鋼板切割方法

　　【技術(shù)領(lǐng)域】

　　[0001]本發(fā)明涉及鋼板切割技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種鋼板切割方法。

　　【背景技術(shù)】

　　[0002]現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)寬厚鋼板的過(guò)程中，某些鋼板需用火焰切割方法切斷以便滿足用戶對(duì)尺寸的要求。采用多割嘴同時(shí)進(jìn)行切割，從開(kāi)始切割到切完過(guò)程中，是將鋼板斷面一次性切斷。已切斷的鋼板受重力作用下沉，與鋼板母體分離較遠(yuǎn)，使切割作業(yè)面不是平面，導(dǎo)致整張鋼板切完呈現(xiàn)“鐮刀彎”形狀，而非矩形，不能滿足使用要求。

　　【發(fā)明內(nèi)容】

　　[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種鋼板切割方法，使切后鋼板呈現(xiàn)矩形，滿足鋼板矩形度要求。

　　[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:

　　[0005]一種鋼板切割方法，包括:沿切割方向，從距鋼板的一端的第一距離的第一位置開(kāi)始切割；沿所述切割方向，切割至所述鋼板的第二位置后停止切割；沿所述切割方向，從距所述第二位置的第二距離的第三位置開(kāi)始切割所述鋼板的剩余部分；沿所述切割方向，切割所述鋼板的一端和所述第一位置之間的所述鋼板，以及所述第二位置和所述第三位置之間的所述鋼板。

　　[0006]進(jìn)一步:所述第一距離為10?20mm。

　　[0007]進(jìn)一步:所述第二距離為10?20_。

　　[0008]進(jìn)一步:所述第二位置為沿所述切割方向，所述鋼板的長(zhǎng)度的1/2位置。

　　[0009]進(jìn)一步:所述第二位置為沿所述切割方向，所述鋼板的長(zhǎng)度的2/3位置。

　　[0010]進(jìn)一步，當(dāng)所述第二位置為所述鋼板的長(zhǎng)度的2/3位置時(shí)，所述沿所述切割方向，切割至所述鋼板的第二位置后停止切割的過(guò)程之前還包括:沿所述切割方向，切割至所述鋼板的第四位置后停止切割；沿所述切割方向，從距所述第四位置的第三距離的第五位置開(kāi)始切割所述鋼板。

　　[0011]進(jìn)一步:所述從距所述第二位置的第二距離的第三位置開(kāi)始切割所述鋼板的剩余部分的過(guò)程之后還包括:切割所述第四位置和所述第五位置之間的所述鋼板。

　　[0012]進(jìn)一步:所述第四位置為沿所述切割方向，所述鋼板的長(zhǎng)度的1/3位置。

　　[0013]進(jìn)一步:所述第三距離為10?20_。

　　[0014]本發(fā)明的技術(shù)效果如下:

　　[0015]本發(fā)明實(shí)施例的鋼板切割方法利用了兩點(diǎn)連接鋼板臂一點(diǎn)連接時(shí)分?jǐn)偳袛嗟匿摪逯亓Γ邢鲁善?或廢料)因多個(gè)點(diǎn)與鋼板母體連接，相對(duì)母體的位移量較少，切割作業(yè)面趨于平面，使切后鋼板呈現(xiàn)矩形，滿足矩形度要求。

　　【附圖說(shuō)明】

　　[0016]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的鋼板切割過(guò)程的示意圖。

　　【具體實(shí)施方式】

　　[0017]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

　　[0018]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種鋼板切割方法。如圖1所示，為本發(fā)明實(shí)施例的鋼板切割過(guò)程的示意圖。箭頭指示的是切割方向，沿切割線5切割。該方法包括如下的過(guò)程:

　　[0019]步驟S1:沿切割方向，從距鋼板4的一端的第一距離I的第一位置開(kāi)始切割。

　　[0020]其中，第一距離I為10?20mm。鋼板4的一端可以是鋼板的頭部，也可以是鋼板4的尾部。

　　[0021]步驟S2:沿切割方向，切割至鋼板4的第二位置后停止切割。

　　[0022]其中，該第二位置根據(jù)鋼板4的長(zhǎng)度確定。當(dāng)鋼板4的長(zhǎng)度較短時(shí)，第二位置為沿切割方向，鋼板4的長(zhǎng)度的1/2位置。

　　[0023]當(dāng)鋼板4的長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)，如果一次性將第一位置和第二位置之間切斷，則鋼板4的矩形度較差，此時(shí)，該第二位置為鋼板4的長(zhǎng)度的2/3位置，優(yōu)選地，步驟S2的過(guò)程之前還可以包括如下的過(guò)程:

　　[0024]步驟Sll:沿切割方向，切割至鋼板4的第四位置后停止切割；

　　[0025]步驟S12:沿切割方向，從距第四位置的第三距離3的第五位置開(kāi)始切割鋼板4。

　　[0026]其中，第四位置為沿切割方向，鋼板4的長(zhǎng)度的2/3位置。第三距離3為10?20mm。

　　[0027]步驟S3:沿切割方向，從距第二位置的第二距離2的第三位置開(kāi)始切割鋼板4的剩余部分。

　　[0028]其中，第二距離2為10?20_。

　　[0029]步驟S4:沿切割方向，切割鋼板4的一端和第一位置之間的鋼板4，以及第二位置和第三位置之間的鋼板4。

　　[0030]其中，當(dāng)鋼板4的長(zhǎng)度較長(zhǎng)而實(shí)施了步驟Sll和S12，則步驟S3之后還包括切割第四位置和第五位置之間的鋼板4的步驟。

　　[0031]優(yōu)選該切割第四位置和第五位置之間的鋼板4的步驟按照切割方向，在切割鋼板4的一端和第一位置之間的鋼板4，以及第二位置和第三位置之間的鋼板4之間進(jìn)行。

　　[0032]本發(fā)明實(shí)施例的切割方法優(yōu)選采用火焰切割方法。通過(guò)點(diǎn)火、預(yù)熱后采用切割嘴切割，通過(guò)斷火停止切割。

　　[0033]下面以具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步地說(shuō)明。

　　[0034]實(shí)施例1

　　[0035]該實(shí)施例切割寬厚板風(fēng)電用鋼，鋼種為Q345E，待切割大板原料規(guī)格為18mm*3100mm*12500mm，要求尺寸為18mm*3000mm*12000mm。切割過(guò)程中，沿切割方向，在距鋼板頭部第一距離1mm的第一位置開(kāi)始切割，即第一位置不切斷。沿切割方向，切割至鋼板的第二位置后停止切割，即第二位置不切斷。第二位置為鋼板的長(zhǎng)度的1/2處，即距鋼板頭部6m位置處。沿切割方向，從距第二位置的第二距離1mm的第三位置開(kāi)始切割鋼板的剩余部分。割嘴將鋼板尾部斷面全部切斷后，返回將以上第一位置和第二位置將鋼板頭部和第一位置的之間的連接處、以及第二位置和第三位置之間的連接處依次切斷。分別取3點(diǎn)測(cè)量切后鋼板的寬度和長(zhǎng)度，其寬度值分別為3000mm、3001mm、3000mm，長(zhǎng)度值分別為12002mm、12000mm、12003mm,測(cè)量、計(jì)算對(duì)角線之差為0mm，滿足風(fēng)電產(chǎn)品使用要求。

　　[0036]實(shí)施例2

　　[0037]該實(shí)施例切割寬厚板結(jié)構(gòu)用鋼，鋼種為Q235B，待切割大板原料規(guī)格為10mm*2100mm*11000mm，要求下料尺寸為10mm*500mm*11000mm。切割過(guò)程中，5個(gè)割嘴同步切割。沿切割方向，在距鋼板頭部第一距離20mm的第一位置開(kāi)始切割，即第一位置不切斷。沿切割方向，切割至鋼板的第四位置后停止切割，即第四位置不切斷。第四位置為鋼板的長(zhǎng)度的1/3處，即距鋼板頭部3.5m處。沿切割方向，從距第四位置的第三距離20mm的第五位置開(kāi)始切割鋼板至第二位置后停止切割，即第二位置處不切斷。第二位置為鋼板的長(zhǎng)度的2/3處，即距鋼板頭部7m位置處。沿切割方向，從距第二位置的第二距離20mm的第三位置開(kāi)始切割鋼板的剩余部分。割嘴將鋼板尾部斷面全部切斷后，返回將以上第一位置、第四位置和第二位置將鋼板頭部和第一位置的之間的連接處、第四位置和第五位置的之間的連接處、以及第二位置和第三位置之間的連接處依次切斷。選取切下的4塊中的I塊成品，取3點(diǎn)測(cè)量寬度，寬度值分別為501mm、501mm、500mm，測(cè)量、計(jì)算對(duì)角線之差為1mm，滿足用戶對(duì)產(chǎn)品矩形度的要求。

　　[0038]綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例在不增加設(shè)備，無(wú)需改造現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上提供一種保證鋼板矩形度的鋼板切割方法。相對(duì)于將鋼板斷面一次性切斷的方法，該方法通過(guò)在待切割鋼板切割線的起始點(diǎn)、鋼板全長(zhǎng)的1/3、2/3或1/2處預(yù)留10?20mm斷面不切開(kāi)，目的在于兩點(diǎn)連接鋼板比一點(diǎn)連接時(shí)分?jǐn)偳袛嗟匿摪逯亓Γ邢鲁善?或廢料)因多個(gè)點(diǎn)與鋼板母體連接，相對(duì)母體的位移量較少，切割作業(yè)面趨于平面，使切后鋼板呈現(xiàn)矩形，滿足矩形度要求。未應(yīng)用本發(fā)明方法前，每月火切產(chǎn)生的不合格鋼板達(dá)20噸，以成品鋼板與廢鋼平均價(jià)差為1000元/噸，采用本發(fā)明的方法則全年可挽回經(jīng)濟(jì)損失約24萬(wàn)元。

　　[0039]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

　　【主權(quán)項(xiàng)】

　　1.一種鋼板切割方法，其特征在于，包括: 沿切割方向，從距鋼板的一端的第一距離的第一位置開(kāi)始切割； 沿所述切割方向，切割至所述鋼板的第二位置后停止切割； 沿所述切割方向，從距所述第二位置的第二距離的第三位置開(kāi)始切割所述鋼板的剩余部分； 沿所述切割方向，切割所述鋼板的一端和所述第一位置之間的所述鋼板，以及所述第二位置和所述第三位置之間的所述鋼板。

　　2.如權(quán)利要求1所述的鋼板切割方法，其特征在于:所述第一距離為10?20mm。

　　3.如權(quán)利要求1所述的鋼板切割方法，其特征在于:所述第二距離為10?20mm。

　　4.如權(quán)利要求1所述的鋼板切割方法，其特征在于:所述第二位置為沿所述切割方向，所述鋼板的長(zhǎng)度的1/2位置。

　　5.如權(quán)利要求1所述的鋼板切割方法，其特征在于:所述第二位置為沿所述切割方向，所述鋼板的長(zhǎng)度的2/3位置。

　　6.如權(quán)利要求5所述的鋼板切割方法，其特征在于，當(dāng)所述第二位置為所述鋼板的長(zhǎng)度的2/3位置時(shí)，所述沿所述切割方向，切割至所述鋼板的第二位置后停止切割的過(guò)程之前還包括: 沿所述切割方向，切割至所述鋼板的第四位置后停止切割； 沿所述切割方向，從距所述第四位置的第三距離的第五位置開(kāi)始切割所述鋼板。

　　7.如權(quán)利要求6所述的鋼板切割方法，其特征在于，所述從距所述第二位置的第二距離的第三位置開(kāi)始切割所述鋼板的剩余部分的過(guò)程之后還包括:切割所述第四位置和所述第五位置之間的所述鋼板。

　　8.如權(quán)利要求6所述的鋼板切割方法，其特征在于:所述第四位置為沿所述切割方向，所述鋼板的長(zhǎng)度的1/3位置。

　　9.如權(quán)利要求6所述的鋼板切割方法，其特征在于:所述第三距離為10?20mm。

　　【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種鋼板切割方法，包括：沿切割方向，從距鋼板的一端的第一距離的第一位置開(kāi)始切割；沿所述切割方向，切割至所述鋼板的第二位置后停止切割；沿所述切割方向，從距所述第二位置的第二距離的第三位置開(kāi)始切割所述鋼板的剩余部分；沿所述切割方向，切割所述鋼板的一端和所述第一位置之間的所述鋼板，以及所述第二位置和所述第三位置之間的所述鋼板。本發(fā)明實(shí)施例的鋼板切割方法利用了兩點(diǎn)連接鋼板臂一點(diǎn)連接時(shí)分?jǐn)偳袛嗟匿摪逯亓Γ邢鲁善?或廢料)因多個(gè)點(diǎn)與鋼板母體連接，相對(duì)母體的位移量較少，切割作業(yè)面趨于平面，使切后鋼板呈現(xiàn)矩形，滿足矩形度要求。

　　【IPC分類(lèi)】B23K7-00

　　【公開(kāi)號(hào)】CN104625313

　　【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410787274

　　【發(fā)明人】尚秀廷

　　【申請(qǐng)人】?jī)?nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司

　　【公開(kāi)日】2015年5月20日

　　【申請(qǐng)日】2014年12月17日

　　基于爬行機(jī)構(gòu)的便攜式管材切割裝置的制造方法

　　【技術(shù)領(lǐng)域】

　　[0001]本發(fā)明涉及一種管材切割機(jī)器人，尤其涉及一種基于爬行機(jī)構(gòu)的便攜式管材切割

　　目.0

　　【背景技術(shù)】

　　[0002]近年來(lái)，隨著我國(guó)工業(yè)水平和制造業(yè)水平的不斷進(jìn)步，大型復(fù)雜管桁架結(jié)構(gòu)正在被越來(lái)越廣泛的使用，比如工業(yè)產(chǎn)房、海洋作業(yè)平臺(tái)、體育場(chǎng)館、石油運(yùn)輸工程等。管桁架焊接結(jié)構(gòu)是指圓管桿件在端部相互直接相貫焊接而組成的格子式結(jié)構(gòu)。圓管件的使用使得管桁架結(jié)構(gòu)用料經(jīng)濟(jì)、結(jié)構(gòu)自重輕，易于構(gòu)成各種外形，滿足各種不同建筑形式的要求以適應(yīng)不同的用途。

　　[0003]切割加工是重工業(yè)的必要加工手段之一，數(shù)控切割機(jī)和切割機(jī)器人是切割領(lǐng)域中應(yīng)用的兩種典型的自動(dòng)化裝備。經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，基于數(shù)控技術(shù)的切割技術(shù)、工藝、配套軟件已經(jīng)日趨成熟，廣泛應(yīng)用于板材切割、型材切割、管材相貫線切割、3D曲面的數(shù)控切割。數(shù)控管切割機(jī)多采用具有串聯(lián)結(jié)構(gòu)的五軸四聯(lián)動(dòng)方式，少數(shù)采用六軸五聯(lián)動(dòng)。其特點(diǎn)是管材需卡盤(pán)定位和伺服回轉(zhuǎn)，必須配備復(fù)雜的支撐結(jié)構(gòu)。控制系統(tǒng)基于NC系統(tǒng)設(shè)計(jì)，無(wú)法直接對(duì)相貫線進(jìn)行編程和軌跡控制，而是通過(guò)外部程序提供相貫線的數(shù)學(xué)模型并根據(jù)數(shù)控切割機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算出相應(yīng)的切割軌跡NC文件。該方法采用空間直線段來(lái)逼近相貫線輪廓，因而其割炬的軌跡精度也較低。

　　[0004]基于機(jī)器人的切割系統(tǒng)則具有更高的靈活性和適應(yīng)性，因此適用于汽車(chē)、航天航空、造船、海洋平臺(tái)、鋼結(jié)構(gòu)等行業(yè)的型材切割、三維曲面切割、柔性切割等方面。

　　[0005]在現(xiàn)有的管切機(jī)器人中，(I)天津大學(xué)關(guān)于應(yīng)用TriVariant-B機(jī)器人構(gòu)建管道相貫線火焰切割作業(yè)單元并研宄其應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)，其缺點(diǎn)是切割精度控制難度大；對(duì)圓管的加工只限于管端，無(wú)法在圓管原材料上的中段進(jìn)行加工，即無(wú)法同時(shí)加工出零件的兩端；對(duì)于管件的加工，此機(jī)器人難以完成圓管零件的排樣切割。

　　[0006](2)哈爾濱工程大學(xué)研制的一種在圓管圓周方向上通過(guò)回轉(zhuǎn)臂的旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的自對(duì)心可旋式管端切割機(jī)器人，其缺點(diǎn)是整個(gè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)比較龐大；機(jī)器人無(wú)法在不變換裝夾的情況下加工出零件的兩端；機(jī)器人對(duì)加工環(huán)境的要求較高，特別是回轉(zhuǎn)軸與地面和圓管軸線的平行度。

　　[0007](3)哈爾濱工程大學(xué)研制的主要通過(guò)控制軟件的編寫(xiě)，以求機(jī)器人能根據(jù)工藝要求跟蹤切割曲線，最終完成相應(yīng)的切割加工的五自由度切割機(jī)器人，其缺點(diǎn)是機(jī)器人控制難度高；機(jī)器人無(wú)法加工管徑較大的圓管；機(jī)器人無(wú)法一次性對(duì)圓管管端進(jìn)行完整加工。

　　[0008](4)江蘇科技大學(xué)根據(jù)船用管馬鞍形切割和焊接生產(chǎn)的實(shí)際情況，制定了船用管切割和焊接技術(shù)要求，設(shè)計(jì)了機(jī)器人船用管馬鞍形切割和焊接系統(tǒng)，其缺點(diǎn)是機(jī)器人控制難度高；機(jī)器人無(wú)法一次性對(duì)圓管管端進(jìn)行完整加工。

　　【發(fā)明內(nèi)容】

　　[0009]本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問(wèn)題而提供一種基于爬行機(jī)構(gòu)的便攜式管材切割裝置。

　　[0010]本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的:

　　[0011]一種基于爬行機(jī)構(gòu)的便攜式管材切割裝置，包括直線導(dǎo)軌、管材支架、機(jī)器人支架和切割機(jī)器人，所述管材支架和所述機(jī)器人支架并列設(shè)置在所述直線導(dǎo)軌上，所述管材支架的上端設(shè)置有管材支撐裝置，所述切割機(jī)器人設(shè)置在所述機(jī)器人支架的上端，所述切割機(jī)器人包括環(huán)形中心架、環(huán)形T型導(dǎo)軌、三個(gè)定位爪和機(jī)械手末端執(zhí)行器，所述環(huán)形T型導(dǎo)軌設(shè)置在所述環(huán)形中心架內(nèi)，所述機(jī)械手末端執(zhí)行器的安裝端設(shè)置在所述環(huán)形T型導(dǎo)軌內(nèi)，并可沿其滑動(dòng)，三個(gè)所述定位爪沿所述環(huán)形中心架的圓心均勻設(shè)置在所述環(huán)形中心架上，且其內(nèi)端穿過(guò)所述環(huán)形中心架和所述環(huán)形T型導(dǎo)軌。

　　[0012]具體地，所述機(jī)械手末端執(zhí)行器包括笛卡爾操作臂和鉸鏈操作臂，所述笛卡爾操作臂的安裝端安裝在所述環(huán)形T型導(dǎo)軌內(nèi)，所述鉸鏈操作臂安裝在所述笛卡爾操作臂的工作端。

　　[0013]優(yōu)選地，所述笛卡爾操作臂設(shè)置有四個(gè)移動(dòng)副，所述鉸鏈操作臂設(shè)置有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。

　　[0014]在切割加工過(guò)程中保持管材固定，通過(guò)機(jī)械手末端執(zhí)行器在環(huán)形T型導(dǎo)軌上的爬行以及自身的擺動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)割炬切割，實(shí)現(xiàn)對(duì)管材焊接裝配面的加工。

　　[0015]具體地，所述管材支撐裝置包括支撐塊和兩個(gè)支撐輪，兩個(gè)所述支撐輪設(shè)置在所述支撐塊上方且沿所述支撐塊的中線對(duì)稱(chēng)，兩個(gè)所述支撐輪與所述直線導(dǎo)軌垂直，所述支撐塊的下端與所述管材支架固定連接。

　　[0016]具體地，所述管材支架和所述機(jī)器人支架3均包括滾輪和可伸縮支撐桿，所述滾輪安裝在所述可伸縮支撐桿的下端并設(shè)置在所述直線導(dǎo)軌內(nèi)。

　　[0017]由可伸縮支架組成的可升降式管材支架和機(jī)器人支架與采用三點(diǎn)定心原理的三個(gè)定位爪之間的共同配合實(shí)現(xiàn)對(duì)被切割管材中心的確定與半徑的調(diào)節(jié)。

　　[0018]具體地，所述環(huán)形中心架包括上環(huán)架和下環(huán)架，所述上環(huán)架和所述下環(huán)架通過(guò)轉(zhuǎn)軸可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述環(huán)形T型導(dǎo)軌包括上環(huán)導(dǎo)軌和下環(huán)導(dǎo)軌，所述上環(huán)導(dǎo)軌和所述下環(huán)導(dǎo)軌分別固定在所述上環(huán)架和所述下環(huán)架內(nèi)。

　　[0019]由兩部分組成的可拆分式環(huán)形中心架和環(huán)形T型導(dǎo)軌上下兩部分可分離，方便管材的裝卸。

　　[0020]本發(fā)明的有益效果在于:

　　[0021]本發(fā)明基于爬行機(jī)構(gòu)的便攜式管材切割裝置數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)單，不需要進(jìn)行繁瑣的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，降低機(jī)器人的控制難度且切割精度高；滿足較大管徑范圍圓管的切割；機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)輕且占地空間小，安裝方便，具有便攜性。

　　【附圖說(shuō)明】

　　[0022]圖1是本發(fā)明所述基于爬行機(jī)構(gòu)的便攜式管材切割裝置的主視圖；

　　[0023]圖2是本發(fā)明所述切割機(jī)器人的剖視圖；

　　[0024]圖3是本發(fā)明所述管材支撐裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

　　[0025]圖4是本發(fā)明所述機(jī)械手末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作原理圖。

　　【具體實(shí)施方式】

　　[0026]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明:

　　[0027]如圖1和圖2所示，本發(fā)明基于爬行機(jī)構(gòu)的便攜式管材切割裝置，包括直線導(dǎo)軌1、管材支架2、機(jī)器人支架3和切割機(jī)器人7，管材支架2和機(jī)器人支架3并列設(shè)置在直線導(dǎo)軌I上，管材支架2的上端設(shè)置有管材支撐裝置6，切割機(jī)器人7設(shè)置在機(jī)器人支架3的上端，切割機(jī)器人7包括環(huán)形中心架10、環(huán)形T型導(dǎo)軌11、三個(gè)定位爪12和機(jī)械手末端執(zhí)行器9，環(huán)形T型導(dǎo)軌11設(shè)置在環(huán)形中心架10內(nèi)，機(jī)械手末端執(zhí)行器9的安裝端設(shè)置在環(huán)形T型導(dǎo)軌11內(nèi)，并可沿其滑動(dòng)，三個(gè)定位爪12沿環(huán)形中心架10的圓心均勻設(shè)置在環(huán)形中心架10上，且其內(nèi)端穿過(guò)環(huán)形中心架10和環(huán)形T型導(dǎo)軌11，管材支架2和機(jī)器人支架3均包括滾輪4和可伸縮支撐桿5，滾輪4安裝在可伸縮支撐桿5的下端并設(shè)置在直線導(dǎo)軌I內(nèi)，環(huán)形中心架10包括上環(huán)架和下環(huán)架，上環(huán)架和下環(huán)架通過(guò)轉(zhuǎn)軸可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，環(huán)形T型導(dǎo)軌11包括上環(huán)導(dǎo)軌和下環(huán)導(dǎo)軌，上環(huán)導(dǎo)軌和下環(huán)導(dǎo)軌分別固定在上環(huán)架和下環(huán)架內(nèi)。

　　[0028]如圖3所示，管材支撐裝置6包括支撐塊61和兩個(gè)支撐輪62，兩個(gè)支撐輪62設(shè)置在支撐塊61上方且沿支撐塊61的中線對(duì)稱(chēng)，兩個(gè)支撐輪62與直線導(dǎo)軌I垂直，支撐塊61的下端與管材支架2固定連接。

　　[0029]如圖4所示，機(jī)械手末端執(zhí)行器9包括笛卡爾操作臂和鉸鏈操作臂94，笛卡爾操作臂的安裝端安裝在環(huán)形T型導(dǎo)軌11內(nèi)，鉸鏈操作臂94安裝在笛卡爾操作臂的工作端，笛卡爾操作臂設(shè)置有四個(gè)移動(dòng)副，鉸鏈操作臂94設(shè)置有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。

　　[0030]為了便于比較，將導(dǎo)致【背景技術(shù)】中現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)的原因做進(jìn)一步說(shuō)明

　　[0031]方案⑴的導(dǎo)致原因:機(jī)器人采用了 5自由度混聯(lián)的方式，并聯(lián)機(jī)構(gòu)對(duì)控制系統(tǒng)的要求較高，同時(shí)切割運(yùn)動(dòng)還應(yīng)配合串聯(lián)機(jī)構(gòu)，所以控制難度高；由于機(jī)器人切割加工時(shí)位于圓管前端，且鑒于其機(jī)械結(jié)構(gòu)，其無(wú)法加工圓管中段的任意位置；由于機(jī)器人只能位于原料管端加工

　　，故無(wú)法進(jìn)行排樣處理。

　　[0032]方案(2)的導(dǎo)致原因:由于其在圓管圓周方向上的運(yùn)動(dòng)主要是通過(guò)回轉(zhuǎn)臂的旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致被切割管件長(zhǎng)度與機(jī)械臂長(zhǎng)度有直接的關(guān)聯(lián)，要是被切割管件較長(zhǎng)，則機(jī)械臂需要設(shè)計(jì)較長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)；如果被切割管件較長(zhǎng)，在管件中間位置需放置支撐架，此時(shí)在加工遠(yuǎn)離機(jī)器人方向的圓管管端是將會(huì)產(chǎn)生干涉，必須重新裝夾；高質(zhì)量的加工必須保證回轉(zhuǎn)臂的旋轉(zhuǎn)位置精確。所以對(duì)回轉(zhuǎn)軸的平行度有很高的要求。

　　[0033]方案(3)的導(dǎo)致原因:由于此機(jī)器人采用了關(guān)節(jié)5關(guān)節(jié)串聯(lián)方式，且其中的4個(gè)關(guān)節(jié)均為旋轉(zhuǎn)副，增加了對(duì)機(jī)器人控制的要求；由于機(jī)器人只存著關(guān)節(jié)一個(gè)移動(dòng)副，在管徑方向上無(wú)法提供更大的工作空間，故機(jī)器人無(wú)法加工管徑較大的圓管；鑒于機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其將在一次性加工圓管圓周運(yùn)動(dòng)上產(chǎn)生干涉。

　　[0034]方案(4)的導(dǎo)致原因:機(jī)器人切割精度更難控制；機(jī)器人采用了 6自由度串聯(lián)的方式，且均采用旋轉(zhuǎn)副，誤差較大，而且關(guān)節(jié)間誤差將累積給末端執(zhí)行器，所以切割精度控制難度大；鑒于機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其將在一次性加工圓管圓周運(yùn)動(dòng)上產(chǎn)生干涉。

　　[0035]本發(fā)明主要通過(guò)下述方案實(shí)現(xiàn)管材切割處理，在切割加工過(guò)程中保持管材8在管材支撐裝置6上固定，由可拆分式環(huán)形中心架10和三個(gè)定位爪12確定管材8的軸心線位置，通過(guò)切割機(jī)器人7在環(huán)形T型導(dǎo)軌11上的爬行以及機(jī)械手末端執(zhí)行器9的擺動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)割炬切割，切割機(jī)器人7根據(jù)加工位置的要求沿直線導(dǎo)軌I進(jìn)行移動(dòng)作業(yè)，每加工完成一段管材8后，管材8便由可升降式管材支架2將其移走，切割機(jī)器人7繼續(xù)加工另一管段，完成循環(huán)作業(yè)。下面對(duì)其具體的工作原理進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明:

　　[0036]本發(fā)明在使用時(shí)，當(dāng)來(lái)料為大管徑加工時(shí)，一般數(shù)控管切割機(jī)難以確定管徑軸心，大多通過(guò)人為的多次測(cè)量。本發(fā)明采用環(huán)形中心架10的三點(diǎn)定心原理，通過(guò)環(huán)形中心架10上的三個(gè)定位爪12爪與管材8線接觸定位，裝夾完成便可準(zhǔn)確確定軸心線位置，調(diào)節(jié)各定位爪12還可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同管徑的加工，通用性大大提高，同時(shí)環(huán)形中心架10和環(huán)形T型導(dǎo)軌11都為上下兩部分組成，在進(jìn)行管材8裝卸時(shí)，可以通過(guò)拆卸環(huán)形中心架10和環(huán)形T型導(dǎo)軌11實(shí)現(xiàn)快速裝卸。

　　[0037]機(jī)械手末端執(zhí)行器9通過(guò)環(huán)形T型導(dǎo)軌11能夠?qū)懿?實(shí)現(xiàn)360度回轉(zhuǎn)加工，不再需要額外的動(dòng)力機(jī)構(gòu)對(duì)管材8進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由于機(jī)器人工作空間形式為圓柱坐標(biāo)系，該結(jié)構(gòu)非常適應(yīng)于圓柱坐標(biāo)系相貫線點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算，從結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)程序的設(shè)計(jì)。

　　[0038]如圖4所示，為了便于描述，在圖4中設(shè)置笛卡爾坐標(biāo)系o-xyz，其中管材8沿y方向設(shè)置，笛卡爾操作臂由三個(gè)操作臂組成，分別設(shè)為第一臂91、第二臂92和第三臂93，第一臂91的第一端與環(huán)形T型導(dǎo)軌11連接，第一臂91的第二端與第二臂92的第一端連接，第二臂92的第二端與第三臂93的第一端連接，第三臂93的第二端與鉸鏈操作臂94的鉸軸端連接，其中第一臂91可沿環(huán)形T型導(dǎo)軌11爬行，實(shí)現(xiàn)沿管材8旋轉(zhuǎn)，并且第一臂91、第二臂92和第三臂93本體僅能實(shí)現(xiàn)伸縮運(yùn)動(dòng)，設(shè)笛卡爾操作臂的四個(gè)移動(dòng)副分別為P1、P2、P3、P4，其中，P3只有一個(gè)沿y方向來(lái)回移動(dòng)的自由度；P1、P2只有一個(gè)沿z軸來(lái)回移動(dòng)的自由度；P4只有一個(gè)繞y軸即管材8中軸線方向來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度；A只有一個(gè)沿第三臂93的第二端上下轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度。配合P1、P2、P3、P4四個(gè)移動(dòng)副的運(yùn)動(dòng)，完成控制割炬加工相貫線軌跡，同時(shí)A鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副在o-yz平面繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)控制割炬加工對(duì)應(yīng)的坡口角度。

　　[0039]針對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)方案中，機(jī)器人自由度混聯(lián)方式或是4、5、6旋轉(zhuǎn)副串聯(lián)方式導(dǎo)致切割精度控制難度大的問(wèn)題，本新型管采用了兩種操作臂:笛卡爾操作臂、鉸鏈操作臂94，此兩種操作臂的串聯(lián)配合將降低機(jī)器人的控制系統(tǒng)復(fù)雜程度，提高切割精度，笛卡爾操作臂的使用能很大地?cái)U(kuò)大機(jī)器人對(duì)管件直徑的切割范圍，同時(shí)能降低機(jī)器人的控制難度。

　　[0040]針對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)方案中，機(jī)器人位于管材8的管端進(jìn)行切割的加工方式，本發(fā)明在加工過(guò)程中位于管件圓周，使其能在圓管的任意位置進(jìn)行切割；

　　[0041]并且本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單安裝方便，被加工管材8無(wú)需固定和旋轉(zhuǎn)，適用于環(huán)境復(fù)雜不便于安裝切割設(shè)備的工作場(chǎng)所，機(jī)械臂末端執(zhí)行器的切割工作直接位于管材8圓周上，可根據(jù)實(shí)際工況情況設(shè)定初始加工位置，笛卡爾操作臂的使用使得割炬的一次性圓周加工不再產(chǎn)生干涉。

　　[0042]另外本發(fā)明的控制部分安裝在機(jī)器人支架3的下端，主要負(fù)責(zé)對(duì)運(yùn)動(dòng)的控制和協(xié)調(diào)，運(yùn)動(dòng)控制部分采用的是嵌入式集中控制系統(tǒng)，各自由度分別采用伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)完成運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。

　　[0043]本發(fā)明的技術(shù)方案不限于上述具體實(shí)施例的限制，凡是根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案做出的技術(shù)變形，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

　　【主權(quán)項(xiàng)】

　　1.一種基于爬行機(jī)構(gòu)的便攜式管材切割裝置，其特征在于:包括直線導(dǎo)軌、管材支架、機(jī)器人支架和切割機(jī)器人，所述管材支架和所述機(jī)器人支架并列設(shè)置在所述直線導(dǎo)軌上，所述管材支架的上端設(shè)置有管材支撐裝置，所述切割機(jī)器人設(shè)置在所述機(jī)器人支架的上端，所述切割機(jī)器人包括環(huán)形中心架、環(huán)形T型導(dǎo)軌、三個(gè)定位爪和機(jī)械手末端執(zhí)行器，所述環(huán)形T型導(dǎo)軌設(shè)置在所述環(huán)形中心架內(nèi)，所述機(jī)械手末端執(zhí)行器的安裝端設(shè)置在所述環(huán)形T型導(dǎo)軌內(nèi)，并可沿其滑動(dòng)，三個(gè)所述定位爪沿所述環(huán)形中心架的圓心均勻設(shè)置在所述環(huán)形中心架上，且其內(nèi)端穿過(guò)所述環(huán)形中心架和所述環(huán)形T型導(dǎo)軌。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于爬行機(jī)構(gòu)的便攜式管材切割裝置，其特征在于:所述機(jī)械手末端執(zhí)行器包括笛卡爾操作臂和鉸鏈操作臂，所述笛卡爾操作臂的安裝端安裝在所述環(huán)形T型導(dǎo)軌內(nèi)，所述鉸鏈操作臂安裝在所述笛卡爾操作臂的工作端。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于爬行機(jī)構(gòu)的便攜式管材切割裝置，其特征在于:所述笛卡爾操作臂設(shè)置有四個(gè)移動(dòng)副，所述鉸鏈操作臂設(shè)置有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于爬行機(jī)構(gòu)的便攜式管材切割裝置，其特征在于:所述管材支撐裝置包括支撐塊和兩個(gè)支撐輪，兩個(gè)所述支撐輪設(shè)置在所述支撐塊上方且沿所述支撐塊的中線對(duì)稱(chēng)，兩個(gè)所述支撐輪與所述直線導(dǎo)軌垂直，所述支撐塊的下端與所述管材支架固定連接。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于爬行機(jī)構(gòu)的便攜式管材切割裝置，其特征在于:所述管材支架和所述機(jī)器人支架均包括滾輪和可伸縮支撐桿，所述滾輪安裝在所述可伸縮支撐桿的下端并設(shè)置在所述直線導(dǎo)軌內(nèi)。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于爬行機(jī)構(gòu)的便攜式管材切割裝置，其特征在于:所述環(huán)形中心架包括上環(huán)架和下環(huán)架，所述上環(huán)架和所述下環(huán)架通過(guò)轉(zhuǎn)軸可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述環(huán)形T型導(dǎo)軌包括上環(huán)導(dǎo)軌和下環(huán)導(dǎo)軌，所述上環(huán)導(dǎo)軌和所述下環(huán)導(dǎo)軌分別固定在所述上環(huán)架和所述下環(huán)架內(nèi)。

　　【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于爬行機(jī)構(gòu)的便攜式管材切割裝置，包括直線導(dǎo)軌、管材支架、機(jī)器人支架和切割機(jī)器人，管材支架和機(jī)器人支架并列設(shè)置在直線導(dǎo)軌上，管材支架的上端設(shè)置有管材支撐裝置，切割機(jī)器人設(shè)置在機(jī)器人支架的上端，切割機(jī)器人包括環(huán)形中心架、環(huán)形T型導(dǎo)軌、三個(gè)定位爪和機(jī)械手末端執(zhí)行器，環(huán)形T型導(dǎo)軌設(shè)置在環(huán)形中心架內(nèi)，機(jī)械手末端執(zhí)行器的安裝端設(shè)置在環(huán)形T型導(dǎo)軌內(nèi)，三個(gè)定位爪沿環(huán)形中心架的圓心均勻設(shè)置在環(huán)形中心架上。本發(fā)明數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)單，不需要進(jìn)行繁瑣的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，降低機(jī)器人的控制難度且切割精度高；滿足較大管徑范圍圓管的切割；機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)輕且占地空間小，安裝方便，具有便攜性。

　　【IPC分類(lèi)】B23K37-053, B23K7-10, B23K7-00

　　【公開(kāi)號(hào)】CN104625314

　　【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510104228

　　【發(fā)明人】徐雷, 胡曉兵, 王強(qiáng)

　　【申請(qǐng)人】四川大學(xué)

　　【公開(kāi)日】2015年5月20日

　　【申請(qǐng)日】2015年3月10日