一种自动化板材滑动切割一体化装置的制作方法

本发明涉及切割技术领域，尤其涉及一种自动化板材滑动切割一体化装置。

背景技术：

在当今的工业领域中，板材切割是成品加工过程中最为重要的步骤。也是保证成品质量的重要工序。利用先进的现代切割技术，不但可以保证产品的质量，提高劳动生产率，同时也使得企业产品的制造成本大幅度下降，缩短了产品生产周期。随着新产品、新工艺、新技术的广泛运用，智能化精密切割将成为切割行业今后发展的趋势。

传统的板材切割机采用继电器、时间继电器控制方式，但控制系统接线复杂，接线比较多，系统的可靠性较低，维修维护费用大。最主要的问题是在自动控制中，由于采用时间继电器定时控制切割时间，定时精度差，电机速度受电源波动影响大，因而切割误差较大，降低成品率，增加抛磨难度。

现有的板材滑动切割化装置具有以下方面的不足：

(1)不能实现自动化控制，操作人员需要时刻守在机器旁边，不但浪费了大量的人力和时间，而且增加了切割过程对于人体的伤害。

(2)电动机的速度不可调，电动机的工作效率低，电能的损耗大。

(3)需要通过人力对板材进行固定，装置的可靠性低，浪费人力成本。

(4)锯盘裸露在外面，在切割过程中，锯盘容易对人身造成伤害。

(5)采用的丝杆螺母机构，成本高，同时运动复杂而不可靠，适用性差。

(6)切割机构工作不稳定。

(7)锯盘不能自动在导轨上回程到起点，无法对第二块板材进行自动切割。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提出了一种自动化板材滑动切割一体化装置，(1)该装置采用plc控制实现自动控制，解决了现有的板材滑动切割化装置不能实现自动化控制，操作人员需要时刻守在机器旁边，不但浪费了大量的人力和时间，而且增加了切割过程对于人体的伤害的问题。(2)该装置在可逆电机部分，采用变频调速方式，解决了现有的板材滑动切割化装置的电动机的速度不可调，电动机的工作效率低，电能的损耗大的问题。(3)该装置通过压料气缸对板材进行压紧固定,解决了现有的板材滑动切割化装置需要通过人力对板材进行固定，装置的可靠性低，浪费人力成本的问题。(4)该装置在锯盘上设有防护罩，解决了现有的板材滑动切割化装置在切割过程中，锯盘容易对人身造成伤害的问题。(5)该装置采用钢丝绳40来代替机床中普遍采用的丝杆螺母机构，解决了现有的板材滑动切割化装置采用的丝杆螺母机构，成本高，同时运动复杂而不可靠，适用性差的问题。(6)该装置的胀紧轮可以对钢丝绳起引导和胀紧的作用,解决了现有的板材滑动切割化装置切割机构工作不稳定的问题。(7)该装置钢丝绳的可逆电机为可逆电机，在切割结束后，可以使行走机架在导轨上回程到起点，解决了现有的板材滑动切割化装置的锯盘不能自动在导轨上回程到起点，无法对第二块板材进行自动切割的问题。

为了实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种自动化板材滑动切割一体化装置，包括支架、导轨、行走机架、电机、plc控制系统、若干压料气缸；导轨设置在支架上面，行走机架上设安装有切割机构，行走机架上的行走轮与导轨构成滚动配合，行走机架由牵引机构牵引在导轨限定的方向上移动，各压料气缸分别设置在支架上，位于导轨的外侧。切割机构包括一旋转式的锯盘，锯盘的回转面平行于导轨的限定方向，锯盘的切割动力由电机提供，电机与锯盘之间设有相互配合的第一皮带轮、第二皮带轮；第二皮带轮的轮轴与锯盘的回转轴同轴设置；第一皮带轮、第二皮带轮的轮轴相互平行。显露在行走机架上方的锯盘上设有防护罩。电机设置在行走机架上。plc控制系统控制各压料气缸夹紧板材；并控制牵引机构牵引行走机架在导轨限定的方向上移动，对板材进行切割；当plc控制系统检测到板材切割完毕，通过控制变频器反转可逆电机，可逆电机通过牵引机构上的牵引行走机架沿着导轨返回。

进一步地，牵引机构包含钢丝绳，钢丝绳两端分别与行走机架相连以形成一个封闭线路，钢丝绳的牵引方向与导轨限定的移动方向相吻合，钢丝绳的牵引动力由可逆电机提供，可逆电机的输入/输出端分别连接变频器和减速箱，减速箱的输出端连有滚轮，滚轮的轮轴与锯盘的回转轴相平行，钢丝绳与滚轮构成滚动配合。

进一步地，滚轮分别设置在导轨限定方向的两端且轮轴位于同一水平线上，钢丝绳与行走机架之间间隔设有胀紧轮。

进一步地，变频器包含整流器、逆变器、变压器、电池，整流器将输入的交流电转换为直流电；逆变器将直流电再转换成所需频率的交流电；变压器用于改变电压并隔离输入/输出的电路；变频器改变可逆电机的定子绕组供电的频率，对可逆电机进行调速；电池用于补偿变频器内部线路上的能量损失。

本发明的有益效果：

(1)该装置采用plc控制实现自动控制，操作人员不用时刻守在机器旁边，不但节省了大量的人力和时间，更能够极大的减少切割过程对于人体的伤害。

(2)该装置在可逆电机部分，采用变频调速方式，提高了电动机的工作效率，减少电能的损耗。

(3)该装置通过压料气缸对板材进行压紧固定，提高了装置的可靠性，减少了人力成本。

(4)该装置在锯盘上设有防护罩，防止在切割过程中，锯盘对人身造成伤害。

(5)该装置采用钢丝绳40来代替机床中普遍采用的丝杆螺母机构，钢丝牵引相对于丝杆牵引，其成本相对较低，同时运动简便而可靠，并可以切割大规格的板材，极大地增强了适用性。

(6)该装置的胀紧轮可以对钢丝绳起引导和胀紧的作用，使切割机构工作更加稳定。

(7)该装置钢丝绳的可逆电机为可逆电机，在切割结束后，可以使行走机架在导轨上回程到起点，对第二块板材进行切割。

附图说明

图1为本发明的侧视图结构示意图。

图2为本发明的俯视图结构示意图。

图3为本发明的后视图结构示意图。

图4为本发明中的plc控制系统的后电路原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。

如图1所示，一种自动化板材滑动切割一体化装置，包括支架10、导轨11、行走机架20、电机31、plc控制系统、4个压料气缸112。

导轨11设置在支架10上面，行走机架20上设安装有切割机构，行走机架20上的行走轮21与导轨11构成滚动配合，行走机架20由牵引机构牵引在导轨11限定的方向上移动，各压料气缸112分别设置在支架10上，位于导轨11的外侧。

压料气缸112用于压紧板材，防止板材在切割过程中出现异动，在切割开始之前对板材进行压紧，各压料气缸112的气源分别由外部提供，分别由电磁阀控制。

切割机构包括一旋转式的锯盘30，锯盘30的回转面平行于导轨11的限定方向，锯盘30的切割动力由电机31提供。电机31与锯盘30之间设有相互配合的第一皮带轮32、第二皮带轮33；第二皮带轮33的轮轴与锯盘30的回转轴同轴设置；第一皮带轮32、第二皮带轮33的轮轴相互平行。显露在行走机架20上方的锯盘30上设有防护罩331。电机31设置在行走机架20上。

为满足本切割机设计方案，实现对于木材石材的兼容行，锯盘30采用可更替锯盘，可兼容砂轮锯盘和锯齿锯盘，因为锯盘直径较大，可以切割较厚的板材。在锯盘30上设有防护罩331，是为了防止在切割过程中，锯盘30对人身造成伤害。

具体地，所述牵引机构包含钢丝绳40；钢丝绳40两端分别与行走机架20相连以形成一个封闭线路，钢丝绳40的牵引方向与导轨11限定的移动方向相吻合，钢丝绳40的牵引动力由可逆电机41提供。可逆电机41的输入/输出端分别连有变频器和减速箱42。减速箱42的输出端连有滚轮12，滚轮12的轮轴与锯盘30的回转轴相平行，钢丝绳40与滚轮12构成滚动配合。

采用钢丝绳40来代替机床中普遍采用的丝杆螺母机构，钢丝牵引相对于丝杆牵引，其成本相对较低，同时运动简便而可靠，并可以切割大规格的板材，极大地增强了本发明的适用性。

具体地，滚轮12分别设置在导轨11限定方向的两端且轮轴位于同一水平线上，钢丝绳40与行走机架20之间间隔设有胀紧轮13。

胀紧轮13可以对钢丝绳40起引导和胀紧的作用，使切割机构工作更加稳定。选择将钢丝绳40的可逆电机设置成可逆电机41，是为了在切割结束后，使行走机架在导轨11上回程到起点，对第二块板材进行切割。

具体地，各压料气缸112的结构相同；分别包括气缸、气缸安装板、连接板、止压盘和止压底板。

连接板的下边沿立设于止压底板的上面的一端；连接板的上边沿连接于气缸安装板下平面的一端。气缸安装板与止压底板相平行。气缸安装板、止压底板之间的间隔用于放置板材。气缸安装板上面安装有气缸。止压盘位于气缸安装板的下方。活塞杆穿过气缸安装板。气缸通过活塞杆连接于止压盘。气缸控制活塞杆下压，带动止压盘，将钢板固定在止压盘和止压底板之间。压料气缸112的止压底板分别通过螺丝固定设置在支架10上。气缸的气源由外部提供，分别由电磁阀控制。

根据以上板材切割机的基本构成，本设计在此基础上加以实现与改进，plc控制系统实现以下过程：

放上板材——板材压紧——启动主轴切割机构——牵引机构拖动切割机构进行行进完成对板材的切割——切割机构返回——切割机构停止运转——松开切割好的板材。

如图4所示，为plc控制系统的电路原理图，plc控制系统的各控制输入点对应的功能如下表1所示：

表1plc控制输入点对应功能

工作原理：

通过电气控制部分的设计，本发明选用了基于plc的逻辑控制系统，并且采用了手动的调速方式对锯料行进进行调节。实现的功能如下：

plc控制系统选择全程切割方式：

板材放在支架10上，按下主轴起动按钮，plc控制系统控制支架10上的压料气缸112电磁阀打开，自动实现对于板材的压紧，压紧到位后自动启动电机31通过皮带轮32、33带动锯盘30。切割机构启动完毕。

此时，可根据板材的厚度，plc控制系统调节电阻器旋钮，通过调节rp，改变可逆电机的行进速度。

按下锯料行进起动按钮，plc控制系统通过控制变频器起动可逆电机41，可逆电机41通过钢丝绳40的牵引行走机架20沿着导轨11对板材进行切割。当plc控制系统检测到板材切割完毕，通过控制变频器反转可逆电机41，可逆电机41通过钢丝绳40的牵引行走机架20沿着导轨11返回。

在此过程中，可以直接按下手动返回按钮，实现对于切割机构的提前返回。

按下主轴停止按钮，支架10上的压料气缸112电磁阀关闭，自动松开板材，此时板材切割完毕，可取下切割好的板材。

plc控制系统选择短程程切割方式：

板材放在支架10上，按下主轴起动按钮，plc控制系统控制支架10上的压料气缸112电磁阀打开，外接气源对压料气缸充气，实现对于板材的压紧，压紧到位后自动启动电机31通过皮带轮32、33带动锯盘30。

根据板材的厚度，plc控制系统调节电阻器旋钮，改变可逆电机的行进速度。

按下锯料行进起动按钮，plc控制系统控制通过变频器起动可逆电机41，可逆电机41通过钢丝绳40的牵引行走机架20沿着导轨11对板材进行切割。当plc检测不到板材时，plc控制系统控制变频器反转可逆电机41，可逆电机41通过钢丝绳40的牵引行走机架20沿着导轨11返回。

在此过程中，可以直接按下手动返回按钮，实现对于切割机构的提前返回。

按下主轴停止按钮，支架10上的压料气缸112松开板材，此时板材切割完成，此时可取下切割好的板材。

变频器包含整流器(rectifier)、逆变器(inverter)、变压器、电池。

其中，整流器将输入的交流电转换为直流电；逆变器将直流电再转换成所需频率的交流电。变压器用于改变电压并隔离输入/输出的电路；电池用于补偿变频器内部线路上的能量损失。

变频器是通过变压器改变可逆电机41定子绕组供电的频率来达到调速的目的。常用三相交流异步电动机的定子由铁心及绕组构成，转子绕组做成笼型，俗称鼠笼型电动机。当在定子绕组上接入三相交流电时，在定子与转子之间的空气隙内产生一个旋转磁场，它与转子绕组产生相对运动，使转子绕组产生感应电势，出现感应电流，此电流与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩，使电动机转动起来。电机磁场的转速称为同步转速，用n1表示

式中：f为三相交流电源频率，一般为50hz。

p为磁极对数。

当p＝1时，n1＝3000r/min；p＝2时，n1＝1500r/min。可见磁极对数p越多，转速n1越慢。

转子的实际转速n比磁场的同步转速n1要慢一点，所以称为异步电机，这个差别用转差率s表示：

当加上电源转子尚未转动瞬间，n＝0，这时s＝1；起动后的极端情况n＝n1，则s＝0，即s在0～1之间变化。一般异步电机在额定负载下的s＝(1～6)％。

综合式(5.1)和式(5.2)可以得出

由式(5.3)可以看出，对于成品电机，其磁极对数p已经确定，转差率s变化不大，则电机的转速n与电源频率f成正比，因此改变输入电源的频率就可以改变电机的同步转速，进而达到异步电机调速的目的。

但是，为了保持在调速时电机的最大转矩不变，必须维持电机的磁通量恒定，因此定子的供电电压也要作相应调节。变频器就是在调整频率(variablefrequency)的同时还要调整电压(variablevoltage)，故简称vvvf(装置)。

通过电工理论可知，转矩与磁通量(最大值)成正比，在转子参数值一定时，转矩与电源电压的平方成正比。

变频器的工作是把市电(380v、50hz)通过整流器变成平滑直流，然后利用半导体器件(gto、gtr或igbt)组成的三相逆变器，将直流电变成可变电压和可变频率的交流电，由于采用微处理器编程的正弦脉宽调制(spwm)方法，使输出波形近似正弦波，用于驱动异步电机，实现无级速。上述的两次变换可简化为ac－dc－ac(交－直－交)变频方式。

本发明选用日立变频调速器，型号为l300p～l10hf的机型作为调速控制，实现可逆电机41的正反转，手动/自动调速以及故障信号指示。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的基本构思的前提下直接导出或联想到的其它改进和变化均应认为包含在本发明的保护范围之内。