专利名称：可实现功能变换的模块化极坐标切割方法及数控切割机的制作方法
技术领域：
本发明涉及机械加工领域内钢板的切割加工，具体涉及一种可实现功能变换的模块化极坐标切割方法及采用该方法设计的数控切割机。
现有数控切割机采用直角坐标形式，其结构分悬臂式和龙门式两种，存在着以下不足之处①产品的加工范围固定由于切割机的机械结构限制，现有数控切割机的切割范围是固定的，切割范围为X×Y。(X和Y分别是纵导轨和横导轨的长度)，难以满足某些特殊加工工件的要求；②产品的功能比较单一现有切割机的功能通常为火焰切割、等离子切割、水射流切割或激光切割中的一种，不具有多种切割功能，也不具有更换切割头的功能；③在切割某些特征零件时存在缺点现有切割机在切割圆弧时，是采用插补的原理进行切割的，圆弧的切割是采用许多段小直线进行拟合的。因此，圆弧切割时，切割速度慢、切割的质量差，常会出现较大的形状误差。
针对上述技术问题，本发明提出了一可实现功能变换的模块化极坐标切割方法，其特征在于它是根据不同的加工需要将切割机各组成部分分解成模块形式，各模块采用极坐标结构形式相互连接，使与切割头相联接的模块做旋转运动，同时通过更换相应模块实现切割功能的变换。本发明由上述方法设计的数控切割机特征在于它包括直线运动模块、极轴模块、极径模块、切割头模块和控制显示模块，所述直线运动模块上设有移动平台，与极轴模块连接，极径模块通过其上所设的连接部件与极轴模块连接，且可绕极轴模块转动，控制显示模块固于极径模块上，切割头模块亦装于极径模块上，可沿极径模块轴线方向移动。其中直线运动模块包括电机、减速器、导轨、同步齿形带和移动平台，所述导轨上装有同步齿形带，移动平台与其相固连，导轨端面设有与电机相联的减速器；极轴模块包括基座和回转台，基座内装有减速器，减速器输入轴与电机相接，输出轴与回转台相连；极径模块包括连接部件、导轨、移动部件、电机和齿条，所述连接部件固定在导轨上，导轨上装有齿条，移动部件内装有与电机相联的减速器和齿轮，齿轮与齿条相啮合；切割头模块包括连接座、切割头和夹持器，所述连接座固定在极径模块上之移动部件上，夹持器均装于上，切割头置于夹持器内；控制显示模块包括控制电气柜和显示部件，均装于极径模块上之导轨上。
本发明采用模块化设计理念，可根据不同的加工要求灵活选择切割机的组成模块，灵活变动切割机的切割功能；同时各模块设计成极坐标形式，切割头作旋转运动，最适合切割圆型、圆环型及扇型特征工件；在同样规格导轨情况下，极坐标切割机的切割范围是直角坐标切割机的2倍多，通过更换相应模块，可使加工范围进一步扩大。
图中1-直线运动模块；11-电机；12-减速器；13-导轨；14-同步齿形带；15-移动平台；16-挡板； 17-张紧机构；2-极轴模块；21-电机；22-基座； 23-回转台；3-极径模块；31-连接部件；32-导轨； 33-移动部件；34-导轨软带；35-齿条；36-电机； 37-拉索；38-支杆；4-切割头模块；41-连接座； 42-调节电机； 43-切割头； 44-夹持器；5-控制显示模块；51-显示部件；52-控制电器柜。
本发明根据上述方法设计了一数控切割机，如
图1、图2所示，本发明切割机包括直线运动模块1、极轴模块2、极径模块3、切割头模块4和控制显示模块5，所述直线运动模块1上设有移动平台15，与极轴模块2连接，极轴模块2可在移动平台15的带动下沿直线运动模块1之直轴线方向作直线位移；极径模块3通过其上所设的连接部件31与极轴模块2连接，且可绕极轴模块2转动，控制显示模块5固于极径模块3上，切割头模块4亦装于极径模块3上，可沿极径模块3轴线方向移动，同时可通过极轴模块2变动极轴的位置，实现直线运动和旋转运动的功能。上述各模块间均采用标准的接口，即采用销及螺栓连接方式，可进行快速拼装和更换，通过极径和极轴的运动可切割任意形状特征的产品，通过更换切割头模块4可分别实现火焰切割、等离子切割或激光切割等其它切割功能，通过更换极径模块3和直线运动模块1可增大切割机的加工范围；调整好极径的大小后，只转动极轴即可非常简单地实现圆弧切割。
本发明直线运动模块包括电机11、减速器12、导轨13、同步齿形带14和移动平台15，所述导轨13两端分别装有挡板16，其上装有同步齿形带14，移动平台15置于导轨13上，并与同步齿形带14相固连，导轨13一端设有电机11和与其相联的减速器12，减速器12输出轴与同步齿形带12相连，通过电机11的转动可带动同步齿型带14运动，此时与同步齿型带14固连的移动平台15可在导轨13作直线移动。为保证移动平台15的移动位置准确，在导轨13的另一端还设有与同步齿形带14相连的张紧机构17。
极轴模块2包括基座22和回转台23，基座22可通过螺栓直接安装在直线运动模块1上之移动平台15上，基座22内安装有蜗轮蜗杆减速器，也可以加装角度检测单元。减速器输入轴与设于基座22侧面的电机21相接，输出轴与回转台23相连。电机21的转动可带动回转台23作旋转运动。
极径模块3包括连接部件31、导轨32、移动部件33、电机36和齿条35，所述连接部件31固定在导轨32上，同时通过销及螺栓连接到回转模块2的回转台23上，以实现极轴模块2与极径模块3的连接。导轨32上装有齿条35，移动部件33内装有与电机36相联的减速器和齿轮，齿轮与齿条35相啮合，通过齿轮与齿条35啮合，可实现移动部件33的直线运动。在连接部件31上，还设有支杆38，该支杆38顶端挂有拉索37，拉索37两端分别固于导轨32的两端。拉索37的作用是可以支承导轨32的一部分重量，减少导轨32的变形。在导轨32上，还装有导轨软带34，其内装有连接导线，通过该导线与移动部件33上之电机36相接。
切割头模块4包括连接座41、切割头43和夹持器44，所述连接座41通过销和螺栓安装在极轴模块3的移动部件33上，夹持器44装于连接座41侧面，切割头43置于夹持器44内，头部朝下，其轴线垂直于水平基准面。为调节切割头43的高度，在连接座41上还设有与切割头43相连的调节电机42。
控制显示模块5由显示部件51和控制电气柜52等部件组成。控制电气柜52通过螺栓安装在极径模块3的导轨32的一端，控制显示模块5装于控制电气柜52上，其重量可平衡极径模块3上导轨32的部分重量，可减少极径模块3及安装在其上的切割头模块4、控制显示模块5的回转惯量及回转惯性矩。
本发明可根据不同的加工要求灵活选择切割机的组成模块，灵活变动切割机的切割功能。例如，不选择直线模块1，只选择极轴模块2、极径模块3、切割头模块4及控制显示模块5，直接将极轴模块2的基座22安装在地面上，则可组成一台纯极坐标切割机。不选择直线模块1，只选择极轴模块2、极径模块3、切割头模块4及控制显示模块5，直接将极轴模块2的基座22安装在切割的钢板的中心位置，首先调节好极径模块3上的移动部件33的位置，然后只需旋转极轴，就可切割出以极轴为中心的圆弧或圆形特征的工件，而不必将圆弧进行直线拟合。同样，切割好圆弧后，先调整好极径模块3的转角，然后移动极径模块3上的移动部件33的位置，即可简单地切割出扇形的两个直线边。在切割圆弧，扇形、圆等特征的工件时，可不必进行拟合，而在普通的直角坐标切割机上，圆弧、包括扇形的两直线边都是通过拟合得到的。
本发明采用极坐标形式，在同样规格导轨情况下，可增大切割范围；同时，通过更换相应模块，如极径模块模块3和直线运动模块1，可使加工范围进一步扩大。如图3所示(图中阴影部分为切割加工范围，其中左图为直角坐标切割机的切割范围示意图，右图为本发明切割机切割范围示意图)，在同样规格的导轨情况下，直角坐标切割机的切割范围为X×Y(X为纵导轨尺寸、Y为横导轨尺寸)。而在极坐标结构的切割机上，其切割范围为X*2R+πR2(X为直线导轨的尺寸，R为极径导轨的尺寸)，当极径导轨尺寸R等于直角坐标切割机的横导轨尺寸Y时，极坐标切割机的切割范围是直角坐标切割机的2倍多。
权利要求
1.一种可实现功能变换的模块化极坐标切割方法，其特征在于它是根据不同的加工需要将切割机各组成部分分解成模块形式，各模块采用极坐标结构形式相互连接，使与切割头相联接的模块做旋转运动，同时通过更换相应模块实现切割功能的变换。
2.一种由上述方法设计的数控切割机，其特征在于它包括直线运动模块、极轴模块、极径模块、切割头模块和控制显示模块，所述直线运动模块上设有移动平台，与极轴模块连接，可绕极轴模块转动的极径模块通过其上所设的连接部件与极轴模块连接，控制显示模块固于极径模块上，可沿极径模块轴线方向移动的切割头模块亦装于极径模块上。
3.根据权利要求2所述的数控切割机，其特征在于直线运动模块包括电机、减速器、导轨、同步齿形带和移动平台，所述导轨上装有同步齿形带，移动平台与其相固连，导轨端面设有与电机相联的减速器。
4.根据权利要求2所述的数控切割机，其特征在于极轴模块包括基座和回转台，基座内装有减速器，减速器输入轴与电机相接，输出轴与回转台相连。
5.根据权利要求2所述的数控切割机，其特征在于极径模块包括连接部件、导轨、移动部件、电机和齿条，所述连接部件固定在导轨上，导轨上装有齿条，移动部件内装有与电机相联的减速器和齿轮，齿轮与齿条相啮合。
6.根据权利要求2所述的数控切割机，其特征在于切割头模块包括连接座、切割头和夹持器，所述连接座固定在极径模块上之移动部件上，夹持器均装于上，切割头置于夹持器内。
7.根据权利要求2所述的数控切割机，其特征在于控制显示模块包括控制电气柜和显示部件，均装于极径模块上之导轨上。
8.根据权利要求3所述的数控切割机，其特征在于导轨端面设有与同步齿形带相连的张紧机构。
9.根据权利要求5所述的数控切割机，其特征在于连接部件上设有支杆，该支杆顶端挂有拉索，拉索两端分别固于导轨的两端。
全文摘要
一种可实现功能变换的模块化极坐标切割方法，其特征在于它是根据不同的加工需要将切割机各组成部分分解成模块形式，各模块采用极坐标结构形式相互连接，使与切割头相联接的模块做旋转运动，同时通过更换相应模块实现切割功能的变换。由上述方法设计的数控切割机特征在于其直线运动模块上设有与极轴模块连接的移动平台，极径模块通过其上所设的连接部件与极轴模块连接，可绕极轴模块转动，控制显示模块和切割头模块固于极径模块上，切割头模块可沿极径模块轴线方向移动。本发明可根据不同的加工要求灵活选择切割机的组成模块，灵活变动切割机的切割功能；同时各模块设计成极坐标形式，切割头作旋转运动，最适合切割圆型、圆环型及扇型特征工件。
文档编号B23Q1/30GK1439483SQ03118218
公开日2003年9月3日 申请日期2003年3月28日 优先权日2003年3月28日
发明者吴石林, 王兴波 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学