一种型材切割设备及无余料切割作业方法与流程

本发明涉及一种型材切割设备及无余料切割作业方法，适用于船舶建造过程型材切割加工作业，属于船舶设备制造。

背景技术：

1、目前，在船舶及海洋平台等结构的制作过程中，大量使用球扁钢、角钢和扁铁作为加强筋，由于型材构成的结构比较多，且不同区域所用型材长短及规格往往不一样，这些加强筋的端部由于对接和过焊道等需要，切割形式多样，且有焊接坡口加工需求。而在钢结构的制造过程中，型材通常按照一定长度成批次定制来料，然后再根据产品的要求进行切割作业，将型材原料切割成工件。

2、为了实现高效率，低成本，高品质，多厂家使用了全自动的型材切割机，由于切割形式多样，并且在工件长度方向上切割路径达到1000mm，且为了保持在切割过程中减少工件偏移，多采用夹头夹持工件送进，但夹头需要占用原料，导致型材利用率难以提升，较多原始型材浪费。

技术实现思路

1、本发明目的是提供一种型材切割设备及无余料切割作业方法，使用切割机器人带动割炬（燃气、等离子和激光），完成对型材（扁钢、等边角钢、不等边角钢和球扁钢）的端部形状和中间孔的切割，可以同步加工焊接需要的坡口，提高型材切割的自动化程度、切割范围和原料利用率，解决了背景技术中存在的问题。

2、本发明的技术方案是：

3、一种型材切割设备，包含原料定长输送夹头、原料定长输送夹头行走轨道机构、原料输送架、原料输送辊、割炬、割炬夹持机构、切割机器人、固定侧工件侧向夹持机构、移动侧工件侧向夹持机构、机器人横行轨道、工件输送架可移动机构、工件输送辊和工件输送架支撑机构，原料定长输送夹头安装在原料定长输送夹头行走轨道机构上，原料定长输送夹头行走轨道机构设置在原料输送架侧面，原料输送架上设有多个原料输送辊，原料输送辊上放置型材原料；切割机器人控制原料定长输送夹头在原料定长输送夹头行走轨道机构上行走，原料定长输送夹头带动原料输送辊沿x方向往复移动完成型材原料的定位输送；原料输送架和工件输送架支撑机构并排布置，原料输送架和工件输送架支撑机构的中心线在一条直线上；工件输送架支撑机构正上方设置机器人横行轨道，切割机器人安装在机器人横行轨道上，切割机器人上设有割炬夹持机构，割炬夹持机构夹持割炬，切割机器人在机器人横行轨道上沿y方向做往复运动，带动割炬对型材原料进行切割形成工件；工件输送架支撑机构上安装工件输送架可移动机构，工件输送架可移动机构上安装固定侧工件侧向夹持机构和移动侧工件侧向夹持机构，工件输送架可移动机构上设有多个工件输送辊，工件输送辊带动工件沿x方向输送。

4、所述原料定长输送夹头由原料定长输送夹头定位行走机构、原料定长输送夹头上夹头、原料定长输送夹头下夹头和原料定长输送夹头驱动电机构成，原料定长输送夹头上夹头、原料定长输送夹头下夹头和原料定长输送夹头驱动电机均安装在原料定长输送夹头定位行走机构上，原料定长输送夹头上夹头和原料定长输送夹头下夹头通过液压缸驱动上下运动，对型材原料的端部进行夹紧，切割机器人通过控制原料定长输送夹头驱动电机带动原料定长输送夹头在原料定长输送夹头行走轨道机构上行走。

5、所述固定侧工件侧向夹持机构由固定侧工件侧向夹持机构连接架、固定侧工件侧向夹持机构驱动气缸和固定侧工件侧向夹持机构夹持头构成，固定侧工件侧向夹持机构连接架上设有固定侧工件侧向夹持机构驱动气缸，固定侧工件侧向夹持机构驱动气缸与固定侧工件侧向夹持机构夹持头连接，固定侧工件侧向夹持机构驱动气缸带动固定侧工件侧向夹持机构夹持头沿y方向运动，固定侧工件侧向夹持机构夹持头抵住工件。

6、所述移动侧工件侧向夹持机构由移动侧工件侧向夹持机构长距离驱动气缸、移动侧工件侧向夹持机构连接架、移动侧工件侧向夹持机构长距离滑动机构、移动侧工件侧向夹持机构短距离驱动气缸和移动侧工件侧向夹持机构夹持头构成，移动侧工件侧向夹持机构连接架上设有移动侧工件侧向夹持机构长距离驱动气缸和移动侧工件侧向夹持机构长距离滑动机构，移动侧工件侧向夹持机构长距离滑动机构上设有移动侧工件侧向夹持机构短距离驱动气缸和移动侧工件侧向夹持机构夹持头，移动侧工件侧向夹持机构长距离驱动气缸带动移动侧工件侧向夹持机构长距离滑动机构、移动侧工件侧向夹持机构短距离驱动气缸和移动侧工件侧向夹持机构夹持头在移动侧工件侧向夹持机构连接架上沿y方向运动；当移动侧工件侧向夹持机构长距离驱动气缸伸出时，移动侧工件侧向夹持机构夹持头远离工件，当移动侧工件侧向夹持机构长距离驱动气缸退回时，移动侧工件侧向夹持机构长距离滑动机构上的滚轮压紧工件，工件可以沿着x方向移动，y方向受到约束；移动侧工件侧向夹持机构短距离驱动气缸伸出后移动侧工件侧向夹持机构夹持头抵住工件，工件不能运动。

7、所述工件输送架支撑机构侧面设有工件侧推机构，工件侧推机构设置在工件输送辊上方。

8、所述工件输送架支撑机构上安装工件输送架可移动机构电机，工件输送架可移动机构电机由切割机器人控制，工件输送架可移动机构电机可驱动工件输送架可移动机构，带动固定侧工件侧向夹持机构、移动侧工件侧向夹持机构和多个工件输送辊整体在x方向往复移动。所述固定侧工件侧向夹持机构和移动侧工件侧向夹持机构可以合作完成工件夹持，工件被动跟随工件输送架可移动机构沿着x方向进行往复运动。在上述情况下工件可以和切割机器人合成运动，完成工件的切割。

9、所述切割机器人采用壁装的方式安装在机器人横行轨道上；切割机器人可以驱动自身，还可以机器人横行轨道、原料定长输送夹头驱动电机和工件输送架可移动机构电机。

10、本发明主要用于对型材的端部和中间孔进行切割，切割能源可以为火焰切割、等离子切割和激光切割。

11、所述x方向为型材原料或工件的长度方向，y方向为型材原料或工件的长度方向的水平垂直方向，z方向为型材原料或工件的长度方向的竖直垂直方向。

12、本发明的切割存在三种模式：

13、第一种，原料定长输送夹头和切割机器人进行合作完成切割作业；原料定长输送夹头上夹头和原料定长输送夹头下夹头夹持型材原料，原料定长输送夹头上夹头、原料定长输送夹头下夹头和切割机器人合作，完成工件的端头或孔的切割作业；当工件抵达固定侧工件侧向夹持机构位置时，固定侧工件侧向夹持机构驱动气缸退回，移动侧工件侧向夹持机构短距离驱动气缸退回，移动侧工件侧向夹持机构长距离驱动气缸退回，工件被移动侧工件侧向夹持机构连接架上的滚轮约束，避免在y方向发生移动。这种方式可以实现x方向的长距离切割作业。

14、第二种，切割机器人独自完成切割作业；工件不动，切割机器人单独运动，完成工件的端头或孔的切割作业。主要完成在x方向上路径较短的切割作业。

15、第三种，工件输送架可移动机构和切割机器人进行合作完成切割作业；原料定长输送夹头上夹头和原料定长输送夹头下夹头松开，退回到原料定长输送夹头行走轨道机构远离切割机器人位置，固定侧工件侧向夹持机构和移动侧工件侧向夹持机构夹紧工件后，工件输送架可移动机构带动工件可以和切割机器人合成运动，完成工件的端头或孔的切割作业。主要完成原料末端的切割作业。

16、一种无余料切割作业方法，使用上述型材切割设备，包含如下步骤：

17、当切割位置远离型材原料尾端，原料定长输送夹头与割炬不干涉，由原料定长输送夹头夹持型材原料，原料定长输送夹头和切割机器人合作，完成工件的端头或孔的切割作业；

18、当切割位置靠近型材原料尾端，存在原料定长输送夹头与割炬干涉，原料定长输送夹头松开型材原料，退回到原料定长输送夹头行走轨道机构远离切割机器人位置, 固定侧工件侧向夹持机构和移动侧工件侧向夹持机构夹紧工件后，工件输送架可移动机构带动工件可以和切割机器人合成运动，完成工件的端头或孔的切割作业。

19、具体步骤如下：

20、一根型材原料通过外部上料装置平移到原料输送架上，原料定长输送夹头向x方向移动，当检测到型材原料后，原料定长输送夹头的原料定长输送夹头上夹头和原料定长输送夹头下夹头夹紧型材原料；根据切割任务，将型材原料输送到指定位置，当遇到切割任务在x方向上路径长时，原料定长输送夹头上夹头、原料定长输送夹头下夹头和切割机器人合作，完成工件的端头或孔的切割作业；当工件抵达固定侧工件侧向夹持机构位置时，固定侧工件侧向夹持机构驱动气缸退回，移动侧工件侧向夹持机构短距离驱动气缸退回，移动侧工件侧向夹持机构长距离驱动气缸退回，工件被移动侧工件侧向夹持机构连接架上的滚轮约束，避免在y方向发生移动；当遇到切割任务在x方向上路径短时，工件不动，切割机器人单独运动，完成工件的端头或孔的切割作业；

21、当切割型材原料上的最后任务时，存在原料定长输送夹头与割炬干涉，无法进行切割，工件不动，切割机器人单独运动，完成工件的端头或孔的切割作业；

22、当逐个完成工件的切割任务，进行工件的输出作业，移动侧工件侧向夹持机构长距离驱动气缸伸出，工件输送辊带动工件向x方向移动，当工件抵达最后位置，工件侧推机构将工件推离开工件输送架可移动机构，进入外部料框。

23、本发明的有益效果是：可实现无余料切割作业，大幅度提高型材切割范围和原料利用率。