一种基于悬挂震动抑制的异形柔性材料裁剪装置的制作方法

1.本发明涉及一种基于悬挂震动抑制的异形柔性材料裁剪装置。


背景技术：

2.异形柔性材料是指材料各处的厚度、韧性、硬度等不均匀的一种柔性材料，在进行高效裁剪作业的时候，目前已有的裁剪方式由于传动机构较为沉重，使得刀具在每次加减速过程中产生较大的运动加速度，这反映在裁剪效果中为刀具的微弱抖动。即使是刚性较好的设备，由于传动系统的运动惯性较大会导致刀具端的轻微颤抖，这对于精细裁剪以及高效裁剪是需要极力避免的。
3.另一方面不同韧性以及硬度的材料对于裁剪作业中刀具的作用力形式不同，特别是对于不均匀的材料进行切割时，刀具会受到非周期性的随机冲击，这对于高效裁剪作业会极大的影响裁剪的质量。
4.因此本专利针对于异形柔性材料的高效裁剪作业，提出了一种基于悬挂震动抑制用于异形柔性材料的裁剪装置。通过可控化的刀具悬挂系统实现在高速作业情况中刀具自身震荡抑制，实现高效裁剪。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种基于悬挂震动抑制的异形柔性材料裁剪装置，用以解决现有裁剪装置裁剪异形柔性材料时刀具易受非周期随机冲击、传动系统在移动过程中惯性较大使刀具轻微颤动而导致裁剪精度低、裁剪效率低的技术问题。
6.本发明的技术方案如下：
7.基于悬挂震动抑制的异形柔性材料裁剪装置包括：
8.机架；
9.步进移动机构，安装在机架上，包括可沿相互垂直的x、y、z三个方向移动的输出端；
10.转刀机构，悬装在所述输出端上，包括支架和转动装配在支架上的连接轴，连接轴的轴线竖直设置，支架上还安装有驱动连接轴绕其轴线旋转的转刀驱动机构；
11.减震装置，包括固定在连接轴下端的减震盒，减震盒内具有矩形的减震腔，减震装置还包括刀架，刀架包括设置于减震腔内的矩形块以及设置在矩形块下部的u形架，u形架用于安装刀片和驱动刀片旋转的刀具驱动机构，矩形块的上表面与减震腔的顶壁之间通过顶部压缩弹簧连接，矩形块的下表面上设置有上永磁体，减震腔的底壁上设有与上永磁体对应设置的下永磁体，上、下永磁体相对的一侧极性相反以提供给彼此相斥的作用力，减震腔的侧壁与矩形块对应的侧面之间设置有侧部压缩弹簧。
12.进一步地，转刀驱动机构包括依次传动连接的驱动电机、主动同步带轮、同步带和从动同步带轮，从动同步带轮固定在连接轴上。
13.进一步地，步进移动机构包括可沿x向移动的同步带传动机构和分别可沿y、z方向
移动的丝杆传动机构。
14.进一步地，减震盒包括上、下、左、右、前、后围板，左、右、前、后围板中的至少一个与其余各围板可拆连接。
15.进一步地，所述下板上设有供所述u形架穿过的穿孔。
16.进一步地，减震盒的下部安装有电磁锁，电磁锁内设置有电磁铁，电磁铁靠近所述u形架设置，以用于在无需减震时将减震盒相对于刀架相对锁定。电磁锁的设置，可以在不需要减震装置工作时将原本相对活动的减震盒和刀架相对锁定，从而使减震装置失效。
17.本发明的有益效果：本发明的一种基于悬挂震动抑制的异形柔性材料裁剪装置在使用时，刀片设置在减震装置的u形架上，减震装置固定在转刀机构的连接轴上，转刀机构固定在步进移动机构的输出端上，步进移动机构设置在机架上。启动步进移动机构后可以按照设定程序带动刀片自由的沿x、y、z三个方向移动，通过转刀机构可带动刀片改变切割方向，当步进移动机构带动刀片移动时，在加减速过程中产生较大的运动加速度，或者在切割不同韧性、不同强度、不同厚度、不同硬度的异性柔性材料而导致刀具受到非周期性的随机冲击时，减震装置即可自动发挥作用，通过分别确定阻尼系数的弹簧消除x、y、z方向的抖动，并使用永磁体和弹簧消除z方向的动态冲击。由于裁剪作业刀具本身工作于低频区，所受到的高频抖动多为噪声，通过弹簧悬挂系统设定合适的传递函数实现抖动噪声抑制，实现机构低通滤波，做到刀具在高速作业下的稳定性，并且实现大惯性运动机构与小惯性刀具端的隔离，有利于实现高稳定性加工。z方向采用减振弹簧配合悬控磁铁实现无接触式连接，同样实现z向的高频噪声滤除，保证加工作业稳定性。
附图说明
18.图1为本发明的一种基于悬挂震动抑制的异形柔性材料裁剪装置的具体实施方式的总体结构示意图；
19.图2为转刀机构及减震装置的立体结构示意图；
20.图3为图2的主视图；
21.图4为图2的右视图；
22.图5为图3中a-a处的剖视图；
23.图6为图4中b-b处的剖视图；
24.图中：1-机架，2-步进移动机构，21-x向同步带传动机构，22-y向丝杆传动机构，23-z向丝杆传动机构，231-输出滑块(即输出端)；3-转刀机构，31-支架，32-连接轴，33-驱动电机，34-主动同步带轮，35-同步带，36-从动同步带轮，4-减震装置，41-减震盒，410-可拆的围板，42-刀架，421-矩形块，422-u形架，43-顶部压缩弹簧，44-上永磁体，45-下永磁体，46-侧部压缩弹簧，5-刀片，7-待切割异形柔性材料，8-柔性切割面板，9-电磁锁，10-驱动板，20-固定端盖，30-转动驱动电磁铁，40-动子磁铁，50-刀轴。
具体实施方式
25.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通
常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
26.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
28.以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
29.本发明的一种基于悬挂震动抑制的异形柔性材料裁剪装置的一种实施方式：如图1所示，为实现裁剪作业过程中，消除刀具作业抖动问题，提出的基于悬挂震动抑制的异形柔性材料裁剪装置包括机架1、步进移动机构2、转刀机构3、减震装置4、控制器、刀片5和刀具驱动机构等，将裁剪刀具与机体运动隔离，通过分别确定阻尼系数的弹簧消除x，y，z方向的抖动，并使用磁性悬挂消除z方向的动态冲击。
30.机架1为钢结构焊接框架，整体呈矩形。
31.步进移动机构2安装在机架1上，包括可沿x向移动的x向同步带传动机构21和分别可沿y、z方向移动的y向丝杆传动机构22、z向丝杆传动机构23，其中z向丝杆传动机构23包括可沿相互垂直的x、y、z三个方向移动的输出端，即输出滑块231。即在长方体框架结构的机架1上的x向同步带传动机构21的上方，铺设有实现y方向运动的y向丝杆传动机构22，在y向丝杆传动机构22上，安设有实现z方向运动的z向丝杆传动机构23。
32.转刀机构3悬装在输出滑块231上，包括支架31和转动装配在支架31上的连接轴32，连接轴32的轴线竖直设置，支架31上还安装有驱动连接轴32绕其轴线旋转的转刀驱动机构，转刀驱动机构包括依次传动连接的驱动电机33、主动同步带轮34、同步带和从动同步带轮36，从动同步带轮36固定在连接轴32上。长臂状的支架31的一端固定在z向丝杆传动机构23上，且靠近固定端的固定孔中固定有驱动电机33，驱动电机33的电机轴与主动同步带轮34固定连接，与固定于支架31外端的从动同步带轮36通过同步带连接并传递动力。
33.减震装置4包括固定在连接轴32下端的减震盒41，减震盒41内具有矩形的减震腔，减震装置4还包括刀架42，刀架42包括设置于减震腔内的矩形块421以及设置在矩形块421下部的u形架422，u形架422用于安装刀片5和驱动刀片5旋转的刀具驱动机构，矩形块421的上表面与减震腔的顶壁之间通过顶部压缩弹簧43连接，矩形块421的下表面上设置有上永磁体44，减震腔的底壁上设有与上永磁体44对应设置的下永磁体45，上、下永磁体45相对的一侧极性相反以提供给彼此相斥的作用力，减震腔的侧壁与矩形块421对应的侧面之间设置有侧部压缩弹簧46。减震盒41包括上、下、左、右、前、后围板，左、右、前、后围板中的至少一个与其余各围板可拆连接。
34.待切割异形柔性材料7放置于长方体的柔性切割面板8上，柔性切割面板8放置于x向同步带传动机构21的固定机体上。
35.从动同步带轮36与连接轴32固定连接，并与支架31远端的通孔同轴连接。连接轴32下端的端面固定于长方行的减震盒41上部中心处；减震盒41内部开有t形槽，即减震腔，内部通过上方以及四周面的减振弹簧(即顶部压缩弹簧43和侧部压缩弹簧46)与t字形的刀架42连接，其矩形块421块下表面的两外侧对称固定有悬控磁铁(即上永磁体44)，并且在其相对应的位置在减震盒41的内侧下方固定安装有极性相反的悬控磁铁(即下永磁体45)，其配合上方固定的减振弹簧实现z方向的悬挂定位，x方向对称安置的减振弹簧实现x方向的悬挂定位，同理y方向对称安置的减振弹簧实现y方向的悬挂定位。
36.t字形刀架42的下部伸长侧板(即u形架422)呈对称分布，在y方向开有同轴的通孔，其中固定有刀轴50外磁环，在两侧的刀轴50外磁环中心固定安装有刀具内磁环，其极性与刀具外磁环相反，并且刀具内磁环固定于刀轴50上，在刀轴50的中心处固定有刀片5。因此刀片5与刀具内磁环通过刀轴50固定连接，其通过刀具外磁环实现径向非接触定位，在z向承载上呈非线性载荷。即在刀具受到的冲击越大的情况下，刀片5受到的刀架42的动态承载力越强，运动阻力越大，保证了z向的抗冲击性。刀架42下端的固定通孔两外侧在刀轴50的轴向方向上，对称固定有固定端盖20，实现刀轴50的轴向定位。
37.圆柱轴状的刀轴50两端为6边形构造，在每个侧面上圆周阵列固定安装有一圈6个动子磁铁40，其与固定安装于驱动板10对应六边形空槽内六边面上的转动驱动电磁铁30一一对应。在施加交变电流的情况下，由固定于驱动板10上的转动驱动电磁铁30带动刀具轴实现非接触式旋转运动，并留有一定的运动轴中心偏差冗余度，保证了在冲击大，变形大，轴心偏离的情况下仍然可以实现有效的驱动。驱动板10与t字形刀架42固定连接。
38.减震盒41的下表面y方向的两侧固定安装有2个长方形板状的电磁锁9，其内侧对称安设有电磁铁，与驱动板10呈一定间隙。在不需要悬挂系统工作的情况，可以通过驱动电磁锁9保持与驱动板10吸附固定，而驱动板10与刀架42固定连接。即实现了减震盒41与刀架42之间的固定定位，使悬挂失效。下板上设有供u形架422穿过的穿孔。刀具驱动机构包括转动驱动电磁铁30和动子磁铁40。
39.本发明的一种基于悬挂震动抑制的异形柔性材料裁剪装置在使用时，刀片5设置在减震装置4的u形架422上，减震装置4固定在转刀机构3的连接轴32上，转刀机构3固定在步进移动机构2的输出端上，步进移动机构2设置在机架1上。启动步进移动机构2后可以按照设定程序带动刀片5自由的沿x、y、z三个方向移动，通过转刀机构3可带动刀片5改变切割方向，当步进移动机构2带动刀片5移动时，在加减速过程中产生较大的运动加速度，或者在切割不同韧性、不同强度、不同厚度、不同硬度的异性柔性材料而导致刀具受到非周期性的随机冲击时，减震装置4即可自动发挥作用，通过分别确定阻尼系数的弹簧消除x、y、z方向的抖动，并使用永磁体和弹簧消除z方向的动态冲击。由于裁剪作业刀具本身工作于低频区，所受到的高频抖动多为噪声，通过弹簧悬挂系统设定合适的传递函数实现抖动噪声抑制，实现机构低通滤波，做到刀具在高速作业下的稳定性，并且实现大惯性运动机构与小惯性刀具端的隔离，有利于实现高稳定性加工。z方向采用减振弹簧配合悬控磁铁实现无接触式连接，同样实现z向的高频噪声滤除，保证加工作业稳定性。
40.以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。