专利名称：坡口切割装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种切割机械，具体属于一种可实现曲线坡口切割的切割装置。
现有的切割装置如美国专利US4205828，它存在如下缺点①坡口切割角度的大小必须依靠手动设置；②只能切割工件平面上直线型坡口；③由于割炬上部空间狭小，因而割炬无法配备初始定位装置，而初始定位装置是作为用于确定割炬喷嘴的初始高度重要的传感器。
欧洲专利EP0212191A2公开的切割机，其虽可实现平面上曲线坡口的切割，仍存在以下缺陷①传动部件离割炬喷嘴太近，在高温的环境下容易失效，可靠性差；②无法配备初始定位装置；③无法实现水下切割；④坡口角度只能手动调节。
还有一种数控坡口切割装置，它可实现平面上任意曲线坡口的切割，也可实现水下切割，且坡口角度可自动调节。但是，其结构比较复杂，存在以下缺点①无法配置初始定位装置；②该装置本身安装有三个伺服电机，加上主机上两个方向上的伺服电机，主机计算机系统至少要有五个轴，致使整个切割机床的造价非常昂贵；②割炬进行干式切割时，会产生大量的热、粉尘和废气，在湿式切割时(即割炬喷嘴置于水下)将有大量水蒸汽冒出，致使割炬附近零部件的工作环境非常恶劣。
此外，以上后两例中的割炬是安装于旋转部件上，为避免割炬本身的旋转，须给割炬附加一相反的旋转运动，使其相对于机架不发生相对转动。但是，当完成附加运动的该部件出现故障时，势必影响到割炬和供气管路。
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种改进的坡口切割装置，可简化坡口切割装置本身及主机控制系统，以降低成本，而可实现平面上任意曲线形状的坡口切割；同时，可实现水下切割；也能在坡口切割装置上安装初始定位装置；并且还可使割炬远离主要传动部件，以改善传动部件的工作环境。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的一种坡口切割装置，包括机架及设于其上的一动力与传动机构、一摆动与回转机构，其特点是还包括一叉杆轴组件，其固定于机架上；一连杆机构，其由横向平行的上、下臂与纵向平行的主、从动摆杆及割炬夹块铰接组成一平行四连杆机构，该连杆机构与叉杆轴组件铰接，与摆动与回转机构轴接。
上述的坡口切割装置中，所述摆动与回转机构包括一锥齿轮，一与该锥齿轮啮合的锥齿扇，一轴承座及一回转臂；所述叉杆轴组件包括一叉杆轴座，其固定于机架下部，一上叉杆轴，水平安装于叉杆轴座上端，一下叉杆轴，水平安装于机架的下部，一上铰链轴，穿置于上叉杆轴的中心通孔内，且通孔的中心线与该上叉杆轴的轴线垂直相交，一下铰链轴，穿置于下叉杆轴的中心通孔内，且通孔的中心线与该下叉杆轴的轴线垂直相交；所述连杆机构的主动摆杆的上端与轴承座轴接，且主动摆杆通过上铰链轴与上叉杆轴铰接于点O1，所述从动摆杆通过下铰链轴与下叉杆轴铰接于点O2。
本实用新型坡口切割装置由于采用了平行四连杆机构，使割炬远离伺服电机、电磁离合器、齿轮、轴承等主要传动部件，所以不论是进行水下切割还是干式切割，切割过程中产生的大量水蒸汽、粉尘、废气和热量不再影响主要传动件。由于割炬上部无任何障碍，占用空间很大的初始定位装置可以安装到坡口切割装置上面。本装置只采用一只伺服电机，主机计算机系统只要具有三个轴的功能即可实现平面上曲线型坡口的切割。与现有技术中五个轴的计算机控制的坡口切割装置相比，不仅坡口切割装置本身，连同控制系统的成本也大为降低。此外，本实用新型坡口切割装置中的割炬由于是固定于自身并不发生旋转的连杆上面，从而可免除现有技术中为避免割炬本身的旋转，而将割炬固定座固定在一作相反转动的部件上。
以下结合附图给出的坡口切割装置的一较佳实施例对本实用新型作进一步说明
图1为本实用新型安装于数控切割机床上的外观图；图2为本实用新型的结构示意图；图3为图2中传动装置部分的A-A剖视图；图4为本实用新型配备有初始定位装置的示意图5为图2中上叉杆轴与主动摆杆联接部位的B-B剖视图；图6为图3中安装于回转臂孔中的钢球与弹簧部位的C-C剖视放大图；图7为图2中上、下臂与从动摆杆铰接处的D-D剖视放大图；图8为图2中下叉杆轴与从动摆杆联接处的E-E剖视图；图9为图2中割炬夹块的F向放大图。
首先参见
图1，本实用新型坡口切割装置是安装于数控切割机床上的一个部件，其结构如图2-9所示，它由机架部分1及设于其上的动力与传动机构、摆动与回转机构、具有球形铰链功能的叉杆轴组件和连杆机构组成。
坡口切割装置零部件都安装在机架1上，机架上部为箱式结构，内设一通孔，顶部为一顶板2，下部为敞开式结构。
动力与传动机构包括一固定于机架1上部的伺服电机6；上、下电磁离合器3、4，其中上电磁离合器3的上端固定于机架顶板2上；一主动齿轮7轴接于伺服电机6上，一被动齿轮8与该主动齿轮啮合；一回转套9枢设于在机架箱体的通孔内，可相对于机架转动，该回转套9的上端与被动齿轮8固接；回转套的中央通过轴承设有一传动轴10，上、下电磁离合器3、4的一端分别与该传动轴10固接，下电磁离合器4的另一端及被动齿轮8固接于回转套上。
摆动与回转机构包括一安装于传动轴10上的锥齿轮13；一与该锥齿轮13啮合的锥齿扇14；锥齿扇是一种不完整的锥齿轮，它的牙齿内侧沿径向方向固定有一个轴承座15，并使该轴承座孔的中心线经过锥齿扇节圆锥的顶点；一回转臂11，其上端与回转套9固连。在回转臂对应锥齿扇背部的位置，横向分布有若干个通孔，每个通孔内分别设有一对应设置的弹簧23和钢球12，在弹簧力的作用下，这些钢球抵顶于锥齿扇的背部，使锥齿扇无侧隙地与锥齿轮啮合。
叉杆轴组件包括一固定于机架1下部的叉杆轴座19；一水平安装于叉杆轴座上端的上叉杆轴18；一水平安装于机架的下部的下叉杆轴21；一上铰链轴17，穿置于上叉杆轴18的中心通孔内，且通孔的中心线与该上叉杆轴的轴线垂直相交；一下铰链轴20，穿置于下叉杆轴21的中心通孔内，且通孔的中心线与该下叉杆轴的轴线垂直相交。
连杆机构由横向平行的上、下臂24、25及纵向平行的主、从动摆杆16、22与割炬夹块26铰接组成一平行四连杆机构。主动摆杆16通过上铰链轴17与上叉杆轴18的铰接点O1，主动摆杆的上端与轴承座15轴接，而通过轴承座与锥齿扇14连为一体，O1点位于该锥齿扇节圆锥的顶点。从动摆杆22通过下铰链轴20与下叉杆轴21铰接于点O2。
割炬夹块26是用以固定割炬5的零件，由于割炬5固定于割炬夹块26中，其中心线与割炬夹块中心重合，所以割炬也始终与主动摆杆保持平行。
为了减少摩擦，上铰链轴17与主动摆杆16之间安装有轴承。由于主动摆杆可以绕上铰链轴转动，同时上叉杆轴在主动摆杆的带动下可绕其自身轴线转动，所以三者结合构成一空间球形铰链，球心就是主动摆杆与上叉杆轴、上铰链轴三条轴线的交点O1。因O1点又是锥齿轮和锥齿扇纯滚动圆锥面的顶点，这样主动摆杆通过叉杆轴座被球形铰链铰接于机架上，而能以O1点为顶点，作轨迹为圆锥面的空间运动。同样，由下叉杆轴、下铰链轴与从动摆杆也结合构成一球形铰链，球心为O2点，从动摆杆也可以O2点为顶点，作轨迹为圆锥面的空间运动。
当回转臂11回转时，钢球12将回转力矩由回转臂传递到锥齿扇上，带动锥齿扇一起旋转。弹簧力的大小由调整螺丝调整。当锥齿轮固定，回转臂回转时，锥齿扇在回转臂内钢球的作用下可绕传动轴公转，公转轴线即传动轴10的轴线。由于锥齿扇与锥齿轮啮合，因此锥齿扇本身也可产生自转，自转轴线是通过O1点锥齿扇自身的轴线。此时，通过轴承座与锥齿扇相连的主动摆杆在锥齿扇的带动下也将摆动相应的角度。当回转臂与锥齿轮同步旋转时，回转臂通过钢球驱动锥齿扇与锥齿轮同步转动，此时锥齿扇只发生公转，不发生自转，主动摆杆的倾斜角不发生变化，但主动摆杆可随锥齿扇绕传动轴轴线作运动轨迹为圆锥面的运动。主动摆杆的这种运动通过平行四连杆机构，使割炬实现切割坡口的基本运动。而主动摆杆的摆动则通过平行四连杆机构使割炬的倾斜角发生变化，起到调整坡口角度的作用。
由于叉杆轴组件与主动摆杆和从动摆杆相铰接的两点O1、O2为两空间固定点，所以当主动摆杆和从动摆杆分别以两铰接点O1、O2为顶点作运动轨迹为圆锥面的空间运动时，割炬也将作与主动摆杆16相同的运动，而割炬中心线与O1、O2两个铰接点的连线的交点O3也是一个固定点。割炬以固定点O3为顶点作轨迹为圆锥的空间运动，就是割炬实现曲线型坡口的基本运动。
由于上电磁离合器一端相对机架静止不动，下电磁离合器的另一端与回转套成为一体。当伺服电机转动时，它通过主动齿轮和被动齿轮带动回转套转动，上、下电磁离合器的作用则是让传动轴和回转套分别作同步转动、相对转动和静止不动。当上电磁离合器通电吸合、下电磁离合器断电分离时，传动轴被上电磁离合器固连于机架上，静止不动，而与回转套相连的回转臂可在伺服电机的驱动下转动。如上所述，锥齿扇发生自转和公转，割炬倾斜角发生变化。割炬倾斜角的大小是由伺服电机的转角、转向以及主动齿轮、被动齿轮、锥齿轮、锥齿扇的齿数所决定的。当上电磁离合器断电分离，下电磁离合器通电吸合时，传动轴与上电磁离合器分离、制动状态结束。与此同时，传动轴将通过下电磁离合器与回转套包括与之相连的零件如回转臂成为一体，在伺服电机的驱动下，锥齿扇与回转臂、锥齿轮同步转动，如上所述，割炬完成切割坡口的基本运动，如果数控切割机床带动坡口切割装置在工件平面上做曲线运动，割炬就会在工件上切割出曲线型坡口。当上、下电磁离合器通电吸合时，传动轴、回转套及其与之相连的零件将被制动，割炬被锁定于某种状态如此时割炬垂直，可实现普通割缝的切割功能，如此时割炬倾斜一定角度，则可实现工件边缘上直线坡口的切割。
综上所述，割炬5的三个不同的工作状态都是由伺服电机，上、下电磁离合器的动作所决定状态1．割炬倾斜角度的调整。上电磁离合器通电、下电磁离合器断电，根据坡口的角度大小，主机控制系统使伺服电机按照确定的方向旋转相应的角度。如图2所示，割炬角度从0转至某一角度时，伺服电机右旋，反之左旋。伺服电机转角则要根据坡口的角度、传动链中主动齿轮，被动齿轮、锥齿轮、锥齿扇的角度进行计算。
状态2．割炬进行坡口切割。上电磁离合器断电、下电磁离合器通电，伺服电机连续旋转，主机控制系统在整个过割过程中要贮存割炬倾角角度值，完成切割后，按照状态1的操作，使割炬恢复到垂直位置(倾角为0)。
状态3．割炬的锁定。上、下电磁离合器通电，割炬被锁定于某个倾角，如垂直位置，这时割炬不会因为振动或外力影响而产生角度变化。在这种状态下，主机控制系统要贮存割炬倾角的度数，一旦完成切割，按照状态1的操作，使割炬恢复到垂直位置。
权利要求1．一种坡口切割装置，包括机架(1)及设于其上的一动力与传动机构、一摆动与回转机构，其特征在于还包括一叉杆轴组件，其固定于机架(1)上；以及一连杆机构，其由横向平行的上、下臂(24、25)与纵向平行的主、从动摆杆(16、22)及割炬夹块(26)铰接组成一平行四连杆机构，该连杆机构与叉杆轴组件铰接，与摆动与回转机构轴接。
2．根据权利要求1所述的坡口切割装置，其特征在于所述摆动与回转机构包括一锥齿轮(13)，一与该锥齿轮啮合的锥齿扇(14)，一轴承座(15)及一回转臂(11)；所述叉杆轴组件包括一叉杆轴座(19)，其固定于机架(1)下部，一上叉杆轴(18)，水平安装于叉杆轴座(19)上端，一下叉杆轴(21)，水平安装于机架的下部，一上铰链轴(17)，穿置于上叉杆轴(18)的中心通孔内，且通孔的中心线与该上叉杆轴的轴线垂直相交，一下铰链轴(20)，穿置于下叉杆轴(21)的中心通孔内，且通孔的中心线与该下叉杆轴的轴线垂直相交；所述连杆机构的主动摆杆(16)的上端与轴承座(15)轴接，且主动摆杆通过上铰链轴(17)与上叉杆轴(18)铰接于点O1，所述从动摆杆(22)通过下铰链轴(20)与下叉杆轴(21)铰接于点O2。
3．根据权利要求1所述的坡口切割装置，其特征在于所述动力与传动机构包括一伺服电机(6)，其固定于机架(1)上部；上、下电磁离合器(3、4)，设于机架上端部，其上电磁离合器(3)的一端固定于机架顶板2上；主、被动齿轮(7、8)，该主动齿轮(7)轴接于伺服电机(6)上，被动齿轮(8)与主动齿轮啮合；一回转套(9)，轴接于机架上，其中央穿设一传动轴(10)，所述上、下电磁离合器(3、4)的一端分别与该传动轴(10)固接，回转套上端与被动齿轮固连，下电磁离合器(4)的另一端与该回转套固接；所述锥齿轮(13)安装于该传动轴(10)上，所述回转臂(11)上端与该回转套(9)固连。
4．根据权利要求1所述的坡口切割装置，其特征在于所述O1点位于所述锥齿扇(14)节圆锥的顶点。
5．根据权利要求4所述的坡口切割装置，其特征在于所述轴承座(19)的轴线通过所述主动摆杆与上叉杆轴和上铰链轴的铰接点O1。
6．根据权利要求2所述的坡口切割装置，其特征在于在所述回转臂(11)上，横向分布若干通孔，每个通孔内分别设有一对应设置的弹簧(23)和钢球(12)，钢球通过弹簧抵顶于锥齿扇(14)的背面。
专利摘要坡口切割装置,包括:机架及设于其上的动力与传动机构、摆动与回转机构,其特点是:还包括一叉杆轴组件,其固定于机架上;一连杆机构,由横向平行的上、下臂与纵向平行的主、从动摆杆及割炬夹块铰接组成一平行四连杆机构,连杆机构与叉杆轴组件铰接,与摆动与回转机构轴接。本实用新型可实现平面上任意曲线形状的坡口切割,可简化切割装置本身及主机控制系统,降低成本;同时,可使切割过程中产生的水蒸汽、粉尘等不影响主要传动件。
文档编号B23K37/02GK2461692SQ0121035
公开日2001年11月28日 申请日期2001年1月22日 优先权日2001年1月22日
发明者王洪 申请人:王洪