针对中大口径钢管的无抱紧定尺切割装置及切割控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种针对中大口径钢管的无抱紧定尺切割装置及切割控制方法，属于切割技术领域。无抱紧定尺切割装置包括送料装置、圆周移动机构和切割器，还包括一级导轨和沿一级导轨行走的一级工作台，以及二级导轨和沿二级导轨行走的二级工作台。切割控制方法在切割器与上一次切割位置之间的距离等于目标切割尺寸时启动动态实时跟踪，并在动态实时跟踪时进行切割。本发明专利技术不仅提高了切割效率，避免了抱紧装置带来的诸多问题，同时还具有切割长度精准等优点。准等优点。准等优点。

【技术实现步骤摘要】
针对中大口径钢管的无抱紧定尺切割装置及切割控制方法


[0001]本专利技术属于切割
，尤其涉及一种钢管的切割装置及一种钢管的切割控制方法。

技术介绍

[0002]中大口径钢管作为一种常见的钢材制品，在各个行业领域有着广泛且重要的应用，可以作为水、天然气、原油、水煤浆等物体的主运输管道，也可以用于结构固定装置，如高层建筑及桥梁结构用钢管、海上平台用结构钢管等。
[0003]常见的钢管切割技术主要有锯片切割、等离子切割和激光切割等。锯片在使用过程中存在变形、磨损、碎裂、更换频率高，耗材成本高、噪音大等问题。激光与等离子切割技术具有切割厚度适应范围大、环境污染小等优势，具有较大的技术发展空间。
[0004]切割控制工艺可以概括为两种：离线切割和在线切割。
[0005]一、离线切割，指在切割过程中钢管处于静止状态，切割器随工作台移动到指定长度的位置进行切割，具有切割长度精度高、切割端面平整度好的特点，但缺点是切割效率低。
[0006]二、在线切割，指切割器随工作台追踪运动的钢管，在切割器到达指定长度位置进行切割，切割过程中钢管保持运动状态，切割器要与钢管保持速度一致。在线切割具有切割效率高的特点，但是现有的切割工艺都是在切割开始前使工作台抱紧钢管，来实现切割器与钢管的运动速度一致，保证切割端面的平整度，而抱紧装置存在噪音大，机构设计复杂的问题，对钢管也会形成一定的冲击，影响最终的切割长度，甚至可能对钢管表面造成损伤。
[0007]目前针对大口径厚壁钢管，主要采用离线切割的方式，除了上述因素之外，还有以下原因：一、受制于中大口径钢管的重量和体积，生产过程中主要采取开环式送料装置来运送中大口径钢管，钢管和送料装置之间经常出现打滑现象，导致钢管在运动过程中的位置曲线存在不规则的抖动偏差, 且抖动偏差幅度与钢管惯量呈正相关。该抖动误差导致难以实现切割器对钢管的精确追踪，导致夹紧位置不准确、切割尺寸误差过大。
[0008]二、切割工作台也会随着中大口径钢管的体积而增大，从而形成一种大惯量负载，在跟随不规则抖动偏差的位置曲线运动时容易出现剧烈的抖动。虽然对位置曲线滤波之后可以降低抖动幅度，提升曲线的平滑度，但是会增大切割尺寸的误差。

技术实现思路

[0009]本专利技术提出了一种针对中大口径钢管的无抱紧定尺切割装置及切割控制方法，其目的是：一、采用无抱紧的在线切割方式，提高效率的同时，避免抱紧装置所带来的噪声大、结构复杂和损伤钢管的问题；二、解决中大孔径钢管运动过程中抖动偏差影响切割精度的问题；三、解决切割工作台的抖动影响切割精度的问题。
[0010]本专利技术技术方案如下：
一种针对中大口径钢管的无抱紧定尺切割装置，包括送料装置、圆周移动机构和切割器；所述送料装置用于运送待切割钢管沿其长度方向移动，所述圆周移动机构用于带动切割器环绕待切割钢管移动，无抱紧定尺切割装置还包括一级导轨和沿一级导轨行走的一级工作台，以及二级导轨和沿二级导轨行走的二级工作台；所述一级导轨和二级导轨的走向均与待切割钢管相平行；一级导轨相对于送料装置的基体部分固定设置，一级工作台在第一驱动装置的驱动下沿一级导轨行走；所述圆周移动机构安装在所述一级工作台上；所述二级导轨安装在圆周移动机构的移动端上，二级工作台在第二驱动装置的驱动下沿二级导轨行走；所述切割器安装在二级工作台上；无抱紧定尺切割装置还包括控制器和计量编码器；所述计量编码器用于计量待切割钢管相对于所述基体的移动位置；所述控制器与计量编码器、第一驱动装置及第二驱动装置分别相连接，用于根据计量编码器的计量数据向第一驱动装置发送控制指令控制一级工作台动作，第二驱动装置同步接收到该控制指令；所述计量编码器还与第二驱动装置直接连接，第二驱动装置将控制器向第一驱动装置发送的控制指令及计量编码器的计量数据进行数据融合，然后根据数据融合结果控制二级工作台动作，以实现切割器在待切割钢管长度方向上的动态实时跟踪。
[0011]作为所述针对中大口径钢管的无抱紧定尺切割装置的进一步改进：所述圆周移动机构包括周向移动部和径向移动部，所述周向移动部用于带动切割器沿圆周方向移动，所述径向移动部用于驱动所述切割器沿径向方向移动。
[0012]作为所述针对中大口径钢管的无抱紧定尺切割装置的进一步改进：所述一级工作台上还安装有支撑装置，所述待切割钢管穿过支撑装置的中心孔，且与中心孔中的滚轮相接触。
[0013]作为所述针对中大口径钢管的无抱紧定尺切割装置的进一步改进：还包括与计量编码器相连接的I/O模块；所述控制器、第一驱动装置中的伺服驱动器、第二驱动装置中的伺服驱动器以及I/O模块通过现场总线相连接。
[0014]作为所述针对中大口径钢管的无抱紧定尺切割装置的进一步改进：所述现场总线为EtherCAT总线。
[0015]本专利技术还提供了一种基于上述无抱紧定尺切割装置的切割控制方法：待切割钢管移动过程中，控制器通过计量编码器的计量数据以及第一驱动装置和第二驱动装置反馈的位置数据，计算出切割器与上一次切割位置之间的距离，当控制器内部电子凸轮进入其同步区时，通过第一驱动装置和第二驱动装置实现切割器对待切割钢管的动态实时跟踪，使切割器与待切割钢管同步等速移动且切割器相对于待切割钢管处于正确的切割位置，并在动态实时跟踪过程中通过圆周移动机构控制切割器环绕待切割钢管进行切割。
[0016]作为所述切割控制方法的进一步改进：动态实时跟踪过程中同步执行以下步骤：步骤一、控制器根据计量编码器采集到的计量数据得到待切割钢管的位置曲线，并将作为控制器内部电子凸轮的主轴位置，该电子凸轮按照追剪工艺执行生成从轴位
置曲线，然后控制器对进行滤波处理生成位置曲线，再通过现场总线将位置曲线发送至第一驱动装置和第二驱动装置；步骤二、第一驱动装置根据收到的位置曲线控制一级工作台跟随移动；步骤三、第二驱动装置根据计量编码器采集到的计量数据得到待切割钢管的位置曲线，并将作为第二驱动装置内部电子凸轮的主轴位置，该电子凸轮按照追剪工艺执行生成从轴位置曲线；第二驱动装置将通过现场总线收到的位置曲线与第二驱动装置生成的位置曲线进行融合，得到用于控制二级工作台移动的位置曲线。
[0017]作为所述切割控制方法的进一步改进：控制器以现场总线的同步周期作为运算周期；第一驱动装置的伺服驱动器和第二驱动装置的伺服驱动器以内部的位置环周期作为运算周期，记为；为的k倍，k为正整数。
[0018]作为所述切割控制方法的进一步改进：步骤一中，设控制器在第n个同步周期通过现场总线下发的位置曲线的位置数据为，在第n+1个同步周期通过现场总线下发的位置曲线的位置数据为；步骤二中，第一驱动装置的驱动器在第n+2个同步周期，以该同步周期的为起始位置、为该同步周期的终点位置，以为运算周期进行线性插补，按线性插补结果控制一级工作台移动；步骤三中，设第二驱动装置生成的从轴位置曲线在第个运算周期的目标位置为，i为大于等于0且小于k的整数，则第二驱动装置通过数据融合得到的位置曲线在第个运算周期的目标位置为：。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对中大口径钢管的无抱紧定尺切割装置，包括送料装置（8）、圆周移动机构（4）和切割器（7）；所述送料装置（8）用于运送待切割钢管（1）沿其长度方向移动，所述圆周移动机构（4）用于带动切割器（7）环绕待切割钢管（1）移动，其特征在于：无抱紧定尺切割装置还包括一级导轨（9）和沿一级导轨（9）行走的一级工作台（10），以及二级导轨（5）和沿二级导轨（5）行走的二级工作台（6）；所述一级导轨（9）和二级导轨（5）的走向均与待切割钢管（1）相平行；一级导轨（9）相对于送料装置（8）的基体部分固定设置，一级工作台（10）在第一驱动装置的驱动下沿一级导轨（9）行走；所述圆周移动机构（4）安装在所述一级工作台（10）上；所述二级导轨（5）安装在圆周移动机构（4）的移动端上，二级工作台（6）在第二驱动装置的驱动下沿二级导轨（5）行走；所述切割器（7）安装在二级工作台（6）上；无抱紧定尺切割装置还包括控制器和计量编码器（2）；所述计量编码器（2）用于计量待切割钢管（1）相对于所述基体的移动位置；所述控制器与计量编码器（2）、第一驱动装置及第二驱动装置分别相连接，用于根据计量编码器（2）的计量数据向第一驱动装置发送控制指令控制一级工作台（10）动作，第二驱动装置同步接收到该控制指令；所述计量编码器（2）还与第二驱动装置直接连接，第二驱动装置将控制器向第一驱动装置发送的控制指令及计量编码器（2）的计量数据进行数据融合，然后根据数据融合结果控制二级工作台（6）动作，以实现切割器（7）在待切割钢管（1）长度方向上的动态实时跟踪。2.如权利要求1所述的针对中大口径钢管的无抱紧定尺切割装置，其特征在于：所述圆周移动机构（4）包括周向移动部和径向移动部，所述周向移动部用于带动切割器（7）沿圆周方向移动，所述径向移动部用于驱动所述切割器（7）沿径向方向移动。3.如权利要求1所述的针对中大口径钢管的无抱紧定尺切割装置，其特征在于：所述一级工作台（10）上还安装有支撑装置（3），所述待切割钢管（1）穿过支撑装置（3）的中心孔，且与中心孔中的滚轮相接触。4.如权利要求1至3任一所述的针对中大口径钢管的无抱紧定尺切割装置，其特征在于：还包括与计量编码器（2）相连接的I/O模块；所述控制器、第一驱动装置中的伺服驱动器、第二驱动装置中的伺服驱动器以及I/O模块通过现场总线相连接。5.如权利要求4所述的针对中大口径钢管的无抱紧定尺切割装置，其特征在于：所述现场总线为EtherCAT总线。6.一种基于如权利要求4所述的针对中大口径钢管的无抱紧定尺切割装置的切割控制方法，其特征在于：待切割钢管（1）移动过程中，控制器通过计量编码器（2）的计量数据以及第一驱动装置和第二驱动装置反馈的位置数据，计算出切割器（7）与上一次切割位置之间的距离，当控制器内部电子凸轮进入其同步区时，通过第一驱动装置和第二驱动装置实现切割器（7）对待切割钢管（1）的动态实时跟踪，使切割器（7）与待切割钢管（1）同步等速移动且切割器（7）相对于待切割钢管（1）处于正确的切割位置，并在动态实时跟踪过程中通过圆周移动机构（4）控制切割器（7）环绕待切割钢管（1）进行切割。7.如权利要求6所述的切割控制方法，其特征在于：动态实时跟踪过程中同步执行以下
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【专利技术属性】
技术研发人员：纪军，孙好春，韩绍民，
申请(专利权)人：欧瑞传动电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：