專利名稱：五軸鋼管相貫線切割機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及鋼管加工設備領域，尤其是五軸鋼管相貫線切割機。
背景技術：
目前對圓管的切割多采用三軸鋼管切割機，這種設備通常只能滿足簡單的鋼管 定長切割與簡單相貫線切割，不能滿足復雜管路中多道管路相貫連通產生的復雜的相貫 線的切割要求，更不能實現相貫線坡口的切割要求。
實用新型內容本申請人針對上述現有鋼管切割機難以切割復雜鋼管相貫線，且不能切割坡口 等缺陷，提供一種結構合理，操作方便的五軸鋼管相貫線切割機，從而可以高效精確的 切割復雜鋼管相貫線，而且能在切割的同時一次性加工出焊接坡口。本實用新型所采用的技術方案如下一種五軸鋼管相貫線切割機，包括位于切割機一端的主軸箱，主軸箱輸出端連 接回轉卡盤；切割機底座上設置有兩路平行軌道，一路軌道位于被加工管料下部，在此 軌道上設置有若干鋼管支撐架；切割頭運動組件可移動的設置在另一路軌道上，通過管 線與切割機的動力部分和控制部分連接；所述切割頭運動組件包括切割頭縱向移動部 件、切割頭升降部件、切割頭左右擺動部件與切割頭前后連桿擺動部件。其進一步特征 在于所述切割頭縱向移動部件的移動小車兩側安裝有滾輪，滾輪與切割機底座上的 軌道接觸；在移動小車底部兩側安裝有限位輪，每組限位輪跨越在軌道兩側并與軌道的 豎直面接觸；伺服電機、減速機與齒輪順序連接并豎直安裝在移動小車的中部，所述齒 輪與軌道齒條嚙合。所述切割頭升降部件的立柱安裝在所述切割頭縱向移動部件上，立柱正面固定 設置絲桿前軸座和絲桿后軸座，固定電機、減速機與絲桿；立柱與升降板之間采用直線 導軌副與限位裝置進行連接，升降板背面設置絲母與所述絲桿相嚙合。所述切割頭左右擺動部件通過安裝板安裝在所述切割頭升降部件上，減速機安 裝于安裝板上，所述減速機輸入端連接伺服電機，所述減速機輸出端連接擺動臂。所述切割頭前后連桿擺動部件由左側板、右側板構成的基座安裝在所述切割頭 左右擺動部件上，在基座上通過樞軸連接橫向的上連接板、下連接板與豎向的前擺臂、 后擺臂所構成的平行四邊形連桿機構，在所述連桿機構前端安裝切割頭夾持部件，在所 述基座外側固定安裝電機，其輸出軸通過傳動軸與后擺臂連接。所述切割頭夾持部件包括夾持安裝板和夾持座，所述夾持安裝板通過短軸樞接 在上連接板與下連接板前端；上連接板和下連接板通過從動軸和隔套與前擺臂和后擺臂 樞接，前擺臂和后擺臂通過從動軸和隔套與左側板和右側板樞接。在所述切割頭前后連桿擺動部件上設置有擺動消隙機構，所述擺動消隙機構的氣彈簧一端通過球副連接在所述切割頭前后連桿擺動部件的基座上，另一端通過軸承和連接板與下連接板和前擺臂相交軸可轉動的連接。[OO12] 在所述切割頭前后連桿擺動部件上設置有限位轉換機構，所述限位轉換機構在所述傳動軸的末端固定有齒輪，與齒輪嚙合的齒條一側安裝有導向軸，另一側安裝有原點感應片，導向軸在基座側板的導向槽內水平滑動，原點限位開關安裝在側板上，在導向槽兩端設置有左右限位開關。[OO13] 還包括切割頭跟蹤機構，所述切割頭跟蹤機構的安裝板通過彈性懸浮裝置連接在所述切割頭升降部件的升降板上，在安裝板正面中部固定所述切割頭左右擺動部件與前后連桿擺動部件，在安裝板正面兩側對稱安裝有壓桿，壓桿的前端設置有萬向球。[0014] 所述切割頭跟蹤機構的彈性懸浮裝置包括在安裝板與升降板之間靠近中部對稱設置有兩支直線導軌副與限位裝置，安裝板兩側通過拉伸彈簧和兩端螺栓與升降板連接。[OO15] 本實用新型通過數控控制系統對主軸箱的回轉卡盤進行管料軸向的控制1切割頭縱向移動部件進行縱向的控制1切割頭升降部件進行高度方向的控制，這三軸的控制可以實現對不同管徑的管料，不同直線1弧線1相貫線的切割要求；增加的切割頭左右擺動部件與切割頭前后連桿擺動部件可以將切割槍擺動至任何角度，從而可以切割出各個方向的坡口。
本實用新型通過多處設置的精密導向與限位機構，以及安裝的高精度伺服電機與減速機等零部件，通過五軸的聯合精確控制與配合，可以滿足管料的高精度切割要求。
[001 6] 圖l為本實用新型的主視圖；[OO17] 圖2為圖l的左視圖，已略去主軸箱部分；[OO18] 圖3為本實用新型的切割頭縱向移動部件的主視圖；[001 9] 圖4為圖3的俯視圖；[0020] 圖5為本實用新型的切割頭升降部件的主視圖；[0021] 圖6為圖5的俯視圖；[0022] 圖7為本實用新型的切割頭左右擺動部件的主視圖；[0023] 圖8為本實用新型的切割頭前后連桿擺動部件的主視圖；[0024] 圖9為圖8中A—A剖視圖；[0025]圖lo為圖8中B—B剖視圖；[0026]圖11為圖8中C—C剖視圖；[0027] 圖12為圖8的俯視圖；[0028] 圖13為本實用新型的切割頭前后連桿擺動部件的消隙機構的主視圖；[0029] 圖14為圖13中D—D剖視圖；[0030] 圖15為本實用新型的切割頭前后連桿擺動部件的限位機構的主視圖；[0031]圖16為圖15中E—E剖視圖；[0032] 圖17為本實用新型的切割頭前后連桿擺動部件的跟蹤機構的主視圖；[0033] 圖18為圖17的俯視圖。
具體實施方式
以下結合附圖，說明本實用新型的具體實施方式
。如圖1、圖2所示，本實用新型所述的五軸鋼管相貫線切割機包括位于切割機一 端的主軸箱1，主軸箱1輸出端連接回轉卡盤2，對鋼管7端部進行夾持并提供回轉主動 力·’切割機底座上平行的設置有兩路軌道4與軌道5，軌道5位于被加工管料下部，在此 軌道上設置有若干鋼管支撐架6，用于對鋼管7進行支撐，其頭部軸承可以使鋼管回轉平 穩阻力小；切割頭運動組件3可移動的設置在軌道4上，通過管線與切割機的動力部分和 控制部分連接。切割頭運動組件3包括切割頭縱向移動部件100、切割頭升降部件200、 切割頭左右擺動部件300、切割頭前后連桿擺動部件400，可以夾持火焰或等離子切割槍 8，對鋼管進行切割加工。工作時首先將鋼管7水平放置在鋼管支撐架6之上，將切割頭 升降部件200在高度方向升降，切割頭縱向移動部件100沿著管料軸向運動至正確工作位 置，由回轉卡盤2夾緊鋼管一端并旋轉實現管料周向的控制，通過數控控制系統對主軸 箱1的回轉卡盤2、切割頭縱向移動部件100、切割頭升降部件200、切割頭左右擺動部件 300、切割頭前后連桿擺動部件400這五軸的聯合精確控制，實現對不同管徑的管料，不 同直線、弧線、相貫線及其坡口等切割要求的高精度切割。如圖3、圖4所示，本實用新型的切割頭縱向移動部件100的移動小車102兩側 安裝有四個滾輪101，滾輪101與切割機底座上的軌道4接觸并在軌道4上行走；在移動 小車102底部兩側、位于一條軌道4上，安裝有兩組限位輪107，每組限位輪107跨越在 軌道4兩側，夾緊軌道4的豎直面，可以起到導向作用；伺服電機103、減速機104、齒 輪105順序連接并豎直安裝在移動小車102的中部，通過齒輪105與軌道4內側設置的齒 條嚙合進行驅動；在移動小車102的兩側安裝有四片刮屑片106清掃導軌表面。實際生 產裝配時，首先將移動小車102安放在軌道4上面，調整好限輪107，使小車能平穩順暢 移動，再調整齒輪105與軌道齒條的嚙合。實際工作時，驅動伺服電機103，在主動齒輪 105的驅動下，移動小車102實現縱向移動；兩側的刮屑片106可以清掃軌道表面，防止 加工廢屑影響切割頭縱向移動部件100的移動精度與可靠性。如圖5、圖6所示，本實用新型的切割頭升降部件200的立柱201安裝在切割頭 縱向移動部件100的移動小車102上，在立柱201正面固定設置絲桿前軸座206和絲桿后 軸座214，絲桿前軸座206上設置有電機連接座204，在電機連接座204上部設有減速機 203，減速機203與驅動伺服電機202的輸出軸連接，所述的減速機203的輸出軸通過聯 軸器205連接向下的精密滾珠絲桿212，精密滾珠絲桿212上端由前軸座206內的軸承210 支撐導向，其下端由后軸座214內的軸承215支撐導向，在立柱201的正面兩側各設有一 支精密直線導軌副的導軌217-1，升降板221背側面設置有精密直線導軌副的滑塊217-2 和絲母213，每支導軌217-1上有上下兩個滑塊217-2相配合，絲母213與絲桿212相嚙 合，在立柱201上下設有微動開關219，在升降板221上設有限位塊220，限位塊220與 微動開關219相配合保證上下升降行程。精密直線導軌副和精密滾珠絲桿副外套上下設 置有彈性的防塵罩216。實際工作時，伺服電機202通過減速機203驅動精密滾珠絲桿 212旋轉，與絲桿212嚙合的絲母213帶動升降板221沿著精密直線導軌副上下運動，限 位塊220與微動開關219相配合，可以確保上下升降行程達到300mm。[0038]如圖7所示，本實用新型的切割頭左右擺動部件300通過安裝板303安裝在切割 頭升降部件200的升降板221正面，減速機302安裝于安裝板303之上，其輸入端連接伺 服電機301，輸出端連接擺動臂304。實際工作時，伺服電機301通過減速機302直接帶 動擺動臂304旋轉指定角度。減速機302采用低間隙法蘭式減速機，配合高精度伺服電機 301 ；減速機前端和擺動臂直接相連，結構緊湊，減少中間環節的零件結構帶來的加工和 裝配帶來的誤差，達到擺動精度高的目的；本結構定位準確、操作簡單、安全可靠。如圖8至圖12所示，本實用新型的切割頭前后連桿擺動部件400由左側板411、 右側板412、安裝板413構成的基座通過前支撐板409和后支撐板410安裝在切割頭左右 擺動部件300的擺動臂304上，在基座上通過樞軸連接橫向的上連接板406、下連接板 407與豎向的前擺臂408、后擺臂405所構成的平行四邊形連桿機構，在上連接板406、 下連接板407的前端通過夾持安裝板414安裝夾持座415，用以夾持火焰或等離子切割槍 8。如圖9至圖11所示，夾持安裝板414通過短軸416樞接在上連接板406與下連接板 407上；上連接板406和下連接板407通過從動軸417和隔套418與前擺臂408和后擺 臂405樞接，前擺臂408和后擺臂405通過從動軸417和隔套418與左側板411和右側板 412樞接，在右側板412外側固定安裝直角減速電機401，其輸出軸通過短鍵402與傳動 軸403連接，傳動軸403通過長鍵404與后擺臂405連接。實際工作時，電機401的輸 出通過傳動軸403轉化為后擺臂405的旋轉，從而帶動整個平行四邊形連桿機構的變形， 使前端安裝夾持座415夾持的切割槍8以割炬頭為中心前后擺動一定角度。作為本實用新型的優化實施例，本實用新型對切割頭前后連桿擺動部件400增 加了擺動消隙機構來消除連桿機構擺動時產生的間隙，這是由于電機、減速機正反轉與 連桿配合都存在一定的回程間隙，在擺動過程中因為各個間隙存在且疊加就會影響切割 槍8的擺動精度，因此本實用新型利用氣彈簧的恒定拉力使整套連桿機構的各個間隙緊 靠在一側，這樣回程時就不會發生間隙誤差。如圖13、圖14所示，氣彈簧502的套筒端 球頭503通過球副連接在切割頭前后連桿擺動部件400的安裝板413上，其伸出連桿501 的頭部通過軸承504和連接板505與下連接板407和前擺臂408相交節點的從動軸417 相連接。在氣彈簧502的恒定拉力作用下，連桿機構的全部間隙誤差被收緊并集中在一 側。當然，在不產生運動干涉的情況下，氣彈簧的連桿也可以與其他節點相連接。同 樣，也可采用推力氣彈簧，可以利用推力將連桿機構的全部間隙誤差推緊在另一側。作為本實用新型的優化實施例，本實用新型對切割頭前后連桿擺動部件400增 加了限位轉換機構，用來對連桿機構進行精確的擺動限位控制。如圖15與圖16所示，在 傳動軸403的末端固定有齒輪601，與齒輪601嚙合的齒條602 —側安裝有導向軸603， 另一側安裝有原點感應片605，導向槽604安裝在基座的左側板411上，導向軸603在導 向槽604內水平滑動；原點方型限位開關606安裝在左側板411上，當原點感應片605與 原點方型限位開關606接觸時指示為連桿機構的工作原點；在導向槽604兩端設置有左右 圓柱行限位開關607，當齒條602與兩端圓柱行限位開關607接觸時，控制電動機401反 向輸出，實現連桿機構的反向擺動。采用罩殼608對上述機構進行防塵密封。管類零件外圓未經過加工，因此并不是理想的整圓，而會不可避免的存在失圓 現象，因此在回轉過程中可能會遠離或者碰撞切割槍，導致加工精度誤差或者撞壞切割 槍。本實用新型增加了切割頭跟蹤機構來避免此問題，達到更高的加工精度，也可以防止碰撞損壞切割槍。如圖17、圖18所示，本實用新型采用一塊較大的切割頭左右擺動部 件300的安裝板303將整套跟蹤機構安裝在切割頭升降部件200的升降板221正面，在安 裝板303與升降板221之間靠近中部對稱設置有兩支直線滾動導軌副711，接近開關715 與導軌副711的導軌安裝在升降板221上，限位板714與導軌副711的滑塊安裝在安裝板 303的背面；安裝板303的背面靠近兩側采用拉伸彈簧713與兩端的活節螺栓712將安裝 板303彈性“懸掛”在升降板221上；如圖18所示，安裝板303正面中部固定切割頭 左右擺動部件300與前后連桿擺動部件400，安裝板303正面兩側對稱安裝有兩支后壓桿 706，后壓桿706的前端通過壓桿軸705與前壓桿704樞接，前壓桿704的前端連接有伸 縮桿702，伸縮桿702前端設置有萬向輸送球701。后壓桿706與前壓桿704采用壓桿軸 705樞接，以壓桿軸705為中心，圓周對稱分布有四個彈性鋼珠裝置，如圖18所示，后壓 桿706開設有孔，孔口有螺紋，緊定螺釘708旋入螺紋孔，通過壓縮彈簧709將鋼珠707 抵緊在前壓桿704的配合凹坑內。前壓桿704的前端與伸縮桿702采用滑動鍵配合，伸 縮桿702端部固定有導向鍵710，前壓桿704內側設置有滑動槽，導向鍵710可以在滑動 槽內前后滑動，利用蝶形螺栓703進行緊固。在前后連桿擺動部件400前端安裝固定板 718，限位銷716安裝在固定板718上，夾持器719擱置在固定板718中間，固定板718 四周設置有磁鋼717，依靠夾持器與割炬的重力和磁鋼的吸力將夾持器719吸附固定在固 定板718上。當本實用新型所述的五軸鋼管相貫線切割機進行手動控制時，或者不需要進行 跟蹤工作時，可以松開蝶形螺栓703，將伸縮桿702縮回前壓桿704內部；當切割機自動 工作時，將伸縮桿702從前壓桿704內部伸出，調節至正確位置后鎖緊蝶形螺栓703，此 時萬向輸送球701的球頭與切割槍的割炬頭位于同一縱向平面上，萬向輸送球701的球頭 接觸被加工管料的外圈最高點，加工時被加工管料軸向回轉，由于管料在出廠時外圓允 許存在一定的圓度誤差，因此在管料旋轉時具有跳動，萬向輸送球1在管料外圓上受到 大小不一的徑向力，萬向輸送球701的球頭跟隨管料外圈的表面形狀上下波動，由于安 裝板303兩側的拉伸彈簧713平衡了跟蹤機構和中部連桿機構的大部分重量，因此當萬向 輸送球701的球頭受到外力作用時，安裝板303可沿直線滾動導軌副711方向自動作上下 直線運動，保持與管料的相對距離保持一致，因此中部連桿機構前端夾持的切割槍的割 炬頭也與管料的被切割點始終保持固定的相對距離，避免了過分靠近與遠離管料。當被加工管料存在大幅度的失圓時，即管料上某一點外徑特別大，此時安裝板 303短時間內來不及做出補償，為了保護設備的安全，當萬向輸送球701所受力大于壓縮 彈簧709的彈力時，鋼珠707克服壓縮彈簧709縮進孔內，前壓桿704以壓桿軸705為旋 轉中心向上方翹起；同時如果割炬頭部接觸到鋼管，則裝夾割炬的夾持器719則會以限 位銷716為導柱上升，脫離固定板718，從而避開局部失圓保護設備；而當球頭經過失圓 區域后，前壓桿704在重力作用下落，鋼珠707重新進入前壓桿704的配合凹坑內并重新 定位；同時裝夾割炬的夾持器719在重力與磁鋼717的吸力作用下，在限位銷716的導 向作用下回復到固定板718上。接近開關715與限位板714共同作用，起限位與回零作 用。在上述過程中整套機構可以跟隨管料外表面形狀，配合并保護連桿機構和切割槍， 提高定位精度，使設備更加穩定可靠，保證切割精度。以上描述是對本實用新型的解釋，不是對實用新型的限定，本實用新型所限定的范圍參見權利要求，在不違背本實用新型精神的情況下，本實用新型可以作任何形式 的修改。
權利要求1.一種五軸鋼管相貫線切割機，其特征在于包括位于切割機一端的主軸箱，主軸 箱輸出端連接回轉卡盤；切割機底座上設置有兩路平行軌道，一路軌道位于被加工管料 下部，在此軌道上設置有若干鋼管支撐架；切割頭運動組件可移動的設置在另一路軌道 上，通過管線與切割機的動力部分和控制部分連接；所述切割頭運動組件包括切割頭縱 向移動部件、切割頭升降部件、切割頭左右擺動部件與切割頭前后連桿擺動部件。
2.按照權利要求1所述的五軸鋼管相貫線切割機，其特征在于所述切割頭縱向移 動部件的移動小車兩側安裝有滾輪，滾輪與切割機底座上的軌道接觸；在移動小車底部 兩側安裝有限位輪，每組限位輪跨越在軌道兩側并與軌道的豎直面接觸；伺服電機、減 速機與齒輪順序連接并豎直安裝在移動小車的中部，所述齒輪與軌道齒條嚙合。
3.按照權利要求1所述的五軸鋼管相貫線切割機，其特征在于所述切割頭升降 部件的立柱安裝在所述切割頭縱向移動部件上，立柱正面固定設置絲桿前軸座和絲桿后 軸座，固定電機、減速機與絲桿；立柱與升降板之間采用直線導軌副與限位裝置進行連 接，升降板背面設置絲母與所述絲桿相嚙合。
4.按照權利要求1所述的五軸鋼管相貫線切割機，其特征在于所述切割頭左右擺 動部件通過安裝板安裝在所述切割頭升降部件上，減速機安裝于安裝板上，所述減速機 輸入端連接伺服電機，所述減速機輸出端連接擺動臂。
5.按照權利要求1所述的五軸鋼管相貫線切割機，其特征在于所述切割頭前后連 桿擺動部件由左側板、右側板構成的基座安裝在所述切割頭左右擺動部件上，在基座上 通過樞軸連接橫向的上連接板、下連接板與豎向的前擺臂、后擺臂所構成的平行四邊形 連桿機構，在所述連桿機構前端安裝切割頭夾持部件，在所述基座外側固定安裝電機， 其輸出軸通過傳動軸與后擺臂連接。
6.按照權利要求5所述的五軸鋼管相貫線切割機，其特征在于所述切割頭夾持 部件包括夾持安裝板和夾持座，所述夾持安裝板通過短軸樞接在上連接板與下連接板前 端；上連接板和下連接板通過從動軸和隔套與前擺臂和后擺臂樞接，前擺臂和后擺臂通 過從動軸和隔套與左側板和右側板樞接。
7.按照權利要求5所述的五軸鋼管相貫線切割機，其特征在于在所述切割頭前后 連桿擺動部件上設置有擺動消隙機構，所述擺動消隙機構的氣彈簧一端通過球副連接在 所述切割頭前后連桿擺動部件的基座上，另一端通過軸承和連接板與下連接板和前擺臂 相交軸可轉動的連接。
8.按照權利要求5所述的五軸鋼管相貫線切割機，其特征在于在所述切割頭前后 連桿擺動部件上設置有限位轉換機構，所述限位轉換機構在所述傳動軸的末端固定有齒 輪，與齒輪嚙合的齒條一側安裝有導向軸，另一側安裝有原點感應片，導向軸在基座側 板的導向槽內水平滑動，原點限位開關安裝在側板上，在導向槽兩端設置有左右限位開 關。
9.按照權利要求1所述的五軸鋼管相貫線切割機，其特征在于還包括切割頭跟蹤 機構，所述切割頭跟蹤機構的安裝板通過彈性懸浮裝置連接在所述切割頭升降部件的升 降板上，在安裝板正面中部固定所述切割頭左右擺動部件與前后連桿擺動部件，在安裝 板正面兩側對稱安裝有壓桿，壓桿的前端設置有萬向球。
10.按照權利要求9所述的五軸鋼管相貫線切割機，其特征在于所述切割頭跟蹤機構的彈性懸浮 裝置包括在安裝板與升降板之間靠近中部對稱設置有兩支直線導軌副與限 位裝置，安裝板兩側通過拉伸彈簧和兩端螺栓與升降板連接。
專利摘要本實用新型涉及一種五軸鋼管相貫線切割機，包括位于切割機一端的主軸箱，主軸箱輸出端連接回轉卡盤；切割機底座上設置有兩路平行軌道，一路軌道位于被加工管料下部，在此軌道上設置有若干鋼管支撐架；切割頭運動組件可移動的設置在另一路軌道上，通過管線與切割機的動力部分和控制部分連接；所述切割頭運動組件包括切割頭縱向移動部件、切割頭升降部件、切割頭左右擺動部件與切割頭前后連桿擺動部件。本實用新型結構合理，操作方便，可以高效精確的切割復雜鋼管相貫線，而且能在切割同時一次性的加工出焊接坡口。
文檔編號B23K7/00GK201792126SQ20102054411
公開日2011年4月13日 申請日期2010年9月27日 優先權日2010年9月27日
發明者周冰峰, 岳偉, 楊飛, 董立鋒, 許馳, 邵燕瑛 申請人:無錫華聯科技集團有限公司