多功能石材自动切割机的制作方法

本发明涉及石材机械技术领域，尤其是涉及多功能石材自动切割机。

背景技术：

目前，现有的石材切机大多数为单锯片，也有少数为多片切机；但这些石材切机都需要人工进行上料、拾取废边、下料，费时费力，而且单片切机切割效率低，劳动强度大，生产成本高，切割精度低。

多片切机的切割范围和规格又太单一，主轴切割机构中的一个电机只能带动1～2片锯片工作，一个完整的切割任务需要多次重复操作才能完成，不仅结构复杂，体积庞大，占地面积大，制造成本高，也增加了电机数量，耗电量大，而且操作、安装与运输都很麻烦。没有石材夹紧装置，不能用于切割小块石材。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够克服上述不足的多功能石材自动切割机，其能够将大规格整张石材切割成为呈正方形、长方形的若干个小规格成型石材，整个切割过程全部实现自动化控制，本发明大幅度提高工作效率，大大降低产品加工成本，切割精度高、质量好，劳动强度低，使用方便安全。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

多功能石材自动切割机，包括机架、两组主轴系统、工作台部分、自动控制系统；其中机架上部前后平行设置有两组主轴系统；在两组主轴系统的下方设置有工作台部分，该工作台部分包括工作台以及从下向上依次设置的工作台纵向移动机构、工作台横向移动机构和工作台旋转机构。

所述主轴系统包括电机皮带传动机构、液压升降机构，该液压升降机构中的一对升降油缸体左右对称铰接于机架顶部，一对升降油缸杆端部铰接于横梁两端，主轴通过一对主轴座安装在横梁下面；两对升降导轨垂直对称安装在横梁两端，并与对应固定在机架上的两对导轨滑块形成上下滑动配合。

还包括设置于主轴系统ⅰ后侧的压料装置，该压料装置中的一对翻转气缸倾斜铰接于翻转架与后侧横梁之间，翻转架的左右两端分别通过一对导向轴座垂直设置有一对压料气缸；在一对导向轴座上设有的两对垂直通孔内上下滑动配合有两对导向轴；压料油缸杆端部与导向轴下端均与滑动杆座相连接；一对滑动杆水平连接于一对滑动杆座之间，并间隔设置有可调位置的多组压料轮架；在压料轮架上通过垂直设置的一对轮轴及其上设有的压力弹簧前后设置有一对压料轮，该压料轮为橡胶轮。

所述工作台纵向移动机构中的纵向导轨架安装在机架内侧，一对纵向直线导轨沿纵向对称设置于纵向导轨架的上面，与一对纵向直线导轨相配合的纵向导轨滑块对称固定在横向导轨架的底部；涡轮减速机上设有的纵向齿轮与纵向齿条啮合，带动纵向导轨滑块沿与纵向齿条相平行的纵向直线导轨前后移动，从而实现工作台纵向移动；还包括纵向限位装置。

所述工作台横向移动机构中的横向导轨架垂直安装在纵向导轨架的上面，一对横向直线导轨沿横向对称设置于横向导轨架的上面、旋转托架的下面，与一对横向直线导轨相配合的横向导轨滑块对称固定在旋转托架的底部；摆线针轮减速机上设有的横向齿轮与横向齿条啮合，带动横向导轨滑块沿与横向齿条相平行的横向直线导轨移动，实现工作台横向移动。

所述工作台横向移动机构还包括横向限位装置、纵切横向定位装置和横向锁紧装置；该纵切横向定位装置包括设置于横向导轨架外侧的左、右定位块，在左、右定位块之间设置有可旋转式的中间定位块。

所述工作台旋转机构由气动装置中的旋转气缸驱动工作台旋转90°，旋转气缸体安装在旋转托架上设有的旋转气缸座上，旋转气缸杆与设置在旋转托架中心的回转支承内圈铰接。

所述工作台旋转机构还包括旋转限位装置、旋转锁紧装置，其中旋转限位装置为分别设置在工作台左侧底部的0°限位块、90°限位块，实现工作台旋转至0°、90°位置的限位；旋转锁紧装置为分别设置在回转支承上的0°锁紧座、90°锁紧座，并与左右相对设置在旋转托架上的一对锁紧气缸配合，实现工作台旋转至0°、90°位置的锁紧。

还包括设置于工作台上面的夹紧装置，该夹紧装置中的多个夹紧气缸并排设置于工作台后侧，多个夹紧气缸杆端部与推板架后侧连接，在推板架前侧并排设置有多个推板；在工作台前侧与左侧分别设置有多个靠板，工作台右侧为上料入口；夹紧气缸驱动推板架，由推板推动石材移动并紧靠在靠板上，实现石材定位夹紧。

还包括自动控制系统，该自动控制系统包括可编程控制器、文本显示屏、控制面板、限位信号开关、继电器输出、变频器、系统电源、输入/输出，其中可编程控制器接收控制按钮和限位开关发来的信号，并根据系统预设的程序通过输出模组完成指定的动作指令；文本显示屏和可编程控制器进行数据交换；控制面板通过控制面板上的按钮来实现对整个设备的手动操作和调整；限位开关信号为可编程控制器提供信号；继电器输出用于放大可编程控制器输出信号；变频器用于调速；系统电源提供系统工作所需要的电压和电流。

所述机架前后敞口，机架左右两侧分别设有可以开合的机架门。

所述锯片数量为3～9个，同一主轴上的锯片间距为100～400mm，锯片间距与切割石材规格相适应。

本发明与已有技术相比，具有以下优点和积极效果：

本发明适用于长1600mm、宽800mm、厚20～120mm的石材切割，根据所切割石材厚度可选择一锯或者多锯切割完成总的切割深度，切割的最小规格100mmx100mm，能够实现纵向一次切割、横向两次切割。本发明由plc系统对整个切割过程实行自动化控制，能够将大规格石材自动切割成呈正方形、长方形的多块小规格石材，切割精度高、质量好，工作效率大幅度提高，产品加工成本大大降低，劳动强度低，使用方便安全。

本发明采用双主轴结构，远离工作台上料位置的主轴ⅰ和横梁ⅰ设置在机架后侧，带有压料装置；靠近工作台上料位置的主轴ⅱ和横梁ⅱ设置在机架前侧，不带有压料装置。在同一主轴上等距设置有多个锯片，根据需切割石材规格安装调整锯片间距并锁紧，锯片间距可在100～400mm的范围内任意调整；但两个主轴上的锯片间距不相同或者相同。由电机传动机构带动锯片旋转切割。锯片采用液压升降方式，由升降油缸、升降导轨及导轨滑块来实现锯片升降，升降速度快而平稳。

工作台可进行纵向移动、横向位移和90°旋转，从而实现纵向一次切割、横向两次切割，旋转定位准确，移动速度快而平稳。工作台的旋转、锁紧和限位均由气动装置操纵，锁紧稳定可靠，使用方便安全。工作台上还设有夹紧装置，用于定位夹紧石材，提高切割精度和质量。

在锯片外围设有挡帘，有效防止锯片切割时泥水甩出。在横梁上设有防护罩，在锯片升降导轨上设有护罩；机架顶部带盖和左右两侧设有双门，整机外型适用美观。

总之，本发明由自动控制系统对整个切割过程实现全程控制，具有结构设计合理，占有空间小，自动化程度高，切割精度高、质量好，工作效率高，产品加工成本低，使用方便安全，性能稳定可靠等优点。

附图说明

图1为本发明的主视结构图；

图2为图1的b-b剖视图；

图3为旋转工作台的俯视结构图；

图4为夹紧装置的俯视结构图；

图5为压料装置的后视结构图；

图6为图5的c-c剖视图；

图7为自动控制系统的控制原理方框图。

图1-图7中的部件说明：

1、纵切横向定位装置；2、纵向导轨架；3、横向导轨架；4、旋转托架；5、工作台；6、横向齿条；7、机架；8、横梁ⅱ；9、主轴ⅰ；10、主轴ⅱ；11、夹紧装置；111、夹紧气缸；112、靠板；113、推板架；114、推板；12、回转支承；13、纵向齿条；14、纵向减速机；15、横向减速机；16、旋转气缸座；17、锯片；18、压料装置；181、翻转气缸；182、翻转架；183、压料气缸；184、导向轴；185、滑动杆；186、压料轮架；187、导向轴座；188、压料轮；19、升降油缸；20、旋转气缸；21、锁紧气缸；22、0°锁紧座；23、90°锁紧座；24、横向锁紧装置；25、0°限位块；26、90°限位块；27、主轴ⅱ电机；28、挡帘；29、横梁ⅰ。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地详细说明。

由图1-图7可知，本发明多功能石材自动切割机包括机架、两组主轴系统、压料装置、工作台部分、夹紧装置、自动控制系统；其中：

(一)机架及两组主轴系统：参照图1-图2。

机架7前后敞口，机架左右两侧分别设有可以开合的机架门。在机架7上部前后平行设置有两组横梁，两组主轴系统前后平行设置于两组横梁下面。具体是，主轴系统ⅰ设置于后侧横梁ⅰ29的下面，带有气动压料装置18；主轴系统ⅰ进行纵向切割时，工作台与石材处于纵向状态。主轴系统ⅱ设置于前侧横梁ⅱ8的下面，不带有气动压料装置；主轴系统ⅱ进行横向切割时，工作台与石材处于横向状态。

两组主轴系统的结构基本相同，其作用原理也相同。本实施例中，同一主轴上的锯片间距相同，但两个主轴上的锯片间距不相同；当然也可以是同一主轴上的锯片间距不相同，但两个主轴上的锯片间距相同。下面以主轴系统ⅰ的结构及作用原理进行详细说明：

主轴系统能够实现锯片的升降与切割。主轴系统ⅰ包括电机皮带传动机构、液压升降机构，其中：

电机皮带传动机构能够实现主轴锯片的旋转切割。该电机皮带传动机构包括电机、皮带、带轮、主轴ⅰ9、多个锯片17，其中电机上的带轮通过皮带传动主轴ⅰ9上设有的带轮，从而带动主轴ⅰ上的多个锯片17旋转；多个锯片17等距设置在主轴ⅰ9上。为了满足大规格整张石材切割成小规格石材的需要，可以自由选择参与切割锯片的个数，任意调整锯片之间间距，并使锯片间距与石材切割规格相适应。主轴ⅰ电机和主轴ⅱ电机27均为三相电机。

液压升降机构包括一对升降油缸19、升降导轨与导轨滑块、横梁ⅰ29、一对主轴座、主轴ⅰ9，其中：一对升降油缸体左右对称铰接于机架7顶部，一对升降油缸杆的端部分别铰接于横梁ⅰ29的两端上部，主轴ⅰ9通过一对主轴座安装在横梁ⅰ29的下面。两对升降导轨对称安装在横梁ⅰ29的两端面上，两对导轨滑块对应固定在机架7上。升降时，升降油缸动作，由升降油缸杆带动横梁ⅰ29、主轴ⅰ9和锯片升降，同时升降导轨沿导轨滑块进行上下移动。

在横梁上面设置有液压站，在液压站上设置有多组电磁阀；液压站与多组电磁阀通过油管连通，液压站通过电磁阀控制升降油缸的升降。

主轴系统ⅱ10与主轴系统ⅰ9不能同时进行石材切割。在plc系统自动控制下，通过液压升降机构将工作的一组主轴系统下降到工作位置，另一组不工作的主轴系统位于石材上方。

本发明在锯片17的外侧设置有挡帘28，防止泥水甩出，起安全防护作用。锯片上设有喷水系统，起冷却锯片作用。

(二)压料装置：参照图2、图5、图6。

压料装置18设置于主轴系统ⅰ的后侧，其包括翻转气缸181、翻转架182、压料气缸183、导向轴184、滑动杆185、压料轮架186、导向轴座187、压料轮188；其中：

在横梁ⅰ29的后侧与翻转架182之间对称连接有一对翻转气缸181；该翻转气缸倾斜设置，并与水平设置的翻转架182呈一夹角。

一对导向轴座187左右对称固定于翻转架182的两端，一对压料油缸体对称安装在一对导向轴座上；在一对导向轴座上设有的两对垂直通孔内上下滑动配合有两对导向轴184；压料油缸杆端部与导向轴下端均与滑动杆座相连接。

在一对左右设置的滑动杆座之间水平连接有一对滑动杆185，在上述滑动杆上间隔设置有可调位置的多组压料轮架186。在压料轮架186上垂直设置有一对轮轴孔，在上述轮轴孔内垂直滑动配合有一对轮轴的上端以及设置于轮轴上的压力弹簧；在一对轮轴的下端前后设置有一对压料轮188，该压料轮为橡胶轮。

橡胶轮、压力弹簧能使压料轮与石材之间形成弹性接触，起减震作用，消除石材表面的不平度影响。

多组压料轮架之间间距可根据石材规格进行相应调整，通过压料轮架在滑动杆上滑动可以调整其安装位置，保证每一对压料轮都处于相邻两锯片之间的位置，不会影响锯片切割。导向轴上套设有防护罩，以防止泥水飞溅弄脏。

压料装置能够压紧切割石材，以固定其加工位置，防止石材在切割时翘起、甩出，确保切割安全。在安装与更换锯片时，需要通过翻转气缸、翻转架将压料装置向外翻转，使压料轮从锯片之间脱离出来。

(三)工作台部分：参照图1、图2、图3。

工作台部分包括工作台5、工作台纵向移动机构、工作台横向移动机构、工作台旋转机构，其中：

在工作台纵向移动机构的上面依次设置有工作台横向移动机构、工作台旋转机构；具体是，从上到下依次设有工作台、旋转托架、横向导轨架、纵向导轨架。

工作台纵向移动机构能够实现工作台的纵向切割进给，其包括纵向减速机14、纵向齿轮、纵向齿条13、纵向导轨架2、纵向直线导轨与导轨滑块、纵向限位装置，其中：

纵向减速机14为涡轮减速机。纵向导轨架2固装在机架7内侧，一对纵向直线导轨沿纵向对称设置于纵向导轨架2的上面、两组主轴系统的下方，与一对纵向直线导轨相配合的纵向导轨滑块对称固定在横向导轨架3的底部。纵向齿条13固装在纵向导轨架一侧并与纵向直线导轨相平行。纵向减速机14上设有的纵向齿轮与纵向齿条13啮合，带动纵向导轨滑块沿纵向直线导轨前后移动，从而实现工作台的纵向移动。

纵向限位装置包括前、后限位块，前、后限位块分别固定在纵向导轨架的前、后极限位置，实现工作台前后最大限位。

工作台横向移动机构能够实现工作台的横向位置调整。其包括横向减速机15、横向齿轮、横向齿条6、横向导轨架3、横向直线导轨与导轨滑块、横向限位装置、纵切横向定位装置1、横向锁紧装置24，其中：

横向减速机15为摆线针轮减速机。横向导轨架3安装在纵向导轨架2的上面，二者相互垂直。一对横向直线导轨沿横向对称设置于横向导轨架3的上面、旋转托架4的下面，与一对横向直线导轨相配合的横向导轨滑块对称固定在旋转托架4的底部。横向齿条6固装在横向直线导轨一侧并与横向直线导轨相平行。横向减速机15上设有的横向齿轮与横向齿条6啮合，带动横向导轨滑块沿横向直线导轨移动，从而实现工作台的横向移动。

横向限位装置为设置于横向导轨左右两端的左、右限位块，其用于横向移动时的左右极限位置限位，实现工作台左右最大限位。

纵切横向定位装置1用于工作台及石材的中间定位，精确控制二次横向切割精度。纵切横向定位装置包括设置于横向导轨架3外侧的左、右定位块，在左、右定位块之间设有可旋转式的中间定位块。左、右定位块用于石材横向切割时的左右定位，其安装位置可根据石材的切割宽度进行适应调整。中间定位块用于纵向切割时工作台及石材的中间定位，但在横向切割时需通过翻转气缸将中间定位块向外翻转，防止对横向切割的干扰。

横向锁紧装置24中的锁紧气缸能将横向调整到位后的工作台锁紧。

例如1.8m宽度的石材需要横向切割2次，因为一次只能横向切割0.90m宽度，因而需要工作台横向移位，调整石材到达合适切割位置。

如图3所示，工作台旋转机构由气动装置驱动，实现工作台旋转90°，其包括工作台5、回转支承12、旋转托架4、气动装置、旋转锁紧装置、旋转限位装置，其中：

气动装置包括气源、气管、电磁阀、旋转气缸20，其中旋转气缸20通过气管与气源连通，由电磁阀控制旋转气缸的旋转动作。

在旋转托架4的中心部位设置有回转支承12，旋转气缸体安装在旋转气缸座16上，旋转气缸座安装在旋转托架4上，旋转气缸杆与回转支承12的内圈铰接。

旋转限位装置是在工作台5的左侧底部分别设有0°限位块25、90°限位块26，实现工作台旋转至0°、90°位置的限位。

旋转锁紧装置是在回转支承12的0°、90°位置分别设有0°锁紧座22、90°锁紧座23；在旋转托架4上左右相对设置有一对锁紧气缸21，上述锁紧气缸与锁紧座配合，实现工作台旋转至0°、90°位置的锁紧。

工作时，由气动装置中的旋转气缸20驱动安装在旋转托架4上的回转支承12以及安装在回转支承上面的工作台5一同旋转；旋转到位后，由0°、90°的锁紧气缸21分别与0°、90°的锁紧座配合，实现工作台0°、90°的位置锁紧。工作台旋转机构能使工作台旋转90°，满足对石材的纵向切割与横向切割要求。

(四)夹紧装置：参照图2、图3。

夹紧装置设置于工作台面上，其用于定位夹紧安置于工作台面上的石材。

夹紧装置包括多个夹紧气缸111、推板架113、多个推板114、多个靠板112，其中：多个夹紧气缸111并排设置于工作台5的后侧，多个夹紧气缸杆与推板架113的后侧连接，在推板架前侧并排设置有多个推板114；在工作台的前侧与左侧分别设置有多个靠板112；工作台的右侧为上料入口。多个夹紧气缸111与推板114可采用等距设置，也可采用左右对称设置。

工作时，夹紧气缸动作，驱动推板架及推板，由推板推动石材移动并紧靠在靠板上，实现石材的定位夹紧，提高切割精度和质量。

(五)自动控制系统：参照图7。

如图7所示，自动控制系统的主要功能是：通过接收控制面板上的按钮发来的信号，经过可编程控制器处理后输出信号并控制双轴机的各个控制元器件产生响应的动作。通过接收安装在双轴机上限位开关产生的信号，经过可编程控制器处理后自动执行相应的程序，以实现整个设备自动运行，并将动作信息以及报警信息传给文本显示器并显示在相关的画面里。

自动控制系统的组成部分及其作用如下：

自动控制系统包括可编程控制器、文本显示屏、控制面板、限位信号开关、继电器输出、变频器、系统电源、输入/输出，其中：

可编程控制器：主要功能是接收控制按钮和限位开关发来的信号，并根据系统预设的程序通过输出模组完成指定的动作指令。

文本显示屏：主要功能是和可编程控制器进行数据交换。可以把可编程控制器预设的显示内容显示到文本显示屏上，也可以通过文本显示屏的按键给可编程控制器发出指令，让其产生相应的动作。

控制面板：主要功能是通过控制面板上的按钮来实现对整个设备的手动操作和调整。

限位开关信号：主要功能是为可编程控制器提供信号。通过设定在机器上的限位开关信号，可以让可编程控制器知道每一个发出去的动作指令是否已经完成，如果完成则进行下一个动作，如果没有完成则输出报警指示。

继电器输出：主要功能是放大可编程控制器输出信号。由于可编程控制器输出信号电流很小，所以需要通过继电器进行信号放大，并控制电磁阀和交流接触器等大电流部件工作。

变频器：主要功能是调速。由于加工的石材厚度和规格的不同，需要通过变频器对行走电机转速的调整来改变锯片对石材的加工速度，从而达到合理的加工效率。

系统电源：主要功能是提供系统工作所需要的电压和电流。

(六)本发明多功能石材自动切割机的工作过程是：参照图1-图7。

⑴锯片安装调整，根据需切割石材的规格安装间距合适的多个锯片并锁紧。本实施例中的锯片数量为3～9个，相邻锯片之间距为100～400mm。

⑵工作台处于横向位置，主轴升起至最高位置，夹紧装置处于松开状态，安置石材于工作台上，并使石材一端与右边靠板对齐，由夹紧装置夹紧石材。

⑶由旋转气缸驱动工作台旋转90°，使工作台处于纵向位置；旋转到位后，锁紧气缸动作锁紧工作台；锁紧气缸0°至90°各一个。

⑷横向减速机启动，通过横向齿轮与横向齿条啮合，带动工作台横向移动，并到达合适的工作位置；由横向锁紧装置锁紧工作台。

⑸主轴ⅰ电机启动，主轴ⅰ下降至所需切割位置，此位置根据切割需要分一次或多次切割才能完成总切割深度。

⑹纵向减速机启动，实现工作台纵向切割运动。当石料切割到第一个压料轮时，压料气缸动作压住石材。

⑺纵向切割完成后，压料气缸升降，主轴ⅰ升起，工作台快速后退至起始位置。

⑻工作台的一锁紧气缸锁紧松开，工作台旋转90°后，并由另一锁紧气缸锁紧。石材夹紧松开，由人工检出废料边，然后由夹紧装置将石材夹紧。

⑼工作台锁紧气缸松开，并向右移动至右限位，锁紧气缸锁紧工作台，中间定位翻转气缸驱动中间定位翻下。

⑽主轴ⅱ下降至所需位置，纵向减速机启动开始一次横向切割。

⑾切割完成后，主轴ⅱ升起，工作台回到起始位置。锁紧气缸松开，旋转托架上的减速机启动向左横移至左限位，锁紧气缸锁紧。

主轴ⅱ下降至切割位置，开始二次横向切割。切割完成后工作台回原位，夹紧装置松开，卸下石材，中间限位翻起，重复下一个切割过程。

⑿主轴ⅰ更换锯片时，松开螺栓，手动控制翻转架的两个气缸，翻转压料架。锯片更换完毕后，手动控制翻转架的两个气缸，落下压料架，再拧紧上述松开的螺栓。