電腦全自動金屬鋸割工具機的製作方法

2023-05-05 06:45:11

專利名稱：電腦全自動金屬鋸割工具機的製作方法
技術領域：
本實用新型屬一種金屬加工工具機，具體地說是一種專用於下料的全自動金屬鋸割設備。
用於金屬坯料鋸割下料的專用設備近幾年來有很快發展。在國外，有大量下料工作時量的廠家已經淘汰了鋸口寬，效率低的圓盤鋸和弓形鋸，取而代之的是金屬帶鋸床，金屬帶鋸床以其切割效率高，切斷面質量高，切斷速度快而深為廣大企業所喜愛。目前已經從普通手控鋸床、發展到半自動鋸床，又發展到全自動鋸割工具機。目前正向高精度、高平穩度、高自動化成度發展的十分迅速。目前，自動化鋸割工具機中較為先進的屬日本AMADA公司產品，它的基本結構包括由床身，可以起落的頭架總成，設置在頭架總成內的鋸條及其傳動機構，送料機構，坯料夾緊機構，進刀機構，冷卻系統，以及與以上各種機構相配套的機械傳動部件和動力電機組成的機械部分，由液壓棧、液壓閥及相應的液壓管道組成的液壓驅動部分；由各類傳感器，微電腦以及相應執行機構組成的自動控制部分。這幾部分組成一個電腦自動化金屬鋸割工具機。由於電腦技術和液壓技術的應用，使金屬鋸割工具機有了一個很大的進步，但是，目前的這類產品仍存在著體積笨重、控制櫃體積大、切割精度不高、易出故障及電腦操作麻煩等等一系列的缺點。特別是目前鋸割工具機大多仍沿用擋塊定尺(即採用位置傳感器控制送料)或採用步進電機控制下料尺寸，因而實際上達不到高檔自動化程度，開機過程中仍須用人來調整擋塊的位置，更不能實現對坯料尺寸的隋機性在線測量。因而極大的阻礙金屬鋸床的向高精度下料的進步，除此之外，象冷卻系統，鋼刷除屑器等方面存在著許多弱點，改變傳統的設計結構已關係到自動化金屬鋸床的前途與命運。
本實用新型的目的即是提供一種新式金屬鋸割工具機的結構設計，從改進機械方式定尺打開一個提高金屬帶鋸床精度的新路子，並克服現有工具機的一系列影響到鋸床加工質量的弱點，從而產生一個高精度、易操作的真正全自動金屬鋸割工具機。
本實用新型的基本構思是改變機械方式定尺的傳統結構，而採用在批量切斷坯料過程中可以實現在線隨機測量的長度傳感器，利用傳感器採集到的坯料進給尺寸信號進行自動化全過程處理，從而有效地實現高精度、批下料處理。將下料的標準尺寸預置在計算機內存中，和每次進料的實際長度尺寸相比較，可以迅速而準確地保證每次進料的精確長度，從而將鋸床的控制精度提高一個數量級。長度傳感器有多種，通常可以採用光柵尺，或磁柵尺。
本實用新型的改進還在於自動控制部分中將傳統結構中的豎直接近工件傳感器變為橫向接近旋轉式接近開關。這個傳感器主要用來探測鋸條是否接近坯料。如果這個傳感器接觸到坯料，即表明鋸條已接近坯料，頭架的下降速度必須立即減小到鋸條的進刀速度。傳統的結構中由於豎直式的接近開關佔據了鋸條與床身之間的有效空間，則使得鋸床的最大鋸切坯料尺寸不得不減小。而橫向式旋轉開關的設計則可以使鋸割機術的工作範圍大大擴展。這個傳感器的具體結構包括一個可以旋轉的拐臂，復位彈簧和微動開關。當拐臂接觸到坯料後產生旋轉，轉動部分壓迫微動開關從而使其向微電腦發出一個頭架沉降速度轉化為進刀速度的命令。如此改進雖然十分簡單，但是相當有效地擴大了工具機的最大加工尺，即增大了本專利產品性能價格比優勢。由於本設計的改進原來可加工250mm外圓的鋸割工具機可以加工400mm直徑的圓鋼，加工範圍擴大60％。
本實用新型的基本構思的又一特點是增強人機對話的功能以處理在連續過程中的各種應變操作，比如，中間改變鋸割參數，改變操作程序，故障停機處理等，其關鍵在於在控制部分中設置了一個最高優先權鍵－暫停鍵K。按動此鍵後工具機即保持暫停狀態，修改命令參數後可立即恢復繼續運行，以上過程靠預置在微電腦中的軟體實現全自動控制過程。
本實用新型的特點還在於採用了切削液的內循環式結構，即切削冷卻液全部從機器內部設置的切削液通道實現循環，整機幾乎沒有外置管路。切削液通過循環水泵的作用從水箱直接進入頭架總成，再通過頭架總成中的右、左導向器內部水道直接噴淋在工作中的鋸片上。因而整機顯得簡潔大方，乾淨利落。另外，傳統的鋸床結構中，設計有一個鋼絲刷用來做除屑器。這是用來清除鋸齒之間殘留下來的鐵屑，這些鐵屑存在鋸齒之間會加大切削阻力，但使用鋼絲刷式除屑器極易磨損鋸條，因而是設計師十分頭痛的事情。採用切削液內循環式結構後，我們在右導向器切削液出口設計成二組指向鋸齒的高壓噴咀，以此來代替鋼刷除屑器。從噴咀射出來的切削液，以較高的壓力垂直於鋸條運動方向噴射在鋸齒上從而很方便地衝去切削殘屑而且並不磨損鋸條，因而此項改進可以大大地延長鋸條的使用壽命，因而這對於鋸割工具機的使用廠家具有相當重要的意義。
下面我們將結合附圖進一步說明本實用新型的目的是如何實現的


圖1為電腦全自動鋸割工具機的結構示意圖中的正面視圖。
圖2為
圖1的右視圖。
圖3為右導向器中高壓噴咀示意圖，其中B為A的左視圖。
圖4為橫向旋轉式接近開關的結構示意圖。
圖5為控制部分中的電腦結構框圖。
其中1為頭架總成，2為微電腦，3為微電腦託架，4為左導向器，5為接料臺，6為鋸條，7為液壓驅動虎鉗，8為右導向器，9為前床身，10為電機皮帶輪，11為切削進刀控制器，12為送料臺架，13為頭架升起油缸上支架，14為橫向接近旋轉式開關，15為暫停鍵，16電腦的外部命令輸入鍵，17為LED顯示器，18為變速皮帶輪保護罩，19為長度傳感器，20為盛切削液的水箱，21為長度信號電纜線，22為坯料，23為後床身，24為坯料導滾，25為右導向器中的高壓噴咀口，26為右導向器中的高壓水道，27為彈簧，28為代轉軸的拐臂，29為微動開關。30為微處理器，31為輸入擴展接口，32為輸入命令鍵盤，33為LED顯示器驅動電路，34與長度傳感器匹配的模數轉換器，35為檢測信號輸入接口，36為切削速度調節器的數模轉換接口。
從附圖中可以看出長度傳感器19固定在後床身23的某一合適位置，應用它來檢測進料機構的行走距離，然後將採集到的信號通過電纜線21送入微電腦中的模數轉換器34變為數位化脈衝信號，然後送入比較器中可以實現精確的送料控制，其重複鋸割的長度誤差可以控制在0.05mm之內，這是步進電機式的進料控制中很難實現的，其主要原因是間接控制下無法保證執行機構的精度。具體方案中可採用光柵尺或磁柵尺做為長度傳感器。
工具機最大的鋸割尺寸取決於鋸條與床面之間的空間大小，傳統的控制部分中依靠一個豎直接近開關來探測待鋸割坯料22，從而將快速下降的頭架控制轉換為進刀速度，由於按裝豎直接近開關佔據了有效空間，因而限制了加工的最大直徑，從
圖1及圖4可以看出，自動控制部分採用的鋸條接近傳感器改進為橫向旋轉式接近開關14來取代，這個傳感器由一代轉軸的臂28，彈簧27和微動開關29組成，由於拐臂28的特殊形狀，其可以大大減少所佔據的有效空間，當拐臂28觸及待加工坯料22後，立即產生旋轉，在拐臂28末端缺口處設置有一個微動開關29，微量旋轉即可啟動該開關，從而向微電腦傳出改變頭架下降速度的信號。
最高優先權鍵K的設置，是為了加強連續工作的情況下修改參數與控制程序的可能，加強了隨機狀態下人機對話的靈活度，其中斷後所有有效參數不但可以寄存，而且可以修改，修後恢復執行時可按記憶暫停狀態下的情況繼續執行，因而使得本機的操作十分靈活，此項功能的具體實現依賴於軟體中的中斷程序。參考附
圖1、2可以看出冷卻系統中切削液的循環水道基本上都在頭架總成內，只有從水箱20到頭架之間有一段軟管連接，另外，冷卻液的作用不僅僅是冷卻，從右導向器噴出的冷卻液還另擔負著除屑作用，它利用了設置在右導向器上的高壓噴嘴25衝去殘屑從而取代了鋼刷除屑器，從附圖3中可以看出，進入右導向器8的切削液通道在內部分為四個高壓噴嘴口，兩個一組，分別從鋸條6的兩個側面直接射向鋸齒的根部，每個噴嘴射出的冷卻液柱與鋸條6平面成5－10°的傾斜角，兩組噴嘴分別設置在右導向器內導向軸承前後，經過兩次噴射可100％除去鋸屑，並大大降低了鋸條的磨損，因而在本設計中是十分重要的改進。
根據本實用新型的目的設計的配套電腦是最能顯示本工具機優勢的又一關鍵，電腦系統採用單片機做為微處理器30，具體可採用8039、8051、8098以及其它型號片子，外圍增加一個輸入輸出擴展接口31，它主要來接受自鍵盤32的外部輸入命令，以設置鋸割過程中的各種控制參數，如下料長度，連續下料根數、切削進刀量，以及各類控制命令。同時這個接口根據微電腦的判斷結果向各執行機構，伺服機構，輸出指令，如啟動液壓管道中的磁力閥，使工具機停止或開始運轉的交流接觸器啟動或釋放等。外圍結構中還設有LED顯示器驅動電路33，以閱讀或監視各種運行參數。設有專門與長度傳感器相匹配的模數轉換器34，它主要用來保證長度傳感器19能實現高精度的在線檢測，從而保證本機具有較高的加工精度，因而本轉換器實際上是本實用新型的又一關鍵之一，它主要用來加工採集到的長度信號，消除幹擾，修正誤差。外圍設備中還有一個故障檢測信號輸入接入35，它主要用來監測鋸片的張緊度，以防止鋸條過緊的張力或突然斷裂，也可防止因切削負荷過大，鋸條溫度過高等等之類的故障產生，具體的結構可採用傳統技術因而不再贅述。為使得本機的控制系統既顯示其高度自動化成度又能體現出操作靈活適應性強的特點，設計了多種操作方式。操作人員可直接語言式對話改動程序。而無須做出很大的努力。這主要現在人機對話式鍵盤上，命令可由鍵盤32直接送入微電腦，而不須任何專業化軟人員的協助去完成程序的變動，方便於操作工人。主要的輸入鍵設計件有數字撥碼盤，利用它可以輸入下料長度，根數等一系列參數。下料長度鍵，根數鍵，參數修改鍵，啟動鍵，暫停鍵，繼續鍵，自動、手動轉換鍵，頭架升、降鍵，點送鍵、液壓虎鉗的前後加緊鍵，這些鍵的設立使本機操作具有極大靈活性，且極易掌握。操作工人往往在幾分鐘內即可學會操作規範。
為使本機的加工性能進一步提高，本設計中的採用液壓驅動式虎鉗7做為坯料的夾緊機構，同時又做為進送料的執行機構，因而，本機中設有兩組液壓式虎鉗，一組為固定式，其設置在頭架正下方的前床身9上，一組為移動送料用液壓虎鉗，固定在後床身上的移動滑軌上，可移動的距離為最大一次送料行程，超過一次最大行程的下料長度，微電腦可自動指令虎鉗重複送加實現。虎鉗的夾緊和進退均由液壓驅動。為了進一步提高本機在切割小直徑圓鋼或其它材料的效率，本設計中在兩組液壓式虎鉗均配有垂直夾緊附件，它實際上是一個可固定在虎鉗上的可沿垂直方向驅動的附屬夾緊裝置，它主要結構包括一個液壓油缸及由它驅動的垂直移動夾板組成。當需要時可將偶數根坯料一起夾緊，然後鋸割下料，這樣可大大提高加工效率，提高工具機的使用率。
為進一步提高整體美感及操作方便，本機設計中還將頭架總成1的平面與鉛垂直面成5°以上的傾斜角。
採用本實用新型設計製造出來的全自動鋸割工具機，完好地實現了高精度的在線隨機測量和高精度下料，其經過試驗平均下料尺寸與預置數據誤差為±0.05mm，且端面平滑，在鋸條的有效使用期內端面加工光潔度可達4以上，其端面平行度誤差高於普通車床截斷標準。特別是控制系統的全面改進和人機對話功能加強，使得本機的功能十分齊全，且操作人員的專業化水平可要求反而降低，因而，有較高的推廣應用價值。其鋸口寬度控制可以使得節省大量金屬材料，主要原因不僅由於鋸口窄，而在於可以實現精確下料尺寸，使下料時的預留加工量大大減少，這無疑將對整個金屬 行業都具有十分重要的意義。特別本機體積小，但加工直徑大，價格昂貴的鋸條可以提高25－30％壽命，綜合上述全部優點可以說明本實用新型的對推廣節材新技術將產生很大作用。
權利要求1.一種電腦全自動金屬鋸割工具機，其結構包括由床身、頭架總成、送料機構、坯料夾緊機構、鋸條及其傳動機構、進刀機構、冷卻系統以及與以上機構相配套的機械傳動和動力電機組成的機械部分，由液壓棧、液壓閥和配套的液壓管道組成的液壓驅動部分，由傳感器、微電腦和相應執行機構組成的自動控制部分，其特徵在於a、自動控制部分中設置了採集進料尺寸的長度傳感器11，b、自動控制部分中採用的鋸條接近工件傳感器為橫向接近旋轉式接近開關14，c、控制部分中外部命令輸入鍵中設置了一個最高優先權鍵--暫停鍵K，d、冷卻系統中採用切削液內循環式結構，切削液通過循環水泵從水箱20底直接進入頭架1，再通過頭架總成1中的左、右導向器4、8內部水道直接噴淋在工作鋸片6上，e、利用右導向器8上設置的切削液高壓噴嘴25代替鋼刷除屑器。
2.根據權利要求1所說的電腦全自動金屬鋸割工具機，其特徵在於自動控制部分中的電腦由微處理器30、輸入輸出擴展接口31，LED顯示器驅動電路33與長度傳感器相匹配的模數轉換器34，故障檢測信號輸入接口35，外部命令輸入鍵盤32組成。
3.根據權利要求2所述的電腦全自動金屬鋸割工具機，其特徵在於外部命令輸入鍵盤32的信號輸入與輸入輸出擴展接口31相連，輸入鍵設有數字撥碼盤，下料長度輸入鍵，下料根數輸入鍵，參數修改鍵，整機啟動鍵，參數修改鍵，暫停鍵，繼續鍵，頭架升起鍵，前後鬆緊鍵、點送鍵、頭架下落鍵，手工自動轉換鍵。
4.根據權利要求1或2所說的電腦全自動金屬鋸工具機，其特徵在於所說的長度傳感器19為光柵尺或磁柵尺，其固定在送料機構上，光柵採集到的坯料22送進長度信號由電纜線21送到專用的模數轉換器34，再送入微處理器30。
5.根據權利要求1所說的電腦全自動金屬鋸割工具機，其特徵在於所述的橫向旋轉式接近開關14由代轉軸的拐臂28，復位彈簧27和微動開關29組成。
6.根據權利要求1所說的電腦全自動金屬鋸割工具機，其特徵在於頭架總成1的平面與鉛直面成5°以上的傾斜角。
7.根據權利要求1所述的電腦全自動鋸割工具機，其特徵在於坯料22夾緊機構是設置在床身上的兩組液壓驅動虎鉗7，一組為定位液壓虎鉗設置在頭架總成1正下方的前床身上，一組為移動送料液壓虎鉗固定在後床身移動滑軌上，其可移動距離為本機一次最大送料行程。
8.根據權利要求1所說的電腦全自動鋸割工具機，其特徵在於在液壓驅動虎鉗7上可固定一個垂直方向驅動的夾緊裝置，由垂直液壓油杆和一由它驅動的垂直移動的夾板組合在一起構成。
專利摘要本實用新型涉及一種改進的電腦全自動金屬鋸割工具機，該工具機採用全新的長度傳感器來實現下料尺寸控制，配有橫向旋轉式進刀速度傳感器較大地擴展工具機3加工尺寸，採用了全新的封閉式冷卻系統，用高壓水冷噴嘴代替往日的鋼刷式除屑器，配套設計了實現高度自動化控制，並能隨機語言式人機對話的電腦系統，實現全液壓式驅動操作，從而將本機的加工精度大大提高，且能延長鋸條壽命，提高整機平穩度和下料端面的質量，因而有較好的推廣應用前景。
文檔編號B23D49/00GK2115168SQ91233338
公開日1992年9月9日 申請日期1991年12月28日 優先權日1991年12月28日
發明者趙虹麟 申請人:趙虹麟