专利名称：一种三自由度数控相贯线切割机的制作方法
技术领域：
本实用新型属于机械设计与制造技术领域，涉及一种数控切割机结构，特别涉及 一种三自由度数控相贯线切割机。
背景技术：
管件相贯线切割广泛用于空间桁架结构(如屋架、桥梁、海洋平台等空间钢结构) 的施工中，其相贯线形状和相应的焊接坡口是影响工程质量的关键，切割的难点在于相贯 线上的焊接坡口角不是一个定值，而是随相贯线的位置不同而变化。目前进行管件相贯线切割方法有两类，即手工切割和数控切割。手工切割时需要 放样工序，对操作工人的技术要求很高，可以在施工现场操作，但难以保证切割质量。数控 切割是通过夹盘带动工件(管件)做旋转运动，切割头(割炬)通过移动装置带动，沿导轨(X) 移动，同时做Y、Z两个方向的移动和一个绕Z转动，需要五轴联动才能实现相贯线切割；该 类设备结构庞大，占地面积大，搬运困难，难以在施工现场使用；而且该机由于自由度多、控 制复杂、结构庞大，导致成本很高，一般的售价在几十万到上百万人民币不等，难以为中小 企业所接受。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种三自由度数控相贯线切割机，通过三个运动自由 度即可实现管件相贯线及其焊接坡口的切割，结构轻便、控制简单、造价低廉。本实用新型所采用的技术方案是，一种三自由度数控相贯线切割机，包括车体及 带动车体运动的磁性滚轮，使磁性滚轮带动车体吸附在被切割管件外壁上作绕被切割管件 的回转运动；车体上设置有驱动丝杠、丝母座、直线导轨和直线导轨块组成的直线导轨副， 驱动丝杠驱动直线导轨沿导轨伸长方向做直线运动；所述的直线导轨与前连接板固定连 接，前连接板上设置有与导轨垂直方向直线运动的调整导轨；调整导轨与支架板固定连接， 支架板还与摆杆支座固定连接，摆杆支座(内设置有由电机驱动的摆杆回转轴，摆杆回转轴 与摆杆、割炬调节杆、割炬依次固定连接，摆杆回转轴通过摆杆带动割炬实现被切割管件纵 切面内的摆动运动。本实用新型的特点还在于，车体的一侧设置有由辅助滚轮支架和辅助支撑轮组成的辅助支撑装置。本实用新型的切割机，采用绕管件轴线沿外壁的爬行运动、沿管件轴线的移动、割 炬在被切割管件轴向剖面内的摆动、适应不同管件尺寸的调整导轨及设有辅助支撑轮，通 过三轴联动控制加工相贯线及其焊接坡口。由于本切割机绕管件外壁爬行，因此不受被切 割管件最大尺寸限制，具有结构轻便，便于在施工现场使用，价格便宜，对推广使用数控相 贯线切割，提高管件相贯线切割质量具有重要意义。
图Ia是两个相贯的管件，图Ib是要切割的支管端部相贯线形状；图2是本实用新型三自由度数控相贯线切割机一种实施例的结构示意图。图中，1.驱动丝杠，2.丝母座，3.车体，4.磁性滚轮，5.前连接板，6.割炬，7.割炬 调节杆，8.摆杆，9.被切割管件，10.支架板，11.摆杆支座，12.摆杆回转轴，13.调整导轨， 14.辅助支撑轮，15.辅助滚轮支架，16.直线导轨块，17.直线导轨，18.后连接板，19.主 管，20.支管。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型进行详细说明。在空间桁架结构的施工中，主要切割支管端部的相贯线及其焊接坡口，一般对主 管无需加工，图Ia是主管19和支管20两个相贯的管件，图Ib显示的是已切割的支管端部 相贯线形状。本实用新型的切割机主要用于加工支管端部的相贯线及焊接坡口，也可进行 管件端部的任意切割。本实用新型三自由度数控相贯线切割机的一种结构实施例如图2所示，包括车体 3及带动车体3运动的磁性滚轮4，车体3用于绕被切割管件9的轴线做绕被切割管件9的 回转行走运动，磁性滚轮4保证在车体3行走过程中吸附在管件外壁上；车体3上设置有驱 动丝杠1、丝母座2、直线导轨17和直线导轨块16组成的直线导轨副，驱动丝杠1通过后连 接板18与直线导轨17连接，驱动丝杠1通过后连接板18驱动直线导轨17，并带动切割机 实现沿被加工管件轴向做直线运动；直线导轨17与前连接板5固定连接，前连接板5上设 置有与直线导轨17垂直方向直线运动的调整导轨13，通过调整导轨13实现割炬6沿与直 线导轨17垂直方向(管件径向)的调整，以满足不同管件9的径向尺寸变化的加工需要，该 调整运动只在加工不同管件前手动调整，在切割过程中固定；调整导轨13与支架板10固定 连接，支架板10还与摆杆支座11固定连接，摆杆支座11内设置有由电机驱动的摆杆回转 轴12，摆杆回转轴12与摆杆8、割炬调节杆7、割炬6依次固定连接，割炬6通过摆杆8绕摆 杆回转轴12摆动，以使割炬6绕其火焰外焰处做被切割管件9纵切面内的摆动运动，其动 作通过摆杆回转轴12驱动来实现；通过割炬调节杆7实现割炬6前端火焰相对其回摆中心 位置的调整。车体3的一侧设置有由辅助滚轮支架15和辅助支撑轮14组成的辅助支撑装置， 可以保证切割机在地面独立切割时的辅助支撑。本实用新型切割机的工作原理如下被切割管件9放在支架上或放在地面上，切割机四个磁性滚轮4吸在被切割管件 9的外壁上，保证切割机绕管件轴线沿外壁爬行，磁性滚轮4通过电机驱动行走；车体3上 的两根直线导轨17保证割炬6沿被切割管件9轴线移动，可通过丝杠1驱动；通过这两个 运动的插补可以实现任意相贯线形状的切割。摆杆8可以保证割炬6在切割相贯线时，能够摆过一定角度，以实现相应的焊接坡 口的切割，同时也保证了割炬6在转动过程中火焰外焰的位置不变，这样可以减少这个方 向的运动插补，简化切割机的控制难度。另外，当切割不同管径的管件时，可通过支架板10与前连接板5之间的调整导轨13作手动调整后固定，即可实现不同管径切割。通过割炬调节杆7调节割炬火焰相对其回 摆中心的位置，以满足不同割炬尺寸的要求。本实用新型的切割机具有三个运动自由度，在加工过程中需要三个独立运动，以 完成管件相贯线及其焊接坡口的切割，这三个运动自由度分别由三个电机驱动，加工时三 轴联动控制。本实用新型具有三个运动自由度的数控相贯线切割机，由磁性滚轮吸附在被切割 的管件外壁上，并由该滚轮驱动，沿管外壁绕被切割管轴线爬行，实现绕管件轴线的回转运 动，切割机不受被切割管件最大尺寸限制，可方便施工现场使用；切割机所携带的割炬通过 直线导轨沿被切割管件轴线方向做直线移动；通过这两个运动可加工出任意相贯线；同时 为了切割出相应的焊接坡口，在割炬上设置一个摆动运动自由度，以调整割炬的切割姿态， 实现焊接坡口的切割；设置调整导轨副，以适应不同管径尺寸切割需要；设置割炬调节杆 来调节割炬火焰相对其回摆中心的位置，以满足不同割炬尺寸的要求；为了满足切割机的 独立自动切割要求，实现遥控操作，还设置了辅助支撑轮系统。
权利要求一种三自由度数控相贯线切割机，其特征在于，包括车体(3)及带动车体(3)运动的磁性滚轮(4)，使磁性滚轮(4)带动车体(3)吸附在被切割管件(9)外壁上作绕被切割管件(9)的回转运动；车体(3)上设置有驱动丝杠(1)、丝母座(2)、直线导轨(17)和直线导轨块(16)组成的直线导轨副，驱动丝杠(1)驱动直线导轨(17)沿被切割管件(9)轴向做直线运动；所述的直线导轨(17)与前连接板(5)固定连接，前连接板(5)上设置有与直线导轨(17)垂直方向直线运动的调整导轨(13)；调整导轨(13)与支架板(10)固定连接，支架板(10)还与摆杆支座(11)固定连接，摆杆支座(11)内设置有由电机驱动的摆杆回转轴(12)，摆杆回转轴(12)与摆杆(8)、割炬调节杆(7)、割炬(6)依次固定连接，摆杆回转轴(12)通过摆杆(8)带动割炬(6)实现被切割管件(9)纵切面内的摆动运动。
2.按照权利要求1所述的切割机，其特征在于所述车体(3)的一侧设置有由辅助滚轮 支架(15)和辅助支撑轮(14)组成的辅助支撑装置。
专利摘要本实用新型公开了一种三自由度数控相贯线切割机，包括可沿管件(工件)外壁做回转运动的车体，还包括直线导轨副，可使割炬沿管件轴线方向作直线运动，通过摆杆可使割炬绕其火焰的外焰作摆动运动。通过这三个运动的插补可实现管件相贯线及其焊接坡口的切割。本实用新型的切割机可适用于不同管径的切割，结构轻便，价格便宜，尤其在中大型管件切割中优势明显，可以方便在施工现场使用，对推动相贯线数控切割机的普及，提高空间钢结构的施工质量具有重要意义。
文档编号B23K7/00GK201728445SQ20092031387
公开日2011年2月2日 申请日期2009年11月2日 优先权日2009年11月2日
发明者张广鹏, 彭立立, 韩华刚 申请人:西安理工大学