挤压式管材切割机床的制作方法

本发明属于机床技术领域，尤其涉及用于切割管材的机床，特别是一种采用冷挤压方式切割管材的机床。

背景技术：

管材切割机是一种机械设备。广泛应用于石油、化工、电力、天然气、冶金、造船、锅炉、制药、水处理等行业以及新建项目的管道安装工程、管道检修等。目前市场上的管材切割机有两种基本形式：一种为手动砂轮片式管材切割机；一种是车床形式的管材切割机。当今世界，地球环境的恶化引起了越来越多的广泛关注，环境保护日渐得到国家的重视，然而现有技术的两种管材切割机分别存在着与环境保护和工人健康不相适应的地方。

手动砂轮片式管材切割机，在切削时，会造成严重的声污染、粉尘污染，长时间作业，会给操作工人带来很严重的身体伤害。砂轮片式切刀在接触金属管材时，会产生尖锐的啸叫，对环境造成严重的噪音污染；砂轮片式切刀在切削过程中，磨削下来的微小的金属颗粒，与砂轮片式切刀脱落下来的细小的沙尘，还有伴随着磨削过程产生的烟雾一起，会长时间的漂浮在大气中，对大气环境带来严重的危害。切口也会产生硬化不易于后续加工。

车床形式的管材切割机，在切削时，也会产生较严重的声污染。因为加工是用车床用的切割刀片，切割过程中，必须用切削液，用过的切削液，在处理过程中，对环境会造成较严重的污染。车床形式的管材切割机，在切削时，会产生铁屑飞溅，对操作人员会带来伤害。

市场上的车床形式的管材切割机，都存在着生产劳动强度大，效率低下，不能满足快节奏的生产需要。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了挤压式管材切割机床，旨在解决现有技术中切割管材时工人劳动强度大、效率低下、切口易硬化、易产生各种污染等问题。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

挤压式管材切割机床，包括：

固定台架，左端并列平行设置两个轴承座并在右侧轴承座的右侧面固定连接大锥齿环，所述大锥齿环与轴承座同轴线，所述轴承座内嵌有连接套；

动力单元，设置在固定台架上并与连接套的左端相连接，用于驱动连接套旋转；

切削头，具有底座和壳体，所述底座与连接套的右端相连接并随着连接套旋转，所述壳体上对称设置若干个用于卡接蜗旋齿条的卡槽；所述蜗旋齿条的内端通过支撑轴设置圆形切刀；

齿轮组，设置在切削头上，并在切削头旋转时与所述大锥齿环相对运动而驱动蜗旋齿条在切削头上沿径向移动。

进一步的，所述齿轮组包括驱动齿轮组和传动齿轮组；

所述驱动齿轮组设置在切削头的外部，并在切削头旋转时与所述大锥齿环相对运动而自转；

所述传动齿轮组设置在切削头的内部，将驱动齿轮组的自转传递到切削头内部，并在切削头旋转时驱动蜗旋齿条在切削头上沿径向移动。

进一步的，所述传动齿轮组包括蜗旋锥齿环、蜗旋小锥齿轮；

所述蜗旋锥齿环嵌在所述壳体内并与壳体同轴线，所述蜗旋锥齿环的右侧面为平面并设置用于驱动蜗旋齿条径向移动的蜗旋直齿，所述蜗旋锥齿环的左侧面为锥面并设置锥齿；

所述蜗旋小锥齿轮设置在壳体上并与与蜗旋锥齿环左侧面的锥齿相啮合，在切削头旋转时，所述蜗旋小锥齿轮由驱动齿轮组驱动旋转。

进一步的，所述驱动齿轮组包括小锥齿轮、小斜齿轮和大斜齿轮；

所述小锥齿轮与大锥齿环相啮合并在切削头旋转时绕着大锥齿环旋转；

所述小斜齿轮与小锥齿轮相连接并通过第一齿轮轴安装在底座的齿轮轴支架上；

所述大斜齿轮与小斜齿轮相啮合并通过第二齿轮轴与传动齿轮组内的蜗旋小锥齿轮相连接，所述第二齿轮轴穿接在壳体上的轴座内。

进一步的，所述传动齿轮组还包括设置在壳体上的若干个从动蜗旋小锥齿轮；

所述从动蜗旋小锥齿轮与蜗旋锥齿环左侧面的锥齿相啮合，所述从动蜗旋小锥齿轮的齿轮轴嵌在壳体上的轴座内；

所述蜗旋小锥齿轮及从动蜗旋小锥齿轮对称设置在壳体上。

进一步的，所述动力单元包括大带轮、小带轮、电机；

所述大带轮与连接套的左端相连接；

所述小带轮与电机的动力输出轴相连接并通过三角带与大带轮相连接。

进一步的，所述切削头的右侧设置夹紧机构，包括夹紧气缸支架、夹紧气缸；

所述夹紧气缸支架的下端通过第一垫块与固定台架固定连接；

所述夹紧气缸竖向设置在夹紧气缸支架上，所述夹紧气缸活塞杆向下运动且在端部设置与第一垫块相配合的第一夹紧头。

进一步的，所述夹紧机构的右侧设置由夹持装置和进料装置构成的进给机构，所述夹持装置用于夹持管材并在进料装置的驱动下将管材输送至切割工位；

所述夹持装置包括夹持气缸支架、夹持气缸；

所述夹持气缸支架的下端通过第二垫块与进料装置相连接；

所述夹持气缸竖向设置在夹紧气缸支架上，所述夹持气缸活塞杆向下运动且在端部设置与第二垫块相配合的第二夹紧头。

进一步的，所述进料装置包括直线导轨、进给气缸；

所述直线导轨设置在夹紧机构右侧的固定台架上且直线导轨的轴向与连接套的轴向相平行，所述直线导轨上设置与夹持气缸支架的第二垫块相连接的滑块；

所述进给气缸通过进给气缸支架固定在直线导轨右侧的固定台架上，所述进给气缸的进给气缸活塞杆与滑块相连接并驱动滑块在直线导轨上运动。

进一步的，所述夹紧机构和进给机构由压缩空气系统提供动力，所述机床还包括plc控制系统。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

本发明提供的挤压式管材切割机床，是一种全自动的、无屑型、挤压式金属管材切割加工机床。突出的技术效果主要有以下几点：第一，机床的最大优点为无屑切削，不使用传统的砂轮锯片切削刀具，不会产生因砂轮锯片脱落而产生的粉尘，也没有磨削下来的金属微型颗粒等切屑，杜绝了砂片切割机所产生的粉尘污染、烟雾污染。第二，在切割过程中不使用切削液，没有了对使用过的切削废液的后期处理过程，杜绝了废液污染。第三，圆形切刀的切割过程为冷挤压过程，切割过程噪音小，杜绝了噪声污染。

由于杜绝了粉尘污染、烟雾污染、废液污染、噪声污染等机械加工行业常见的污染源，本发明提供的切割机床更有利于环境保护，有利于工人健康的保护，完全满足环保要求，能够适应当前日益严重的环保形势。

同时，本发明机床所切出管材的切口平整，冷挤压过程的切口温度不会升高，切口材质不变硬，容易对管材进行二次加工，解决了传统切割工艺切割刀口硬化问题。

上述技术效果主要是由以下详细的技术改进所实现的：

本发明的切割过程为：将管材穿过切削头及连接套，在切削时，管材不动，切割头旋转，同时带动蜗旋齿条做径向移动，圆形切刀通过冷挤压切断管材。具体切割过程包括进刀过程和退刀过程，一次进刀过程和一次退刀过程为一个完整的切割过程。

对于进刀过程，主要完成以下进刀操作/动作环节：1）plc控制系统控制电机顺时针转动，驱动小带轮转动，小带轮通过三角带，驱动大带轮；2）大带轮通过连接套驱动切削头做顺时针旋转；3）小锥齿轮与小斜齿轮一起随着切削头顺时针旋转；4）小锥齿轮做为行星轮沿着顺时针方向，绕着做为太阳轮的大锥齿环旋转；5）小斜齿轮在小锥齿轮的驱动下旋转；6）小斜齿轮驱动与之啮合的大斜齿轮旋转；7）大斜齿轮驱动蜗旋小锥齿轮旋转；8）蜗旋小锥齿轮驱动蜗旋锥齿环旋转，并带动从动蜗旋小锥齿轮旋转；9）蜗旋锥齿环驱动与其啮合的蜗旋齿条沿着切削头的径向方向向里移动，带动切刀，对需切断的圆管进行挤压切断。对于以上进刀过程的环节中，环节3）至6）为驱动齿轮组的动作过程；环节7）至9）为传动齿轮组的动作过程。以上说明仅是为了详述进刀过程，不是对驱动齿轮组、传动齿轮组结构的具体限定，任何能够实现齿轮组功能的结构，均在本发明的保护范围之内。

对于退刀过程，主要完成以下退刀操作/动作环节：1）当传感器检测到切刀已经切断管材时，plc控制系统发出信号，电机逆时针转动，并驱动切削头做逆时针旋转；2）齿轮组中的驱动齿轮组和传动齿轮组做反向旋转，蜗旋齿条沿着切削头的径向方向向外移动，带动切刀，远离切断的圆管。

本发明中所述的切削头顺时针旋转为进刀过程，逆时针旋转为退刀过程，只是对技术方案的说明，而不是对技术方案的限定，通过改变蜗旋锥齿环上蜗旋直齿的蜗旋方向，即可改变切削头顺/逆时针旋转与进/退刀过程之间的对应关系。

本发明采用小锥齿轮和大锥齿环相配合、大螺旋角圆柱斜齿的小斜齿轮和大斜齿轮配合作为驱动齿轮组，齿轮驱动平稳，动力输出强劲，噪音小。

本发明采用蜗旋小锥齿轮、蜗旋锥齿环、蜗旋齿条组成的平面蜗旋齿轮齿条作为传动齿轮组，此传动系统对切削刀头的增力效果非常强大，并采用一个蜗旋小锥齿轮、若干个从动蜗旋小锥齿轮与蜗旋锥齿环啮合，起到动力分流及动力稳定的作用，动力传输更平顺。

本发明采用plc控制系统进行切割过程自动控制，采用气动夹紧机构固定管材，采用气动进给机构自动进料，切割管材的长短可调，尺寸准确，能降低工人的劳动强度，操作更方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的挤压式管材切割机床的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的连接套的装配示意图；

图3是本发明实施例提供的动力单元的装配示意图；

图4是本发明实施例提供的切削头的装配示意图；

图5是本发明实施例提供的切削头的剖视结构示意图；

图6是本发明实施例提供的传动齿轮组的装配示意图一；

图7是本发明实施例提供的传动齿轮组的装配示意图二；

图8是本发明实施例提供的驱动齿轮组的装配示意图一；

图9是本发明实施例提供的驱动齿轮组的装配示意图二；

图10是本发明实施例提供的夹紧机构的装配示意图；

图11是本发明实施例提供的夹持装置的装配示意图；

图12是本发明实施例提供的进料装置的装配示意图。

附图标记说明：

10-固定台架，11-轴承座，12-大锥齿环，13-连接套；

20-动力单元，21-大带轮，22-小带轮，23-三角带，24-电机；

30-切削头，31-底座，311-齿轮轴支架，32-壳体，321-卡槽，322-轴座，33-蜗旋齿条，331-圆形切刀，332-支撑轴，333-弧形直齿；

40-传动齿轮组，41-蜗旋锥齿环，411-蜗旋直齿，412-锥齿，42-蜗旋小锥齿轮，43-从动蜗旋小锥齿轮；

50-驱动齿轮组，51-小锥齿轮，511-第一齿轮轴，52-小斜齿轮，53-大斜齿轮，531-第二齿轮轴；

60-夹紧机构，61-夹紧气缸支架，611-第一垫块，62-夹紧气缸，621-夹紧气缸活塞杆，622-第一夹紧头；

70-进给机构，71-夹持气缸支架，711-第二垫块，72-夹持气缸，721-夹持气缸活塞杆，722-第二夹紧头，73-直线导轨，731-滑块，74-进给气缸，741-进给气缸支架，742-进给气缸活塞杆；

80-管材。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

本发明实施例提供了挤压式管材切割机床，结合图1所示，管材切割机床包括固定台架10、动力单元20、切削头30和齿轮组，在动力单元20的驱动下，切削头30旋转，齿轮组驱动切削头30上的蜗旋齿条33在切削头30上沿径向移动，蜗旋齿条33端部的圆形切刀331挤压管材80的表面，从而切断管材80。

本发明实施例提供的挤压式管材切割机床可以切割目前常见的各种材质的管材，如机械加工领域常用的钢管、铁管、铜管等；作为给水管材的镀锌钢管、铜管、铝塑复合管、abs塑料管、聚乙烯管、聚丙烯管等；作为排水管材的钢管、铸铁管、gpr聚酯树脂管、hobas离心浇铸玻璃纤维增强聚酯树脂管、聚乙烯管、pvc塑料管等；作为暖/煤气管的镀锌钢管、cpvc塑料管、abs塑料管、聚乙烯管等；作为电线套管的磁管、铝塑复合管等；作为雨水管的铁皮管、铸铁管、铝塑复合管、pe塑料管等。本发明尤其适用于金属材质的管材，在切割时环保效果更加突出，另一方面，本发明尤其适用于圆形钢管及断面为规则的多边形的管材，对于异形断面管材的切割效果稍差。

结合图2所示，固定台架10起支撑作用，固定台架10上设置有轴承座11，轴承座11通常选用外球形轴承座，轴承座11的数量为两个，并列平行设置在固定台架10的左端。在位于右侧的轴承座11的右侧面固定连接大锥齿环12，大锥齿环12为直齿锥齿环，大锥齿环12与轴承座11同轴线设置。轴承座11内嵌有连接套13，连接套13为圆筒形结构，两个轴承座11对连接套13起到支撑作用，连接套13能够在轴承座11的轴套内旋转，连接套13起到传动作用。

结合图3所示，动力单元20用于驱动连接套13旋转，动力单元20设置在固定台架10上，与连接套13的左端相连接。动力单元20包括大带轮21、小带轮22、电机24，大带轮21为圆形，边沿带有皮带槽，与连接套13的左端相连接；小带轮22也为圆形，边沿带有皮带槽，与电机24的动力输出轴相连接；大带轮21与小带轮22之间通过三角带23与相连接。大带轮21、小带轮22、皮带23均起到传动作用，使电机24驱动连接套23旋转。动力单元20由plc控制系统控制运行，具体控制电机24的顺时针旋转（正转）、逆时针旋转（反转）以及转速。

结合图4、图5所示，切削头30为中空的圆柱形，具有底座31和壳体32，底座31与连接套13的右端相连接，底座31随着连接套13旋转，从而带动整个切削头30旋转。壳体32上对称设置若干个卡槽321，卡槽321用于卡接蜗旋齿条33，对蜗旋齿条33的径向运动起导向作用；卡槽321的数量为3~5个，优选3个。蜗旋齿条33的内端通过支撑轴332设置圆形切刀331，圆形切刀331能绕着支撑轴332转动，圆形切刀331与管材80的表面直接接触。

齿轮组设置在切削头30上，在切削头30旋转时，齿轮组与大锥齿环12相对运动，驱动蜗旋齿条33在切削头30上沿径向移动。在蜗旋齿条33沿着卡槽321向壳体32的中心移动时，圆形切刀331对管材80表面施加冷挤压作用。

作为一种实施例，齿轮组包括驱动齿轮组50和传动齿轮组40。驱动齿轮组50由设置在切削头30外部的若干个齿轮组成，在切削头30旋转时，驱动齿轮组50中的一个齿轮与大锥齿环12相对运动而自转，进而带动驱动齿轮组50内的其它齿轮自转。

传动齿轮组40由设置在切削头30内部的若干个齿轮组成，传动齿轮组40中的一个齿轮将驱动齿轮组50中齿轮的自转传递到切削头30的内部，在切削头30旋转时，传动齿轮组40中的齿轮驱动蜗旋齿条33在切削头30上沿径向移动。

对于驱动齿轮组50和传动齿轮组40内齿轮的具体数量、类型、组合方式等，可根据实际情况具体选择，只要驱动齿轮组50、传动齿轮组40或齿轮组的功能、作用原理、作用过程等与本发明的技术方案相同，均属于本发明的保护范围。

作为一种实施例，本发明实施例的传动齿轮组40包括蜗旋锥齿环41、蜗旋小锥齿轮42。

结合图5、图6、图7所示，为了便于描述传动齿轮组的装配关系，图6、图7中省略了壳体32，蜗旋锥齿环41嵌在壳体32内并与壳体32同轴线设置。蜗旋锥齿环41的右侧面为平面，在右侧面上设置蜗旋直齿411，蜗旋齿条33上设置与蜗旋直齿411相配合的弧形直齿333，当蜗旋锥齿环41旋转时，能够驱动蜗旋齿条33沿径向移动。蜗旋锥齿环41的左侧面为锥面，在左侧面上设置锥齿412，锥齿412与蜗旋小锥齿轮42相啮合。

,蜗旋小锥齿轮42设置在壳体32上，蜗旋小锥齿轮42与与蜗旋锥齿环41左侧面的锥齿412相啮合，在切削头30旋转时，蜗旋小锥齿轮42由驱动齿轮组50驱动旋转，带动蜗旋锥齿环41旋转，进而驱动蜗旋齿条33沿径向移动。

本实施例中，传动齿轮组40还包括设置在壳体上的若干个从动蜗旋小锥齿轮43，从动蜗旋小锥齿轮43的数量为2~5个，优选2个。

结合图7所示，为了便于描述传动齿轮组的装配关系，图7中省略了壳体32，从动蜗旋小锥齿轮43的齿轮轴嵌在壳体32上的轴座322内，蜗旋小锥齿轮42及从动蜗旋小锥齿轮43对称设置在壳体上。从动蜗旋小锥齿轮43与蜗旋锥齿环41左侧面的锥齿412相啮合，采用一个蜗旋小锥齿轮42、若干个从动蜗旋小锥齿轮43与蜗旋锥齿环41啮合，起到动力分流及动力稳定的作用，动力传输更平顺。

作为一种实施例，本发明实施例的驱动齿轮组50包括小锥齿轮51、小斜齿轮52和大斜齿轮53。

结合图5、图8、图9所示，为了便于描述传动齿轮组的装配关系，图8、图9中省略了壳体32，小锥齿轮51与大锥齿环12相啮合，小锥齿轮51与小斜齿轮52通过第一齿轮轴511相连接，第一齿轮轴511安装在底座31的齿轮轴支架311上；在切削头30旋转时，小锥齿轮51作为行星轮绕着作为太阳轮的大锥齿环12旋转，小锥齿轮51绕着第一齿轮轴511自转，带动小斜齿轮52也绕着第一齿轮轴511自转。

小斜齿轮52与大斜齿轮53相啮合，大斜齿轮53通过第二齿轮轴531与传动齿轮组40内的蜗旋小锥齿轮42相连接，第二齿轮轴531穿接在壳体32上的轴座322内。在切削头30旋转时，自转的小斜齿轮52带动大斜齿轮53自转，大斜齿轮53带动蜗旋小锥齿轮42自转，自转的蜗旋小锥齿轮42驱动蜗旋锥齿环41旋转，进而驱动蜗旋齿条33沿径向移动。

作为一种实施例，本发明实施例的切削头的右侧设置夹紧机构60，包括夹紧气缸支架61、夹紧气缸62。

结合图10所示，夹紧气缸支架61的下端设置第一垫块611，第一垫块611与固定台架10固定连接。夹紧气缸62竖向设置在夹紧气缸支架61上，夹紧气缸活塞杆621的端部设置第一夹紧头622，第一夹紧头622与第一垫块611相配合，当夹紧气缸活塞杆621向下运动时，第一夹紧头622与第一垫块611夹紧管材80。

本实施例中，夹紧机构60由压缩空气系统提供动力，并由plc控制系统控制完成夹紧动作。

作为一种实施例，本发明实施例的夹紧机构60的右侧设置由夹持装置和进料装置构成的进给机构70。夹持装置用于夹持管材80并在进料装置的驱动下将管材80输送至切割工位，夹持装置包括夹持气缸支架71、夹持气缸72。

结合图11所示，夹持气缸支架71的下端设置第二垫块711，第二垫块711与进料装置相连接。夹持气缸72竖向设置在夹紧气缸支架71上，夹持气缸活塞杆721的端部设置第二夹紧头722，第二夹紧头722与第二垫块711相配合，当夹持气缸活塞杆721向下运动时，第二夹紧头722与第二垫块711夹紧管材80。

本实施例中，进给机构70的夹持装置由压缩空气系统提供动力，并由plc控制系统控制完成夹持动作。

作为一种实施例，本发明实施例的进给机构70的进料装置包括直线导轨73、进给气缸74。

结合图12所示，直线导轨73设置在夹紧机构60右侧的固定台架10上，直线导轨73的轴向与连接套13的轴向相平行，直线导轨73上设置滑块731，滑块731与夹持气缸支架71的第二垫块711相连接。进给气缸74通过进给气缸支架741固定在直线导轨73右侧的固定台架10上，进给气缸74的进给气缸活塞杆742与滑块731相连接，由进给气缸活塞杆742的伸缩运动来驱动滑块731在直线导轨73上运动。

本实施例中，进给机构70的进料装置由压缩空气系统提供动力，并由plc控制系统控制完成进料动作。

在一个完整的切割过程内，对应的一个完整的进料过程，plc控制系统主要完成对以下操作/动作环节的控制：1）控制空气压缩机工作，输出压缩空气；2）在初次人工进料至切割工位后，夹紧气缸控制阀打开，夹紧气缸工作，夹紧需切断的圆管；3）在切割完毕后，夹紧气缸控制阀关闭，夹紧气缸松开；4）夹持气缸控制阀打开，夹持气缸工作，夹持需切断的圆管；5）进给气缸控制阀打开，进给气缸工作，在进给气缸活塞杆的推动下，需切断的管材80向前移动至切割工位；6）夹紧气缸控制阀打开，夹紧气缸工作，夹紧需切断的圆管；7）在切割过程中，夹持气缸松开，进给气缸复位；8）在切割完毕后，循环步骤3至步骤7的动作，自动进行切割作业。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。