一種激光切管半自動上料及輔助支撐機構的設計與研究

曹歡，譚佳，趙宏健，陳志森

（江蘇金方圓數控機床有限公司，江蘇 揚州 225127）

0 引言

隨著激光加工技術的不斷完善，激光切管機在國內得到了廣泛應用。其不僅可以切割方管、矩形鋼、圓管等常規管材，還可以對槽鋼、角鋼、工字鋼等特殊型材進行加工。但隨著切管技術的不斷發展，常規的管、型材切割已無法滿足要求，市場向大重型管、長管切割方向發展，由此帶來上料困難、管材過長無法保證精度等問題。本文提出的半自動上料及輔助支撐機構結構緊湊、操作方便，具備穩定上料、保證加工精度等兩大優勢。

1 結構設計

半自動上料及輔助支撐機構主要由輸送裝置和上料輔助支撐裝置組成，主要用于將各種管、型材輸送至卡盤中心完成夾持。根據市場調研，將機構的上料長度定為6m 或9m 的管材，上料管材規格范圍定為：圓管?40mm～?320mm、方管40mm×40mm～220mm×220mm，上料重量可達1200kg，具體結構如圖1 所示。

圖1 總體結構示意圖

1.1 輸送裝置設計

輸送裝置主要由三組帶旋轉料爪的輸送機架組成，將11 個料爪以間隔相同的距離安裝在彎板鏈條上，通過轉動兩側鏈輪使料爪向前循環移動。三組機架通過連接軸與聯軸器拼接起來，驅動電機置于中間機架的一側，帶動另外兩個機架的旋轉料爪同步運行。中間機架設有管材檢測裝置和防脫出檢測，用來檢測待上料區域管材到位和防止管材滑出掉落。三組輸送機架具體結構如圖2 所示。

圖2 機架結構示意圖

1.2 上料輔助支撐裝置設計

如圖3 所示，上料輔助支撐裝置由機架、滑座、升降座、翻轉料爪、支撐圓輥及電機座組成。滑座通過滾珠絲杠和導軌前后運動，升降座通過齒輪齒條和導軌上下運動，均通過伺服電機驅動。翻轉料爪和支撐圓輥安裝在升降座上，由氣缸來控制料爪翻轉，翻轉料爪由兩組圓輥交叉組成，角度與旋轉料爪相同，兩邊尺寸略大于旋轉料爪。上料輔助支撐裝置頂端與切管機機身固定，數量共需3 組。

圖3 上料輔助支撐裝置結構示意圖

2 工作原理

先將管材放入旋轉料爪中，管材一端以擋板為基準靠齊。然后操作系統中輸入管材長度和截面尺寸，輸送裝置開始啟動，當檢測到旋轉料爪到達待上料區域時，位于上料區域下側的檢測開關開始檢測旋轉料爪上是否放置管材，若檢測到管材，即管材已達到待上料區域，此時輸送機構停止運行，開始等待上料；若沒有檢測到管材，旋轉料爪繼續向前移動。

當管材處于待上料區域時，輸送裝置停止運行，此時處于旋轉料爪下側的上料輔助支撐裝置開始啟動。首先升降座上升，同時翻轉料爪向上翻轉90°打開，將管材托離旋轉料爪升至最高，越過止擋板，送往卡盤中心處。在管材運送的過程中，系統根據輸入的管材截面尺寸計算出滑座向前運動的距離及升降座向下移動的距離，最終確保管材到位時處于卡盤中心。一般情況下，6m 管材需啟動2 組上料輔助支撐裝置，9m 管材需要3 組同時啟動，其簡易動作原理如圖4 所示。

圖4 上料動作原理圖

當卡盤對管材完成夾持開始切割時，升降座上的翻轉料爪向下翻轉90°，以另一側的支撐圓輥表面跟隨旋轉管材外形尺寸上下移動，使管材不能甩動確保加工精度。在管材進行加工的同時，輸送裝置將下一根要切割的管送入待上料區域，等待切割完成后再次上料，用戶可在這段時間繼續往輸送裝置上補料，加工效率明顯提升。圖5 為輔助支撐管材切割動作原理圖。

圖5 輔助支撐管材切割動作原理圖

3 總結

本文根據激光切管加工行業的實際現狀，設計一種半自動上料及輔助支撐機構，該機構不僅能確保各種各樣的管、型材穩定上料，還可以提高工作效率和加工精度，對激光切管的發展有重要的作用和價值意義。