多功能切割机的制作方法

本实用新型涉及一种切割机，尤其涉及一种可对各种形状的工件进行自动对中、多种角度、多种截面切割的多功能切割机。

背景技术：

传统的切割机对在线生产的工件，如管材或型材，由于工件在线不能旋转，进行切割时存在切割困难等问题。现有的切割机，基本采用直线进刀的方式进行切割，这种切割方式，容易造成管材切口不平整，切口外翻等情况，影响管材的品质。而且存在调节不方便，工作过程会出现切屑，且噪音较大等问题。

对于矩形结构、方形结构或其它异形结构的工件，使用等离子切割枪时，更是切割枪头随工件形状的变化而彼此距离产生改变，造成切割不均匀现象，甚至需要人工进行切割操作，造成了工作强度大，工作效率低的问题，难以自动化操作。而且，对于截面是非规则断面的，更是难以实现自动化切割。另外，夹紧机构的夹持方式是单边动作，即其夹具的固定端固定不动，活动端由气缸等动力机构驱动其动作，夹紧和松开都是由活动端单边动作。这种单边型材夹紧机构存在工件中心位置需要人工校准的缺陷，造成劳动强度在在、工作效率低等后果，不利于降低劳动成本。

技术实现要素：

本实用新型针对现有切割机存在的上述缺陷，而提供一种可对各种形状的工件进行自动对中、切割的多功能切割机。

为实现上述目的，本实用新型采取的方案是：一种多功能切割机，包括安装座、切割组件、切割机头和旋转传动轴；切割组件设于切割机头上，切割机头可随旋转传动轴旋转地设于旋转传动轴端部，旋转传动轴设于安装座上，旋转传动轴轴向设有供工件穿过的空心结构；其特征是：所述安装座设有驱动旋转传动轴转动的切割旋转机构；所述切割机头上设有调整切割组件和工件之间垂直距离的切割进给机构；切割进给机构上设有调整与工件切割点保持垂直的切割角度调整机构。通过切割机头旋转、切割组件切割进给，及切割组件的切割角度旋转调整的三轴联动可实现圆形工件、方形工件、矩形工件或异形工件的切断。

作为上述技术方案的进一步说明，前述切割旋转机构包括支持旋转传动轴作旋转运动的轴承、带动旋转传动轴转动的直齿锥齿轮圈、作为切割旋转机构动力源的旋转步进电机、将旋转步进电机的动力传递给直齿锥齿轮圈的主动直齿锥齿轮；直齿锥齿轮圈设于旋转传动轴外周并与旋转传动轴固定为一体，主动直齿锥齿轮设于旋转步进电机输出轴端并与直齿锥齿轮圈啮合，旋转步进电机设置于安装座外侧。切割旋转机构由旋转步进电机驱动，通过直齿锥齿轮传动到旋转传动轴带动整个切割机头旋转。

作为上述技术方案的进一步说明，前述切割进给机构包括机头固定旋转板、丝杆-滑块组件、进给步进电机和同步轮同步带组件；机头固定旋转板垂直于固定在旋转传动轴端部，进给步进电机和同步轮同步带组件设置于机头固定旋转板上部，进给步进电机与同步轮同步带组件中的主动同步轮连接，主动同步轮连接通过同步带与同步轮同步带组件中的从动同步轮连接，从动同步轮与丝杆-滑块组件中的丝杆连接，丝杆设置于从动同步轮下方并垂直于旋转传动轴的轴心设置；前述切割角度调整机构设置于丝杆-滑块组件中的滑块上。切割进给机构由步进电机驱动，切割组件通过同步轮皮带传递到丝杆-滑块组件转换为进给直线运动。

作为上述技术方案的进一步说明，前述切割角度调整机构包括角度调整步进电机和减速齿轮组；角度调整步进电机和减速齿轮组设置于丝杆-滑块组件中的滑块上；减速齿轮组包括一大一小不同直径的齿轮，直径较小的齿轮为主动齿轮，直径较大的齿轮为从动齿轮；切割组件设在从动齿轮外侧。切割角度调整机构由步进电机驱动，通过齿轮传动来带动切割组件的切割角度旋转。

作为上述技术方案的进一步说明，前述切割组件包括切割枪和保护切割枪头的弹簧补偿机构；枪头弹簧补偿机构和切割枪平行设置，它包括套有压缩弹簧的伸缩杆，伸缩杆端部设有导向轮，切割枪设于伸缩杆的自由伸缩的杆身上，导向轮相对于切割枪的枪头稍微更为靠近工件所在位置，切割枪为等离子切割枪。这种结构保证切割枪的枪头在靠近工件的时候，不会接触到工件，起到保护枪头的作用，切口平整质量高，不需要用人工做二次切口修整。

作为上述技术方案的改进，前述多功能切割机还包括机头位置检测及保护机构；机头位置检测及保护机构包括设置于安装座上部的保护基座，保护基座内设有竖直设置的丝杆-螺母组件，丝杆-螺母组件的丝杆下端设有与前述直齿锥齿轮圈啮合的从动直齿锥齿轮；保护基座在丝杆-螺母组件的丝杆侧方上中下位置分别设有接近开关，接近开关通过检测螺母位置来确定机头的位置。通过拉近开关检测丝杆的位置，可确定机头所处的位置，从而方便将机头位置复位，同时也防止其偏离初始位置。

作为上述技术方案的再改进，前述多功能切割机还包括具有给工件自动对中的夹具机构；该夹具机构设于位于旋转传动轴后方位置的安装座上；夹具机构包括夹紧工件的夹具组件、以及驱动夹具组件作直线运动的夹紧气缸；夹具组件为2个，按左右对称的形式设置，其中一个与夹紧气缸连接为主动夹具组件，另一个为从动夹具组件；主动夹具组件和从动夹具组件上各设有互向对方延伸的平行设置的2条齿条和2条导向轴，分别对应为主动齿条和从动齿条、主动导向轴和从动导向轴；其中，主动夹具组件可滑动地套接在从动导向轴上，从动夹具组件可滑动地套接在主动导向轴上；主动齿条和从动齿条之间设有同时与主动齿条和从动齿条啮合的同步传动齿轮；主动导向轴和从动导向轴上均套有支持导向轴的导向直线轴承；主动齿条和从动齿条的外侧均设有支持齿条直线运动的导向滚轮。夹紧气缸驱动主动夹具组件，主动齿条推动同步传动齿轮转动，同步传动齿轮带动从动齿条与主动齿条同步相向或反向运动，从而实现主动夹具组件和从动夹具组件同步夹紧或同步松开，两者行程一致，从而达到自动对中的效果，首次使用调整后，不须每次调整中心位置，大大降低了操作工的劳动强度，提高了工作效率。导向轴在导向直线轴承可更流畅地运动。导向滚轮保证齿条运动更流畅，不易变形。

作为上述技术方案的进一步说明，前述夹具组件包括夹具安装座、活动夹具和夹具锁紧装置；夹具安装座内侧设有回形槽，活动夹具外侧设有可匹配插入该回形槽的接插部；夹具锁紧装置为顶部设有一字匙的夹具锁紧螺丝，夹具锁紧螺丝可90度角度旋转地设置于夹具安装座顶端，并紧靠回形槽边缘设置；活动夹具内侧设有与工件外形匹配的V形槽或者异形槽， V形槽形成的角度优选为90度；活动夹具上部设有提手。提手方便活动夹具的取放。这种结构，当需要夹持不同外径的工件时，方便更换相应的活动夹具；夹具锁紧螺丝正向旋转90度即可将活动夹具锁定在夹具安装座内，夹具锁紧螺丝反向旋转90度即可将活动夹具解除锁定，可方便地众夹具安装座内取出。这种结构还可适应矩形或方形外表的工件。

作为上述技术方案的再进一步改进，前述多功能切割机还包括机台，安装座可滑动地设置于机台上，机台底部设有收集切割碎屑的集渣盘，机台上设有驱动安装座在机台上运动的台座运动机构；台座运动机构为沿工件轴向作直线运动的轴向运动机构或纵横直线运动的X-Y运动机构；其中：

轴向运动机构包括设于安装座上的轴向运动电机，轴向运动电机设有轴向运动齿轮，机台设有与轴向运动齿轮啮合的轴向运动齿条；

X-Y运动机构包括设于安装座上的伺服电机，安装座下方设有由伺服电机驱动的双向运动导轮，机台设有与双向运动导轮匹配的X-Y运动轨道。

这种结构还可以实现多功能切割机多轴运动，对工件的进行轴向、径向的特种加工，比如切割不规则断面，也可以实现工件的轴向加工。

前述的多功能切割机的切割方法，其特征是：所述多功能切割机包括控制装置，切割方法包括如下步骤：

（1）将工件放置于前述的多功能切割机旋转传动轴内；

（2）通过控制装置根据工件形状、大小设置好切割旋转机构旋转速度、切割进给机构匹配的进刀量和切割角度调整机构在机头旋转时调整切割角度，保证与切割点保持垂直方向切割；以及设置好台座运动机构的运动参数，实现工件的各种切割功能，达到切割所需要的切口形状；

（3）控制装置分别向旋转步进电机发出正、反向控制信号，并读取机头位置检测及保护机构中接近开关的信息，让旋转传动轴复位到正常初始位置；

（4）夹具机构动作将工件对中夹紧，按设定程序进行正向或反向交替对工件进行切割。

由上所述方案可知，本实用新型的优点是：结构科学，容易制造；多轴运动机构可实现圆形工件、方形工件、矩形工件或异形工件的切断，可数控制操作，切割精度高，自动化程度高；切口平整质量高，不需要用人工做二次切口修整；夹具机构由汽缸驱动夹具组件，通过主动齿条带动同步传动齿轮旋转传递到从动齿条形成同步相向夹紧或反向松开，仅用一个气缸就可以实现夹具同步动作、自动对准中心线，不用人工校对中心线；夹具更换采用卡槽式装夹，更换快速；整体降低了劳动强度，提高了工作效率。

附图说明

图1为本实用新型的多功能切割机的立体图。

图2为图1中的切割机头的立体图。

图3为图1中的切割进给机构和切割角度调整机构的立体图。

图4为图1的多功能切割机工作状态示意图。

图5为图4中的多功能切割机工作状态的立体图。

图6为图4中的A-A向剖视图。

图7为图4中的B-B向剖视图。

图8为图1中的夹具机构主体结构的俯视图。

图9为图1中的夹具机构的立体图。

图10为图1中增加了台座运动机构的立体图。

标记说明：图中的没有标号的箭头表示相关部件的运动方向；

0—机台，1—安装座， 2—切割组件， 3—切割机头， 4—旋转传动轴， 5—切割旋转机构， 6—切割进给机构， 7—切割角度调整机构， 8—机头位置检测及保护机构， 9—夹具机构；

02—集渣盘， 03—控制装置， 04—工件，05—台座运动机构；

21—切割枪， 22—弹簧补偿机构，23—压缩弹簧，24—伸缩杆，25—导向轮；

51—轴承， 52—直齿锥齿轮圈，53—主动直齿锥齿轮，54—旋转步进电机；

61—机头固定旋转板，62—丝杆-滑块组件，63—进给步进电机，64—同步轮同步带组件；

71—角度调整步进电机， 72—减速齿轮组，73—主动齿轮，74—从动齿轮；

81—保护基座， 82—丝杆-螺母组件，83—从动直齿锥齿轮，84—接近开关；

91—夹具组件， 92—夹紧气缸， 93—齿条， 94—导向轴， 95—同步传动齿轮， 96—导向直线轴承， 97—导向滚轮， 98—夹具安装座， 99—活动夹具； 981—夹具锁紧螺丝， 982—回形槽，991—接插部，992—V形槽，993—提手。

具体实施方式

下面结合附图和优选的实施方式，对本实用新型及其有益技术效果进行进一步详细说明。

参见图1~图10，由图可知，多功能切割机包括安装座1、切割组件1、切割机头3和旋转传动轴4、机头位置检测及保护机构8、具有给工件04自动对中的夹具机构9；切割组件1设于切割机头3上，切割机头3可随旋转传动轴4旋转地设于旋转传动轴4端部，旋转传动轴4设于安装座1上，旋转传动轴4轴向设有供工件04穿过的空心结构；安装座1设有驱动旋转传动轴4转动的切割旋转机构5；所述切割机头3上设有调整切割组件1和工件04之间垂直距离的切割进给机构6；切割进给机构6上设有调整与工件04切割点保持垂直的切割角度调整机构7。

作为以上各机构的优选具体结构，其中：

如图2、图6所示，切割旋转机构5包括支持旋转传动轴4作旋转运动的轴承51、带动旋转传动轴4转动的直齿锥齿轮圈52、作为切割旋转机构5动力源的旋转步进电机54、将旋转步进电机54的动力传递给直齿锥齿轮圈52的主动直齿锥齿轮53；直齿锥齿轮圈52设于旋转传动轴4外周并与旋转传动轴4固定为一体，主动直齿锥齿轮53设于旋转步进电机54输出轴端并与直齿锥齿轮圈52啮合，旋转步进电机54设置于安装座1外侧。

如图3~图6所示，切割进给机构6包括机头固定旋转板61、丝杆-滑块组件62、进给步进电机63和同步轮同步带组件64；机头固定旋转板61垂直于固定在旋转传动轴4端部，进给步进电机63和同步轮同步带组件64设置于机头固定旋转板61上部，进给步进电机63与同步轮同步带组件64中的主动同步轮连接，主动同步轮连接通过同步带与同步轮同步带组件64中的从动同步轮连接，从动同步轮与丝杆-滑块组件62中的丝杆连接，丝杆设置于从动同步轮下方并垂直于旋转传动轴4的轴心设置；切割角度调整机构7设置于丝杆-滑块组件62中的滑块上。

如图3~图6所示，切割角度调整机构7包括角度调整步进电机71和减速齿轮组72；角度调整步进电机71和减速齿轮组72设置于丝杆-滑块组件62中的滑块上；减速齿轮组72包括一大一小不同直径的齿轮，直径较小的齿轮为主动齿轮73，直径较大的齿轮为从动齿轮74；切割组件1设在从动齿轮74外侧。

如图3、图6所示，切割组件1包括切割枪21和保护切割枪头的弹簧补偿机构22；枪头弹簧补偿机构22和切割枪21平行设置，它包括套有压缩弹簧23的伸缩杆24，伸缩杆24端部设有导向轮25，切割枪21设于伸缩杆24的自由伸缩的杆身上，导向轮25相对于切割枪21的枪头稍微更为靠近工件04所在位置，切割枪21为等离子切割枪。

另外：

如图2、图4~图6所示，机头位置检测及保护机构8包括设置于安装座1上部的保护基座81，保护基座81内设有竖直设置的丝杆-螺母组件82，丝杆-螺母组件82的丝杆下端设有与直齿锥齿轮圈52啮合的从动直齿锥齿轮83；保护基座81在丝杆-螺母组件82的丝杆侧方上中下位置分别设有接近开关84，接近开关84通过检测螺母位置来确定机头的位置。

如图1、图7~图10所示，夹具机构9设于位于旋转传动轴4后方位置的安装座1上；夹具机构9包括夹紧工件04的夹具组件91、以及驱动夹具组件91作直线运动的夹紧气缸92；夹具组件91为2个，按左右对称的形式设置，其中一个与夹紧气缸92连接为主动夹具组件，另一个为从动夹具组件；主动夹具组件和从动夹具组件上各设有互向对方延伸的平行设置的2条齿条3和2条导向轴94，分别对应为主动齿条和从动齿条、主动导向轴94和从动导向轴94；其中，主动夹具组件可滑动地套接在从动导向轴94上，从动夹具组件可滑动地套接在主动导向轴94上；主动齿条和从动齿条之间设有同时与主动齿条和从动齿条啮合的同步传动齿轮95；主动导向轴94和从动导向轴94上均套有支持导向轴94的导向直线轴承96；主动齿条和从动齿条的外侧均设有支持齿条3直线运动的导向滚轮97。夹具组件91包括夹具安装座981、活动夹具99和夹具锁紧装置；夹具安装座981内侧设有回形槽982，活动夹具99外侧设有可匹配插入该回形槽982的接插部991；夹具锁紧装置为顶部设有一字匙的夹具锁紧螺丝981，夹具锁紧螺丝981可90度角度旋转地设置于夹具安装座981顶端，并紧靠回形槽982边缘设置；活动夹具99内侧设有与工件04外形匹配的V形槽992或者异形槽，V形槽992形成的角度为90度；活动夹具99上部设有提手993。

如图10所示，作为多功能切割机的功能的扩展，多功能切割机还包括机台0，安装座1可滑动地设置于机台0上，机台0底部设有收集切割碎屑的集渣盘02，机台0上设有驱动安装座1在机台0上运动的台座运动机构05；台座运动机构05为沿工件04轴向作直线运动的轴向运动机构或纵横直线运动的X-Y运动机构；其中：轴向运动机构包括设于安装座1上的轴向运动电机，轴向运动电机设有轴向运动齿轮，机台0设有与轴向运动齿轮啮合的轴向运动齿条；X-Y运动机构包括设于安装座1上的伺服电机，安装座1下方设有由伺服电机驱动的双向运动导轮，机台0设有与双向运动导轮匹配的X-Y运动轨道。

作为配套，多功能切割机的切割方法，其特征是：所述多功能切割机包括控制装置03，切割方法包括如下步骤：

（1）将工件04放置于多功能切割机旋转传动轴4内；

（2）通过控制装置03根据工件04形状、大小设置好切割旋转机构5旋转速度、切割进给机构6匹配的进刀量和切割角度调整机构7在机头旋转时调整切割角度，保证与切割点保持垂直方向切割；以及设置好台座运动机构05的运动参数，实现工件04的各种切割功能，达到切割所需要的切口形状；

（3）控制装置03分别向旋转步进电机54发出正、反向控制信号，并读取机头位置检测及保护机构8中接近开关84的信息，让旋转传动轴4复位到正常初始位置；

（4）夹具机构9动作将工件04对中夹紧，按设定程序进行正向或反向交替对工件04进行切割。

根据上述说明书及具体实施例并不对本实用新型构成任何限制，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本实用新型的一些修改和变形，也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。