CN2319159Y - 一种数控的曲线滚剪切割机床 - Google Patents
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Abstract
一种数控的曲线滚剪切割机床,属机床领域。本曲线滚剪切割机床包括:放料装置、张紧定位装置、测长装置、测厚装置、导向定位装置、刀具径向间隙可调的滚切装置、自动打标记装置、纠偏整形装置、张紧滚轮组、废料收卷装置、成品料收卷装置、动力传输机构、机架和计算机数控***组成。按照同时开料的数量,沿带料进给方向在机架的工作台面上以工作台的纵向中心线为对称轴,依序两两相对地布置有相应数量的刀具径向间隙可调的滚切装置,每一组相对布置的滚切装置用于裁剪一根芯带的两侧曲线,可实现多带的同时裁剪加工。
Description
本实用新型涉及一种加工曲线轮廓带料的数控的滚剪切割机床，可用于多根带料轮廓曲线的同时裁剪，属机床领域。
目前，用于曲线轮廓带料裁剪加工的开料机见图1，一般包括带料放卷装置(1)、进给滚轮及测长装置(2)、定位龙口(3)、滚切装置(4)、自动打标记机构(5)、自动纠偏装置(6)、张紧滚轮组(7)、收卷装置(8)、动力传输机构(9)和自动控制机构等，其滚切装置如图2所示，由上下圆盘刀(10)、(11)进行带料的滚剪切割加工。现有技术的切割机床存在如下缺点：
1．机床的滚切装置无上、下圆盘刀径向间隙调整机构，使得加工不同厚度的带料，需用不同直径的圆盘刀片，且刀片磨损后不能沿径向重磨使用。
2．由于机床所加工的曲线带料多为用来绕制零件的芯带(如用来绕制圆截面变压器铁心的曲线硅钢带)，带料厚度变化对其轮廓曲线形状有明显的影响，而现有技术的机床没有消除上述影响的相应装置和控制***，因此，用现有技术机床所加工芯带绕制的产品，其截面轮廓精度和产品的一致性都较差。
本实用新型的目的在于提供一种可调整刀具径向间隙、具有在线检测厚度装置及控制***的数控的曲线滚剪切割机床。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
本实用新型的数控的曲线滚剪切割机床见图3，包括：放料装置、张紧定位装置、测长装置、测厚装置、导向定位装置、刀具径向间隙可调的滚切装置、自动打标记装置、纠偏整形装置、张紧滚轮组、废料收卷装置、成品料收卷装置、动力传输机构、机架和计算机数控***组成。其中，放料装置为一独立的设备，用于支承原料带卷。张紧定位装置、测长装置、测厚装置及导向定位装置沿带料的移动方向依序安装在一可升降的工作台上，该工作台通过机架侧面的矩形导轨与机架相连，可调整其高度方向位置。按照同时开料的数量，沿带料进给方向在机架的工作台面上以工作台的纵向中心线为对称轴，依序两两相对地布置有相应数量的刀具径向间隙可调的滚切装置，每一组相对布置的滚切装置用于裁剪一根芯带的两侧曲线，可实现多带的同时裁剪加工。纠偏整形装置，自动打标记装置，张紧滚轮组，废料收卷装置，成品料收卷装置依次安装在沿带料进给方向的滚切装置后面。主电机及动力传输机构安装在机架内。
刀具径向间隙可调的滚切装置(见图4)由一对圆盘形刀片、刀片径向间隙调整机构、两座标运动刀架和动力传输机构四部分组成。圆盘刀径向间隙调整机构是通过丝杠、螺母带动上圆盘刀移动来调节刀片间的径向间隙。两座标运动刀架由一个直线导轨和一个转动平台组成。转动平台安装在直线导轨的拖板上，并围绕安装在该拖板上的转动轴回转。两座标运动刀架的直线移动由单独的电机带动滚珠丝杠实现；回转运动由电机通过变导程蜗杆蜗轮副来实现。动力传输机构由四联齿轮、双万向联轴节、滑动花键副组成。
主电机到各组刀具径向间隙可调的滚切装置间的动力是通过变速机构实现，每一组滚切装置有一动力分配轴，各滚切装置的动力分配轴上分别装有超越离合器，可消除不同组滚切装置间的切削运动不同步造成的不利影响。同组滚切装置公用一根动力分配轴，动力分配轴到滚切装置花键轴之间的动力转递是通过同步齿形带实现的。
测厚装置由两个位移传感器及信号处理***组成，两个位移传感器采用差动原理实现带料的厚度测量，信号处理***将传感器测量信号进行处理，并转化为带料不同位置的厚度信息，满足厚度测量的要求。
测长装置由测量辊和光电圆光栅编码器组成，由带料带动装在测长辊上的圆光栅编码器完成带料的长度测量。
带料厚度变化对芯带轮廓曲线的影响关系可以用一种芯带绕制零件-圆截面变压器铁心的芯带加工为例进行说明如下：
圆截面变压器铁心是由一根宽度变化的硅钢带卷绕而成的，其铁心截面近似为圆形，见图7、图8、图9。图7为圆截面变压器铁心的示意图，图8为铁心截面的形状，图9是铁心芯带的轮廓曲线展开图。从图9可看出，圆截面卷绕铁心是由一根宽度变化的曲线芯带卷绕而成的，其理论曲线如图中粗线所示，各圈芯带其宽度Bi和长度li的计算公式为： 式中：T-铁心的总迭厚；bmin-芯带加工的最小宽度；R-铁心截面的直径；Ti-第i层芯带的迭厚；To=0，且Ti≤T,i=1,2,3…；ti-表示第i层芯带的平均厚度；K-芯带的的迭片系数；Bi-表示第i层芯带的宽度，Bo=bmin/2；li-表示第i层芯带的长度，lo=0；W-铁心绕具的宽度；H-铁心绕具的高度；r-铁心绕具的过渡圆弧半径；
为采用滚剪法连续加工铁心芯带的轮廓曲线，实际加工的轮廓曲线是根据计算所得的Bi和li，由数控***转换成采用直线/圆弧或三次样条曲线近似的实际加工曲线，并控制机床进行加工的，如图9中虚线所示。显然，在铁心的设计参数T,bmin,R,K,W,H,r确定的条件下，铁心芯带的形状只与芯带厚度变化有关。基于实际测量所得的芯带厚度，根据公式(2)(3)(4)计算Bi和1i，同时计算实际加工曲线的直线/圆弧的座标，控制机床加工，就可消除带料厚度变化对带料加工轮廓曲线的影响。
整个机床的加工过程控制由微机数控***实现。数控***采用模块化结构设计，为一主从式多微处理机***，由多个微处理机模块，各刀架电机驱动模块和变频调速器等组成，见图10。主处理机模块为一ISA总线的CPU为Intel 486DX2 ALLIN ONE CPU板，主要完成***的总体控制、加工曲线的实时计算及分配、加工信息的显示等任务。其余模块包括CNC位置控制模块，白适应控制模块，测长仪测厚仪接口模块，开关量输入/输出模块和网络通讯模块。其中，每一CNC位置控制模块、自适应控制模块和测长仪测厚仪接口模块都采用独立的单片机作为控制器。各模块功能如下：每一CNC位置控制模块可用于完成一对滚切装置的两坐标刀架电机的两轴插补位置控制；自适应控制模块可根据测量所得的主电机电流、带料运动速度等参数，控制变频调速器，使整个***按给定的模式运行；测长仪测厚仪接口模块完成长度、厚度测量信息的转换，可实现测长仪长度补偿，带料平均厚度计算等功能，同时还用于产生***的同步控制信号，使各CNC位置控制模块同步。主处理机与各从处理机之间采用双端口内存进行通讯。网络通讯模块可使该数控***实现与上位计算机的通讯，便于***的集成。
数控***的工作过程如下：首先由主处理机模块发出命令，控制变频调速的交流电机运动，然后，利用测厚仪测量带料厚度，基于公式(2)(3)(4)在线动态计算芯带的曲线廓形，同时根据测长仪送来的带长信息，控制各刀架步进电机，使各圆盘刀随刀架一起做周期性的移动及相应的摆动，从而完成所需轮廓芯带的切割加工；当完成一个芯带的切割长度时，计算机向自动打标记机构发出信号，在带料上做一标记，以供卷绕芯带时切割之用。重复上述过程直至加工完整卷带料为止。
说明附图如下：
图1为现有技术曲线开料机的结构示意图。
图2为图1中滚切装置结构示意图。
图3为本实用新型数控的曲线滚剪切割机床的一种较佳实施例的结构示意图。
图4为图3中的滚切装置的结构示意图。
图5为图4中的A向视图。
图6为图3中的测厚装置的结构示意图。
图7为圆截面变压器铁心的示意图。
图8为图7铁心断面图。
图9为图7铁心芯带的轮廓线展开图。
图10为本实用新型数控***的硬件总统框图。
结合附图说明实施例如下：
图3是一种用于同时加工两条圆截面铁心芯带的数控的曲线滚剪切割机床，该机床由放料装置(12)、张紧定位装置(13)、测长装置(14)、测厚装置(15)、导向定位装置(16)、刀具径向间隙可调的滚切装置(17)、自动打标记装置(1 8)、纠偏整形装置(19)、张紧滚轮组(20)、废料收卷装置(21)、成品料收卷装置(22)、动力传输机构、机架(23)和计算机控制***组成。其中，放料装置(12)为一独立的设备，用于支承原料带钢卷(24)。张紧定位装置(13)、测长装置(14)、测厚装置(15)及导向定位装置(16)沿带料的移动方向依序安装在一可升降的工作台上(25)，该工作台通过机架(23)侧面的矩形导轨与机架(23)相连，可调整其上下位置。
刀具径向间隙可调的各组滚切装置结构相同，其结构示意图如图4所示，是由装在具有可移动及转动的上下两层导轨的两坐标刀架装置(26)上的一对圆盘形刀片及动力传动机构等组成。刀架装置(26)的下层直线移动导轨(27)为燕尾形导轨，在导轨(27)上装有拖板(28)，拖板(28)上安装有转动轴(29)，可使刀架装置(26)的转动平台(30)，在随拖板(28)移动动的同时，可绕该转动轴(29)作回转运动；
圆盘形的下圆盘刀31装在位于转动平台(30)的轴承座内的下刀轴(32)上，阶梯形的上圆盘刀(33)装在刀轴支座(34)上的刀轴(35)上，刀轴支座(34)与丝杠(57)固联，通过转动调节手轮(36)可使刀轴支座沿转动平台(30)的矩形导轨移动，改变上、下圆盘刀片之间的径向间隙，调整后可用螺母(37)锁紧刀轴支座。两刀轴(32)、(35)的动力传递采用如图5中A向视图所示四联齿轮机构，当两刀轴中心距改变时，通过转动上齿轮架板(38)，可改变齿轮间的距离，实现刀轴间动力的可靠传递。
刀架随拖板(28)沿燕尾导轨(27)的运动由步进电机通过滚珠丝杠(39)驱动，绕转动轴(29)的回转运动由步进电机通过变导程蜗杆(40)驱动蜗轮(41)实现。变导程蜗杆(40)装在支座(42)上，支座(42)可沿拖板(28)上的矩形导轨移动，通过调整支座(42)的位置，可方便地消除蜗轮和蜗杆之间的间隙。
圆盘刀的动力由下圆盘刀轴(32)经双万向联轴器(43)和移动花键副(44)、(45)构成的动力传动机构来完成，可将动力从同步齿形带轮(46)传递到做两坐标运动的刀架刀轴上。
图6为厚度测量装置的结构示意图，厚度测量装置由装在测量支架(47)上的上、下两个位移传感器(48)、(49)通过差动原理实现带料厚度的测量。在测量支架(47)上装有上下托料元件(50)、(51)，以减小带钢振动的影响。位移传感器采用激光位移传感器，利用激光三角法进行测距。
主电机(52)(见图3)的动力是通过变速机构(53)传递到各组滚切装置的动力分配轴(54)和(55)上的，从各动力分配轴到各组滚切装置(图3中的17)的动力是通过同步齿形带传给每个滚切装置的同步齿形带轮(图4中的同步带轮46)，保证同一组滚切装置内各圆盘刀的转动速度同步。在变速机构(53)中，电机动力到各滚切装置动力分配轴之间分别装有超越离合器，用于避免由于曲线加工所引起的各组滚切装置之间的切削速度变化对加工的不利影响。
本实用新型数控的曲线滚剪切割机床的工作过程如下：加工的原料带料(24)装在放料机构(12)上，带料依序经过张紧定位装置(13)、进给及测长装置(14)、厚度测量装置(15)、定位导向机构(16)、第一组、第二组滚切装置(17)后，被裁剪成为为成品芯带和废料。各组滚切装置结构相同，按照同时加工铁心芯带的数量，沿带料进给方向依序两两相对地布置，每一组相对布置的滚切装置可裁剪一条变压器铁心芯带。经裁剪加工后的钢带，在通过自动打标机构(18)时，成品芯带的起点处被打一标记，以供卷绕铁心时使用。成品带钢和废料一起经过拉料整形装置(19)后，废料经过排料装置(56)卷绕到废料辊(21)上，成品芯带分别经张紧装置(20)后，卷绕在成品料辊(22)上。
整个机床的加工过程控制由微机数控***实现。图10为该机床数控***的硬件总体框图。整个数控***采用模块化结构设计，为一主从式多微处理机***，采用多个微处理机模块，I/O接口模块和电机驱动模块、变频调速器等组成。主处理机模块为一ISA总线的CPU为Intel 486DX2ALL IN ONE CPU板，主频为66MHz，主要完成***的总体控制、加工曲线的实时计算及分配、加工信息的显示等任务。其余模块包括CNC位置控制模块，自适应控制模块，测长仪测厚仪接口模块，开关量输入/输出模块和网络通讯模块。其中，每一CNC位置控制模块、自适应控制模块和测长仪测厚仪接口模块都采用独立的MCS-8096单片机作为控制器。各模块功能如下：每一CNC位置控制模块可用于完成一对滚切装置两坐标刀架电机的两轴插补位置控制；自适应控制模块可根据测量所得的主电机电流、带料运动速度等参数，控制变频调速器，使整个***按给定的模式运行；测长仪测厚仪接口模块完成长度、厚度测量信息的转换，可实现测长仪长度补偿，带料平均厚度计算等功能，同时还用于产生***的同步控制信号，使各CNC位置控制模块同步。主处理机与各8096从处理机之间采用双端口内存进行通讯。网络通讯模块可使数控***实现与上位计算机的通讯，便于***的集成。
数控***的工作过程如下：首先由主处理机模块发出命令，控制变频调速的交流电机运动，然后，利用测厚仪测量带料厚度，在线动态计算芯带的曲线廓形，同时根据测长仪送来的带长信息，控制刀架步进电机，使各圆盘刀片随刀架一起做周期性的移动及相应的摆动，从而完成所需轮廓芯带的切割加工；当完成一个芯带的切割长度时，计算机向自动打标记机构发出信号，在芯带上做一标记，以供芯带卷绕时切割之用。重复上述过程直至加工完整卷带料为止。
***的主控制软件采用C语言和汇编语言混合编程构成，8096单片机的控制软件采用PL/M 96语言编写。该***充分利用了IBM PC/AT 486总线工控机的软硬件资源，采用中文提示的图形界面，可在线实时给出***的运行仿真图形，大大方便了用户的使用和操作，
该样机的加工范围为：硅钢带厚度0.1～0.5mm，原料带料宽度＜100mm，最小切割宽度为5mm，加工精度为0.01mm，毛刺高度＜0.02mm，切割速度＜60米/分，无级调速，可同时加工两条芯带，满足R-10～R-1000各系列的R型变压器铁心的开料加工。
本实用新型与已有技术相比具有以下优点：
1．基于模块化结构设计的滚切装置可根据需要布置在平面机床工作台上，实现多带套裁，其结构简单，易于制造；
2．滚切装置中采用一对圆盘刀片，其中上圆盘刀片被装在可沿两坐标刀架的矩形导轨滑动的圆盘刀支块上，采用丝杠、螺母机构可方便地调整上下圆盘刀片间径向间隙，刀具磨损后可沿径向重磨使用，延长了刀具寿命；
3．由计算机控制各滚切装置的步进电机通过滚珠丝杠拖动其刀架作横向位移，通过变导程蜗杆-蜗轮副带动转盘作相向同步转动，使一对滚切装置上的圆盘刀片作相向的同步横向移动和转动，实现带钢两侧曲线的加工，带钢受力对称，加工对称性好，同时，各滚切装置的刀架采用独立的电机驱动，便于机床的自动调整；
4．主电机到各对滚切装置的动力传动链间增加了超越离合器装置，可补偿各刀轴由于曲线加工所产生的速度差，提高刀具的寿命及芯带的加工质量。
5．由于增加了带料厚度在线测量装置，并采用基于工业PC为核心的加工曲线实时计算控制***，可实现与带料厚度变化无关的芯带曲线的轮廓加工，所绕制的产品轮廓精度及一致性好，且机床的操作控制方便，易于使用。
Claims (4)
1、一种数控的曲线滚剪切割机床，包括：放料装置、张紧定位装置、测长装置、测厚装置、导向定位装置、刀具径向间隙可调的滚切装置、自动打标记装置、纠偏整形装置、张紧滚轮组、废料收卷装置、成品料收卷装置、动力传输机构、机架和计算机数控***组成，其特征是：所说的放料装置为一独立的设备，用于支承原料带钢卷；张紧定位装置、测长装置、测厚装置及导向定位装置沿带料的移动方向依序安装在一可升降的工作台上，该工作台通过机架侧面的矩形导轨与机架相连；按照同时开料的数量，沿带料进给方向在机架的工作台面上以工作台的纵向中心线为对称轴，依序两两相对地布置有相应数量的刀具径向间隙可调的滚切装置，每一组相对布置的滚切装置用于裁剪一根芯带的两侧曲线，可实现多带的同时裁剪加工；纠偏整形装置，自动打标记装置，张紧滚轮组，废料收卷装置，成品料收卷装置依次安装在沿带料进给方向的滚切装置后面；主电机及动力传输机构安装在机架内。
2、根据权利要求1所说的数控的曲线滚剪切割机床，其特征是：所说的刀具径向间隙可调的滚切装置由一对圆盘形刀片、圆盘刀片径向间隙调整机构、两座标运动刀架和动力传输机构四部分组成，圆盘刀片径向间隙调整机构是通过丝杠、螺母带动上圆盘刀片移动来调节圆盘刀片的径向间隙的；两座标运动刀架由一个直线导轨和一个转动平台组成；转动平台安装在直线导轨的拖板上，并围绕安装在该拖板上的转动轴回转；两座标运动刀架的直线移动由单独的电机带动滚珠丝杠实现；回转运动由电机通过变导程蜗杆蜗轮副来实现；动力传输机构由四联齿轮、双万向联轴节、滑动花键副组成。
3、根据权利要求1、2所说的数控的曲线滚剪切割机床，其特征是：所说的主电机到刀具径向间隙可调的滚切装置的两坐标运动刀架轴之间分别装有超越离合器。
4、根据权利要求1所说的数控的曲线滚剪切割机床，其特征是：所说的厚度测量装置由装在测量支架上的上、下两个位移传感器通过差动原理实现带料厚度的测量；在测量支架上装有上下托料元件，以减小带料振动的影响；位移传感器采用激光位移传感器，利用激光三角法进行测距。
Priority Applications (1)
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| CN 97231241 CN2319159Y (zh) | 1997-12-19 | 1997-12-19 | 一种数控的曲线滚剪切割机床 |
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