本發(fā)明涉及可加工坡口的半自動靠模管道相貫線切割設(shè)備，屬于機(jī)械加工業(yè)及其裝備領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

相貫線切割設(shè)備廣泛運(yùn)用于建筑、化工、造船、機(jī)械工程、冶金、電力等行業(yè)的管道結(jié)構(gòu)件的切割加工。相貫線切割設(shè)備一般包括切割機(jī)頭、爪盤、滾輪架三部分，其中切割機(jī)頭兼具走相貫線軌跡和切割的功能，機(jī)構(gòu)運(yùn)行靈敏度和精確度要求較高，所以結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，是相貫線切割設(shè)備中的核心部分。

目前，在機(jī)械加工過程中，現(xiàn)有管材切割包括常用的方式有三種類型：手工切割、半自動切割機(jī)切割及相貫線切割機(jī)切割三種類型。第一類手工切割，其優(yōu)點(diǎn)是靈活方便，操作簡單，成本低，但手工切割質(zhì)量差、尺寸誤差大、材料浪費(fèi)大、后續(xù)加工工作量大，同時勞動條件惡劣，勞動強(qiáng)度高，生產(chǎn)效率低。第二類半自動切割機(jī)切割，雖然降低了工人勞動強(qiáng)度，但其功能簡單，只適合一些較規(guī)則形狀的零件切割。第三類相貫線切割機(jī)切割，可有效地提高板材切割地效率、切割質(zhì)量，減輕操作者地勞動強(qiáng)度，其主要品種為：數(shù)控火焰相貫線切割機(jī)和數(shù)控等離子相貫線切割機(jī)。前者具有大厚度碳鋼切割能力，切割費(fèi)用較低，但存在切割變形大，切割精度不高，而且切割速度較低，切割預(yù)熱時間、穿孔時間長，較難適應(yīng)全自動化操作的需要。它的應(yīng)用場合主要限于碳鋼、大厚度板材切割，在中、薄碳鋼板材切割上會被等離子切割代替。后者具有切割領(lǐng)域?qū)挘汕懈钏薪饘俟懿?，切割速度快，效率高，切割速度可達(dá)10m/min以上。采用精細(xì)等離子切割已使切割質(zhì)量接近激光切割水平，目前隨著大功率等離子切割技術(shù)的成熟，切割厚度已超過100mm，拓寬了數(shù)控等離子相貫線切割范圍。

我國機(jī)械工業(yè)鋼管使用量已達(dá)到3億噸以上，鋼管的切割量非常大，隨著現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，對管材切割加工的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量的要求也同時提高，因而相貫線切割機(jī)的市場潛力還是很大的，市場前景比較樂觀。但是，由于相貫線切割機(jī)的售價、維護(hù)等費(fèi)用比較高，考慮到成本和效益，目前在我國的一些中小企業(yè)甚至在一些大型企業(yè)中，使用手工切割和半自動切割的方式還較為普遍。

針對國內(nèi)實(shí)際市場需求情況，設(shè)計(jì)一款性價比相對較高的專用相貫線切割工具，可以在進(jìn)行相貫線切割的同時完成坡口的加工工作，以此來填補(bǔ)國內(nèi)市場空白。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種可加工坡口的半自動靠模管道相貫線切割設(shè)備，利用靠?？梢栽诒ＷC加工質(zhì)量的情況下極大的降低生產(chǎn)成本，同時生產(chǎn)效率也得到了顯著的提高,且切割設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種可加工坡口的半自動靠模管道相貫線切割設(shè)備，包括底座、位于底座上的固定支架、移動支架和位于移動支架上的固定架，所述移動支架通過移動裝置在底座上移動，所述固定架上安裝有電機(jī)，電機(jī)與安裝在固定架上的主軸連接，主軸通過電機(jī)帶動轉(zhuǎn)動，所述主軸穿過位于移動支架上的靠模凸輪構(gòu)件，靠模凸輪構(gòu)件安裝在移動支架上，靠模凸輪構(gòu)件包含靠模輪廓和凸輪輪廓，所述通過連接板主軸的末端通過連接板固定連接有平行四邊形連桿，平行四邊形連桿一個頂點(diǎn)與靠模推桿連接，靠模推桿的一端頂住靠模輪廓，平行四邊形連桿的導(dǎo)向槽一邊延伸與有導(dǎo)向槽，導(dǎo)向槽內(nèi)有銷軸，銷軸固定在凸輪推桿上，凸輪推桿一端固定在連接板上，另一端頂住凸輪輪廓，平行四邊形連桿與割槍固定桿鉸接，割槍固定桿上安裝有割槍，待割管道固定在固定支架上。

作為優(yōu)選，所述平行四邊形連桿包含第一連桿、第二連桿、第三連桿和第四連桿，所述第一連桿與主軸平行，第一連桿焊接或螺紋固定在連接桿上，第一連桿兩端鉸接有第二連桿和第四連桿，第二連桿和第四連桿分別與第三連桿鉸接，導(dǎo)向槽第二連桿的端部設(shè)有導(dǎo)向槽，第一連桿與靠模推桿連接。

作為優(yōu)選，所述第三連桿與第五連桿連接，第四連桿與第六連桿鉸接，割槍固定桿同時與第五連桿和第六連桿鉸接。

作為優(yōu)選，所述移動裝置包含絲杠螺母和絲杠，移動支架與絲杠螺母連接，通過絲杠轉(zhuǎn)動帶動移動支架移動。

作為優(yōu)選，所述固定支架上安裝有三爪卡盤，底座上安裝有千斤頂，待割管道一端通過三爪卡盤固定，另一端通過千斤頂支撐。

作為優(yōu)選，所述靠模推桿和凸輪推桿均通過螺栓安裝在連接板上。

在本發(fā)明中，所述型線控制模塊的電機(jī)驅(qū)動主軸帶動平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時，凸輪推桿在靠模凸輪構(gòu)件凸輪輪廓約束下驅(qū)動平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)變形，控制割槍傾斜角度，達(dá)到剖口加工要求；靠模推桿在靠模凸輪構(gòu)件的靠模輪廓約束下驅(qū)動平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)整體作沿主軸軸線的往復(fù)運(yùn)動，配合凸輪推桿的運(yùn)動,形成管道空間相貫線軌跡。

在本發(fā)明中，由于需要加工出符合要求的帶坡口空間相貫線，所以在工作原理的設(shè)計(jì)上主要考慮兩個方面：

(1)空間相貫線軌跡的加工

通過分析空間相貫線的成形原理，在本發(fā)明中采取了運(yùn)動合成的實(shí)現(xiàn)方案，與靠?？刂频募夹g(shù)方法。在對管道相貫線進(jìn)行分析時發(fā)現(xiàn)，在主視圖與俯視圖中相貫線的投影是規(guī)律的軸對稱曲線，所以通過一個旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(二維)和一個直線運(yùn)動(一維)的合成，我們可以實(shí)現(xiàn)三維的空間相貫線的切割。旋轉(zhuǎn)半徑為支管的半徑，即為主軸到AB桿的距離，直線運(yùn)動是由所需加工的相貫線所決定的，通過制作靠模來實(shí)現(xiàn)控制。

(2)坡口的加工

對于破口的加工采取了凸輪與平行四邊形機(jī)構(gòu)，利用平行四邊形機(jī)構(gòu)可以很好地在不改變割點(diǎn)位置的情況下改變割槍姿態(tài)。由于采用靠模與凸輪需要進(jìn)行幾何封閉或力封閉，優(yōu)選彈簧力進(jìn)行封閉，這樣就可以保證型線控制模板承受靜應(yīng)力保證機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性，確保加工質(zhì)量。

有益效果：本發(fā)明的可加工坡口的半自動靠模管道相貫線切割設(shè)備，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)利用仿形加工的原理，通過運(yùn)動的合成實(shí)現(xiàn)對空間管道相貫線的切割，可以有效解決手工切割、半自動切割勞動強(qiáng)度大很難加工相貫線，數(shù)控管切割加工單一尺寸大批量的工件時不經(jīng)濟(jì)的問題；

(2)由于使用靠模進(jìn)行相貫線切割控制，很好的協(xié)調(diào)了手工切割與數(shù)控切割兩者的利弊，這屬于一種半自動切割設(shè)備，在需要改變切割相貫線的尺寸是只需要調(diào)整旋轉(zhuǎn)半徑，更換配套的靠模即可。結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，對工作環(huán)境無特殊要求，很好的協(xié)調(diào)了質(zhì)量，經(jīng)濟(jì)，效率三者之間的關(guān)系；

(3)利用平行四邊形可變形原理，在保證相貫線準(zhǔn)確無誤的前提下，通過配合不同的凸輪去加工出我們所需要的坡口；

(4)采取定滑輪重錘機(jī)構(gòu)進(jìn)行力封閉，這樣就可以保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)型線控制模板承受靜應(yīng)力保證機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性，確保加工質(zhì)量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的主視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的左視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為圖1中平行四邊形機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為圖1中靠模凸輪構(gòu)件的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1至圖5所示，本發(fā)明的一種可加工坡口的半自動靠模管道相貫線切割設(shè)備，包括底座1、位于底座1上的固定支架、移動支架4和位于移動支架4上的固定架6，所述移動支架4通過移動裝置在底座1上移動，所述移動裝置包含絲杠螺母和絲杠，移動支架4與絲杠螺母連接，通過絲杠轉(zhuǎn)動帶動移動支架4移動，移動支架安裝在滑塊上，滑塊套在滑動導(dǎo)軌2上，所述固定架6上安裝有電機(jī)7，電機(jī)7與安裝在固定架6上的主軸8連接，主軸8通過電機(jī)7帶動轉(zhuǎn)動，所述主軸8穿過位于移動支架4上的靠模凸輪構(gòu)件13，靠模凸輪構(gòu)件13安裝在移動支架4上，靠模凸輪構(gòu)件13包含靠模輪廓131和凸輪輪廓132，所述主軸8的末端通過連接板81固定連接有平行四邊形連桿9，平行四邊形連桿9一個頂點(diǎn)與靠模推桿連接，靠模推桿的一端頂住靠模輪廓131，平行四邊形連桿9的導(dǎo)向槽一邊延伸與有導(dǎo)向槽，導(dǎo)向槽內(nèi)有銷軸14，導(dǎo)向槽沿銷軸14移動，銷軸14固定在凸輪推桿93上，凸輪推桿93一端固定在安裝板81上，另一端頂住凸輪輪廓132，平行四邊形連桿9與割槍固定桿97鉸接，割槍固定桿97上安裝有割槍10，待割管道11固定在固定支架6上，所述固定支架6上安裝有三爪卡盤12，底座1上安裝有千斤頂5，待割管道11一端通過三爪卡盤12固定，另一端通過千斤頂5支撐。

在本發(fā)明中，所述平行四邊形連桿9包含第一連桿91、第二連桿92、第三連桿93和第四連桿95，組成四邊形的四個頂點(diǎn)為A、B、C、D，第一連桿91為AB桿，第二連桿92為BC桿，第三連桿93為CD桿，第四連桿95為DA桿，所述第一連桿與主軸8平行，第一連桿固定在連接板上，第一連桿91兩端鉸接有第二連桿92和第四連桿95，第二連桿92和第四連桿95分別與第三連桿93鉸接，第二連桿92的端部與導(dǎo)向槽連接，第一連桿91與靠模推桿為同一桿。

在本發(fā)明中，所述第三連桿93與第五連桿固定連接，第三連桿93與第五連桿優(yōu)選為同一桿，第四連桿95與第六連桿96鉸接，割槍固定桿97同時與第五連桿和第六連桿96鉸接，第五連桿為DE桿，第六連桿96為FG桿，DEFG組成平行四邊形，平行四邊形機(jī)構(gòu)ABCD和DEFG串聯(lián)，其中平行四邊形ABCD可控制管道相貫線的加工參數(shù)，平行四邊形DEFG可調(diào)節(jié)割槍10的角度，進(jìn)而控制剖口參數(shù)。

在本發(fā)明中，所述靠模凸輪構(gòu)件13的環(huán)形圓柱凸輪與靠模結(jié)構(gòu)采用單個零件整體加工的制作方案，以防二者產(chǎn)生相位差，影響加工精度。所述靠模推桿與靠模輪廓、凸輪推桿93與凸輪輪廓間采用結(jié)構(gòu)封閉或彈性力封閉方式，以提高設(shè)備工作穩(wěn)定性和可靠性。所述平行四邊形連桿9采用兩個或多個四邊形機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成，分別用于管道空間相貫線和剖口角度等參數(shù)的調(diào)節(jié)。

在本發(fā)明中，所述一種可加工剖口的新型半自動靠模管道相貫線切割設(shè)備的整體框架選用工業(yè)鋁型材歐標(biāo)4020搭建而成，在設(shè)計(jì)過程中盡量使用標(biāo)準(zhǔn)件，這樣可以提高制作精度降低設(shè)備的制作成本。對于光軸和絲杠的強(qiáng)度都進(jìn)行了校核，保證了設(shè)備的強(qiáng)度要求。

上述可加工剖口的新型半自動靠模管道相貫線切割設(shè)備的工作方法，工作過程以下：

(1)根據(jù)待加工管道和所需加工坡口的尺寸信息選擇合適的靠模凸輪構(gòu)件13，并安裝在底座1上；

(2)把待管道通過三爪卡盤12和千斤頂5支撐的V形塊裝夾到位；

(3)調(diào)節(jié)靠模凸輪機(jī)構(gòu)、平行四邊形機(jī)構(gòu)沿主軸8方向和管道軸線方向的位置，確定相貫線切割位置；

(4)檢查凸輪推桿93、靠模推桿與靠模凸輪構(gòu)件13接觸無誤后，啟動設(shè)備電源加工出所需帶坡口的管道相貫線；

(5)加工完成，斷電，清掃設(shè)備準(zhǔn)備下一次加工。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。