一种全自动切割机及其切割控制方法

技术领域

本发明涉及一种管材切割的技术领域，具体是一种全自动切割机及其切割控制方法。

背景技术

传统切割机具有以下缺点：

1、转盘内部的控制信号通过滑环配电，滑环多控制信号易丢失，故障率高；

2、托盘升降是看刻度手动调整，电机正反转驱动托盘上下，更换管子规格，托盘上下位置需要再次手动调整；

3、转盘内部的切割刀进退是通过接近开关和机械限位来控制进刀和退刀位，更换管子规格，相关限位需要再次手动调整；

4、切割液压动作的压力和流量，需要根据实际切管规格和厚度等等，要停机后对手调压力和流量阀进行手动调整；

5、当上述第3和第4两点需要调整时，要打开锯台安全门进行手动操作，危险而且不方便。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种控制稳定、检测油缸活塞杆伸出距离，经过机械运动轨迹做出行程换算公式，把电子尺伸出距离换算为切刀臂行程的全自动切割机及其切割控制方法，以克服现有技术中的不足之处。

按此目的设计的一种全自动切割机，包括设有圆盘刀切割机构和锯片刀切割机构的转盘，以及承托管材的托盘机构，转盘设置在锯台上，锯台通过电动或气动跟随管子运动，转盘上设有蓝牙模块，转盘内部的控制信号通过蓝牙模块进行无线配电，托盘机构设有托架，以及控制托架上下运动的动力升降组件，圆盘刀切割机构在圆盘刀切刀臂的行程方向上设有第一电子尺，锯片刀切割机构在锯片刀切刀臂的行程方向上设有第二电子尺。

全自动切割机，还包括设置在全自动切割机上的超行程感应开关，以感应锯台的运动行程位置，锯台上设有气动夹紧管材的夹紧机构。

圆盘刀切割机构包括圆盘刀和圆盘刀切刀臂、第一油缸，第一油缸的活塞杆、导向刀、圆盘刀分别与圆盘刀切刀臂配合连接，第一电子尺固定设置在第一油缸的缸体上，锯片刀切割机构包括导向刀、锯片刀、锯片刀切刀臂、第二油缸，第二油缸的活塞杆、锯片刀分别与锯片刀切刀臂配合连接，第二电子尺固定设置在第二油缸的缸体上。

导向刀、锯片刀分别拆卸式安装在同一锯片刀切刀臂上，导向刀上设有限制导向刀切入管子深度的环状台阶。

全自动切割机，还包括设有比例式流量阀和比例式溢流阀的液压控制回路，液压控制回路还设有油箱、单向阀、电磁阀，比例式流量阀、比例式溢流阀、单向阀、电磁阀和油箱分别通过管道连接第一油缸或第二油缸。

转盘上还设有用于通过三相电源和控制电源的滑环。

控制电源为24Vdc控制电源。

托盘机构包括均设有托架、动力升降组件的前托盘机构和后托盘机构，前托盘机构和后托盘机构的动力升降组件上均设有均动力传递组件。

动力升降组件包括位于托架两侧的第一升降丝杆、第二升降丝杆，以及分别通过涡轮、蜗杆分别带动第一升降丝杆、第二升降丝杆进行转动的第一电机和第二电机，动力传递组件包括万向联轴器、第三电机，第一电机或和第二电机的电机轴通过万向联轴器连接与第三电机的电机轴配合连接，托架两侧分别对应第一升降丝杆、第二升降丝杆设有第一螺母活动座和第二螺母活动座，第一电机和第二电机之间设有同步带传动组件，以使托架两侧通过第一螺母活动座和第二螺母活动座分别沿第一升降丝杆、第二升降丝杆进行同步运动，第一电机和第二电机均为伺服电机。

托架两侧在托架运动方向上设有升降导向组件，升降导向组件包括导向杆，以及分别设置在托架两侧上的导向座，导向杆插入导向座中。

按此目的设计的一种全自动切割机的切割控制方法，包括上述的全自动切割机，还包括设置在全自动切割机上的控制面板，以及控制全自动切割机工作的切割机程序控制系统，切割机程序控制系统为PLC系统，其控制方法为：人工在控制面板上输入管材规格、切割工作模式，切割机程序控制系统根据输入管材规格和切割工作模式，自动计算切刀臂的进刀位置和退刀位置，并自动调用切割工作控制，切割机程序控制系统根据输入管材规格控制前、后托盘机构将管材托起，直至管材中心与锯台的转盘中心一致，切割机程序控制系统根据选择相应的切割工作模式，进行相应的切割动作流程，在每种切割模工作模式中，切割机程序控制系统根据人工在控制面板修改流量设定值和压力设定值，以及通过油路中的压力和流量比例阀进行在线调整切刀臂的运动速度，以及在线调整切刀臂的工作压力，待切割完成后自动保存切割产品数据记录。

全自动切割机的切割控制方法，还包括自动切割过程中的紧急停止保护程序，若转盘的公转变频器出错，或者切割机上的安全门打开，或者启动切割机上的急停按钮动作，或者锯台到达超行程感应开关的位置后，锯台会立即停止在原位，同时自动退刀，退刀到位后，锯台的夹紧机构松开，夹紧机构松开到原位后，锯台后退到原位。

切割工作模式包括用于切割特别厚壁的PE管时使用的第一切割工作模式，圆盘刀切割机构和锯片刀切割机构均进行工作，锯片刀先切割一定深度，然后圆盘刀再把管子切断；切割工作模式还包括切割中等厚壁PE管时使用的第二切割工作模式，在锯片刀切割机构上换上导向刀，导向刀先进，以在管子上切割一条导向刀槽，圆盘刀后进，进行切断管子；切割工作模式还包括对PVC管进行切割使用的第三切割工作模式，锯片刀切割机构单独进行工作；切割工作模式还包括对切割薄壁PE管时使用的第四切割工作模式，圆盘刀切割机构单独进行工作。

管子规格包括外径和厚度(壁厚)。

本发明的有益效果如下：

切刀臂的方向上安装设有电子尺，根据管子规格，由PLC系统自动计算切割进刀深度和退刀位置，不需要人工进行调整，通过固定电子尺在油缸上，检测油缸活塞杆伸出距离，经过机械运动轨迹做出行程换算公式，把电子尺的伸出距离换算为切刀臂的行程。设备的中心高是固定的，切刀臂的机械位置是固定的，锯刀、导向刀和圆刀规格是固定的。电子尺安装好并初始化后，就能根据管子规格进行自动计算相应的进刀深度和合理的退刀位置。如更改管子规格，客户只要输入新规格参数，系统自动计算好切刀臂的工作位置并进行控制，无需调整机械位置或位置感应开关安装位置。

液压回路配置压力和流量比例阀，由PLC系统输出信号控制相关比例阀，切刀压力和流量可以实时在画面(控制面板)上设定，设定好工艺配方，自行调用或修正。

转盘内部的控制信号通过国际品牌菲尼克斯的蓝牙模块进行无线配电，只有三相电源和24Vdc控制电源通过滑环，控制稳定可靠。

全自动切割机可以接收牵引机的定长切割信号进行切割工作，也可以接收计米轮编码器信号自行做定长切割，具有样管切割功能，切割产品数据记录等，友好的操作界面，完善的报警和故障提示功能，显示当前工作状态。只要输入切割管子规格，所有工作参数自动调整，操作简易和直观。

附图说明

图1为本发明一实施例转盘结构示意图。

图2为图1中A处放大图。

图3为图1中B处放大图。

图4为本发明一实施例托盘机构立体结构示意图。

图5为本发明一实施例托盘机构的平面结构示意图。

图6为图4中C处放大图。

图7为本发明一实施例液压控制回路的结构示意图。

图8为本发明一实施例全自动切割机的切割控制流程示意图。

图中，1为转盘，2为圆盘刀切割机构，3为锯片刀切割机构，4为托盘机构，5为托架，6为第一电子尺，7为第二电子尺，8为比例式流量阀，9为比例式溢流阀，10为液压控制回路，11为电磁阀，12为油缸，13为第一油缸，14为第二油缸，15为导向杆，16为导向座，17为同步带，18为主动轮，19为电机，20为支撑侧板。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

参见图1，一种全自动切割机，包括设有圆盘刀切割机构2和锯片刀切割机构3的转盘1，以及承托管材的托盘机构4，转盘1设置在锯台上，锯台通过电动或气动跟随管子运动，转盘1上设有蓝牙模块，转盘1内部的控制信号通过蓝牙模块进行无线配电，托盘机构4设有托架5，以及控制托架5上下运动的动力升降组件，圆盘刀切割机构2在圆盘刀切刀臂的行程方向上设有第一电子尺6，锯片刀切割机构3在锯片刀切刀臂的行程方向上设有第二电子尺7。

全自动切割机，还包括设置在全自动切割机上的超行程感应开关，以感应锯台的运动行程位置，锯台上设有气动夹紧管材的夹紧机构，如夹紧气缸，夹紧气缸活塞杆的一端设有夹紧块，夹紧块通过气缸活塞杆的伸缩进行夹紧或松开管子。管子一直不停向前走的，圆盘刀切割机构2和锯片刀切割机构3也要跟随管子同步走，否则管子顶住刀片。夹住管子后，锯台要跟随管子运动，锯台前进有气缸推动和伺服电机驱动两种方式。

自动切割过程中的超行程限位保护：锯台到达超行程感应开关的位置后，圆盘刀切割机构2或锯片刀切割机构3会自动退刀，退刀到原位后，锯台的夹紧机构松开，夹紧机构松开到原位后，锯台后退到原位。

参见图2，圆盘刀切割机构2包括圆盘刀和圆盘刀切刀臂、第一油缸13，第一油缸13的活塞杆、圆盘刀分别与圆盘刀切刀臂配合连接，第一电子尺6固定设置在第一油缸13的缸体上。

参见图3，锯片刀切割机构3包括锯片刀、锯片刀切刀臂、第二油缸14，第二油缸14的活塞杆、导向刀、锯片刀分别与锯片刀切刀臂配合连接，第二电子尺7固定设置在第二油缸14的缸体上。

切刀臂的方向上安装设有电子尺，根据管子规格，由PLC系统自动计算切割进刀深度和退刀位置，不需要人工进行调整，通过固定电子尺在油缸上，检测油缸活塞杆伸出距离，经过机械运动轨迹做出行程换算公式，把电子尺的伸出距离换算为切刀臂的行程。

导向刀、锯片刀分别拆卸式安装在同一锯片刀切刀臂上，导向刀和锯片刀是安装同一条锯臂上的，需要互换安装工作。导向刀、锯片刀分别通过连接轴、螺母等固定在锯片刀切刀臂上，导向刀上设有环状台阶，以限制导向刀切入管子的深度，环状台阶在导向刀切割中顶住管子。

设备的中心高是固定的，切刀臂的机械位置是固定的，锯刀、导向刀和圆刀规格是固定的。电子尺安装好并初始化后，就能根据管子规格进行自动计算相应的进刀深度和合理的退刀位置。如更改管子规格，客户只要输入新规格参数，系统自动计算好切刀臂的工作位置并进行控制，无需调整机械位置或位置感应开关安装位置。

参见图7，全自动切割机，还包括设有比例式流量阀8和比例式溢流阀9的液压控制回路10，液压控制回路10还设有油箱、单向阀、电磁阀11，比例式流量阀8、比例式溢流阀9、单向阀、电磁阀11和油箱分别通过管道连接第一油缸13或第二油缸14。

液压回路配置压力和流量比例阀，由PLC系统输出信号控制相关比例阀，切刀压力和流量可以实时在画面(控制面板)上设定，设定好工艺配方，自行调用或修正。

参见图7，图中为其中一个切刀臂的液压站，其中比例式流量阀8通过0-10VDC控制流量阀的开口大小，通过在画面(控制面板)上修改流量设定值，在线调整切刀臂的运动速度，比例式溢流阀9是通过0-10VDC调整压力大小，通过在画面(控制面板)上修改压力设定值，可在线调整切刀臂的工作压力。可根据实际工作经验值，编制工艺参数配方，调用不同管子的配方。

转盘1上还设有用于通过三相电源和控制电源的滑环。控制电源为24Vdc控制电源。

在本实施例中，转盘1内部的控制信号通过国际品牌菲尼克斯的蓝牙模块进行无线配电，只有三相电源和24Vdc控制电源通过滑环，控制稳定可靠。

托盘机构4包括均设有托架5、动力升降组件的前托盘机构和后托盘机构，前托盘机构和后托盘机构的动力升降组件上设有动力传递组件。

参见图4、图5，动力升降组件包括位于托架5两侧的第一升降丝杆、第二升降丝杆，以及分别通过涡轮、蜗杆分别带动第一升降丝杆、第二升降丝杆进行转动的第一电机和第二电机，动力传递组件包括万向联轴器、第三电机，第一电机或和第二电机的电机轴通过万向联轴器连接与第三电机的电机轴配合连接，托架5两侧分别对应第一升降丝杆、第二升降丝杆设有第一螺母活动座和第二螺母活动座，第一电机和第二电机之间设有同步带传动组件，以使托架5两侧通过第一螺母活动座和第二螺母活动座分别沿第一升降丝杆、第二升降丝杆进行同步运动。

参见图6，同步带传动组件包括第一主动轮、第二主动轮，第一主动轮安装在第一电机的电机轴上，第二主动轮安装在第二电机的的电机轴上，第一主动轮、第二主动轮之间设有同步带17，同步带17包覆第一主动轮、第二主动轮。

第一电机和第二电机均为伺服电机，托架5的升降通过伺服电机驱动托架5上下运动，由伺服电机本身绝对值编码器进行位置精确控制，由PLC系统根据在制的管子规格，自动调整托架5的高度。

参见图4、图5，托架5两侧在托架5运动方向上设有升降导向组件，升降导向组件包括导向杆15，以及分别设置在托架5两侧上的导向座16，导向杆15插入导向座16中。

在本实施例中，托架5包括呈左右间隔设置的两个倒V形板，两个倒V形板之间设有平板，两个倒V形板上分别设有一个以上呈倾斜设置的辊，两个倒V形板上分别设有用于容纳辊的容置槽，容置槽上设有缺口，辊的一端设有安装轴，安装轴嵌入缺口内。

参见图4、图5，在本实施例中，位于托架5一侧的导向杆15通过导向杆固定座固定在支撑侧板20上，导向杆固定座通过螺钉或焊接固定在支撑侧板20上，导向杆15插入导向杆固定座内。

全自动切割机可以接收牵引机的定长切割信号进行切割工作，也可以接收计米轮编码器信号自行做定长切割，具有样管切割功能，切割产品数据记录等，友好的操作界面，完善的报警和故障提示功能，显示当前工作状态。只要输入切割管子规格，所有工作参数自动调整，操作简易和直观。

参见图8，一种全自动切割机的切割控制方法，包括上述的全自动切割机，还包括设置在全自动切割机上的控制面板，以及控制全自动切割机工作的切割机程序控制系统，切割机程序控制系统为PLC系统，其控制方法为：人工在控制面板上输入管材规格、切割工作模式，切割机程序控制系统根据输入管材规格和切割工作模式，自动计算切刀臂的进刀位置和退刀位置，并自动调用切割工作控制，切割机程序控制系统根据输入管材规格控制前、后托盘机构将管材托起，直至管材中心与锯台的转盘1中心一致，切割机程序控制系统根据选择相应的切割工作模式，进行相应的切割动作流程，在每种切割模工作模式中，切割机程序控制系统根据人工在控制面板修改流量设定值和压力设定值，以及通过油路中的压力和流量比例阀进行在线调整切刀臂的运动速度，以及在线调整切刀臂的工作压力，待切割完成后自动保存切割产品数据记录。

切割机程序控制系统通过伺服电机上的绝对值编码器读数，根据管子规格，自动控制托盘高度，前、后托盘机构的作用是把管子托起来，并保证管子的中心在设备的中心高处，这样中间锯台切割就不会有偏心，在转盘1公转进刀时，相对管子外径，圆周方向的进刀距离是相同的。前、后托盘机构的托架5机械最低位置是固定的，开始校正一次后，就能换算出托架5高度对应管子规格。通过伺服电机上的绝对值编码器读数，根据管子规格，自动控制托架5的高度。

一种全自动切割机的切割控制方法，还包括自动切割过程中的紧急停止保护程序，若转盘1的公转变频器出错，或者切割机上的安全门打开，或者启动切割机上的急停按钮动作，或者锯台到达超行程感应开关的位置后，锯台会立即停止在原位，同时自动退刀，退刀到位后，锯台的夹紧机构松开，夹紧机构松开到原位后，锯台后退到原位。

切割工作模式包括用于切割特别厚壁的PE管时使用的第一切割工作模式，圆盘刀切割机构2和锯片刀切割机构3均进行工作，锯片刀先切割一定深度，然后圆盘刀再把管子切断。

具体地：切割机接收到牵引机提供的切割信号后，或切割机自身测长装置工作、长度到达设定值后，而且在满足自动切割初始条件后，启动自动切割工作，自动切割程序启动，锯台夹紧管子后，同时转盘1公转运行，锯台前进(锯台气动随动的由管子推向前；锯台电动随动的由伺服电机驱动跟管子同步向前)，锯片刀进刀(气动随动的锯台离开原位后；电动随动的锯台和管子速度同步后)，锯片刀进刀到设定位置，切割机程序控制系统开始计算转盘1公转角度并到达设定值后，锯片刀退刀并回到原位，圆盘刀进刀，圆盘刀进刀到设定位置，切割机程序控制系统开始计算转盘1公转角度并到达设定角度后，管子切断，圆盘刀退刀，圆盘刀退刀并回到原位，锯台的夹紧机构松开，夹紧机构松开到原位，锯台后退并回到原位，自动切割完成。

锯台前进有气缸推动，或伺服电机驱动两种方式。气动随动(气缸仅作为辅助，真正向前是靠管子被夹住后推动锯台)；电动随动，锯台是主动向前跟管子速度同步。

切割工作模式还包括切割中等厚壁PE管时使用的第二切割工作模式，在锯片刀切割机构3上换上导向刀，导向刀先进，以在管子上切割一条导向刀槽，圆盘刀后进，进行切断管子。

具体地：自动切割程序启动，锯台夹紧管子后，同时转盘1公转运行，锯台前进，导向刀进刀，圆盘刀的进刀延时时间到达，圆盘刀进刀(导向刀继续进刀)，圆盘刀进刀到位开始，开始计算转盘1公转角度并到达设定值(管子切断)，圆盘刀和导向刀共同退刀，圆盘刀和导向刀退刀并回到原位，锯台的夹紧机构松开，夹紧机构松开到原位，锯台后退并回到原位，自动切割完成。

切割工作模式还包括对PVC管进行切割使用的第三切割工作模式，锯片刀切割机构3单独进行工作。

具体地：自动切割程序启动，锯台夹紧管子后，同时转盘1公转运行，锯台前进，锯片刀进刀，锯片刀进刀到位，开始计算转盘1公转角度并到达设定值，管子切断，锯片刀退刀并回到原位，夹紧机构松开并松开到原位，锯台后退并回到原位，自动切割完成。

切割工作模式还包括对切割薄壁PE管时使用的第四切割工作模式，圆盘刀切割机构2单独进行工作。

具体地：自动切割程序启动，锯台夹紧管子后，同时转盘1公转运行，锯台前进，圆盘刀进刀，圆盘刀进刀到位，开始计算转盘1公转角度并到达设定值，管子切断，圆盘刀退刀，圆盘刀退刀并回到原位，锯台的夹紧机构松开并松开到原位，锯台后退并回到原位，自动切割完成。

上述为本发明的优选方案，显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。