的立体图；

图3(d)是第一、第二种实施例的刀具加工海绵体时的工作状态的示意图；

图4(a)是刀具的第三种实施例的立体图；

图4(b)是第三种实施例的刀具加工海绵体时的工作状态的示意图；

图5(a)是刀具的第四种实施例的主视图；

图5(b)是图5(a)的俯视图；

图5(c)是第四种实施例的刀具加工海绵体的工作状态的示意图；

图6是加工装置的右视方向的立体图；

图7是图6中c处的局部放大图；

图8是加工装置的左视方向的立体图。

具体实施方式

以下参照附图，对本发明作详细说明。需要指出的是，本发明可以以许多不同的方式实现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例目的是为了使本领域的技术人员对本发明所公开的内容理解更加透彻全面。

另外，根据本发明的原理对说明性的实施例所进行的描述旨在要结合附图来进行阅读，其将被视作整个书面说明书的一部分。在公开的本发明的实施例的描述中，任何方向或方位的引用仅仅旨在便于说明，而并非旨在以任何方式限制本发明的范围。相关术语如“正面”、“背面”、“上部”、“下部”、“侧部”、“前端部”、“后端部”、“前侧部”、“后侧部”、“中部”、“内部”、“外部”、“下部的”、“上部的”、“水平的”、“垂直的”、“上方”、“下方”、“向上”、“向下”、“顶部”和“底部”)及其派生词(例如，“水平地”、“向下地”、“向上地”等)应当被解释为下文所述的或在讨论中的附图所示的方位。这些相关术语仅为方便说明之用，而不能要求设备按照特定方位进行构造或操作,除非有明确说明。x轴、y轴、z轴，指定的是空间直角坐标系上的x轴、y轴、z轴。因此，本发明不应被确切地限制于对可单独存在或在其它特征组合中存在的特征的一些可能的非限制性组合进行说明的示例性实施例；本发明的保护范围由所附权利要求界定。

正如当前设想，本次公开描述了本发明的最优模式或实践模式。本发明并非旨在从限制层面上进行理解，而是通过结合附图提供仅供说明使用的发明示例，以告知本领域的普通技术人员本发明的优点和构造。在附图的各种视图中，相同的附图标记指代相同或相似的部件。

本发明所说的软质材料包括但不限于软质橡胶、泡沫板、海绵、软质的聚氨酯、硅胶、软质玻璃等，这些软质材料既可以通过普通的机床使用普通的各种机床刀具1加工出来，还可以通过热切割的方式加工出来。

在本发明中，为了便于说明，以海绵材质作为具体的软质材料而进行说明。

海绵的用途很广，如用在随身听上的耳机海绵护套，居家使用、办公室使用、车载使用的海绵枕、海绵坐垫，用在汽车上的隔音海绵等，不同的使用场合，对海绵的外形也具有不同的要求。

[实施例1]

参照图1(a)、图1(b)，作为原材料或者加工前的海绵体hm1为环状，作为整体，环状的原材料的海绵体的转弯处圆滑过渡。而作为截面，作为原材料的海绵体的截面为矩形状。

参照图2(a)、图2(b)，所期待的加工后的海绵体hm2也是环形的，海绵体的转弯处圆滑过渡。加工后的海绵体hm2的截面的周面包括上部hm2-1、侧部hm2-2、下部hm2-3。其中，上部hm2-1呈弧状；侧部hm-2包括位于截面的外侧的外侧部2-21和位于截面的内侧的内侧部2-22，外侧部2-21及内侧部2-22均呈弧状；下部hm2-3呈平面的台阶状，包括两下平面，位于与外侧部2-21连接的第一下平面2-31高于与内侧部2-22连接的第二下平面2-32。第一下平面2-31与外侧部2-21通过弧面平滑过渡。

参照图3(a)、图3(b),本实施例中，用于加工海绵体的刀具1，其材质为可导热的材质，优选地，刀具1的材质为电热电阻合金，如cr20ni80。在加工海绵体之前，需要把刀具1预热到海绵体的加工温度。刀具1上设置有刃部11，该刃部11具有根据所期待的加工后的海绵体的截面而预设的形状(软质材料所要加工的内容)。另外，为了便于刀具1的固定，刀具1还包括至少一处刀具安装部12。

本实施例的刀具1a的刃部11呈开环状，包括上部的第一刃部11a，第一刃部11a为弧状，中部的第二刃部11b，第二刃部11b同样为弧状，下部的第三刃部11c，第三刃部11c为平面状。第一刃部11a、第二刃部11b、第三刃部11c之间圆滑过渡。

参照图3(d)，刃部11呈开环状，主要是为了减少加工时候的阻力，即：使用该刀具1a加工海绵体时，可以只加工海绵体hm2的截面的外侧部2-21、上部hm2-1的部分及第一下平面2-31。另外，为了确实地保证刃部11能够加工到海绵体(软质材料)的所要加工的内容，刃部11优选为所能涵盖的加工区域大于所要加工的内容的区域，如，刃部11还可以包括沿上部的第一刃部11a的前端稍微朝海绵体上部hm2-1的上方、外部延伸的备用刃部11d，备用刃部11一方面可以防止由于刀具1加工过程的轨迹偏差，导致部分所需要加工的内容没有被加工到，另一方面还可以用于清除加工过程中产生的毛刺。

需要说明的是，刃部11虽然设置为根据所期待的加工后的海绵体的截面而预设，但是，并非意味着刃部11的形状必须与所期待的加工后的海绵体的截面完全一样。继续参照图3(d)，事实上，如本实施例所示，刃部11可以仅与海绵体hm2的部分截面匹配(如海绵体的截面的外侧部2-21、上部hm2-1的部分及第一下平面2-31)。即：对于所期待的加工后的海绵体hm2而言，可以通过若干把具有根据海绵体hm2的周面而预设的形状的刀具1一同加工完成。

[实施例2]

参照图3(c)、图3(d)，海绵体hm2的截面的内侧部2-22及上部hm2-1的另一部分，可以通过将刀具1a的形状稍作改变而成形的另一把刀具1b而加工。本实施例的刀具1b的刃部11-1同样呈开环状，根据海绵体的截面的内侧部2-22及上部hm2-1的另一部分而预设形状。其中，包括上部的第一刃部11-1a，第一刃部11a为弧状，中部的第二刃部11-1b，第二刃部11-1b同样为弧状，并且朝刃部11-1的下部延伸。第一刃部11a、第二刃部11b之间圆滑过渡。

参照图3(a)-图3(c)不管刀具1a，还是刀具1b，其为便于加工海绵体，防止由于阻力过大而导致难以加工海绵体，刀具1(1a、1b)呈薄片状，其厚度t设置为0.8mm左右，如0.6mm-0.9mm。当然，刀具1(1a、1b)的厚度还可以根据所要加工的软质材料的精度等级适当加厚或者减薄，但是，基本上，要求刀具1(1a、1b)的厚度应该小于1.5mm。同样地为了降低刀具1(1a、1b)与海绵体的摩擦力，降低阻力，刀具1(1a、1b)的宽度w优选2mm左右，如0.5mm-3mm。同样地，刀具1(1a、1b)的宽度w还可以根据所要加工的软质材料的强度适当地加宽，防止由于软质材料的强度过大而导致刀具1折断，但是，基本上，要求刀具1的宽度小于5mm。

进一步地，为了提高刀具1(1a、1b)的锋利度，从而进一步使得刀具1(1a、1b)容易加工海绵体，刃部11(11-1)沿宽度方向的至少一端设置有倒角13。当然，刃部11(11-1)还可以在其宽度方向的两端均设置有倒角13(13-1)，在两侧设置倒角13可以便于刀具1在加工海绵体hm2时可以往返地行走，从而可以去掉海绵体的周面上的毛刺等。

更进一步地，为了提高刀具1的锋利度，刃部11还可以沿厚度方向的两侧均设置倒角13(13-1)，从而使得刃部11的端部沿厚度方向的截面呈三角形状。

继续参照图3(a)、图3(c)，刀具安装部12可以包括两处，并将刃部11设置在两处刀具安装部12之间。刀具1装夹时分别装夹两处刀具安装部12，从而可以避免刃部11处于悬臂的状态。

[实施例3]

参照图4(a)、图4(b)，在本实施例，刀具1c的刃部11-2与实施例1的刀具1的刃部11相同，不同之处在于，刀具1c包括一处刀具安装部12a。刀具安装部12a可以设置在靠近刃部11-2的中部的外侧，以使得刃部11-2在加工海绵体，受力均匀。由于只有一处刀具安装部12a时，可能会导致刀具1c在加工的过程中出现偏摆，为了解决该问题，刀具安装部12a上还可以设置有用于安装螺钉的安装通孔12b。

进一步地，刀具安装部12还可以包括三处(未图示，但是可以将图3(a)、图3(c)、图4(a)的刀具安装部12结合而得到)，分别位于刃部11的上部、下部及中部的外侧，刀具1装夹时分别装夹该三处刀具安装部12，从而进一步避免刃部11处于悬臂的状态。

[实施例4]

参照图5(a)-图5(c)，在本实施例中，加工后的海绵体hm3与海绵体hm2大致相同，不同之处在于，外侧部2-21a上还设置有凹入部2-21b，凹入部2-21b呈v字形。

凹入部2-21b则可以通过如下的形状的刀具1d形成。

刃部11-3呈v字形，包括从刃部11-3的前端开始，朝向刀具安装部12c而斜向上地延伸的第一刃部11-3a，和从刃部11的前端开始，朝向刀具安装部12而斜向下地延伸的第二刃部11-3b，第一刃部11-3a和第二刃部11-3b在刃部11-3的前端连接。第一刃部11a和第二刃部11b分别与刀具安装部12c连接，并且在刀具1d上形成有空腔12d，该空腔的主要作用在于便于刀具1加工海绵体的凹入部2-21b时排除被切除的海绵体。

同样地，为了提高刀具1的锋利度，从而进一步使得刀具1容易加工海绵体，第一刃部11-3a及第二刃部11-3b沿刀具1的板厚方向的至少一端设置有倒角13。当然，刃部11还可以在板厚方向的两端均设置有倒角13-1d，在两侧设置倒角13可以便于刀具1在加工海绵体时可以往返地行走，从而可以去掉海绵体的周面上的毛刺等。

以上的刀具，均可以根据所要加工的软质材料的精度等级而采用不同的加工方法获得(如cnc、钣金冲压、线切割等加工方式完成)，加工成本低，且容易加工。

以上的刀具，几乎都不需要保养，维护成本低。

以上的刀具，可以安装在普通的铣床上，加工时将海绵体通过胶纸水平地粘接铣床的台面上，便可以完成对海绵体的加工。或者，可以专门设置配套的用于装夹该刀具加工装置2，关于该加工装置2，下面会详细说明。

加工装置2，可用于加工软质材料，为了便于说明，以下同样以作为软质材料的海绵体为例，进行说明。

[实施例5]

以下以实施例1的原材料的海绵体hm1和加工后的海绵体hm2作为例子，进行说明。

加工装置2包括驱动部24，驱动部24上安装有刀具保持部22，刀具保持部22上保持有上述刀具1，刀具保持部22通过固定刀具安装部12从而将刀具1保持。如上所述，刀具1可以包括一处刀具安装部12或者两处刀具安装部12或者多处刀具安装部12，与此对应，刀具保持部22也可以包括一处、两处或者多处。在本实施例中，刀具保持部22及刀具安装部12均包括两处。

刀具安装部12为薄片状，与此对应，刀具保持部22也包括两处，两处刀具保持部22上分别设置有槽部221，刀具安装部12容置在槽部221内，通过螺丝锁紧。当然，在别的实施例(如实施例3)中，刀具安装部12还可以包括通孔12b，与此对应，刀具保持部22可以设置有与该通孔12b配合锁紧的螺纹孔。

在本实施例中，刀具1通过驱动部24驱动从而行走，以加工海绵体hm1。用于保持软质材料的海绵体保持部(软质材料保持部)23，则设置在驱动部24驱动刀具1行走时所能涵盖的区域内。

由于所要加工的海绵体hm1为环状的，因此，驱动部24根据海绵体hm1的加工内容而按照预设的轨迹，即：至少能x轴方向和y轴方向驱动。并且，驱动部24可以选择一个两轴或两轴以上的机械手，直接驱动刀具1沿x/y轴方向行走。

当然，刀具1和刀具保持部22也可以是固定的，驱动部24根据海绵体hm1的加工内容而按照预设的轨迹，直接驱动软质材料保持部23沿x/y轴方向行走而实现。

或者，驱动部24也可以选择使用x轴方向的单轴机械手驱动刀具1行走，使用y轴方向的单轴机械手驱动软质材料保持部23行走而实现。

总而言之，根据海绵体hm1所要加工的内容的不同，驱动部24可以按照预设的轨迹行走，驱动部24可以是单轴机械手、两轴机械手、三轴机械手、四轴机械手、五轴机械手、六轴机械手的任意一种或者多种的组合。并且，机械手包括但不限于使用电机、气缸作为执行元件的机械手；并且，机械手包括但不限于使用齿轮齿条传动机构、带传动机构、凸轮传动机构作为传动的机械手；并且，机械手包括但不限于使用线性导向轴、直线滑轨、燕尾槽作为导向的机械手。

在本实施例中，驱动部24包括第一驱动部241，刀具保持部22设置在第一驱动部241上，第一驱动部241通过驱动刀具保持部22从而驱动刀具1。

第一驱动部241包括沿x轴直线行走的电动滑台模组(x轴驱动部)241a及沿z轴直线行走的第一气缸(z轴驱动部)241b，刀具保持部22设置在第一气缸(z轴驱动部241b)上。设置z轴驱动部241b的一个作用是，由于初始状态时，刀具1位于所要加工的海绵体hm1的上部，调试时，防止调试错误而导致刀具1与海绵体hm1干涉。z轴驱动部241b的另一个作用是，便于精确地调节刀具1的z轴方向的位置，由于加工误差、装配误差等，可能会导致刀具1与海绵体所要加工的位置并不精确匹配，因此，可以通过调节第一气缸241b的伸出行程，从而精确地调节刀具1的z轴方向的位置。

海绵体保持部(软质材料保持部)23设置在加工装置2的下部。在本实施例中，海绵体保持部23与环状海绵体hm1(hm2)的下部匹配，包括用于保持海绵体hm1(hm2)的保持面231，在本实施例中，海绵体hm1来料时，其下部可以附带有胶纸，将海绵体hm1放置在海绵体保持部23时，直接通过胶纸粘接在保持面231上，从而将海绵体保持。当然，保持面231上同样也可以粘贴有胶纸，或者别的粘接件，从而将海绵体hm1通过粘接而保持。

另外，对于部分软质材料而言，如硅胶、软质橡胶、软质聚氨酯等而言，保持面231上还可以设置有吸附部(未图示)，具体而言，吸附部包括多个真空吸附孔，将硅胶、软质橡胶、软质聚氨酯等放置于保持面231后，可以通过真空吸附的方法保持在软质材料保持部23上。

在本实施例中，对于软质材料的加工为热切割加工，因此，包括加热部21，加热部21与刀具1连接。具体地，加热部21包括加热导线，加热导线直接与刀具1连接，通过通电的方式将刀具1加热到所需的温度，如500°左右。此时，刀具保持部22优选合成石材料。

为了控制刀具1的加工温度，可以设置热电偶，用于检测刀具1的工作温度。

当然，加热导线还可以与刀具保持部22连接，此时，刀具保持部22同样是可以导热的材质，此时，可以在刀具保持部22和第一气缸之间设置隔热部243。隔热部243可以是如合成石等材质的连接件。

由于在本实施例中，海绵体hm1为环状的，因此，在加工过渡面时，需要改变刀具1的角度，从而实现圆滑地加工海绵体hm1。在本实施例中，设置有用于改变刀具1角度的角度变换部242。角度变换部242设置在驱动部24上，具体地，设置在第一气缸241b(z轴驱动部)的输出端上。

并且，角度变换部242的输出端与刀具保持部22连接以驱动刀具1改变角度。在本实施例中，角度变换部包括第一电机242a，第一电机242a的输出轴与刀具保持部22连接，并使刀具1可绕输出轴的轴心旋转。第一电机242a优选带制动器的伺服电机，在不需要改变刀具1的角度时，可以将第一电机242a的电源切断，通过伺服电机的制动器保持刀具1的稳定。刀具保持部22通过轴承座、联轴器、连接轴(未标记附图标记)与第一电机242a的输出轴连接。

角度变换部242还包括控制部242b，控制部242b根据软质材料所要加工的内容，通过控制第一电机242a的输出从而驱动刀具1改变角度。控制部242b可以是设置在第一电机242a上的编码器，通过闭环控制，而修正第一电机242a的输出，从而精确地刀具1的角度。当然，控制部还可以包括角度传感器、ccd检测等，通过实时监控海绵体的形状，从而修正第一电机242a的输出。

为了进一步精确调整刀具1的位置，z轴驱动部241b上还设置调节部244，刀具保持部22设置在调节部244上。当然，刀具保持部22可以直接设置在调节部244上，也可以经由隔热部243而设置在刀具保持部22上，还可以经由隔热部243、角度变换部242而设置在调节部244上。总而言之，调节部244可以设置在第一气缸(z轴驱动部)241b与刀具保持部22之间的任意位置。

调节部244可以包括用于调节刀具1的x轴方向的位置的x轴调节部244a，在这种情况下，调节部244优选本领域普通技术人员所公知的x轴调节平台。

调节部244可以包括用于调节刀具1的z轴方向的位置的z轴调节部244b，在这种情况下，调节部244优选本领域普通技术人员所公知的y轴调节平台。

调节部244也可以包括用于同时调节刀具1的x轴方向和z轴方向的位置的x/z轴调节部244c，在这种情况下，调节部244优选本领域普通技术人员所公知的x/z轴平台。

调节部244的主要作用在于微调刀具1的加工位置，从而提高切割海绵体时的切割精度。

另外，在本实施例中，驱动部24还包括第二驱动部245，第二驱动部245包括沿y轴直线行走的y轴驱动部245a，y轴驱动部245a与第一驱动部241一样，同样可以是电机驱动的单轴的滑台模组。海绵体保持部(软质材料保持部)23设置在y轴驱动部245a上。通过第一驱动部241、角度变换部242及第二驱动部245的组合，可以实现对海绵体的曲面、3d的精确加工。

在将海绵体保持在海绵体保持部23时，为了辅助定位，还包括辅助定位部25及驱动辅助定位部25的第三驱动部26。辅助定位部25的外周面可以嵌入环状的原材料的海绵体hm1，放料时，先将海绵体嵌套至辅助定位部25。第三驱动部26包括上下方向可伸缩的第二气缸26a，初始状态下，第二气缸26a伸出，以靠近海绵体保持部23，将海绵体hm1嵌套至辅助定位部25后，第二气缸26a缩回，在这过程中，海绵体hm1抵接至保持面231，并粘接在保持面231上，与此同时，第二气缸26a继续缩回，远离海绵体保持部23，以防止刀具1加工海绵体hm1的内侧部2-22(图2(b))时与辅助定位部25干涉。

另外，在本实施例中，第一气缸(z轴驱动部)241b包括两处，上面分别安装有两处角度变换部242、两处加热部21、两处隔热部243、两处刀具保持部22，其中一处刀具保持部22上安装有刀具1a，另一处刀具保持部22上安装有刀具1b，刀具1a用于加工海绵体的外侧部2-22，刀具1b用于加工海绵体的内侧部2-21。

[别的实施例]

需要说明的是，在加工条状的海绵体时，刀具1的角度并不需要改变，同时，刀具1也只需一个方向的行走，此时驱动部24只需设置有一个方向驱动的机械手即可，不需要角度变换部242。

在加工球形状的海绵体时，刀具1只需角度改变，而不需要直线方向的行走，此时，驱动部24只需设置z轴驱动部241b，以及角度变换部242即可。

在上述具体实施方式中所描述的各个具体的技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何方式进行组合，为了不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不另行说明。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本发明范围的任何修改或者等同替换，均应当涵括在本发明的技术方案内。