專利名稱：素材空間切割設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
焊接和切割技術(shù)領(lǐng)域
背景技術(shù)：
素材是指所有的需要再次加工的金屬或非金屬材料。包括板材、具 有一定形狀的半成品和各種型材(H型、等邊或不等邊L型、球扁型、
u型、c型和管材等)。
目前，型材以其極高的材料利用率、強(qiáng)度重量比和低廉的價格贏得了
愈來愈多的關(guān)注。由于型材零件的多樣性，加上復(fù)雜多變的空間(3D) 切割要求，使得我們無法借助現(xiàn)有的平板(2D)設(shè)備和手段進(jìn)行自 動化的批量生產(chǎn)。在我國的型材應(yīng)用中，長期以來只能依靠操作人員 的本身經(jīng)驗(yàn)在型材上利用手工或半自動的切割設(shè)備進(jìn)行人工劃線和 切割，生產(chǎn)效率和精度很低。對于型材的大規(guī)模應(yīng)用，現(xiàn)有的切割方 式遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足大規(guī)模的需求。為了改變這一落后面貌，依靠空間 (3D)數(shù)控——機(jī)器人的自動切割方式來提高切割精度和生產(chǎn)效率， 實(shí)現(xiàn)材料的最優(yōu)利用就顯得十分必要。素材空間切割設(shè)備恰恰可以滿 足型材精細(xì)切割的各項(xiàng)要求，從根本上解決型材空間切割的難題。 技術(shù)內(nèi)容
本發(fā)明技術(shù)的目的在于提供一套能夠滿足各種材料不規(guī)則空間 切割實(shí)際需要的應(yīng)用技術(shù)，設(shè)計新的功能設(shè)施，這種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)軟 件智能套料和仿真操作、上料定位、上料夾鉗夾持、切割工作間夾緊、
圍繞素材截面的360°全位置切割、推動出料等功能。
為了達(dá)到上述目的，綜合控制系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和可行性，本技術(shù)包
含以下幾種技術(shù)
第一種方法通過軟件對素材實(shí)現(xiàn)智能套料和離線編程為基礎(chǔ)的 仿真操作。
第二種方法自動實(shí)現(xiàn)素材從上料到定位的一系列動作。 第三種方法通過上料夾鉗機(jī)構(gòu)對各種不同素材進(jìn)行夾緊、輸送 和定長。
第四種方法工件用氣動夾緊裝置在切割工作間內(nèi)進(jìn)行全方位 夾緊。
第五種方法切割前的激光定位技術(shù)以及保護(hù)切割槍體的防碰
撞技術(shù)。
第六種方法通過下料推動裝置將下料傳送帶上的工件推至出 料區(qū)。
第七種方法實(shí)現(xiàn)圍繞素材截面的360°全位置切割的獨(dú)特設(shè)計。 第八種方法封閉的切割間設(shè)計及下抽風(fēng)除塵等維護(hù)工作環(huán)境 的環(huán)保設(shè)計。
本發(fā)明技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是
1. 智能套料可以實(shí)現(xiàn)材料的最高利用；仿真操作可以檢測機(jī)器 人的工作過程，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動路線最優(yōu)，減少空行程時間，提前發(fā) 現(xiàn)可能發(fā)生的故障。
2. 素材自動上料定位可以使設(shè)備自動化程度提高，減少人工，.提高效率。
3. 上料夾鉗機(jī)構(gòu)可以解決不同素材的夾持、輸送和定長問題， 為切割做好準(zhǔn)備工作。
4. 切割間氣動夾緊裝置全方位夾緊可以使工件切割更加穩(wěn)定可罪。
5. 激光定位使切割更為準(zhǔn)確；防碰撞機(jī)構(gòu)保證機(jī)器人運(yùn)動中切 割槍體的安全。
6. 下料推動裝置可以使前后切割完的工件在下料過程中及時清
理下料輥道，保證生產(chǎn)的連續(xù)性，提高生產(chǎn)效率和自動化程度。
7. 封閉的切割間及各種維護(hù)工作環(huán)境的環(huán)保設(shè)計保證工作環(huán)境
良好，避免操作者受到煙塵、眩光、噪音等傷害。
8. 本設(shè)備可以與火焰、等離子、激光和高壓水等多種切割方式 配套對不同材料進(jìn)行切割。


圖1是素材空間切割設(shè)備示意圖，型鋼空間切割設(shè)備示意圖； 圖2是上料裝置示意圖； 圖3是切割工作間示意圖； 圖4是下料裝置示意圖； 圖5是夾鉗側(cè)視圖及俯視圖； 圖6是水平及垂直夾緊裝置示意圖；
具體實(shí)施例方式
由圖1可知素材空間切割設(shè)備各機(jī)構(gòu)位置。實(shí)施方法一在PC機(jī)上通過本設(shè)備的套料軟件讀入/輸入需要切割工 件的結(jié)構(gòu)尺寸，再從軟件配套的可維護(hù)的素材庫中選擇相應(yīng)的素材。 套料軟件將兩者結(jié)合智能化地計算出需要切割工件在選定素材上的 切割位置，使切割余料最少，并輸出套料結(jié)果。然后離線編程軟件根 據(jù)套料結(jié)果仿真出機(jī)器人的切割路徑和素材的運(yùn)動，檢查是否有運(yùn)動 干涉，并實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動路線最優(yōu)，減少空行程時間，生產(chǎn)效率最高。 將優(yōu)化完畢的程序輸入到機(jī)器人的控制系統(tǒng)中，最后通過人機(jī)界面和 PLC控制系統(tǒng)開始整個設(shè)備的運(yùn)行和對設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控。 實(shí)施方法二圖2為上料裝置各機(jī)構(gòu)位置，由氣缸帶動的定位裝置先 落到上料臺以下，自動上料傳送帶將素材從待料區(qū)送至上料臺的運(yùn)送 輥道。定位裝置由氣缸頂出，自動上料傳送帶反轉(zhuǎn)，將素材與定位裝 置靠緊。自動上料傳送帶由帶有絕對位置功能的伺服電機(jī)控制。在反 傳過程中，傳送帶上的擋塊接觸到素材并達(dá)到一定阻力時，伺服電機(jī) 會感知相應(yīng)的力矩停止反轉(zhuǎn)并回到零位。
實(shí)施方法三圖5是夾鉗側(cè)視圖及俯視圖，夾鉗初始位置為擴(kuò)展軸的 尾部，當(dāng)素材送上上料臺后，夾鉗沿縱向向素材運(yùn)動。夾鉗下方的小 氣缸內(nèi)頭尾兩端都設(shè)有傳感器，在未接觸素材前氣缸推桿保持彈出狀 態(tài)。待小氣缸頂?shù)剿夭纳?，氣缸頭部傳感器得到信號，夾鉗速度減慢， 直到氣缸尾部傳感器感應(yīng)氣缸收到尾端夾鉗停止。夾鉗后端液壓裝置 提供夾緊力收緊夾鉗。在夾持過程中，上夾鉗先繞夾緊軸運(yùn)動，上夾 鉗的滾輪壓緊素材；然后下夾鉗繞夾鉗俯仰軸直線運(yùn)動壓緊素材，夾 鉗后方有氣動彈簧，保持夾鉗的預(yù)扭力，使夾鉗位置不變。如果夾鉗與素材夾持表面不相互垂直，待上下夾鉗都壓緊素材后，根據(jù)液壓帶 動鏈輪鏈條提供的夾緊力，以回轉(zhuǎn)軸為圓心上夾鉗的滾輪滑動，整個 夾鉗圍繞夾鉗回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動到垂直方向。完全根據(jù)夾鉗夾持不同素材的 表面自動適應(yīng)，保持夾鉗只對素材表面實(shí)施垂直的夾緊力，確保夾鉗 運(yùn)動的穩(wěn)定。
實(shí)施方法四圖3中的平行夾緊裝置和垂直夾緊裝置分布在切割區(qū)域 的兩側(cè)，從上下和兩側(cè)四個方向夾緊素材；圖6是水平及垂直夾緊裝 置的俯視圖。這種夾持方式可以使素材在單側(cè)夾持的情況下，切割小 于切割區(qū)域的工件而不會使工件掉入廢料收集斗；切割完畢后還可以 利用下夾鉗端部氣缸頂出將小件逸到下料傳送帶上。在素材的輸送過 程中，夾緊裝置夾持力增大，保證素材的準(zhǔn)確定位；在切割過程中， 夾緊裝置夾持力減小，避免素材產(chǎn)生應(yīng)力變形。 實(shí)施方法五切割頭安裝激光定位裝置對夾持的素材進(jìn)行特征點(diǎn)定 位，根據(jù)定位得到的素材位置信息設(shè)定切割路徑。從而保證切割位置 準(zhǔn)確無誤；切割槍頭安裝氣動的防碰撞裝置，保證在槍頭運(yùn)動和切割 過程中的安全。
實(shí)施方法六切割完畢工件被下料傳送帶傳出，當(dāng)出料光電開關(guān)檢測 到工件尾端后傳送帶再傳送一段距離，圖4中的氣缸和連桿機(jī)構(gòu)組成 的推動裝置將工件橫向推送至出料區(qū)。出料區(qū)的外側(cè)邊緣設(shè)有傳感 器，當(dāng)出料區(qū)上的工件堆疊過多時將給出信號，停止設(shè)備運(yùn)行，提示 搬運(yùn)工件。傳感器的同側(cè)配備安全繩，操作者發(fā)現(xiàn)操作不當(dāng)時可以拉 動安全繩停止設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)。出料區(qū)料架采用非導(dǎo)磁材料，便于使用磁力 吸盤吊運(yùn)工件。
實(shí)施方法七將機(jī)器人采用壁掛式安裝在可圍繞待素材截面作360° 回轉(zhuǎn)的底座上，使機(jī)器人可以滿足圍繞素材截面360°全位置切割的需要。
實(shí)施方法八切割間為封閉式設(shè)計，可神制減少噪音，粉塵和眩光； 抽風(fēng)管道通過廢料收集斗的下抽風(fēng)除塵裝置排除煙霧和粉塵；防眩光 玻璃的觀察窗可避免強(qiáng)光傷害；使用高壓水切割時還可以配自潔玻璃 保證觀察。
本發(fā)明技術(shù)的工作原理
本發(fā)明技術(shù)所述的素材空間切割技術(shù)，原理主要是通過軟件對素 材進(jìn)行整體套料和仿真操作。
運(yùn)用機(jī)器人和機(jī)器人的擴(kuò)展軸實(shí)現(xiàn)素材測長和切割；通過移動夾 鉗實(shí)現(xiàn)對不同外型的素材夾持輸送的穩(wěn)定。
夾緊裝置利用物理夾緊的方式。
激光定位和防碰撞裝置。
自動上料裝置利用傳送帶正反運(yùn)動和定位裝置實(shí)現(xiàn)素材定位。 下料推動裝置將切割后的工件推送至出料區(qū)。
權(quán)利要求
1. 素材空間切割設(shè)備功能范圍，包括以下幾個應(yīng)用技術(shù)。①智能套料和仿真操作軟件②素材上料定位技術(shù)③上料夾鉗夾持輸送技術(shù)④切割工作間夾緊技術(shù)⑤激光定位技術(shù)和槍體的防碰撞技術(shù)⑥下料推動技術(shù)⑦實(shí)現(xiàn)圍繞素材截面360°全位置切割的獨(dú)特設(shè)計⑧切割間的封閉設(shè)計和下抽風(fēng)除塵裝置設(shè)計。
2. 按照權(quán)利要求①所述的智能套料和仿真操作軟件功能，其特征在 于在PC機(jī)上通過本設(shè)備的套料軟件讀入/輸入需要切割工件的結(jié)構(gòu) 尺寸，再從軟件配套的可維護(hù)的素材庫中選擇相應(yīng)的素材。套料軟件 將兩者結(jié)合智能化地計算出需要切割工件在選定素材上的切割位置， 使切割余料最少，并輸出套料結(jié)果。然后離線編程軟件根據(jù)套料結(jié)果 仿真出機(jī)器人的切割路徑和素材的運(yùn)動，檢査是否有運(yùn)動干涉，并實(shí) 現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動路線最優(yōu)，減少空行程時間，生產(chǎn)效率最高。將優(yōu)化完 畢的程序輸入到機(jī)器人的控制系統(tǒng)中，最后操作人機(jī)界面開始整個設(shè) 備的運(yùn)行并對設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控。
3. 按照權(quán)利要求②所述的素材上料定位功能，其特征在于由氣缸帶動的定位裝置先落到上料臺以下，自動上料傳送帶將素材從待料區(qū)送 上上料臺的運(yùn)送輥道。定位裝置由氣缸頂出，自動上料傳送帶反轉(zhuǎn)，將素材與定位裝置靠緊。自動上料傳送帶由帶有絕對位置功能的伺服 電機(jī)控制。在反傳過程中，傳送帶上的擋塊接觸到素材并達(dá)到一定阻 力時，伺服電機(jī)會感知相應(yīng)的力矩停止反轉(zhuǎn)并回到零位。
4. 按照權(quán)利要求③所述的夾鉗夾持輸送技術(shù)，其特征在于夾鉗初始 位置為擴(kuò)展軸的尾部，當(dāng)素材被送上上料臺后，夾鉗沿縱向向素材運(yùn) 動。夾鉗下方的小氣缸內(nèi)頭尾兩端都設(shè)有傳感器，-在未接觸素材前氣 缸推桿保持彈出狀態(tài)。待小氣缸頂?shù)剿夭纳希瑲飧最^部傳感器得到信 號，夾鉗速度減慢，直到氣缸尾部傳感器感應(yīng)，氣缸收到尾端夾鉗停 止。夾鉗后端液壓裝置提供夾緊力收緊夾鉗。在夾持過程中，上夾鉗 先繞夾緊軸運(yùn)動，上夾鉗的滾輪壓緊素材；然后下夾鉗繞夾鉗俯仰軸 直線運(yùn)動壓緊素材，夾鉗后方有氣動彈簧，保持夾鉗的預(yù)扭力，使夾 鉗位置不變。如果夾鉗與素材夾持表面不相互垂直，待上下夾鉗都壓 緊素材后，根據(jù)液壓帶動鏈輪鏈條提供的夾緊力，以下夾鉗為圓心上 夾鉗的滾輪滑動，整個夾鉗圍繞夾鉗回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動到垂直方向。完全根 據(jù)夾鉗夾持不同素材的表面自動適應(yīng)，保持夾鉗只對素材表面實(shí)施垂 直的夾緊力，確保夾鉗運(yùn)動的穩(wěn)定。夾持后，夾鉗向前輸送素材，待 素材前端碰觸切割間前固定的光電開關(guān)，夾鉗和機(jī)器人可以計算出素 材長度，與套料軟件進(jìn)行核對。
5. 按照權(quán)利要求④所述的切割工作間夾緊，其特征在于:平行夾緊裝 置和垂直夾緊裝置分布在切割區(qū)域的兩側(cè)，素材進(jìn)入切割間后， 一側(cè) 固定另一側(cè)氣動的平行夾緊裝置將素材夾緊，氣動的垂直夾緊裝置從 上方夾緊素材。該夾持方式可以使本設(shè)備在單側(cè)夾持的情況下，切割小于切割區(qū)域的工件而不會使工件掉落廢料收集斗；切割完畢后還可 以利用下夾鉗端部氣缸頂出將小件送到下料傳送帶上。在素材的輸送 過程中，夾緊裝置夾持力增大，保證素材位置在切割前絕對穩(wěn)定；在 切割過程中，夾緊裝置夾持力減小，避免對素材產(chǎn)生應(yīng)力變形。
6. 按照權(quán)利要求⑤所述的激光定位技術(shù)和槍體的防碰撞技術(shù)，其特 征在于切割頭安裝激光定位裝置對夾持的素材進(jìn)行特征點(diǎn)定位，根 據(jù)定位得到的素材位置信息設(shè)定切割路徑。從而保證切割位置準(zhǔn)確無 誤；切割槍頭安裝氣動的防碰撞裝置，保證槍頭在運(yùn)動過程和切割過 程中的安全。
7. 按照權(quán)利要求⑥所述的下料推動裝置，其特征在于:在下料傳送帶 側(cè)面增加氣動的下料推動裝置。當(dāng)工件切割完畢后，下料傳送帶將其 傳出。工件完全送出切割間后，推動裝置將工件推送至出料區(qū)，為下 一次工件送出提供空間。出料區(qū)的外側(cè)邊緣設(shè)有傳感器，當(dāng)出料區(qū)上 的工件堆疊過多時將給出信號，停止設(shè)備運(yùn)行，提示搬運(yùn)工件。傳感 器的同側(cè)配備安全繩，操作者發(fā)現(xiàn)操作不當(dāng)時可以拉動安全繩停止設(shè) 備運(yùn)轉(zhuǎn)。出料區(qū)料架采用非導(dǎo)磁材料，便于使用磁力吸盤吊運(yùn)工件。
8. 按照權(quán)利要求⑦所述的實(shí)現(xiàn)管材切割的獨(dú)特設(shè)計，其特征在于將 機(jī)器人采用壁掛式安裝在可圍繞待切割素材做繞圍繞素材截面360° 回轉(zhuǎn)的底座上，使機(jī)器人可以滿足圍繞素材截面360。全位置切割的 需要。
9. 按照權(quán)利要求⑧所述的切割間的封閉設(shè)計和下抽風(fēng)除塵裝置設(shè)計， 其特征在于切割間為封閉式設(shè)計減少噪音，粉塵和弧光；抽風(fēng)管道通過廢料收集斗的下抽風(fēng)除塵裝置排除煙霧和粉塵；防眩光玻璃的觀察窗可避免強(qiáng)光傷害；使用高壓水切割時還可以配自潔玻璃保證觀察。
全文摘要
本發(fā)明技術(shù)的目的在于提供一套能夠滿足各種材料不規(guī)則空間切割實(shí)際需要的應(yīng)用技術(shù)，設(shè)計新的功能設(shè)施，這種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)軟件智能套料和仿真操作、上料定位、上料夾鉗夾持、切割工作間夾緊、圍繞素材截面360°全位置切割、推動出料等功能，具體如下1.軟件智能套料和仿真操作；2.素材上料定位技術(shù)；3.上料夾鉗夾持輸送技術(shù)；4.切割工作間夾緊技術(shù)；5.激光定位技術(shù)和槍體的防碰撞技術(shù)；6.下料推動技術(shù)；7.實(shí)現(xiàn)圍繞素材截面360°全位置切割獨(dú)特設(shè)計；8.切割間的封閉設(shè)計和下抽風(fēng)除塵裝置設(shè)計。
文檔編號B23K37/00GK101204764SQ20061017131
公開日2008年6月25日 申請日期2006年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月22日
發(fā)明者玥 崔 申請人:玥 崔