管材无屑开料机技术领域
本发明涉及机械工业技术领域，具体地，涉及一种管材无屑开料机。
背景技术
目前，管材开料主要是以锯切为主，但锯切会浪费管材，产生较多的
废屑，不仅造成资源浪费，增加生产成本，同时开料产生的废屑还会污染
环境。而且，锯切一般在切割过程中，需要对锯片喷液体以对锯片进行冷
却和润滑，加工成品的管件中会留下液体残留物，影响管件的美观，且液
体也会污染环境。通过锯切生产的管件半成品的管口容易带毛刺，在成品
前还需对管口单独进行处理，增加了工序和能耗，另外，处理管口毛刺也
会产生废屑，进一步浪费管材并造成环境污染。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种管材无屑开料机，
以解决现有技术中切割管材的切割管口存在较多废屑和毛刺的技术问题。
本发明的目的是这样实现的：一种管材无屑开料机，包括切割主轴，
所述切割主轴内部沿轴向设置有用于夹紧管材的夹头，所述切割主轴的一
端套设旋转套，旋转套的端面上固定有刀盘，刀盘上装有刀片滑块和支撑
轮滑块，刀片滑块和支撑轮滑块远离切割主轴的端面均为斜面，刀片滑块
通过轴承连接切割刀片，支撑轮滑块通过轴承连接支撑滚轮，旋转套外侧
套设有滑动外套，滑动外套内壁与刀片滑块的斜面以及支撑轮滑块的斜面
相接触，在刀片滑块斜面以及支撑轮滑块斜面的分别引导下，滑动外套按
压刀片滑块和支撑轮滑块向管材中心移动。
进一步地，所述夹头为弹性夹头，夹头朝向切割刀片的端部露出切割
主轴的外部；夹头插入切割主轴内部部分的一端连接有推杆，推杆与夹紧
气缸连接。
进一步地，所述弹性夹头插入切割主轴内部部分的外壁上设有凸起，
所述凸起包括第一斜面，所述第一斜面朝向所述推杆设置且高度逐渐降
低，所述推杆和弹性夹头连接处的外壁上套装有推套，且推套与第一斜面
通过斜面滑动相连；
在夹紧气缸的驱动下，推杆带动推套向第一斜面运动，夹紧弹性夹头。
进一步地，所述凸起还包括第二斜面，所述第二斜面朝向所述切割刀
片设置且高度逐渐降低，所述第二斜面处连接夹头定位端盖，夹头定位端
盖与第二斜面通过斜面相连，所述夹头定位端盖一端固定在切割主轴上。
进一步地，所述滑动外套连接推刀轮，推刀轮固定在推刀架上，推刀
架连接推刀切割伺服丝杆，推刀切割伺服丝杆设置在推刀直线导轨上，推
刀切割伺服丝杆与推刀切割伺服电机相连。
进一步地，还包括将管材运送到夹头中的送料夹模，所述送料夹模设
置在送料伺服丝杆上，送料伺服丝杆设置在送料直线导轨上，并在所述送
料直线导轨导向下，向着所述夹头运动，送料伺服丝杆与送料伺服电机相
连。
进一步地，还包括控制系统，所述送料夹模上设有送料感应开关，所
述送料感应开关感应托轮机构上是否存在管材并将感测结果发送至控制
系统，若托轮上存在管材，控制系统发送控制送料伺服电机工作的信号，
驱动送料伺服丝杆向着上料机构运动预设距离，送料夹模夹取托轮机构上
的管材。
进一步地，所述管材为直管，还包括用于运送管材的支撑架，支撑架
包括前支撑架和后支撑架，后支撑架设置在前支撑架的后方，前支撑架低
于后支撑架的高度，前支撑架上设有斜面板，斜面板远离后支撑架端部两
侧设置有挡料分料机构和托轮机构，斜面板朝向挡料分料机构由高到低倾
斜设置，挡料分料机构与顶料气缸相连；
运料带一端连接后支撑架的顶端，另一端连接上料电机，在上料电机
驱动下，运料带向着斜面板方向收紧，运送多根直管到斜面板上，再由顶
料气缸推动挡料分料机构把单根直管顶到托轮机构上。
进一步地，还包用于夹紧所述管材的固定夹模部件，所述固定夹模部
件与所述夹头位于所述切割刀片的两侧。
进一步地，所述固定夹模连接有倾斜的下料斗，所述下料斗上设有通
孔和翻板，所述通孔用于容纳翻板，所述翻板铰接在下料斗上，下料斗的
下方设有成品收集箱和废品收集箱。
本发明的有益效果：夹头装设在切割主轴的内部，用于夹紧管材，减
少管材的振动，通过切割刀片和支撑滚轮的配合，使得在由切割电机带动
旋转套高速旋转时，滑动外套和刀盘均跟随旋转套一起转动，带动切割刀
片和支撑滚轮绕管材公转，同时，切割刀片和支撑滚轮自身存在自转，支
撑滚轮支撑管材后，支撑轮滑块即停止向管材中心移动，进一步减少管材
的振动，在滑道外套的推动下，刀片滑块向管材中心移动，直到切割刀片
环切管材一周，管材被切断为止，切割过程中不产生废屑，管材无浪费，
节约资源，同时不会对环境造成污染。
本发明的管材切割过程中不需要喷液体冷却和润滑，不对环境造成污
染，且由于刀片存在自转以及相对于管材的公转，管材切割处不产生毛刺，
不需要增加工序处理毛刺。另外，采用伺服送料，切割长度精准。
将夹头选择为弹性夹头，推套与夹头斜面配合连接，推杆推动夹头夹
紧需要更小的力，在推杆的推动下，推杆抵向夹头，夹头向中心收缩夹紧
管材，减少管材的振动，使管材切口平整，切割刀片不容易崩刀，增加切
割刀片使用寿命。夹头定位端盖与夹头之间通过斜面配合连接，且斜面几
乎成90°，保证夹头夹紧过程中，减少夹头轴向运动，提高夹头轴向位置
的精度，从而保证切割管材的长度精度。
切割刀片一侧固定有夹紧管材的夹头，另一侧固定有夹紧管材的固定
夹模，保证切割过程中切割刀片两边的管材都被夹紧，切割过程中管材支
撑刚性好，振动小，同时加上伺服进刀，进刀平稳，管口平整，不容易崩
刀片，增加刀片的使用寿命。
本发明由控制系统控制工作，实现全自动、智能化的上料、切割以及
产品的分类收集，中间不需要人为干预，降低人力成本。且切割刀片更换
方便，伺服控制推刀切割，智能化控制，只要在控制系统中输入切割刀片
直径、管材直径和壁厚，自动匹配切割进给位置，方便快捷。
本发明还可以根据管材管口情况，选择设置切头料或不切头料，方便
使用，还可以通过控制系统控制头尾料的长度，将头尾料切得很短，节约
资源。另外，本发明是对成品和废品分别收集的，实现成品和头尾料的分
离。
附图说明
图1为本发明实施例管材无屑开料机的整体结构示意图；
图2为本发明实施例上料机构的结构示意图；
图3为本发明实施例主机的结构示意图；
图4为本发明实施例送料部件的结构示意图；
图5为本发明实施例刀头部件的结构示意图；
图6为本发明实施例推刀切割部件的结构示意图；
图7为本发明实施例刀头部件的剖视图；
图8为本发明实施例固定夹模部件的结构示意图。
图中，1.上料机构，11.前支撑架，12.后支撑架，13.运料带，14.斜面
板，15.挡料分料机构，16.托轮机构，17.上料电机，18.顶料气缸，19.管口
定位部件，2.主机，21.机架，22.送料部件，221.送料伺服丝杆，222.送料
夹模，223.送料直线导轨，224.送料感应开关，23.刀头部件，231.切割主
轴2，232.夹头，232a.第一斜面，232b.第二斜面，233.旋转套，234.刀盘，
235.刀片滑块，236.支撑轮滑块，237.切割刀片，238.支撑滚轮，239.夹紧
气缸，2310.推杆，2311.推套，2312.夹头定位端盖，24.推刀切割部件，241.
滑动外套，242.推刀切割伺服丝杆，243.推刀直线导轨，244.推刀架，245.
推刀轮，25.固定夹模部件，26.切割旋转电机，27.同步带，28.下料斗，281.
通孔，282.翻板。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例
只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
参见图1，本实施例的管材无屑开料机包括上料机构1、主机2和控制
系统，上料机构1右端和主机2左端相连。本实施的开料机特别适用于直径
大的管，或者硬度大的钢管或不锈钢管，管材可为盘管或直管。对于盘管
和直管，上料机构1的结构是不同的。
本实施例以直管的运送来说明上料机构的结构，上料机构1包括支撑
架、运料带13、斜面板14、挡料分料机构15、托轮机构16、上料电机17和
顶料气缸18。主机2包括机架21、送料部件22、刀头部件23、推刀切割部
件24和固定夹模部件25。送料部件22、刀头部件23以及固定夹模部件25依
次从左至右放置于机架21的上方，推刀切割部件24放置于刀头部件23上。
参见图2，支撑架包括前支撑架11和后支撑架12，其中，后支撑架12
设置于前支撑架11的后侧，且后支撑架12高于前支撑架11。前支撑架11上
设有斜面板14、挡料分料机构15和托轮机构16，挡料分料机构15和托轮机
构16设置在斜面板14远离后支撑架12端部的两侧，斜面板14朝向挡料分料
机构15由高到低倾斜设置，挡料分料机构15与顶料气缸18相连。运料带13
一端与后支撑架12相连，另一端与上料电机17相连，在上料电机17驱动下，
运料带13运送多根直管到斜面板14上，再由顶料气缸18推动挡料分料机构
15把单根直管顶到托轮机构16上。
在本实施例中，斜面板14设置在前支撑架11顶部左右两端，在前支撑
架11左右两端靠近斜面支撑板的内侧分别设置有成对的转动轮。运料带13
的一端固定在后支撑架12上，运料带13沿着成对转动轮的周向缠绕，转动
轮由上料电机17带动转动，进而带动运料带13运动，实现运动带的收紧或
松弛。
上料前，运料带13处于松弛状态。在上料时，将管材捆料用行车吊放
在松弛的运料带13上，解开管材捆料的捆扎带，上料电机17转动，运料带
13朝向斜面板14方向收紧，此时运料带13被卷绕到转动轮上，运料带13上
的多根管材随着运料带13的运动被运送到斜面板14上。管材在斜面板14上
滚动到位于斜面板14一端的挡料分料机构15，然后，顶料气缸18推动挡料
分料机构15把单根管材顶起来，单根管材顺着斜面板14滚落到托轮机构16
上，等待主机2的送料部件22取料，整个过程全自动。其中，托轮机构16
包括V型轮。
在上料机构1的右端还设置有管口定位部件19，管口定位部件19伸出
到主机2送料部件22的上方，用于对传输的管材管口进行统一的定位，使
得送料机构基本在同一个位置进行取料，方便取料的控制。
对于盘管，上料机构1需要增加一个较圆较直的机构，这里可选择常
规的盘管上料机构。
参见图3，送料部件22、刀头部件23以及固定夹模部件25依次从左至
右放置于机架21的上方，推刀切割部件24放置于刀头部件23上。
参见图4，送料部件22包括送料伺服电机、送料伺服丝杆221、送料直
线导轨223和送料夹模222，送料伺服丝杆221与送料伺服电机、送料夹模
222相连，送料夹模222夹取管材后，在送料伺服电机的驱动下，送料伺服
丝杆221驱动送料夹模222，沿着送料直线导轨223向夹头232方向运动，将
管材移动到夹头232中。
送料夹模222上设有送料感应开关224，送料感应开关224感应托轮机
构16上是否存在管材并将感测结果发送至控制系统，若托轮上存在管材，
控制系统发送控制送料伺服电机工作的信号，驱动送料伺服丝杆221向着
上料机构1运动预设距离，送料夹模222夹取托轮机构16上的管材。本实施
例的送料感应开关224为光电开关。
在将上料机构1和主机2拼装组合后，启动控制系统，控制系统发送控
制送料伺服电机工作的信号，送料夹模222在伺服丝杆的带动下朝向上料
机构1运动，夹取管材，当送料夹模222上的感应开关感应到托轮机构16上
存在有管料时，伺服丝杆驱动送料夹模222向着上料机构1运动预设距离
(这里为180mm)，送料夹模222夹取托轮机构16上的单根管材，伺服丝杆
在送料直线导轨223的精密导向下，将单根管材运送到刀头部件23的夹头
232中，这样能够降低挡料分料机构15传送单根管材到托轮机构16时，对
单根管材前后位置的要求。
参见图5，包括切割主轴231，切割主轴231内部沿切割主轴231的轴向
设置有用于夹紧管材的夹头232，夹头232的一端露出切割主轴231的外部，
切割主轴231的一端套设旋转套233，旋转套233的端面上固定有刀盘234，
刀盘234上装有刀片滑块235和支撑轮滑块236，刀片滑块235和支撑轮滑块
236远离切割主轴231的端面均为斜面，刀片滑块235通过轴承连接切割刀
片237，切割刀片237用于切断管材，支撑轮滑236块通过轴承连接支撑滚
轮238，支撑滚轮238用于支撑管材。夹头232朝向切割刀片237的端部是露
出切割主轴231的外部的。
通过滑动外套241与刀片滑块235、支撑轮滑块236分别相连，驱动刀
片滑块235推动切割刀片237向管材中心移动，以及驱动支撑轮滑块236推
动支撑滚轮238向管材中心移动。参见图6，在本实施例中，推刀切割部件
24包括滑动外套241、推刀切割伺服电机，推刀切割伺服丝杆242、推刀直
线导轨243、推刀架244和推刀轮245。参见图7，滑动外套241套设在旋转
套233外侧，滑动外套241内壁与刀片滑块235的斜面以及支撑轮滑块236的
斜面相接触，在刀片滑块235斜面以及支撑轮滑块236斜面的分别引导下，
滑动外套241按压刀片滑块235和支撑轮滑块236向管材中心移动。刀片滑
块235与刀盘234之间是滑动配合连接的，支撑轮滑块236与刀盘234之间也
是滑动配合连接的，这样，在滑动外套241的挤压下，刀片滑块235与支撑
轮滑块236便向着管材中心移动。
在本实施例中，刀片滑块235、支撑轮滑块236、切割刀片237以及支
撑滚轮238均是设置在刀盘的右侧的，在切割管材时，滑动外套241向右前
进，即向着切割刀片237的方向运动，由于刀片滑块235与滑动外套241内
壁接触的面为斜面，且斜面长度可根据需要设置，滑动外套241内壁与刀
片滑块235相接触的面为与刀片滑块235相配合的斜面或弧面。支撑轮滑块
236与滑动外套241内壁接触的面也为斜面，且斜面长度可根据需要设置，
滑动外套241内壁与支撑轮滑块236相接触的面为与支撑轮滑块236相配合
的斜面或弧面。在本实施例中，刀片滑块235斜面的长度小于支撑轮滑块
236的斜面长度，这样，在切割管材时，切割刀片237会一直向着管材中心
移动，直到切断管材。而支撑轮滑块236在支撑滚轮238接触到管材外壁时，
则停止向管材中心移动。
切割主轴231推刀切割伺服丝杆242与推刀切割伺服电机及推刀架244
均相连，推刀架244上固定有推刀轮245，推刀轮245与滑动外套241相连。
推刀切割伺服丝杆242设置在推刀直线导轨243上，在推刀切割伺服电机的
驱动下，推刀切割伺服丝杆242沿着推刀直线导轨243向滑动外套241方向
运动，推刀架244上的推刀轮245推动滑动外套241向前运动，抵向刀片滑
块235及支撑轮滑块236。
支撑轮滑块236推动支撑滚轮238向管材中心运动，当支撑滚轮238接
触支撑到管材时，支撑轮滑块236便停止向管材中心运动，而是在滑动外
套241的挤压下，支撑滚轮238对管材进行支撑，减小切割时管材的振动，
切割管材不产生废屑，使管材切割过程中没有外翻边。同时，本实施例的
切割刀片237是固定在刀片固定座上，刀片滑块235与刀片固定座相连，在
滑动外套241的推动下，刀片滑块235推动刀片固定座向管材中心运动，实
现切割刀片237与管材之间的距离的调节，实现对管材切割深度的控制，
直到切割刀片237将管材切断。当切割刀片237和支撑滚轮238均接触到管
材时，由于旋转套233的高速旋转，带动滑动外套241和刀盘234高速旋转，
其中，旋转套233、滑动外套241和刀盘234的旋转运动方向都是相同的。
切割刀片237和支撑滚轮238也会绕着管材高速公转，同时，切割刀片237
和支撑滚轮238通过轴承，自身会自转，在切割刀片237环切管材一周后，
管材就会被切断。管材被切断后，在推刀切割伺服电机的驱动下，推刀切
割伺服丝杆242沿着推刀直线导轨243向上料架方向移动，推刀架244上的
推刀轮245推动滑动外套241向后运动，支撑滚轮238和切割刀片237复位，
为下次切割做准备。
切割旋转电机26通过同步带27连接切割主轴231上的旋转套233，通过
同步带27驱动切割主轴231上的旋转套233高速旋转，旋转套233带动滑动
外套和刀盘234高速旋转。切割旋转电机由控制系统控制，本实施例中，
控制系统可以为计算机或者触摸屏等。
参见图7，刀头部件23还包括推动夹头232夹紧的推动机构，推动机构
包括推杆2310、推套2311和夹紧气缸239，推杆2310和推套2311设置在切
割主轴231内部，推杆2310一端与弹性夹头232插入切割主轴231内部部分
的一端相连，推杆2310另一端连接夹紧气缸239。在本实施例中，夹头232
选择为弹性夹头232，并且，在弹性夹头232内设置有内嵌在弹性夹头232
内壁一圈的钢丝撑圈，用于撑开夹头232，便于管材在夹头232内部的移动。
弹性夹头232插入切割主轴231内部部分的外壁上设有凸起，凸起包括
第一斜面232a，第一斜面232a朝向推杆2310设置且高度逐渐降低，推套
2311套装在推杆2310和弹性夹头232连接处的外壁上，且推套2311与第一
斜面232a通过斜面滑动相连，具体地，推套2311与凸起的第一斜面232a相
连，推套2311与第一斜面232a连接的端面为与第一斜面232a倾斜方向相反
的斜面，推套2311的斜面与第一斜面232a刚好能够相配合相连。在夹紧气
缸239的驱动下，推杆2310的推动推套2311抵向弹性夹头232，弹性夹头232
向中心收缩夹紧管材，减少管材的振动，使管材切口平整，切割刀片不容
易崩刀，增加切割刀片使用寿命。推套2311的斜面与第一斜面232a的配合，
更加省力即能达到对弹性夹头232的夹紧。
凸起还包括第二斜面232b，第二斜面232b朝向所述切割刀片237设置
且高度逐渐降低，刀头部件23还包括设置于弹性夹头232外壁的夹头232定
位端盖，夹头232定位盖一端固定在切割主轴231上，且与第一斜面232a通
过斜面相连，具体地，夹头232定位盖与第二斜面232b连接的端面为与第
二斜面232b倾斜方向相反的斜面，夹头232定位盖的斜面与第二斜面232b
刚好能够相配合相连。在本实施例中，第二斜面232b相对于切割主轴231
的轴线近似为90°，夹头232定位盖的斜面与第二斜面232b的配合能保证
夹头232夹紧过程中，减小夹头232的轴向运动，夹头232轴向位置的精度，
从而保证切割管材的长度精度。
控制系统接收到送料夹模222中存在管材的结果，则发送控制送料伺
服电机、推刀切割伺服电机工作的信号。本实施例中，在切割过程中，切
割旋转电机26一直高速旋转。
固定夹模部件25用于夹紧管材，固定夹模部件25和夹头232分别位于
切割刀片237的两侧。而固定夹模部件25和夹头232之间的距离可根据需要
由控制系统调节。在本实施例中，固定夹模和夹头232之间的距离被调节
成稍大于切割刀片237的厚度，这样，在管材切割过程中，由于夹头232和
固定夹模距离较近，切割刀片237在夹头232和固定夹模之间进行切割，管
材的支撑刚性好，管材不易发生振动，切割管口质量好，切割刀片237也
不易崩刀。
参见图8，固定夹模连接有倾斜的下料斗28，下料斗28上设有通孔281
和翻板282，通孔281用于容纳翻板282，翻板282铰接在下料斗28上，下料
斗28的下方设有成品收集箱和废品收集箱。送料感应开关测切割好管材的
长度并发送至控制系统，控制系统判断切割好管材的长度小于预设长度值
时，翻板282打开，管材沿着下料斗28上的通孔281落入废品收集箱中；否
则，翻板282关闭，管材沿着下料斗28落入产品收集箱中，实现对成品和
废品的分别收集，从而实现成品和尾料的自动分离。
另外，在管材切割前，可根据需要选择是否切割头料，并将头料送入
废品收集箱中。
管材切割前，在控制系统中输入所需管材成品的预设长度、切割刀片
237的直径、管材直径和壁厚等，控制系统控制切割刀片237切割管材的进
给位置，方便快捷。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡
是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效
结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围。