专利名称：素材空间切割设备的制作方法
技术领域：
焊接和切割技术领域
背景技术：
素材是指所有的需要再次加工的金属或非金属材料。包括板材、具 有一定形状的半成品和各种型材(H型、等边或不等边L型、球扁型、
u型、c型和管材等)。
目前，型材以其极高的材料利用率、强度重量比和低廉的价格赢得了
愈来愈多的关注。由于型材零件的多样性，加上复杂多变的空间(3D) 切割要求，使得我们无法借助现有的平板(2D)设备和手段进行自 动化的批量生产。在我国的型材应用中，长期以来只能依靠操作人员 的本身经验在型材上利用手工或半自动的切割设备进行人工划线和 切割，生产效率和精度很低。对于型材的大规模应用，现有的切割方 式远远不能满足大规模的需求。为了改变这一落后面貌，依靠空间 (3D)数控——机器人的自动切割方式来提高切割精度和生产效率， 实现材料的最优利用就显得十分必要。素材空间切割设备恰恰可以满 足型材精细切割的各项要求，从根本上解决型材空间切割的难题。 技术内容
本发明技术的目的在于提供一套能够满足各种材料不规则空间 切割实际需要的应用技术，设计新的功能设施，这种技术可以实现软 件智能套料和仿真操作、上料定位、上料夹钳夹持、切割工作间夹紧、
围绕素材截面的360°全位置切割、推动出料等功能。
为了达到上述目的，综合控制系统的经济性和可行性，本技术包
含以下几种技术
第一种方法通过软件对素材实现智能套料和离线编程为基础的 仿真操作。
第二种方法自动实现素材从上料到定位的一系列动作。 第三种方法通过上料夹钳机构对各种不同素材进行夹紧、输送 和定长。
第四种方法工件用气动夹紧装置在切割工作间内进行全方位 夹紧。
第五种方法切割前的激光定位技术以及保护切割枪体的防碰
撞技术。
第六种方法通过下料推动装置将下料传送带上的工件推至出 料区。
第七种方法实现围绕素材截面的360°全位置切割的独特设计。 第八种方法封闭的切割间设计及下抽风除尘等维护工作环境 的环保设计。
本发明技术的优点是
1. 智能套料可以实现材料的最高利用；仿真操作可以检测机器 人的工作过程，实现机器人运动路线最优，减少空行程时间，提前发 现可能发生的故障。
2. 素材自动上料定位可以使设备自动化程度提高，减少人工，.提高效率。
3. 上料夹钳机构可以解决不同素材的夹持、输送和定长问题， 为切割做好准备工作。
4. 切割间气动夹紧装置全方位夹紧可以使工件切割更加稳定可罪。
5. 激光定位使切割更为准确；防碰撞机构保证机器人运动中切 割枪体的安全。
6. 下料推动装置可以使前后切割完的工件在下料过程中及时清
理下料辊道，保证生产的连续性，提高生产效率和自动化程度。
7. 封闭的切割间及各种维护工作环境的环保设计保证工作环境
良好，避免操作者受到烟尘、眩光、噪音等伤害。
8. 本设备可以与火焰、等离子、激光和高压水等多种切割方式 配套对不同材料进行切割。
图1是素材空间切割设备示意图，型钢空间切割设备示意图； 图2是上料装置示意图； 图3是切割工作间示意图； 图4是下料装置示意图； 图5是夹钳侧视图及俯视图； 图6是水平及垂直夹紧装置示意图；
具体实施例方式
由图1可知素材空间切割设备各机构位置。实施方法一在PC机上通过本设备的套料软件读入/输入需要切割工 件的结构尺寸，再从软件配套的可维护的素材库中选择相应的素材。 套料软件将两者结合智能化地计算出需要切割工件在选定素材上的 切割位置，使切割余料最少，并输出套料结果。然后离线编程软件根 据套料结果仿真出机器人的切割路径和素材的运动，检查是否有运动 干涉，并实现机器人运动路线最优，减少空行程时间，生产效率最高。 将优化完毕的程序输入到机器人的控制系统中，最后通过人机界面和 PLC控制系统开始整个设备的运行和对设备运行情况进行监控。 实施方法二图2为上料装置各机构位置，由气缸带动的定位装置先 落到上料台以下，自动上料传送带将素材从待料区送至上料台的运送 辊道。定位装置由气缸顶出，自动上料传送带反转，将素材与定位装 置靠紧。自动上料传送带由带有绝对位置功能的伺服电机控制。在反 传过程中，传送带上的挡块接触到素材并达到一定阻力时，伺服电机 会感知相应的力矩停止反转并回到零位。
实施方法三图5是夹钳侧视图及俯视图，夹钳初始位置为扩展轴的 尾部，当素材送上上料台后，夹钳沿纵向向素材运动。夹钳下方的小 气缸内头尾两端都设有传感器，在未接触素材前气缸推杆保持弹出状 态。待小气缸顶到素材上，气缸头部传感器得到信号，夹钳速度减慢， 直到气缸尾部传感器感应气缸收到尾端夹钳停止。夹钳后端液压装置 提供夹紧力收紧夹钳。在夹持过程中，上夹钳先绕夹紧轴运动，上夹 钳的滚轮压紧素材；然后下夹钳绕夹钳俯仰轴直线运动压紧素材，夹 钳后方有气动弹簧，保持夹钳的预扭力，使夹钳位置不变。如果夹钳与素材夹持表面不相互垂直，待上下夹钳都压紧素材后，根据液压带 动链轮链条提供的夹紧力，以回转轴为圆心上夹钳的滚轮滑动，整个 夹钳围绕夹钳回转轴转动到垂直方向。完全根据夹钳夹持不同素材的 表面自动适应，保持夹钳只对素材表面实施垂直的夹紧力，确保夹钳 运动的稳定。
实施方法四图3中的平行夹紧装置和垂直夹紧装置分布在切割区域 的两侧，从上下和两侧四个方向夹紧素材；图6是水平及垂直夹紧装 置的俯视图。这种夹持方式可以使素材在单侧夹持的情况下，切割小 于切割区域的工件而不会使工件掉入废料收集斗；切割完毕后还可以 利用下夹钳端部气缸顶出将小件逸到下料传送带上。在素材的输送过 程中，夹紧装置夹持力增大，保证素材的准确定位；在切割过程中， 夹紧装置夹持力减小，避免素材产生应力变形。 实施方法五切割头安装激光定位装置对夹持的素材进行特征点定 位，根据定位得到的素材位置信息设定切割路径。从而保证切割位置 准确无误；切割枪头安装气动的防碰撞装置，保证在枪头运动和切割 过程中的安全。
实施方法六切割完毕工件被下料传送带传出，当出料光电开关检测 到工件尾端后传送带再传送一段距离，图4中的气缸和连杆机构组成 的推动装置将工件横向推送至出料区。出料区的外侧边缘设有传感 器，当出料区上的工件堆叠过多时将给出信号，停止设备运行，提示 搬运工件。传感器的同侧配备安全绳，操作者发现操作不当时可以拉 动安全绳停止设备运转。出料区料架采用非导磁材料，便于使用磁力 吸盘吊运工件。
实施方法七将机器人采用壁挂式安装在可围绕待素材截面作360° 回转的底座上，使机器人可以满足围绕素材截面360°全位置切割的需要。
实施方法八切割间为封闭式设计，可神制减少噪音，粉尘和眩光； 抽风管道通过废料收集斗的下抽风除尘装置排除烟雾和粉尘；防眩光 玻璃的观察窗可避免强光伤害；使用高压水切割时还可以配自洁玻璃 保证观察。
本发明技术的工作原理
本发明技术所述的素材空间切割技术，原理主要是通过软件对素 材进行整体套料和仿真操作。
运用机器人和机器人的扩展轴实现素材测长和切割；通过移动夹 钳实现对不同外型的素材夹持输送的稳定。
夹紧装置利用物理夹紧的方式。
激光定位和防碰撞装置。
自动上料装置利用传送带正反运动和定位装置实现素材定位。 下料推动装置将切割后的工件推送至出料区。
权利要求
1. 素材空间切割设备功能范围，包括以下几个应用技术。①智能套料和仿真操作软件②素材上料定位技术③上料夹钳夹持输送技术④切割工作间夹紧技术⑤激光定位技术和枪体的防碰撞技术⑥下料推动技术⑦实现围绕素材截面360°全位置切割的独特设计⑧切割间的封闭设计和下抽风除尘装置设计。
2. 按照权利要求①所述的智能套料和仿真操作软件功能，其特征在 于在PC机上通过本设备的套料软件读入/输入需要切割工件的结构 尺寸，再从软件配套的可维护的素材库中选择相应的素材。套料软件 将两者结合智能化地计算出需要切割工件在选定素材上的切割位置， 使切割余料最少，并输出套料结果。然后离线编程软件根据套料结果 仿真出机器人的切割路径和素材的运动，检査是否有运动干涉，并实 现机器人运动路线最优，减少空行程时间，生产效率最高。将优化完 毕的程序输入到机器人的控制系统中，最后操作人机界面开始整个设 备的运行并对设备运行情况进行监控。
3. 按照权利要求②所述的素材上料定位功能，其特征在于由气缸带动的定位装置先落到上料台以下，自动上料传送带将素材从待料区送 上上料台的运送辊道。定位装置由气缸顶出，自动上料传送带反转，将素材与定位装置靠紧。自动上料传送带由带有绝对位置功能的伺服 电机控制。在反传过程中，传送带上的挡块接触到素材并达到一定阻 力时，伺服电机会感知相应的力矩停止反转并回到零位。
4. 按照权利要求③所述的夹钳夹持输送技术，其特征在于夹钳初始 位置为扩展轴的尾部，当素材被送上上料台后，夹钳沿纵向向素材运 动。夹钳下方的小气缸内头尾两端都设有传感器，-在未接触素材前气 缸推杆保持弹出状态。待小气缸顶到素材上，气缸头部传感器得到信 号，夹钳速度减慢，直到气缸尾部传感器感应，气缸收到尾端夹钳停 止。夹钳后端液压装置提供夹紧力收紧夹钳。在夹持过程中，上夹钳 先绕夹紧轴运动，上夹钳的滚轮压紧素材；然后下夹钳绕夹钳俯仰轴 直线运动压紧素材，夹钳后方有气动弹簧，保持夹钳的预扭力，使夹 钳位置不变。如果夹钳与素材夹持表面不相互垂直，待上下夹钳都压 紧素材后，根据液压带动链轮链条提供的夹紧力，以下夹钳为圆心上 夹钳的滚轮滑动，整个夹钳围绕夹钳回转轴转动到垂直方向。完全根 据夹钳夹持不同素材的表面自动适应，保持夹钳只对素材表面实施垂 直的夹紧力，确保夹钳运动的稳定。夹持后，夹钳向前输送素材，待 素材前端碰触切割间前固定的光电开关，夹钳和机器人可以计算出素 材长度，与套料软件进行核对。
5. 按照权利要求④所述的切割工作间夹紧，其特征在于:平行夹紧装 置和垂直夹紧装置分布在切割区域的两侧，素材进入切割间后， 一侧 固定另一侧气动的平行夹紧装置将素材夹紧，气动的垂直夹紧装置从 上方夹紧素材。该夹持方式可以使本设备在单侧夹持的情况下，切割小于切割区域的工件而不会使工件掉落废料收集斗；切割完毕后还可 以利用下夹钳端部气缸顶出将小件送到下料传送带上。在素材的输送 过程中，夹紧装置夹持力增大，保证素材位置在切割前绝对稳定；在 切割过程中，夹紧装置夹持力减小，避免对素材产生应力变形。
6. 按照权利要求⑤所述的激光定位技术和枪体的防碰撞技术，其特 征在于切割头安装激光定位装置对夹持的素材进行特征点定位，根 据定位得到的素材位置信息设定切割路径。从而保证切割位置准确无 误；切割枪头安装气动的防碰撞装置，保证枪头在运动过程和切割过 程中的安全。
7. 按照权利要求⑥所述的下料推动装置，其特征在于:在下料传送带 侧面增加气动的下料推动装置。当工件切割完毕后，下料传送带将其 传出。工件完全送出切割间后，推动装置将工件推送至出料区，为下 一次工件送出提供空间。出料区的外侧边缘设有传感器，当出料区上 的工件堆叠过多时将给出信号，停止设备运行，提示搬运工件。传感 器的同侧配备安全绳，操作者发现操作不当时可以拉动安全绳停止设 备运转。出料区料架采用非导磁材料，便于使用磁力吸盘吊运工件。
8. 按照权利要求⑦所述的实现管材切割的独特设计，其特征在于将 机器人采用壁挂式安装在可围绕待切割素材做绕围绕素材截面360° 回转的底座上，使机器人可以满足围绕素材截面360。全位置切割的 需要。
9. 按照权利要求⑧所述的切割间的封闭设计和下抽风除尘装置设计， 其特征在于切割间为封闭式设计减少噪音，粉尘和弧光；抽风管道通过废料收集斗的下抽风除尘装置排除烟雾和粉尘；防眩光玻璃的观察窗可避免强光伤害；使用高压水切割时还可以配自洁玻璃保证观察。
全文摘要
本发明技术的目的在于提供一套能够满足各种材料不规则空间切割实际需要的应用技术，设计新的功能设施，这种技术可以实现软件智能套料和仿真操作、上料定位、上料夹钳夹持、切割工作间夹紧、围绕素材截面360°全位置切割、推动出料等功能，具体如下1.软件智能套料和仿真操作；2.素材上料定位技术；3.上料夹钳夹持输送技术；4.切割工作间夹紧技术；5.激光定位技术和枪体的防碰撞技术；6.下料推动技术；7.实现围绕素材截面360°全位置切割独特设计；8.切割间的封闭设计和下抽风除尘装置设计。
文档编号B23K37/00GK101204764SQ20061017131
公开日2008年6月25日 申请日期2006年12月22日 优先权日2006年12月22日
发明者玥 崔 申请人:玥 崔