一种可加工坡口的半自动靠模管道相贯线切割设备的制作方法

本发明涉及可加工坡口的半自动靠模管道相贯线切割设备，属于机械加工业及其装备领域。

背景技术：

相贯线切割设备广泛运用于建筑、化工、造船、机械工程、冶金、电力等行业的管道结构件的切割加工。相贯线切割设备一般包括切割机头、爪盘、滚轮架三部分，其中切割机头兼具走相贯线轨迹和切割的功能，机构运行灵敏度和精确度要求较高，所以结构相对复杂，是相贯线切割设备中的核心部分。

目前，在机械加工过程中，现有管材切割包括常用的方式有三种类型：手工切割、半自动切割机切割及相贯线切割机切割三种类型。第一类手工切割，其优点是灵活方便，操作简单，成本低，但手工切割质量差、尺寸误差大、材料浪费大、后续加工工作量大，同时劳动条件恶劣，劳动强度高，生产效率低。第二类半自动切割机切割，虽然降低了工人劳动强度，但其功能简单，只适合一些较规则形状的零件切割。第三类相贯线切割机切割，可有效地提高板材切割地效率、切割质量，减轻操作者地劳动强度，其主要品种为：数控火焰相贯线切割机和数控等离子相贯线切割机。前者具有大厚度碳钢切割能力，切割费用较低，但存在切割变形大，切割精度不高，而且切割速度较低，切割预热时间、穿孔时间长，较难适应全自动化操作的需要。它的应用场合主要限于碳钢、大厚度板材切割，在中、薄碳钢板材切割上会被等离子切割代替。后者具有切割领域宽，可切割所有金属管材，切割速度快，效率高，切割速度可达10m/min以上。采用精细等离子切割已使切割质量接近激光切割水平，目前随着大功率等离子切割技术的成熟，切割厚度已超过100mm，拓宽了数控等离子相贯线切割范围。

我国机械工业钢管使用量已达到3亿吨以上，钢管的切割量非常大，随着现代机械工业的发展，对管材切割加工的工作效率和产品质量的要求也同时提高，因而相贯线切割机的市场潜力还是很大的，市场前景比较乐观。但是，由于相贯线切割机的售价、维护等费用比较高，考虑到成本和效益，目前在我国的一些中小企业甚至在一些大型企业中，使用手工切割和半自动切割的方式还较为普遍。

针对国内实际市场需求情况，设计一款性价比相对较高的专用相贯线切割工具，可以在进行相贯线切割的同时完成坡口的加工工作，以此来填补国内市场空白。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种可加工坡口的半自动靠模管道相贯线切割设备，利用靠模可以在保证加工质量的情况下极大的降低生产成本，同时生产效率也得到了显著的提高,且切割设备结构简单、成本低廉。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种可加工坡口的半自动靠模管道相贯线切割设备，包括底座、位于底座上的固定支架、移动支架和位于移动支架上的固定架，所述移动支架通过移动装置在底座上移动，所述固定架上安装有电机，电机与安装在固定架上的主轴连接，主轴通过电机带动转动，所述主轴穿过位于移动支架上的靠模凸轮构件，靠模凸轮构件安装在移动支架上，靠模凸轮构件包含靠模轮廓和凸轮轮廓，所述通过连接板主轴的末端通过连接板固定连接有平行四边形连杆，平行四边形连杆一个顶点与靠模推杆连接，靠模推杆的一端顶住靠模轮廓，平行四边形连杆的导向槽一边延伸与有导向槽，导向槽内有销轴，销轴固定在凸轮推杆上，凸轮推杆一端固定在连接板上，另一端顶住凸轮轮廓，平行四边形连杆与割枪固定杆铰接，割枪固定杆上安装有割枪，待割管道固定在固定支架上。

作为优选，所述平行四边形连杆包含第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆，所述第一连杆与主轴平行，第一连杆焊接或螺纹固定在连接杆上，第一连杆两端铰接有第二连杆和第四连杆，第二连杆和第四连杆分别与第三连杆铰接，导向槽第二连杆的端部设有导向槽，第一连杆与靠模推杆连接。

作为优选，所述第三连杆与第五连杆连接，第四连杆与第六连杆铰接，割枪固定杆同时与第五连杆和第六连杆铰接。

作为优选，所述移动装置包含丝杠螺母和丝杠，移动支架与丝杠螺母连接，通过丝杠转动带动移动支架移动。

作为优选，所述固定支架上安装有三爪卡盘，底座上安装有千斤顶，待割管道一端通过三爪卡盘固定，另一端通过千斤顶支撑。

作为优选，所述靠模推杆和凸轮推杆均通过螺栓安装在连接板上。

在本发明中，所述型线控制模块的电机驱动主轴带动平行四边形连杆机构作旋转运动时，凸轮推杆在靠模凸轮构件凸轮轮廓约束下驱动平行四边形连杆机构变形，控制割枪倾斜角度，达到剖口加工要求；靠模推杆在靠模凸轮构件的靠模轮廓约束下驱动平行四边形连杆机构整体作沿主轴轴线的往复运动，配合凸轮推杆的运动,形成管道空间相贯线轨迹。

在本发明中，由于需要加工出符合要求的带坡口空间相贯线，所以在工作原理的设计上主要考虑两个方面：

(1)空间相贯线轨迹的加工

通过分析空间相贯线的成形原理，在本发明中采取了运动合成的实现方案，与靠模控制的技术方法。在对管道相贯线进行分析时发现，在主视图与俯视图中相贯线的投影是规律的轴对称曲线，所以通过一个旋转运动(二维)和一个直线运动(一维)的合成，我们可以实现三维的空间相贯线的切割。旋转半径为支管的半径，即为主轴到AB杆的距离，直线运动是由所需加工的相贯线所决定的，通过制作靠模来实现控制。

(2)坡口的加工

对于破口的加工采取了凸轮与平行四边形机构，利用平行四边形机构可以很好地在不改变割点位置的情况下改变割枪姿态。由于采用靠模与凸轮需要进行几何封闭或力封闭，优选弹簧力进行封闭，这样就可以保证型线控制模板承受静应力保证机构的稳定性，确保加工质量。

有益效果：本发明的可加工坡口的半自动靠模管道相贯线切割设备，具有以下优点：

(1)利用仿形加工的原理，通过运动的合成实现对空间管道相贯线的切割，可以有效解决手工切割、半自动切割劳动强度大很难加工相贯线，数控管切割加工单一尺寸大批量的工件时不经济的问题；

(2)由于使用靠模进行相贯线切割控制，很好的协调了手工切割与数控切割两者的利弊，这属于一种半自动切割设备，在需要改变切割相贯线的尺寸是只需要调整旋转半径，更换配套的靠模即可。结构简单、成本低廉，对工作环境无特殊要求，很好的协调了质量，经济，效率三者之间的关系；

(3)利用平行四边形可变形原理，在保证相贯线准确无误的前提下，通过配合不同的凸轮去加工出我们所需要的坡口；

(4)采取定滑轮重锤机构进行力封闭，这样就可以保证执行机构型线控制模板承受静应力保证机构的稳定性，确保加工质量。

附图说明

图1为本发明的主视结构示意图。

图2为本发明的左视结构示意图。

图3为本发明的俯视结构示意图。

图4为图1中平行四边形机构的结构示意图。

图5为图1中靠模凸轮构件的剖视结构示意图。

具体实施方式

如图1至图5所示，本发明的一种可加工坡口的半自动靠模管道相贯线切割设备，包括底座1、位于底座1上的固定支架、移动支架4和位于移动支架4上的固定架6，所述移动支架4通过移动装置在底座1上移动，所述移动装置包含丝杠螺母和丝杠，移动支架4与丝杠螺母连接，通过丝杠转动带动移动支架4移动，移动支架安装在滑块上，滑块套在滑动导轨2上，所述固定架6上安装有电机7，电机7与安装在固定架6上的主轴8连接，主轴8通过电机7带动转动，所述主轴8穿过位于移动支架4上的靠模凸轮构件13，靠模凸轮构件13安装在移动支架4上，靠模凸轮构件13包含靠模轮廓131和凸轮轮廓132，所述主轴8的末端通过连接板81固定连接有平行四边形连杆9，平行四边形连杆9一个顶点与靠模推杆连接，靠模推杆的一端顶住靠模轮廓131，平行四边形连杆9的导向槽一边延伸与有导向槽，导向槽内有销轴14，导向槽沿销轴14移动，销轴14固定在凸轮推杆93上，凸轮推杆93一端固定在安装板81上，另一端顶住凸轮轮廓132，平行四边形连杆9与割枪固定杆97铰接，割枪固定杆97上安装有割枪10，待割管道11固定在固定支架6上，所述固定支架6上安装有三爪卡盘12，底座1上安装有千斤顶5，待割管道11一端通过三爪卡盘12固定，另一端通过千斤顶5支撑。

在本发明中，所述平行四边形连杆9包含第一连杆91、第二连杆92、第三连杆93和第四连杆95，组成四边形的四个顶点为A、B、C、D，第一连杆91为AB杆，第二连杆92为BC杆，第三连杆93为CD杆，第四连杆95为DA杆，所述第一连杆与主轴8平行，第一连杆固定在连接板上，第一连杆91两端铰接有第二连杆92和第四连杆95，第二连杆92和第四连杆95分别与第三连杆93铰接，第二连杆92的端部与导向槽连接，第一连杆91与靠模推杆为同一杆。

在本发明中，所述第三连杆93与第五连杆固定连接，第三连杆93与第五连杆优选为同一杆，第四连杆95与第六连杆96铰接，割枪固定杆97同时与第五连杆和第六连杆96铰接，第五连杆为DE杆，第六连杆96为FG杆，DEFG组成平行四边形，平行四边形机构ABCD和DEFG串联，其中平行四边形ABCD可控制管道相贯线的加工参数，平行四边形DEFG可调节割枪10的角度，进而控制剖口参数。

在本发明中，所述靠模凸轮构件13的环形圆柱凸轮与靠模结构采用单个零件整体加工的制作方案，以防二者产生相位差，影响加工精度。所述靠模推杆与靠模轮廓、凸轮推杆93与凸轮轮廓间采用结构封闭或弹性力封闭方式，以提高设备工作稳定性和可靠性。所述平行四边形连杆9采用两个或多个四边形机构串联而成，分别用于管道空间相贯线和剖口角度等参数的调节。

在本发明中，所述一种可加工剖口的新型半自动靠模管道相贯线切割设备的整体框架选用工业铝型材欧标4020搭建而成，在设计过程中尽量使用标准件，这样可以提高制作精度降低设备的制作成本。对于光轴和丝杠的强度都进行了校核，保证了设备的强度要求。

上述可加工剖口的新型半自动靠模管道相贯线切割设备的工作方法，工作过程以下：

(1)根据待加工管道和所需加工坡口的尺寸信息选择合适的靠模凸轮构件13，并安装在底座1上；

(2)把待管道通过三爪卡盘12和千斤顶5支撑的V形块装夹到位；

(3)调节靠模凸轮机构、平行四边形机构沿主轴8方向和管道轴线方向的位置，确定相贯线切割位置；

(4)检查凸轮推杆93、靠模推杆与靠模凸轮构件13接触无误后，启动设备电源加工出所需带坡口的管道相贯线；

(5)加工完成，断电，清扫设备准备下一次加工。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。