一种型材数控多轴等离子切割装置及方法与流程

本发明涉及机械加工相关技术领域，具体的说，是涉及一种型材数控多轴等离子切割装置及方法。

背景技术：

当前，中国的制造业正处于蓬勃发展时期，对各种型材的需求量非常大，因此多种型材制孔设备正在得到越来越广泛的应用，这也使得当前国内数控型材加工设备有很大的需求。

当前国内企业生产的数控型材加工设备大多为机械式、液压式冲床、钻床等机床，面对大批量加工任务时工作效率较低，故障率高，也会产生很大的噪声；加工不同孔型时需不同的模具，更换时较为麻烦；同时模具的寿命较短,增加了制造成本。

对于特殊孔型以及厚壁型材时，采用传统机械式加工不能满足加工要求。采用火焰切割时加工精度低，废品率高。采用激光切割时，设备成本极高。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种型材数控多轴等离子切割装置。本装置通过设计全新的结构，可以使等离子割炬进行多轴移动，以实现对特殊孔型及壁厚型材的高效加工。

为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种型材数控多轴等离子切割装置，包括：

机架；

该机架的一端具有支撑梁，所述支撑梁上固定连接有X轴进给机构；

所述X轴进给机构具有X轴滑块，X轴滑块与Z轴进给机构固定连接；

所述Z轴进给机构具有Z轴滑块，Z轴滑块上固定连接有第一等离子割炬及Y轴进给机构；

所述Y轴进给机构具有Y轴滑块，Y轴滑块上固定连接有第二等离子割炬。

优选的，所述机架上具有X轴向的齿条及导轨，机架的另一端具有送料机构，送料机构与所述齿条配合并在导轨的导向下进行X轴移动。

优选的，所述送料机构包括底板，底板上具有夹嘴及驱动电机，驱动电机通过同步带将动力传递给与所述齿条相适配的齿轮。夹嘴中心高可调，由气缸带动连杆夹紧工件。

优选的，所述X轴进给机构包括X轴底板，X轴底板上具有X轴伺服电机、丝杠副、X轴滑块及导轨副，伺服电机通过丝杠副带动X轴滑块在导轨副的导向下移动。

优选的，所述Z轴进给机构包括Z轴底板，Z轴底板上具有Z轴伺服电机、丝杠副、Z轴滑块及导轨副，伺服电机通过丝杠副带动Z轴滑块在导轨副的导向下移动；

其中，所述Z轴滑块的一个侧面与第一等离子割炬固定连接，另一个侧面与Y轴进给机构固定连接。

优选的，所述Y轴进给机构包括Y轴底板，Y轴底板上具有Y轴伺服电机、丝杠副、Y轴滑块及导轨副，伺服电机通过丝杠副带动Y轴滑块在导轨副的导向下移动。

优选的，所述X轴进给机构下方具有抽尘机构。

优选的，任一轴进给机构上均具有用于确定零点的接近开关。

优选的，所述支撑梁与用于定位工件的压紧机构固定连接。

所述的X轴进给机构、Y轴进给机构和Z轴进给机构中，每个进给机构的底板上均设置有用于确定零点位置的接近开关。

上述的支撑梁，由方管焊接而成，内部浇灌水泥用来增加其结构强度。

上述的机架上，还装有限位机构和支撑机构。所述的支撑机构主要包括滚轮I及滚轮支撑架。

所述的夹紧机构主要包括气缸、滚轮II和滚轮支撑架。通过气缸活塞杆安装的压头向下运动实现工件的夹紧。夹紧机构为采用机械式夹紧，可根据不同的规格的工件调整水平间距。

所述的丝杠副均为滚珠丝杠丝母副。

上述的多个伺服电机，气缸及多个接近开关均又CNC控制中心控制。等离子切割割炬分别由一个等离子主机控制。

在提供上述结构方案的同时，本发明还提供了一种利用上述装置进行工件加工的方法，主要包括如下步骤：

A、X轴、Y轴和Z轴归零；

B、送料机构带动工件至设定位置；

C、第一等离子割炬和/或第二等离子割炬起弧后进行移动，实现对工件的加工。

本发明的有益效果是：

(1)在加工工件时，等离子切割割炬距离工件3-8mm，等离子割炬不与工件直接接触，极大的提升的割炬的寿命。

(2)一个割炬可进行二轴联动，另一个割炬可进行三轴联动，实现了复杂孔型的加工，加工效率以及适用性得到了极大的提升。

(3)割炬可单独工作，也可联动工作。在加工对穿孔时，加工效率得到极大提升；同时由于此种特性，本设备可加工多种孔型，加工范围极广。

(4)为实现工件等距、不等距孔型的加工，本设备配备有送料装置，工件送进时有滚轮支撑，可减少工件的磨损。

(5)为实现对不同宽度尺寸工件的柔性加工，夹紧机构夹紧工件时，工件之间通过夹紧机构调整间距，并可由气缸提供夹紧力；并且针对不同长度，不同孔的加工位置，通过调整夹具的位置来适应不同工件的加工。

(6)本发明结构简单，制造成本低。

(7)本发明具备罩壳以及抽烟装置，能够有效防止光污染以及烟尘污染。

(8)本装置由数控系统协调控制工作，完成给定型材的给定形状的切割加工。主体结构采用挂壁式多轴联动结构，借助一定结构的工装将等离子割炬沿型材工件空间布局，实现工件和等离子切割装置的快速柔性联动切割运动。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中X轴进给机构的结构示意图；

图3为本发明中Z轴进给机构的结构示意图；

图4为本发明中Y轴进给机构的结构示意图；

图5为本发明中机架的结构示意图；

图6为本发明中送料机构的结构示意图；

图中：

1CNC控制中心、2压紧机构、3支撑梁、4X轴进给机构、5Z轴进给机构、6Y轴进给机构、7抽尘机构、8限位机构、9支撑机构、10等离子切割主机、11工件、12机架、13送料机构；

4.1伺服电机I、4.2联轴器、4.3伺服电机座、4.4X轴进给机构底板、4.5导轨座、4.6直线导轨、4.7直线滑块、4.8丝母、4.9丝母座、4.10滚珠丝杠、4.11接近开关I；

5.1伺服电机II、5.2伺服电机座、5.3联轴器、5.4安装板I、5.5滚珠丝杠、5.6丝母、5.7丝母座、5.8导轨座、5.9直线导轨、5.10直线滑块、5.11安装板I、5.12等离子割炬支架、5.13接近开关II、5.14第一等离子割炬；

6.1伺服电机III、6.2伺服电机座、6.3联轴器、6.4安装板II、6.5滚珠丝杠、6.6丝母、6.7丝母座、6.8导轨座、6.9直线导轨、6.10直线滑块、6.11安装板III、6.12等离子割炬支架、6.13接近开关III、6.14第二等离子割炬；

12.1机架底座、12.2齿条、12.3直线导轨、12.4直线滑块、12.5接近开关IV；

13.1安装板III、13.2夹嘴、13.3伺服电机III、13.4传动装置。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明进行详细说明。

实施例：一种型材数控多轴等离子切割装置,其结构如图1-6所示:

包括设置于机架12上的支撑梁3，支撑梁3侧部设置有压紧机构2。在支撑梁3顶部装有X轴进给机构4，X轴进给机构4由伺服电机I4.1来驱动滚珠丝杠4.10带动安装板I5.4做X向进给运动。

X轴进给机构4具有X轴进给机构底板4.4，X轴进给机构底板4.4上设有导轨座4.5伺服电机座4.3及接近开关I4.11。两个相互平行的直线导轨4.6安装在导轨座4.5上，在直线导轨4.6上设有直线滑块4.7，在X轴进给机构4的中间设有一个滚珠丝杠4.10，滚珠丝杠4.10上面设有一个丝母4.8及丝母座4.9，滚珠丝杠4.10通过一个联轴器4.2连接伺服电机I4.1，伺服电机I4.1与滚珠丝杠4.10安装在伺服电机座I4.3上，X轴进给机构底板4.4安装在支撑梁3上。

Z轴进给机构5由丝母座4.9带动进行X轴移动，即Z轴进给机构5的底部固定在丝母座4.9上，且Z轴进给机构5的底部与直线滑块4.7配合。Z轴进给机构5由伺服电机II5.1驱动滚珠丝杠5.5带动直线导轨5.9上的安装板I5.11做Z向进给运动；Z轴进给机构5上装有等离子割炬支架5.12及第一等离子割炬5.14。

具体来说，Z轴进给机构5包括安装板I5.4，置于安装板I5.4上的伺服电机座5.2、导轨座5.8及接近开关II5.13。导轨座5.8上设有两个相互平行的直线导轨5.9。在直线导轨5.9上设有直线滑块5.10，Z轴进给机构5的中间设有一个滚珠丝杠5.5，滚珠丝杠5.5上面设有一个丝母5.6及一个丝母座5.7。滚珠丝杠5.5通过一个联轴器5.3连接伺服电机II5.1。伺服电机II5.1与滚珠丝杠5.5安装在伺服电机座II5.2上。安装板I5.4安装在X轴进给机构4的直线滑块4.7上。等离子割炬支架5.12与安装板I5.11配合，第一等离子割炬5.14安装在等离子割炬支架5.12上，安装板I5.11固定在座丝母座5.7，且安装板I5.11与直线滑块5.10配合。

Y轴进给机构6由Z轴进给机构5驱动。所述的Y轴进给机构6包括安装板II6.4、伺服电机座6.2、导轨座6.8及接近开关III6.13。Y轴进给机构6固定在Z轴进给机构5上。Y轴进给机构6由伺服电机III6.1驱动滚珠丝杠6.5带动直线导轨6.9上的安装板III6.11做Y向进给运动。Y轴进给机构6上装有等离子割炬支架6.12及第二等离子割炬6.14。

具体来说，Y轴进给机构6其两侧上设有两个相互平行的直线导轨6.9，直线导轨6.9安装在导轨座6.8上，在直线导轨6.9上设有直线滑块6.10，在Z轴进给机构5的中间设有一个滚珠丝杠6.5，滚珠丝杠6.5上面设有一个丝母6.6及丝母座6.7。滚珠丝杠6.5通过一个联轴器6.3连接伺服电机III6.1，伺服电机III6.1与滚珠丝杠6.5安装在伺服电机座6.2上，安装板II6.4固定在Z轴进给机构5的安装板I5.4上。等离子割炬支架6.12与安装板III6.11配合，第二等离子割炬6.14安装在等离子割炬支架6.12上，安装板III6.11固定在座丝母座6.7上，且安装板III6.11与直线滑块6.10配合。Y轴进给机构6固定在安装板I5.4。

机架12主要包括机架底座12.1，机架底座12.1上设置有齿条12.2和直线导轨12.3，直线滑块12.4与直线导轨12.3相配合。机架底座12.1的端部装有送料机构13及接近开关IV12.5。

送料机构13，主要包括夹嘴13.2、伺服电机Ⅲ13.3及传动装置13.4；上述的各个部件固定在安装板Ⅲ13.1上。伺服电机Ⅲ13.3与传动装置13.4相配合，安装板Ⅲ13.1固定直线滑块12.4上，传动装置13.4与齿条12.2和伺服电机Ⅲ13.3配合。其中，所述传动装置为一个从动轮，该从动轮通过同步带接收来自伺服电机Ⅲ13.3的动力，从动轮通过传动轴带动位于安装板Ⅲ13.1底部的驱动齿轮转动，来使得驱动齿轮与齿条12.2啮合，实现安装板Ⅲ13.1沿直线导轨12.3在机架底座12.1上做X向移动。

在机架底座12.1的下部分别设有抽尘机构7及等离子切割主机10，靠近X轴进给机构4的机架底座12.1上具有限位机构8及用于支撑工件的支撑机构9。支撑机构9上具有滚轮，来辅助工件运动并起到支撑作用。与等离子切割主机10可与CNC控制中心1通信。CNC控制中心1控制所有的伺服电机动作。

如图1所示，本装置在工作前X轴进给机构4需通过接近开关I4.11在CNC控制中心1归零，Z轴进给机构5需通过接近开关II5.13在CNC控制中心1归零，Y轴进给机构6需通过接近开关Ⅲ6.13在CNC控制中心1归零，送料机构13需通过接近开关IV12.5在CNC控制中心1归零，同时需将加工工件11的程序录入CNC控制中心1。

进行数控两轴等离子切割机工作时，人工将工件11送进至夹嘴13.2，夹嘴13.2将工件11夹紧，工件11移动时在限位机构8的限制下定向移动。

利用本装置进行切割的主要步骤如下：

步骤一：送料机构13将工件11送进至需加工孔型的位置后，压紧机构2将工件压紧，CNC控制中心1控制第一等离子割炬5.14起弧；

同时CNC控制中心1控制伺服电机I4.1驱动直线滑块4.7做X向进给运动，CNC控制中心1控制伺服电机II5.1驱动直线滑块5.10做Z向进给运动，X轴进给机构4与Z轴进给机构5联动配合送料机构13送料完成工件侧边孔型的加工。

步骤二：送料机构13将工件11送进至需加工孔型的位置后，压紧机构2将工件压紧，CNC控制中心1控制第二等离子割炬6.14起弧；同时CNC控制中心1控制伺服电机I4.1驱动直线滑块4.7做X向进给运动，CNC控制中心1控制伺服电机Ⅲ6.1驱动直线滑块6.10做Y向进给运动，X轴进给机构4与Y轴进给机构6联动配合送料机构13送料完成工件上方孔型的加工。循环步骤一和步骤二直至加工完成工件所有孔型，

对于特殊结构的加工位置而言，可令第二等离子割炬6.14起弧后进行三轴联动，来完成加工。

加工完成后，夹嘴13.2和压紧机构2松开，人工下料，整个加工流程完毕。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现，未予以详细说明和局部放大呈现的部分，为现有技术，在此不进行赘述。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和特点相一致的最宽的范围。