CN107138807A - 一种用于切割大直径长度长的圆管件数控装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于切割大直径长度长的圆管件数控装置，包括底座(2)，转盘套设在工件(22)上，由固定在所述底座(2)底板上的第一驱动机构驱动以围绕工件(22)转动；进刀齿轮套设在工件(22)上由第二驱动机构驱动以围绕工件(22)转动，所述进刀齿轮端面有一圈齿。在转盘上配置切割机构(30)，沿垂直于工件轴线进退的进刀滑座(14)和带动进刀滑座(14)进退的伞齿轮(18)；所述伞齿轮(18)以丝杠机构方式由旋转驱动进刀滑座(14)直线进或退；由进刀齿轮端部齿相互啮合；所述转盘与进刀齿轮以相同或不同转速旋转实现刀具切割、切削，增加了钢管的可加工厚度，同时提高生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及对圆管件的数控切割领域，具体涉及到用于对大直径、长度长、不宜夹持旋转的圆管件进行切割的数控装置。
背景技术
在石油石化行业、机电安装行业、造船行业、铁塔行业等多个行业种需要用到大量的钢管，在制造过程中需要对钢管进行切断和坡口处理，因为钢管直径比较大，一般约50厘米左右及以上、钢管长度比较长，数米，甚至十数米，且钢管的壁厚达数十毫米，例80毫米左右，采用钢管旋转刀具固定的加工方法满足不了要求，所以需要一种钢管固定切削刀具运动的切削方法。
目前广泛采用的方法主要有三种：
方法一：使用带锯床进行切割，通过电机带动带锯旋转，采用旋转的带锯进行切削。
方法二：在旋转的圆盘上安装一组滑块，滑块上固定切削刀具，滑块与丝杆链接，丝杆端部安装一个棘轮，在固定机座上安装一个撞块，圆盘旋转使棘轮与撞块相互撞击，使丝杆产生旋转，带动滑块前进，从而达到刀具一边旋转一边进给，将钢管切断。
方法三：采用电动直接控制，将电机和进刀装置和电机直接安装在旋转圆盘上，通过碳刷机构与外部电源链接。在外部控制刀具的进给和圆盘旋转，达到钢管切断的目的。
但是以上三种方法均存在不同的缺点：
方法一的缺陷：由于带锯床通过带锯旋转进行切割，因为带锯速度不能过快，导致这种切削方式效率低下，切切削精度不够，且切口只能是平口。
方法二的缺陷：通过棘轮与撞块的撞击来驱动刀具进给达到进刀效果，该方式控制麻烦，安全性低，且加工精度和加工速度不容易控制。
方法三的缺陷：由于是采用电动直接控制，将电机和进刀装置和电机直接安装在旋转圆盘上，通过碳刷机构与外部电源链接。在外部控制刀具的进给和圆盘旋转。该方式结构复杂，故障几率高，且害怕潮湿的工作环境，容易产生漏电，安全性能低。
发明内容
本发明提供了一种新型的快速数控钢管切断坡口设备，能将钢管快速切断并在钢管两个断口完成两个坡口加工，且该设备可以同时安装多把刀具同时加工，且可同时采用不同的加工刀具，具体方案如下：
一种用于切割大直径长度长的圆管件数控装置，包括：
底座，所述底座相对静止地套置在圆管工件外径上，具有垂直于工件轴线的底板和一段轴套的结构；
转盘，套设在工件上，所述转盘由固定在所述底座底板上的第一驱动机构驱动以围绕工件转动；
进刀齿轮，套设在工件上，所述进刀齿轮由固定在所述底座底板上的第二驱动机构驱动以围绕工件转动，所述进刀齿轮端面有一圈齿；
在转盘上至少配置一副切割机构，所述切割机构包括端部具有刀具沿垂直于工件轴线进退的进刀滑座和带动进刀滑座进退的伞齿轮；所述伞齿轮以丝杠机构方式由旋转驱动进刀滑座直线进或退；
所述进刀齿轮端部齿与所述伞齿轮相互啮合；
所述转盘与进刀齿轮分别经过轴承套置在所述底座的轴套段，以相同或不同转速旋转，所述转盘与进刀齿轮在轴线方向的距离不变。
本发明采用了螺旋丝杠的原理，转动丝杠——丝杠机构，驱动螺母——进刀滑座，包括前端的刀具前行或后退进行切割动作。
所述丝杠的转动由进刀齿轮的端部齿与所述丝杠上的伞齿轮相互啮合，拨动而转动。
套置在底座轴套段上的两个大齿轮盘部件——转盘和进刀齿轮，当所述两大齿轮盘转速相同，两者相对静止，没有输出动作，而当两大齿轮盘转速相异，两者会产生相对往前或向后转动的动作，进刀齿轮的端部齿就会拨动伞齿轮正向或反向转动，相应驱动刀具进给或后退。
两个大齿轮盘分别由固定在底座底板上的第一驱动机构和第二驱动机构驱动。
进一步，
所述第一驱动机构包括固定在所述底座底板上转轴与工件轴线平行的第一伺服电机以及输出轴驱动的传动齿轮，继而啮合传动所述转盘部件；
所述转盘呈两个圆盘中间由圆轴连接构成，一个圆盘为周边有齿的周边齿轮盘，与所述传动齿轮啮合传动，另一圆盘为外端面固定有所述切割机构的外圆盘；
所述第二驱动机构包括固定在所述底座底板上转轴与工件轴线平行的第二伺服电机以及输出轴驱动的第二传动齿轮，继而啮合传动所述进刀齿轮端面的一圈齿；
所述进刀齿轮中心的轴孔可转动地嵌套在所述转盘中间的圆轴上，并受所述转盘两个圆盘的限止轴向不能移动。
进一步，
所述切割机构的进刀滑座以沿所述转盘的径向可移动地固定在所述转盘的外端面；
滚珠丝杠上配置所述伞齿轮，两端通过滚子轴承配置在轴承座中，所述轴承座固定在所述转盘的外端面，并贴合进刀滑座内腔壁可沿所述转盘的径向相对移动；
所述滚珠丝杠的一段以螺纹形式与进刀滑座内壁配合接触。
更进一步，所述转盘的外端面在配置进刀滑座的伞齿轮处开设供伞齿轮与所述进刀齿轮端面相啮合的外露孔。
更进一步，所述进刀滑座的两侧设置夹持导轨，限制所述进刀滑座仅沿所述转盘的径向移动。
更进一步，所述轴承座由螺栓固定在所述转盘外端面。
再进一步，所述进刀齿轮可由周边有齿的进刀直齿轮和端面有齿的进刀端面齿轮两部分轴向合并制作。
再进一步，在在所述转盘的圆轴部分和进刀齿轮的中心轴孔之间还设置有滑动轴承。
再进一步，所述轴承的内圈套设在底座的轴套段上，所述转盘的圆轴段的中心轴孔套设在所述轴承的外圈上。
进一步，在所述转盘上周向均匀配置2、3、4、5或6副切割机构。
本发明切削旋转和进刀装置之间采用机械齿轮结构，通过旋转转盘齿轮和进刀齿轮，使它们在旋转过程种产生一个旋转速度差来实现切削刀具的进给和后退，且两驱动机构安装在外面，在外部对该设备进行控制。
由于刀具机构在圆盘上的安装不受角度的影响，所以在转盘上可以安装多套切割机构，实现安装多把切削刀具分层切削，大大增加了钢管的可加工厚度和切口形状、角度，大大提升生产效率。
安装在转盘上的多件切割机构刀具同步围绕转盘径向移动，切割受力平衡，加工精度高，对装置冲击小，寿命长。
采用了螺旋丝杠原理驱动进刀滑座进退的切割动作，选择适当螺距，动作精细，工作平稳，加工精度高。
驱动机械固定在静止的底座上，操作使用方便、安全。
本发明提供的整体装置结构清晰、简洁，制作、加工简单，成本低，便于推广使用，产生较好经济和社会效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明一种用于切割大直径长度长的圆管件数控装置的整体配置结构示意图；
图2为本发明的一种实施方式，显示了转盘部件外端面配置了四副切割机构的结构示意图；
图3和图4为本发明在一实施例中局部放大图，分别表示了第一驱动机构和第二驱动机构与相关零部件结合和传递的结构示意图；
图5a为本发明在一实施例中底座和滚动轴承的配置示意图；
图5b为本发明在一实施例中转盘部件的剖面图；
图5c为本发明在一实施例中第一驱动机构带动转盘部件的结构示意图；
图5d为本发明在一实施例中切割机构的示意图；
图5e为本发明提供的数控设备在一实施例中第一传动机构以及设置有一进刀机构的配置示意图；
图5f为本发明在一实施例中第二伺服电机以及输出轴驱动第二传动齿轮继而啮合进刀齿轮的配置示意图；
图5g为本发明在一实施例中切割机构进刀/退刀的示意图；
图6为本发明的一种实施方式，显示了底座的底板部件上配置了第一伺服电机和第二伺服电机的结构示意图。
图中，1是第一伺服电机、2是底座、3是传动齿轮、4是周边齿轮盘、5为轴承、6是外圆盘、8是第二伺服电机、9是第二传动齿轮、10是进刀直齿轮、11是滑动轴承、12是进刀端面齿轮、14是进刀滑座、15是轴承座、16是滚子轴承、18是伞齿轮、19是滚珠丝杠、20是刀具、30是切割机构、31是夹持导轨。
具体实施方式
为了更详细理解本发明，将在下列结合附图描述详细的结构和动作步骤以便对技术方案的理解。
本发明提供了一种用于切割大直径长度长的圆管件数控装置，包括：
底座2，所述底座2相对静止地套置在圆管工件22外径上，具有垂直于工件22轴线的底板和一段轴套的结构；
转盘，套设在工件22上，所述转盘由固定在所述底座2底板上的第一驱动机构驱动以围绕工件22转动；
进刀齿轮，套设在工件22上，所述进刀齿轮由固定在所述底座2底板上的第二驱动机构驱动以围绕工件22转动，所述进刀齿轮端面有一圈齿；
在转盘上至少配置一副切割机构30，所述切割机构30包括端部具有刀具20沿垂直于工件轴线进退的进刀滑座14和带动进刀滑座14进退的伞齿轮18；所述伞齿轮18以丝杠机构方式由旋转驱动进刀滑座14直线进或退；
所述进刀齿轮端部齿与所述伞齿轮18相互啮合；
所述转盘与进刀齿轮分别经过轴承5套置在所述底座2的轴套段，以相同或不同转速旋转，所述转盘与进刀齿轮在轴线方向的距离不变。
所述第一驱动机构包括固定在所述底座2底板上转轴与工件轴线平行的第一伺服电机1以及输出轴驱动的传动齿轮3，继而啮合传动所述转盘部件；
所述转盘呈两个圆盘中间由圆轴连接构成，一个圆盘为周边有齿的周边齿轮盘4，与传动齿轮3啮合传动，另一圆盘为外端面固定有所述切割机构的外圆盘6；
所述第二驱动机构包括固定在所述底座2底板上转轴与工件轴线平行的第二伺服电机8以及输出轴驱动的第二传动齿轮9，继而啮合传动所述进刀齿轮端面的一圈齿；
所述进刀齿轮中心的轴孔可转动地嵌套在所述转盘中间的圆轴上，并受所述转盘两个圆盘(即周边齿轮盘4和外圆盘6)的限止轴向不能移动。
将工件22即钢管卡在卡盘21中。
本技术方案的结构配置，能够保证第一伺服电机1啮合传动所述转盘部件，第二伺服电机8啮合传动所述进刀齿轮，两台伺服电机的转速可以相同或相异，导致转盘部件和进刀齿轮的转速相同或相异。可导致切割机构上的刀具20进给或后退。
如此结构配置，能够保证转盘部件和进刀齿轮可以围绕转盘的轴线，也即工件22的轴线旋转，但两者在轴线方向相互不能移动。
所述切割机构的进刀滑座14以沿所述转盘的径向可移动地固定在所述转盘的外端面；
滚珠丝杠19上配置所述伞齿轮18，两端通过滚子轴承16配置在轴承座15中，所述轴承座15固定在所述转盘的外端面，并贴合进刀滑座14内腔壁可沿所述转盘的径向移动；
所述滚珠丝杠19的一段以螺纹形式与进刀滑座14内壁配合接触。
如此结构，保证所述滚珠丝杠19的旋转，可以导致具有刀具20的进刀滑座14沿所述转盘的径向前进或后退。
所述转盘的外端面在配置进刀滑座14的伞齿轮18处开设供伞齿轮18与所述进刀齿轮端面相啮合的外露孔。
为了使滚珠丝杠19能够比较可靠地运行，固定丝杠的滚子轴承16和轴承座15必须配置在丝杠两端，势必伞齿轮18将位于两端滚子轴承16和轴承座15之间，为了不影响伞齿轮18与所述进刀齿轮端面的一圈齿啮合，因此，必须在所述转盘的外端面，即进刀端面齿轮12的相应处开设相应的外露孔，一般为矩形孔。
所述进刀滑座14的两侧设置夹持导轨31，限制所述进刀滑座14仅沿所述转盘的径向移动。为了让所述进刀滑座14仅沿所述转盘的径向移动，可在进刀滑座14的两侧设置夹持导轨31。根据需要，沿转盘的周向，可以配置多副切割机构，也即多副进刀滑座14及夹持导轨31。
所述轴承座15由螺栓固定在所述转盘外端面。所述轴承座15不能移动，因此由螺栓固定在所述转盘外端面。不过此固定方式不能影响“所述轴承座15固定在所述转盘的外端面，并贴合进刀滑座14内腔壁可沿所述转盘的径向相对移动”。
所述进刀齿轮可由周边有齿的进刀直齿轮10和端面有齿的进刀端面齿轮12两部分轴向合并制作。为了便于制作和装配用，所述进刀齿轮可制作成轴向两呈圆盘状件再用螺栓之类连接成形。
在所述转盘的圆轴部分和进刀齿轮的中心轴孔之间还设置有滑动轴承11。为了提高转盘和进刀齿轮的寿命，使用精度，在相互配合处设置滑动轴承11更有利，所述滑动轴承11可呈圆管状，也可一端有向外翻边状，总之需确保进刀齿轮的中心轴孔套置在所述转盘的圆轴段上，轴向不能有移动。
所述轴承5的内圈套设在底座的轴套段上，所述转盘的圆轴段的中心轴孔套设在所述轴承5的外圈上。
所述转盘以轴承5的方式套设在底座2的轴套段上，使得转盘和进刀齿轮两个大齿轮盘部件围绕工件22的轴线旋转。
所述圆管工件22为钢管。本专利适宜于加工具有一定壁厚的管状工件，比如直径20至150cm钢管。
在所述转盘上周向均匀配置2、3、4、5或6副切割机构30。在实际应用中，可以安装多套切割机构，如图2所示，在外圆盘6上设置了4套切割机构30。刀具可选择成切割或坡口刀，即可完成钢管两端的坡口加工，也可以根据实际要求安装其他特殊工艺刀具。多套切割机构实现刀具切割、切削多方式、快进度，增加了钢管的可加工厚度，同时提高生产效率。
多套切割机构尽量周向均匀配置，使得空间利用较好，也有利装置受力均匀，延长设备使用寿命。
Claims (10)
1.一种用于切割大直径长度长的圆管件数控装置，其特征在于，包括：
底座(2)，所述底座(2)相对静止地套置在圆管工件(22)外径上，具有垂直于工件(22)轴线的底板和一段轴套的结构；
转盘，套设在工件(22)上，所述转盘由固定在所述底座(2)底板上的第一驱动机构驱动以围绕工件(22)转动；
进刀齿轮，套设在工件(22)上，所述进刀齿轮由固定在所述底座(2)底板上的第二驱动机构驱动以围绕工件(22)转动，所述进刀齿轮端面有一圈齿；
在转盘上至少配置一副切割机构(30)，所述切割机构(30)包括端部具有刀具(20)沿垂直于工件轴线进退的进刀滑座(14)和带动进刀滑座(14)进退的伞齿轮(18)；所述伞齿轮(18)以丝杠机构方式由旋转驱动进刀滑座(14)直线进或退；
所述进刀齿轮端部齿与所述伞齿轮(18)相互啮合；
所述转盘与进刀齿轮分别经过轴承(5)套置在所述底座(2)的轴套段，以相同或不同转速旋转，所述转盘与进刀齿轮在轴线方向的距离不变。
2.如权利要求1所述的用于切割大直径长度长的圆管件数控装置，其特征在于，
所述第一驱动机构包括固定在所述底座(2)底板上转轴与工件轴线平行的第一伺服电机(1)以及输出轴驱动的传动齿轮(3)，继而啮合传动所述转盘部件；
所述转盘呈两个圆盘中间由圆轴连接构成，一个圆盘为周边有齿的周边齿轮盘(4)，与所述传动齿轮(3)啮合传动，另一圆盘为外端面固定有所述切割机构的外圆盘(6)；
所述第二驱动机构包括固定在所述底座(2)底板上转轴与工件轴线平行的第二伺服电机(8)以及输出轴驱动的第二传动齿轮(9)，继而啮合传动所述进刀齿轮端面的一圈齿；
所述进刀齿轮中心的轴孔可转动地嵌套在所述转盘中间的圆轴上，并受所述转盘两个圆盘的限止轴向不能移动。
3.如权利要求1所述的用于切割大直径长度长的圆管件数控装置，其特征在于，
所述切割机构的进刀滑座(14)以沿所述转盘的径向可移动地固定在所述转盘的外端面；
滚珠丝杠(19)上配置所述伞齿轮(18)，两端通过滚子轴承(16)配置在轴承座(15)中，所述轴承座(15)固定在所述转盘的外端面，并贴合进刀滑座(14)内腔壁可沿所述转盘的径向相对移动；
所述滚珠丝杠(19)的一段以螺纹形式与进刀滑座(14)内壁配合接触。
4.如权利要求3所述的用于切割大直径长度长的圆管件数控装置，其特征在于，
所述转盘的外端面在配置进刀滑座(14)的伞齿轮(18)处开设供伞齿轮(18)与所述进刀齿轮端面相啮合的外露孔。
5.如权利要求3所述的用于切割大直径长度长的圆管件数控装置，其特征在于，
所述进刀滑座(14)的两侧设置夹持导轨(31)，限制所述进刀滑座(14)仅沿所述转盘的径向移动。
6.如权利要求3所述的用于切割大直径长度长的圆管件数控装置，其特征在于，所述轴承座(15)由螺栓固定在所述转盘外端面。
7.如权利要求2所述的用于切割大直径长度长的圆管件数控装置，其特征在于，所述进刀齿轮可由周边有齿的进刀直齿轮(10)和端面有齿的进刀端面齿轮(12)两部分轴向合并制作。
8.如权利要求2所述的用于切割大直径长度长的圆管件数控装置，其特征在于，在在所述转盘的圆轴部分和进刀齿轮的中心轴孔之间还设置有滑动轴承(11)。
9.如权利要求2所述的用于切割大直径长度长的圆管件数控装置，其特征在于，所述轴承(5)的内圈套设在底座的轴套段上，所述转盘的圆轴段的中心轴孔套设在所述轴承(5)的外圈上。
10.如权利要求1所述的用于切割大直径长度长的圆管件数控装置，其特征在于，在所述转盘上周向均匀配置2、3、4、5或6副切割机构(30)。
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