一種可加工坡口的半自動靠模管道相貫線切割設備的制作方法

本發明涉及可加工坡口的半自動靠模管道相貫線切割設備，屬于機械加工業及其裝備領域。

背景技術：

相貫線切割設備廣泛運用于建筑、化工、造船、機械工程、冶金、電力等行業的管道結構件的切割加工。相貫線切割設備一般包括切割機頭、爪盤、滾輪架三部分，其中切割機頭兼具走相貫線軌跡和切割的功能，機構運行靈敏度和精確度要求較高，所以結構相對復雜，是相貫線切割設備中的核心部分。

目前，在機械加工過程中，現有管材切割包括常用的方式有三種類型：手工切割、半自動切割機切割及相貫線切割機切割三種類型。第一類手工切割，其優點是靈活方便，操作簡單，成本低，但手工切割質量差、尺寸誤差大、材料浪費大、后續加工工作量大，同時勞動條件惡劣，勞動強度高，生產效率低。第二類半自動切割機切割，雖然降低了工人勞動強度，但其功能簡單，只適合一些較規則形狀的零件切割。第三類相貫線切割機切割，可有效地提高板材切割地效率、切割質量，減輕操作者地勞動強度，其主要品種為：數控火焰相貫線切割機和數控等離子相貫線切割機。前者具有大厚度碳鋼切割能力，切割費用較低，但存在切割變形大，切割精度不高，而且切割速度較低，切割預熱時間、穿孔時間長，較難適應全自動化操作的需要。它的應用場合主要限于碳鋼、大厚度板材切割，在中、薄碳鋼板材切割上會被等離子切割代替。后者具有切割領域寬，可切割所有金屬管材，切割速度快，效率高，切割速度可達10m/min以上。采用精細等離子切割已使切割質量接近激光切割水平，目前隨著大功率等離子切割技術的成熟，切割厚度已超過100mm，拓寬了數控等離子相貫線切割范圍。

我國機械工業鋼管使用量已達到3億噸以上，鋼管的切割量非常大，隨著現代機械工業的發展，對管材切割加工的工作效率和產品質量的要求也同時提高，因而相貫線切割機的市場潛力還是很大的，市場前景比較樂觀。但是，由于相貫線切割機的售價、維護等費用比較高，考慮到成本和效益，目前在我國的一些中小企業甚至在一些大型企業中，使用手工切割和半自動切割的方式還較為普遍。

針對國內實際市場需求情況，設計一款性價比相對較高的專用相貫線切割工具，可以在進行相貫線切割的同時完成坡口的加工工作，以此來填補國內市場空白。

技術實現要素：

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種可加工坡口的半自動靠模管道相貫線切割設備，利用靠模可以在保證加工質量的情況下極大的降低生產成本，同時生產效率也得到了顯著的提高,且切割設備結構簡單、成本低廉。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明的一種可加工坡口的半自動靠模管道相貫線切割設備，包括底座、位于底座上的固定支架、移動支架和位于移動支架上的固定架，所述移動支架通過移動裝置在底座上移動，所述固定架上安裝有電機，電機與安裝在固定架上的主軸連接，主軸通過電機帶動轉動，所述主軸穿過位于移動支架上的靠模凸輪構件，靠模凸輪構件安裝在移動支架上，靠模凸輪構件包含靠模輪廓和凸輪輪廓，所述通過連接板主軸的末端通過連接板固定連接有平行四邊形連桿，平行四邊形連桿一個頂點與靠模推桿連接，靠模推桿的一端頂住靠模輪廓，平行四邊形連桿的導向槽一邊延伸與有導向槽，導向槽內有銷軸，銷軸固定在凸輪推桿上，凸輪推桿一端固定在連接板上，另一端頂住凸輪輪廓，平行四邊形連桿與割槍固定桿鉸接，割槍固定桿上安裝有割槍，待割管道固定在固定支架上。

作為優選，所述平行四邊形連桿包含第一連桿、第二連桿、第三連桿和第四連桿，所述第一連桿與主軸平行，第一連桿焊接或螺紋固定在連接桿上，第一連桿兩端鉸接有第二連桿和第四連桿，第二連桿和第四連桿分別與第三連桿鉸接，導向槽第二連桿的端部設有導向槽，第一連桿與靠模推桿連接。

作為優選，所述第三連桿與第五連桿連接，第四連桿與第六連桿鉸接，割槍固定桿同時與第五連桿和第六連桿鉸接。

作為優選，所述移動裝置包含絲杠螺母和絲杠，移動支架與絲杠螺母連接，通過絲杠轉動帶動移動支架移動。

作為優選，所述固定支架上安裝有三爪卡盤，底座上安裝有千斤頂，待割管道一端通過三爪卡盤固定，另一端通過千斤頂支撐。

作為優選，所述靠模推桿和凸輪推桿均通過螺栓安裝在連接板上。

在本發明中，所述型線控制模塊的電機驅動主軸帶動平行四邊形連桿機構作旋轉運動時，凸輪推桿在靠模凸輪構件凸輪輪廓約束下驅動平行四邊形連桿機構變形，控制割槍傾斜角度，達到剖口加工要求；靠模推桿在靠模凸輪構件的靠模輪廓約束下驅動平行四邊形連桿機構整體作沿主軸軸線的往復運動，配合凸輪推桿的運動,形成管道空間相貫線軌跡。

在本發明中，由于需要加工出符合要求的帶坡口空間相貫線，所以在工作原理的設計上主要考慮兩個方面：

(1)空間相貫線軌跡的加工

通過分析空間相貫線的成形原理，在本發明中采取了運動合成的實現方案，與靠模控制的技術方法。在對管道相貫線進行分析時發現，在主視圖與俯視圖中相貫線的投影是規律的軸對稱曲線，所以通過一個旋轉運動(二維)和一個直線運動(一維)的合成，我們可以實現三維的空間相貫線的切割。旋轉半徑為支管的半徑，即為主軸到AB桿的距離，直線運動是由所需加工的相貫線所決定的，通過制作靠模來實現控制。

(2)坡口的加工

對于破口的加工采取了凸輪與平行四邊形機構，利用平行四邊形機構可以很好地在不改變割點位置的情況下改變割槍姿態。由于采用靠模與凸輪需要進行幾何封閉或力封閉，優選彈簧力進行封閉，這樣就可以保證型線控制模板承受靜應力保證機構的穩定性，確保加工質量。

有益效果：本發明的可加工坡口的半自動靠模管道相貫線切割設備，具有以下優點：

(1)利用仿形加工的原理，通過運動的合成實現對空間管道相貫線的切割，可以有效解決手工切割、半自動切割勞動強度大很難加工相貫線，數控管切割加工單一尺寸大批量的工件時不經濟的問題；

(2)由于使用靠模進行相貫線切割控制，很好的協調了手工切割與數控切割兩者的利弊，這屬于一種半自動切割設備，在需要改變切割相貫線的尺寸是只需要調整旋轉半徑，更換配套的靠模即可。結構簡單、成本低廉，對工作環境無特殊要求，很好的協調了質量，經濟，效率三者之間的關系；

(3)利用平行四邊形可變形原理，在保證相貫線準確無誤的前提下，通過配合不同的凸輪去加工出我們所需要的坡口；

(4)采取定滑輪重錘機構進行力封閉，這樣就可以保證執行機構型線控制模板承受靜應力保證機構的穩定性，確保加工質量。

附圖說明

圖1為本發明的主視結構示意圖。

圖2為本發明的左視結構示意圖。

圖3為本發明的俯視結構示意圖。

圖4為圖1中平行四邊形機構的結構示意圖。

圖5為圖1中靠模凸輪構件的剖視結構示意圖。

具體實施方式

如圖1至圖5所示，本發明的一種可加工坡口的半自動靠模管道相貫線切割設備，包括底座1、位于底座1上的固定支架、移動支架4和位于移動支架4上的固定架6，所述移動支架4通過移動裝置在底座1上移動，所述移動裝置包含絲杠螺母和絲杠，移動支架4與絲杠螺母連接，通過絲杠轉動帶動移動支架4移動，移動支架安裝在滑塊上，滑塊套在滑動導軌2上，所述固定架6上安裝有電機7，電機7與安裝在固定架6上的主軸8連接，主軸8通過電機7帶動轉動，所述主軸8穿過位于移動支架4上的靠模凸輪構件13，靠模凸輪構件13安裝在移動支架4上，靠模凸輪構件13包含靠模輪廓131和凸輪輪廓132，所述主軸8的末端通過連接板81固定連接有平行四邊形連桿9，平行四邊形連桿9一個頂點與靠模推桿連接，靠模推桿的一端頂住靠模輪廓131，平行四邊形連桿9的導向槽一邊延伸與有導向槽，導向槽內有銷軸14，導向槽沿銷軸14移動，銷軸14固定在凸輪推桿93上，凸輪推桿93一端固定在安裝板81上，另一端頂住凸輪輪廓132，平行四邊形連桿9與割槍固定桿97鉸接，割槍固定桿97上安裝有割槍10，待割管道11固定在固定支架6上，所述固定支架6上安裝有三爪卡盤12，底座1上安裝有千斤頂5，待割管道11一端通過三爪卡盤12固定，另一端通過千斤頂5支撐。

在本發明中，所述平行四邊形連桿9包含第一連桿91、第二連桿92、第三連桿93和第四連桿95，組成四邊形的四個頂點為A、B、C、D，第一連桿91為AB桿，第二連桿92為BC桿，第三連桿93為CD桿，第四連桿95為DA桿，所述第一連桿與主軸8平行，第一連桿固定在連接板上，第一連桿91兩端鉸接有第二連桿92和第四連桿95，第二連桿92和第四連桿95分別與第三連桿93鉸接，第二連桿92的端部與導向槽連接，第一連桿91與靠模推桿為同一桿。

在本發明中，所述第三連桿93與第五連桿固定連接，第三連桿93與第五連桿優選為同一桿，第四連桿95與第六連桿96鉸接，割槍固定桿97同時與第五連桿和第六連桿96鉸接，第五連桿為DE桿，第六連桿96為FG桿，DEFG組成平行四邊形，平行四邊形機構ABCD和DEFG串聯，其中平行四邊形ABCD可控制管道相貫線的加工參數，平行四邊形DEFG可調節割槍10的角度，進而控制剖口參數。

在本發明中，所述靠模凸輪構件13的環形圓柱凸輪與靠模結構采用單個零件整體加工的制作方案，以防二者產生相位差，影響加工精度。所述靠模推桿與靠模輪廓、凸輪推桿93與凸輪輪廓間采用結構封閉或彈性力封閉方式，以提高設備工作穩定性和可靠性。所述平行四邊形連桿9采用兩個或多個四邊形機構串聯而成，分別用于管道空間相貫線和剖口角度等參數的調節。

在本發明中，所述一種可加工剖口的新型半自動靠模管道相貫線切割設備的整體框架選用工業鋁型材歐標4020搭建而成，在設計過程中盡量使用標準件，這樣可以提高制作精度降低設備的制作成本。對于光軸和絲杠的強度都進行了校核，保證了設備的強度要求。

上述可加工剖口的新型半自動靠模管道相貫線切割設備的工作方法，工作過程以下：

(1)根據待加工管道和所需加工坡口的尺寸信息選擇合適的靠模凸輪構件13，并安裝在底座1上；

(2)把待管道通過三爪卡盤12和千斤頂5支撐的V形塊裝夾到位；

(3)調節靠模凸輪機構、平行四邊形機構沿主軸8方向和管道軸線方向的位置，確定相貫線切割位置；

(4)檢查凸輪推桿93、靠模推桿與靠模凸輪構件13接觸無誤后，啟動設備電源加工出所需帶坡口的管道相貫線；

(5)加工完成，斷電，清掃設備準備下一次加工。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出：對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。