专利名称：一种用于铣切钢管的数控铣床的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种属于机械设备制造及控制技术，具体涉及一种应用于冶金行业焊管生产的钢管铣切数控铣床。
背景技术：
随着生产技术的发展，对产品的性能要求越来越高，产品改型频繁，采用多品种小品量生产方式的企业越来越多，这就要求数控机床向着高速化、高精度化、复合化、系统化、 智能化方向发展。而在钢管生产行业，要对在线生产的钢管进行在线锯切处理(生产工件和加工设备都处于动态)，钢管生产线的速度一般为0 120M/min，钢管的锯切长度一般为 3M IOM不等。也就是说生产该钢管的设备(也称飞锯)需具备快速的动态相应、高速的同步跟踪性能、快速切割进给功能以及在线修改钢管长度等功能。传统的气动或电脑飞锯属于摩擦锯切，锯切过程中会产生很大的热量，锯片对钢管产生很大的压力，造成管壁管口变形等质量缺陷，锯切精度士2. 5mm，大部分需要线下二次定尺切割，内外毛刺很大，需要进行平头倒角等后续处理，增加了人力能源和原材料消耗成本，锯片线速度800米/分钟以上， 能耗高、噪音大，如果发生锯片意外爆裂情况会对人员和设备造成伤害。同时虽然摩擦锯也是具有在线切割功能但是其精度、速度、及切割管材端面都不能满足更高要求的精密钢管的要求。在比如、汽车、飞机、轮船、航天及军工这些行业对钢管的长度精度、端面的平整度， 及有无毛刺等都有很高的要求，现有技术导致精密钢管的无法应用。
实用新型内容本实用新型提供一种用于铣切钢管的数控铣床，满足精密钢管的在线切割，实现高速精密在线数控铣床的高动态响应、高速的同步跟踪性能、快速切割推进功能以及在线修改管长，满足钢管的长度精度、端面平整度及无毛刺。为实现上述目的，本实用新型提供一种用于铣切钢管的数控铣床，其特点是，该铣床包含钢结构底座；架设在上述的钢结构底座上的高精度直线导轨；架设在上述的高精度直线导轨上的高速跟踪行走小车；设置在上述的钢结构底座内的同步带装置；设置在铣床内部的控制系统；设置在上述的高速跟踪行走小车上的润滑系统；以及，设置在上述的钢结构底座一侧的测速辊装置。上述的同步带装置上固定连接上述的高速跟踪行走小车；该同步带装置与高精度直线导轨平行设置；上述的同步带装置还通过转轴连接有减速机；上述的减速机还通过转轴连接有小车同步跟踪伺服电机。[0015]上述的高速跟踪行走小车上还设有夹紧部件；设置在上述的夹紧部件两侧的若干个导向装置；该导向装置与该夹紧部件沿与上述的高精度直线导轨平行的轴线设置；倾斜架设在高速跟踪行走小车上的给进轨道；架设在该给进轨道上的铣锯切部件；该铣锯切部件包含有锯片；该铣锯切部件的锯片与上述的夹紧部件相对应设置；与上述的铣锯切部件连接的高精度滚珠丝杆；与上述的高精度滚珠丝杆连接的给进伺服电机；以及，与上述的铣锯切部件通过转轴连接的锯片伺服电机。上述的润滑系统通过管路分别连接铣锯切部件、高精度滚珠丝杆、夹紧部件、高精度直线导轨、锯片伺服电机的转轴和给进轨道。上述的测速辊装置设置在夹紧部件与导向装置限定钢管轴向的轴线上。上述的控制系统包含控制单元、分别与该控制单元电路连接的远程I/O单元、触摸屏、整流回馈单元、若干个伺服驱动单元，以及与该伺服驱动单元电源连接的在线速度及管长编码器；若干个伺服驱动单元分别电路连接上述的小车同步跟踪伺服电机、给进伺服电机和锯片伺服电机。本铣床前还设有外接的钢管拉动装置。控制单元设定工艺参数后高速精密在线数控铣床启动。锯片伺服电机带动铣锯切部件的锯片旋转，钢管由外接的钢管拉动装置沿钢管轴向拉动由铣床进口向铣床出口移动，并串设在夹紧部件与导向装置中。当钢管端部与锯片之间的距离长度达到预设定的启动点，小车同步跟踪伺服电机通过同步带装置带动高速跟踪行走小车启动。当钢管与小车之间的运动速度达到同步状态，夹紧部件夹紧钢管。给进伺服电机通过高精度滚珠丝杆带动铣锯切部件推进对钢管进行切割，完成切割后，铣锯切部件返回原点，并高速跟踪行走小车快速返回原点准备下一次铣切。本实用新型一种用于铣切钢管的数控铣床和现有技术相比，其优点在于，本实用新型采用铣锯切部件，对钢管进行冷铣切，铣锯切过程不产生或产生很少的热量，锯片对钢管只产生很小的压力，不会造成管壁管口变形，切割效果好、端面平整，内外毛刺很小，铣切面平整光洁，不需要进行后续处理，节省了工序和原材料。本实用新型采用控制系统控制小车同步跟踪伺服电机，小车同步跟踪伺服电机控制高速跟踪行走小车与钢管之间的距离，精度高，定长精度士 1. Omm,同一规格重复精度士0. 5mm不需要进行二次定尺，节省工序和原材料。本实用新型采用控制系统控制小车同步跟踪伺服电机，小车同步跟踪伺服电机控制高速跟踪行走小车快速作往复运动，生产速度快、效率高；生产线的速度最高可达120M/ min0设备适应性强，可设定规格要求范围内的任何规格，通过触摸屏输入相关工艺参数即可。驱动、铣锯切和切割进给动力全部采用伺服电机，NC控制模块和优化软件实现全自动切割，控制模块会根据工艺要求自动制定切割条件。设备维护方便，除每班正常润滑和清理外免维护。
图1为本实用新型一种用于铣切钢管的数控铣床的正视图；图2为本实用新型一种用于铣切钢管的数控铣床的侧视图；图3为本实用新型一种用于铣切钢管的数控铣床的控制系统的模块图。
具体实施方式
以下结合附图说明本实用新型的具体实施方式
。本实用新型公开了一种用于铣切钢管的数控铣床，满足精密钢管的在线切割，实现高速精密在线数控铣床的高动态响应、高速的同步跟踪性能、快速切割推进功能以及在线修改管长，满足钢管的长度精度、端面平整度及无毛刺。本实用新型一种用于铣切钢管的数控铣床的一种实施例，该数控铣床包含有钢结构底座1、夹紧部件2、导向装置3、同步带装置4、测速辊装置5、小车同步跟踪伺服电机6、 减速机7、高速跟踪行走小车8、高精度滚珠丝杆9、高精度直线导轨10、铣锯切部件11、润滑系统12和设置在数控铣床内的控制系统。如图1所示，同步带装置4沿钢管轴向设置在钢结构底座1中，高速跟踪行走小车 8架设在钢结构底座1上，并与上述的同步带装置4固定连接，该高速跟踪行走小车8由同步带装置4带动沿钢管轴向作往复运动。两个导向装置3设置在高速跟踪行走小车8上， 该两个导向装置3沿钢管轴向间隔一定距离设置。夹紧部件2设置在高速跟踪行走小车8上，并设置在两个导向装置3之间。夹紧部件2包含机架以及配套设置在机架上的两套并行设置的夹紧装置。每个夹紧装置包含夹紧气缸，与该夹紧装置连接的夹紧块，夹紧块根据生产的不同钢管直径进行更换，由夹紧气缸推动夹紧块夹紧钢管，使锯切时保持钢管的稳定，达到平稳铣锯切的作用。上述的夹紧部件2和导向装置3都设置在钢管轴线上，钢管依次串设在夹紧部件2 和导向装置3中，由两个导向装置3确认钢管的移动方向，夹紧部件2夹紧钢管，便于铣切。测速辊装置5设置在钢结构底座1钢管出口的一侧，该测速辊装置5也设置在钢管的轴线上，钢管串设在该测速辊装置5中，实时监测高速精密在线数控铣床输出经加工钢管的速度。如图2所示，小车同步跟踪伺服电机6和减速机7通过转轴连接，减速机7通过转轴连接上述的同步带装置4，小车同步跟踪伺服电机6带动同步带装置4在特定范围内作往复运动，减速机7在同步带装置4作往复运动的过程中转换方向时起减速的作用。小车同步跟踪伺服电机6采用SIEMENS 1PH7系列电机，该电机专用于数控加工中心及机床，具有动态响应高、运行平稳等特点。电机内含绝对值编码器，并通过Drive-CLIQ 连接至驱动。该小车同步跟踪伺服电机6的作用是驱动高速跟踪行走小车8，高速跟踪行走小车8上有整个锯切推进和锯片旋转机械部分，当管长快到达预设定管长时，该小车同步跟踪伺服电机6快速启动，并通过SIM0TI0ND里的电子齿轮功能(Gearin)让管长刚好到达设定管长时，该小车同步跟踪伺服电机6的速度达到生产线速度，也就是必须在这个点上速度与钢管的生产线速度达到同步，然后锯片动作，快速把钢管铣切切断，切断钢管后，小车同步跟踪伺服电机6通过高速跟踪行走小车8把切断的钢管带入后面传送辊道后，快速停止并反转，带动高速跟踪行走小车8回到起始点、等待下一根钢管设定长度到来。测速辊装置5将测得的生产线上钢管生产速度反馈到控制系统，由控制系统发出指令控制小车同步跟踪伺服电机6的转速来实现快速同步的功能。高精度直线导轨10设置在钢结构底座1与高速跟踪行走小车8之间，高速跟踪行走小车8通过高精度直线导轨10在钢结构底座1上沿钢管轴向自由滑动。给进轨道倾斜架设在高速跟踪行走小车8上，该给进轨道垂直于钢管轴向设置。 给进轨道倾斜的低端朝向夹紧部件2。高精度滚珠丝杆9与铣锯切部件11倾斜架设在该给进轨道上。高精度滚珠丝杆9垂直于钢管轴向设置，平行于给进轨道轴向设置。高精度滚珠丝杆9朝下的一端机械连接铣锯切部件11，高精度滚珠丝杆9朝上的一段端机械连接有一个给进伺服电机，该给进伺服电机通过高精度滚珠丝杆9控制铣锯切部件11的进刀和退刀。给进伺服电机通过高精度滚珠丝杆9推动进给铣锯切部件11进行变速进给，根据钢管的不同直径和壁厚，自动调整铣锯切行程，实现快进、工进、快退等功能。给进伺服电机采用SIEMENS 1FT6系列电机。1FT6电机是结构及为紧凑的永磁同步电机，该电机满足了在动态性能、调速范围以及速度和位置、精度等方面的最高要求，内置有绝对值编码器，并通过Drive-CLIQ连接至驱动，专用于高性能机床。给进伺服电机通过高精度滚珠丝杆9带动铣锯切部件11上旋转的锯片，通过控制系统按照切割工艺曲线，推进锯片切割钢管，这是同摩擦锯的最大不同，其中工艺曲线为锯片的推进速度与锯片和钢管接触面呈反比，当锯片和钢管接触面小时则采用快速推进， 当锯片和钢管接触面大时则采用慢速推进，该工艺曲线满足锯片本身对切割物的进给要求 (否则锯片会崩裂)，还对进给的速度按照切入钢管的位置来进行变速，保证切割断面平整、 无毛刺、不产生火花(冷切割)，并且满足整个生产线的生产速度的切割周期。铣锯切部件11如图1所示，设置在夹紧部件2的两个夹紧装置之间，当两个夹紧装置夹紧钢管使钢管稳定时，铣锯切部件11由夹紧部件2的两个夹紧装置之间进刀铣切钢管。铣锯切部件11内设有锯片，该锯片通过转轴连接有锯片伺服电机。锯片伺服电机采用SIEMENS 1PH7系列电机，该电机专用于数控加工中心及机床，具有动态响应高、运行平稳等特点。电机内含增量型编码器，并通过Drive-CLIQ连接至驱动。一般锯片伺服电机带动锯片旋转的线速度为200米/分钟左右，在保证锯片正常铣切的同时，实现当锯片发生意外爆裂时，也不会对人员和设备造成伤害。润滑系统12设置在高速跟踪行走小车8上，跟随高速跟踪行走小车8 一起作往复运动。润滑系统12通过管路分别连接铣锯切部件11、高精度滚珠丝杆9、夹紧部件2，向上述的铣锯切部件11、高精度滚珠丝杆9、夹紧部件2、高精度直线导轨10、锯片伺服电机的转轴和给进轨道。向上述部件输送润滑油，降低摩擦，提高生产效率和设备寿命。在高速精密在线数控铣床前设有外接的钢管拉动装置，该装置拉动钢管沿轴向由铣床进口向出口移动。在高速精密在线数控铣床后设有后续装置，其中包含有设置在高速精密在线数控铣床输出钢管处的传送辊道，该传送辊道用于接收经过铣切的钢管，并将钢管传送至其他后续设备，进行后续加工。如图3所示，本实用新型一种用于铣切钢管的数控铣床还包含有控制系统，该控制系统包含控制单元13，与该控制单元13电路连接的远程I/O单元14、触摸屏15、整流回馈单元16、三个伺服驱动单元17，以及与该伺服驱动单元17电路连接的在线速度及管长编码器18，该三个伺服驱动单元17分别电路连接上述的小车同步跟踪伺服电机6、给进伺服电机和锯片伺服电机。控制单元13采用SIEMENS的SINAMICS-SIMOTION D425作为整个设备的控制中枢， SIM0TI0N是集逻辑控制、工艺控制、运动控制于一体的运动控制系统。控制单元13与整流回馈单元16、伺服驱动单元17之间的通讯是通过Drive-CLiQ实现实时同步通信。整流回馈单元16它是将三相交流电整流成直流电，供给各电机驱动单元(又常称逆变器)，该电源模块还能将制动能量直接反馈到电网，达到低碳、节能的目的。伺服驱动单元17 (又常称逆变器)，它是将MOV的直流电逆变成三相交流电。伺服驱动单元17与控制单元13之间，通过Drive-CLiQ可以实现快速数据交换。在线速度及管长编码器18采用SIEMENS 6FX2001系列编码器，精度为5000S/R，用于检测钢管在铣床中的运行长度，即钢管端部与锯片之间的距离长度，该在线速度及管长编码器18还用于检测钢管的在线速度。触摸屏15 (HMI)，该触摸屏15设置于数控铣床上。可以通过触摸屏15，输入该铣床的所有工艺参数，如钢管的长度、材质、钢管外径、壁厚、锯片类型、锯片直径、锯片厚度、 最大接触弧长、锯片齿数、最大齿负荷、切割周期等参数。其中最大接触弧长和切割周期是根据其他工艺参数的输入而通过控制单元13自动计算出来的，并根据这些参数自动计算出生产线最大的线速度，来对生产线进行限速。根据切割周期不同，该实用新型的生产线速度最大可达120M/min。触摸屏还能保存相关配方，下次做同一规格时调出即可。整个设备的所有故障信息，都可以通过触摸屏显示出来，并有相关报警提示及解决办法。远程I/O模块14采用SIEMENS的ET200S系列，与控制单元的通讯采用PR0FIBUS DP通讯。本实用新型一种用于铣切钢管的数控铣床的运作流程如下所示。步骤1通过触摸屏15对控制单元13设定工艺参数，该工艺参数包含钢管的长度、 材质、钢管外径、壁厚、锯片类型、锯片直径、锯片厚度、最大接触弧长、锯片齿数、最大齿负荷、切割周期等参数。步骤2高速精密在线数控铣床启动，钢管由外接的钢管拉动装置带动在铣床中移动，等待管长到达设定启动点处。步骤2. 1控制单元13通过伺服驱动单元17驱动锯片伺服电机启动，锯片伺服电机带动铣锯切部件11的锯片按照控制单元13的设定速度旋转。步骤2. 2钢管由外接的钢管拉动装置沿钢管轴向拉动，钢管由铣床进口向铣床出口移动。步骤2.3钢管由铣床的进口串设入夹紧部件2与导向装置3中，在线速度及管长编码器18检测钢管与锯片的相对位置，检测钢管端部与锯片之间的距离长度，并传输至控制单元13。步骤2. 4控制单元13判断钢管端部与锯片之间的距离长度是否达到预设定的启动点，若是，则跳转到步骤3，若否，则跳转到步骤2. 3。由于高速跟踪行走小车8从静止要去跟踪同步钢管的线速度，是需要有个加速度的过程，也就是系统要求高速跟踪行走小车8必须在移动一段距离后钢管的长度与预设定管长一致时与钢管保持同步，否则长度就出现误差。500mm的追踪距离在目前的生产线速度情况下是够的了，所以目前是个固定设置值。也可以根据生产线速度来变这个值。所以在本实施例中，该启动点为预设定的加工后钢管的管长减500mm处。步骤3控制单元13通过伺服驱动单元17驱动小车同步跟踪伺服电机6启动，小车同步跟踪伺服电机6带动同步带装置4运动，同步带装置4带动高速跟踪行走小车8按照控制单元13预设定的加速度启动。实现当钢管与锯片的相对位置达到预设定钢管的管长减500mm处时，高速跟踪行走小车8与钢管之间的运动速度(生产线速度)达到同步状态， 即相对静止。步骤4当高速跟踪行走小车8与钢管之间的相对位置静止，同时钢管与锯片的相对位置达到设定钢管的管长时，夹紧部件2夹紧钢管，保证钢管铣切时保持固定。步骤5控制单元13通过伺服驱动单元17驱动给进伺服电机，给进伺服电机按照控制单元13设定的切割工艺曲线，通过高精度滚珠丝杆9带动铣锯切部件11的锯片，从原点位置开始进行推进，对钢管进行切割。当铣锯切部件11的锯片对钢管切割完成后，给进伺服电机快速带动铣锯切部件11返回原点。步骤6高速跟踪行走小车8在对钢管进行铣切的过程中继续往前走，把切断的钢管带入外接于铣床后面的传送辊道后，高速跟踪行走小车8同时也达到往复运动的回归点，控制单元13通过伺服驱动单元17驱动小车同步跟踪伺服电机6，小车同步跟踪伺服电机6和减速机7带动高速跟踪行走小车8快速停止，停止后高速返回高速跟踪行走小车8 原点。步骤7高速跟踪行走小车8返回至原点，一个切割周期完成，并跳转到步骤2，设备等待下一根管长到达设定管长减500mm处。尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。
权利要求1.一种用于铣切钢管的数控铣床，其特征在于，该铣床包含 钢结构底座(1)；架设在所述的钢结构底座(1)上的高精度直线导轨(10)； 架设在所述的高精度直线导轨(10)上的高速跟踪行走小车(8)； 设置在所述的钢结构底座(1)内的同步带装置(4)； 设置在铣床内部的控制系统；设置在所述的高速跟踪行走小车(8)上的润滑系统(12)；以及， 设置在所述的钢结构底座(1) 一侧的测速辊装置(5)。
2.如权利要求1所述的用于铣切钢管的数控铣床，其特征在于，所述的同步带装置 (4)上固定连接所述的高速跟踪行走小车(8);该同步带装置(4)与所述的高精度直线导轨 (10)平行设置;所述的同步带装置(4)还通过转轴连接有减速机(7)；所述的减速机(7 )还通过转轴连接有小车同步跟踪伺服电机(6 )。
3.如权利要求1所述的用于铣切钢管的数控铣床，其特征在于，所述的高速跟踪行走小车(8)上还设有夹紧部件(2)；设置在所述的夹紧部件(2)两侧的若干个导向装置(3);该导向装置(3)与所述的夹紧部件(2)沿与所述的高精度直线导轨(10)平行的轴线设置； 倾斜架设在所述的高速跟踪行走小车(8)上的给进轨道；架设在所述的给进轨道上的铣锯切部件(11)；该铣锯切部件(11)包含有锯片；所述的铣锯切部件(11)的锯片与所述的夹紧部件(2)相对应设置； 与所述的铣锯切部件(11)连接的高精度滚珠丝杆(9)； 与所述的高精度滚珠丝杆(9 )连接的给进伺服电机；以及， 与所述的铣锯切部件(11)通过转轴连接的锯片伺服电机。
4.如权利要求3所述的用于铣切钢管的数控铣床，其特征在于，所述的润滑系统(12) 通过管路分别连接所述的铣锯切部件(11)、高精度滚珠丝杆(9)、夹紧部件(2)、高精度直线导轨(10)、锯片伺服电机的转轴和给进轨道。
5.如权利要求1所述的用于铣切钢管的数控铣床，其特征在于，所述的测速辊装置(5) 设置在所述的夹紧部件(2)与导向装置(3)限定钢管轴向的轴线上。
6.如权利要求1所述的用于铣切钢管的数控铣床，其特征在于，所述的控制系统包含控制单元(13)、分别与所述的控制单元(13)电路连接的远程I/O单元(14)、触摸屏(15)、 整流回馈单元(16)、若干个伺服驱动单元(17)，以及与所述的伺服驱动单元(17)电源连接的在线速度及管长编码器(18);若干个所述的伺服驱动单元(17)分别电路连接所述的小车同步跟踪伺服电机(6)、给进伺服电机和锯片伺服电机。
7.如权利要求1所述的用于铣切钢管的数控铣床，其特征在于，本铣床前还设有外接的钢管拉动装置。
专利摘要本实用新型公开了一种用于铣切钢管的数控铣床，该铣床包含钢结构底座；架设在钢结构底座上的高精度直线导轨；架设在高精度直线导轨上的高速跟踪行走小车；设置在钢结构底座内的同步带装置；设置在铣床内部的控制系统；设置在高速跟踪行走小车上的润滑系统；以及，设置在钢结构底座一侧的测速辊装置。本实用新型采用铣锯切部件，对钢管进行冷铣切，铣锯切过程不产生或产生很少的热量，锯片对钢管只产生很小的压力，不会造成管壁管口变形，切割效果好、端面平整，内外毛刺很小，铣切面平整光洁，不需要进行后续处理，节省了工序和原材料；设备维护方便，除每班正常润滑和清理外免维护。
文档编号B23Q5/28GK202174274SQ20112027168
公开日2012年3月28日 申请日期2011年7月29日 优先权日2011年7月29日
发明者周燕强 申请人:上海先德机械工程有限公司