一种多轴联动的超声波切割机
技术领域
本发明涉及食品加工设备领域，特别是指一种多轴联动的超声波切割机。
背景技术
面包和蛋糕是一种常见的糕点，传统的制作方式通常是烘焙较大的一块，再以手工切割的方式将其切割成若干个小块。由于蛋糕膨松多孔、含水量较高、质地柔软，刀刃下切压挤时极易引起局部的塌陷和破损，并且还具有粘刀的现象。
随着技术的发展，越来越多的食品生产设备采用生产线切割，以提高蛋糕生产的效率，例如申请号为201720723437.7的专利所记载的一种超声波自动纵横切食品切割生产线，该专利的生产线中通过在输送机上固定纵切组合刀和横切组合刀对蛋糕块进行切割，此切割方式对蛋糕的切割形状有比较大的限制，一般仅可切割成方形结构，不具有多样性，严重限制了蛋糕产品的生产样式。
发明内容
针对上述背景技术提出的不足，本发明提供一种多轴联动的超声波切割机。
本发明采用如下技术方案：一种多轴联动的超声波切割机，其特征在于：包括有输送机、固定于输送机上的龙门架和位于输送机上的超声波切刀；
所述龙门架连接有横移板，所述横移板沿所述输送机的宽度方向水平的移动，横移板上连接有升降座，该升降座相对横移板竖直上下的移动；
所述超声波切刀连接至所述升降座的下方，且超声波切刀相对升降座旋转。
作为进一步的改进，所述龙门架在沿所述输送机宽度方向的一端连接有可转动的转轴，龙门架沿所述输送机宽度方向的另一端固定有横移电机，所述横移电机和转轴上均固定有同步轮，且横移电机的同步轮和转轴的同步轮同时啮合连接有同步带，所述同步带固定连接所述横移板。
作为进一步的改进，所述横移板上方固定固定连接有升降电机，该升降电机的输出轴固定连接有丝杆，所述丝杆螺旋连接有螺母支座，该螺母支座固定连接至所述升降座。
作为进一步的改进，所述超声波切刀可转动连接至所述升降座，升降座上还固定有旋转电机，该旋转电机驱动超声波切刀旋转。
作为进一步的改进，所述超声波切刀固定连接至超声波换能器，且超声波换能器电连接至超声波发生器；所述升降座与所述输送机输送平面平行的平板上固定有轴承座，所述超声波换能器固定连接至该轴承座，且超声波切刀位于所述平板的下方；超声波换能器和所述旋转电机的输出轴上均固定有同步轮，且声波换能器的同步轮和旋转电机输出轴的同步轮同时啮合连接有同步带。
作为进一步的改进，所述输送机在输送带的两端分别连接可转动的第一传动辊和第二传动辊，且输送机的两端均连接驱动电机，所述驱动电机的输出轴固定有驱动轴套，所述第一传动辊和第二传动辊的一端均轴向的滑动连接有传动轴套；所述驱动轴套的端面上环形的分布有若干限位槽，所述传动轴套的环面上环形的分布有若干限位凸起，各所述限位凸起分别对应嵌入所述限位槽；且当第一传动辊的限位凸起嵌入驱动轴套的限位槽内时，第二传动辊的限位凸起离开驱动轴套的限位槽内，或者当第二传动辊的限位凸起嵌入驱动轴套的限位槽内时，第一传动辊的限位凸起离开驱动轴套的限位槽内。
作为进一步的改进，还包括有控制系统，所述输送机的两端均连接驱动气缸，且两所述驱动气缸的活塞杆均连接至所述传动轴套，所述控制系统控制其中一驱动气缸的活塞杆伸出时，另一驱动气缸的活塞杆缩回。
作为进一步的改进，所述驱动气缸的活塞杆末端固定有卡盘，该卡盘设有卡槽，所述传动轴套上固定有卡片，该卡片嵌入卡盘的所述卡槽内。
作为进一步的改进，所述传动轴套的限位凸起在朝向所述驱动轴套一端两侧面向中间倾斜，形成尖角结构。
作为进一步的改进，所述驱动轴套的限位槽槽口两侧均设有倾斜的斜面，且相邻两限位槽的斜面相互连接。
由上述对本发明结构的描述可知，和现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明通过横移板带动超声波切刀横向移动（相当于X轴坐标方向移动）、通过输送带带动蛋糕块移动（相当于Y轴坐标方向移动）、通过升降座带动超声波切刀上下移动（相当于Z轴坐标方向移动）以及通过旋转电机驱动超声波切刀于升降座上旋转（相当于相对蛋糕块的自转转动）。由此可见，本发明的超声波切割机可使超声波切刀相对蛋糕块实现多个轴向的移动，从而可便于运用数控系统对切割机编写程序，使超声波切刀按程序制定的路径进行切割，从而使得本发明的超声波切割机可切割出多种样式的蛋糕，可进一步的拓展企业生产蛋糕产品的样式。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图。
图2为图1中隐藏防护罩后的结构示意图。
图3为输送机上方部分的立体结构示意图。
图4为输送机上方部分的正面结构示意图。
图5为输送机上方部分的侧面构示意图。
图6为本发明的俯视示意图。
图7为驱动电机连接第一传动辊的结构示意图（主梁上方为透视）。
图8为图6中A处的放大示意图。
图9为驱动轴套的立体结构示意图。
图10为传动轴套的立体结构示意图。
图11为第一传动辊连接至输送机的正面结构示意图。
图12为图10中B处的放大示意图。
图13为本发明连接数控系统的控制示意图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的具体实施方式。
如附图2所示，一种多轴联动的超声波切割机，包括有输送机1、固定于输送机1上的龙门架13和位于输送机1上的超声波切刀21。所述龙门架13横跨所述输送机1宽度方向的两端，且龙门架13两端分别固定至输送机1的输送带11两侧的主梁12上。
再参照附图6所示，所述超声波切刀21固定连接至超声波换能器22，且超声波换能器22电连接至超声波发生器（示图未示），该超声波发生器可固定至于输送机1的底部内，工作时超声波发生器将市电转换成高频高电压交流电流输给超声波换能器22，超声波换能器22输出振幅至超声波切刀21，超声波切刀21进一步放大振幅，同时聚焦超声波并输出超声波，利用超声波切刀21将超声波能量集中输入到蛋糕块9的切割部位，以此实现超声波发生器驱动超声波切刀21实现切割。此采用超声波切割的方式切割速度更快，并且切割过程不粘刀，同时切割时无需任何压力就能轻易将蛋糕块9切断，可避免切割位置产生缺角，由此可见采用超声波切刀21对蛋糕块9进行裁切的方式可提高蛋糕块9的切割效率，同时可使蛋糕切割成型后的外形更为完整。
如附图3和4所示，所述龙门架13的正面连接有横移板31，且横移板31的正面上连接有升降座，所述超声波换能器连接至该升降座。龙门架13正面的上下两端均固定有导轨35，且导轨35的长度方向与所述输送机1的宽度方向平行。所述横移板31背面的上下两端固定有滑块36，两滑块36分别适配连接至龙门架13正面的两导轨35，通过此结构使横移板31仅可沿所述输送机1的宽度方向水平的移动。
继续参照附图3和4，龙门架13在沿输送机1宽度方向的一端还连接有转轴33，该转轴33的连接可以是在龙门架13正面的上下两端固定轴承座，转轴33的两端分别固定连接至两轴承座，以此限制转轴33仅可相对龙门架13自转。龙门架13沿输送机1宽度方向的另一端固定有横移电机32，所述横移电机32和转轴33上均固定有同步轮，且横移电机32的同步轮和转轴33的同步轮同时啮合连接有同步带34。所述同步带34固定连接所述横移板31，其固定方式可以是在横移板31上通过螺栓固定连接压板37，并且将压板37压向同步带34，使同步带34以被压紧的方式固定于压板37和横移板31之间。工作时，横移电机32带动同步带34转动，从而拉动横移板34沿输送机1的宽度方向移动。
如附图3至5所示，所述横移板31正面的两侧均固定有竖向的导轨45，所述升降座41背面的两侧一固定有滑块（示图未示），且升降座41两侧的滑块分别适配连接至横移板31两侧的导轨45，通过此结构使升降座41仅可相对横移板31竖直上下的移动。所述横移板31上方固定固定连接有升降电机42，该升降电机42的输出轴固定连接有丝杆43，所述丝杆43螺旋连接有螺母支座44，该螺母支座44固定连接至所述升降座41。工作时，升降电机42带动丝杆43转动，从而通过带动螺母支座44的升降拉动，实现驱动升降座41相对输送带11的输送平面竖直上下的移动。另外结合附图1和2所示，所述输送机1固定有防护罩19，该防护罩19包围在在龙门架13外的四周，此防护罩的结构可防止切割加工中的蛋糕块9沾染灰尘，同时可对龙门架13及连接至龙门架13上的结构进行防护。
再继续参照附图3至5，所述升降座41侧视为L型结构的支架，具体的包括有与所述输送带11的输送平面平行的平板411和与输送带11的输送平面垂直的竖板412。所述平板411上固定有轴承座（示图未示），所述超声波换能器22穿过该轴承座并固定，其固定连接方式可以在超声波换能器22位于轴承座的上下两端均装配卡簧实现连接，且使超声波切刀21位于所述平板411的下方。另外平板411上还固定有旋转电机23，该旋转电机23的输出轴和超声波换能器22上均固定有同步轮，且声波换能器22的同步轮和旋转电机23输出轴的同步轮同时啮合连接有同步带24。工作时，旋转电机23通过同步带24带动超声波换能器22转动，实现超声波切刀21的转动。
如附图6和13所示，所述输送机1在输送带11的两端分别连接第一传动辊15和第二传动辊16，具体的，输送机1两侧的主梁12下均可固定轴承座17，所述第一传动辊15和第二传动辊16的两端分别固定连接至两侧主梁12的轴承座17，以此使第一传动辊15和第二传动辊16可转动，从而带动输送带11运行，以实现第蛋糕块9的输送和切割加工。输送机1的两端均连接驱动电机14，且驱动电机14还配套有控制系统，该控制系统为可编程PLC控制器。输送机1一侧沿还固定有传感器18，该传感器18可以是光线传感器或红外传感器等检测装置。传感器18固定于如附图6所示的靠近所述龙门架13的位置，用以感应蛋糕块9的位置，即当传感器18感应到蛋糕块9之后，将光信号转化为电信号输出至控制系统，再由控制系统接收此信号后控制连接第一传动辊15的驱动电机14暂停运行或连接第二传动辊16的驱动电机14暂停运行。具体的，第一传动辊15位于所述输送带11输送方向的前端，第一传动辊15位于所述输送带11输送方向的后端，控制系统接收传感器18的信号控制连接第一传动辊15的驱动电机14暂停运行，此方式相当于对蛋糕块9进行Y轴坐标方向的定位。进一步的，可通过写入程序控制驱动电机14暂停指定时间后恢复运行，该时间为一片蛋糕块9完成切割的时间。
如附图5至7所示，所述驱动电机14的输出轴141固定有驱动轴套7，所述第一传动辊15和第二传动辊16的一端均配置传动轴套6，所述传动轴套6中心为贯穿的通孔62，该通孔62用以穿装第一传动辊15或第二传动辊16的端部，且通孔62内壁设有凹陷的导向槽63，同时第一传动辊15和第二传动辊16的一端延伸出所述轴承座17外固定有键条151，所述键条151嵌入所述导向槽63，且导向槽63尺寸略大于键条151尺寸。通过此导向槽63和键条151的限制使传动轴套6仅可相对第一传动辊15或第二传动辊16的轴心线滑动，且可限制使第一传动辊15或第二传动辊16与传动轴套6在转动时同步且同向转动。所述输送机1的两端还均连接有驱动气缸8，所述控制系统控制其中一所述驱动气缸8的活塞杆81伸出时，另一所述驱动气缸8的活塞杆81缩回，具体的控制方式为现有技术中常见的气动控制系统对气缸的控制方式，此处不做详细赘述。所述驱动气缸8的活塞杆81末端固定有卡盘82，该卡盘82设有卡槽821，所述传动轴套6上固定有卡片64，该卡片64嵌入卡盘82的所述卡槽821，优选的，所述卡片64可以是圆盘状，使其无论在转动或停止的情况下始终嵌在所述卡槽821内，从而使驱动气缸工作时，通过驱动活塞杆81的伸缩移动，带动传动轴套6相对第一传动辊15或第二传动辊16移动。
如附图8至11所示，所述驱动轴套7的端面上环形的分布有若干限位槽71，即以驱动轴套7的轴心为轴圆周阵列的分布。对应的，所述传动轴套6的环面上环形的分布有若干限位凸起61，即以传动轴套6的轴心为轴圆周阵列的分布。各所述限位凸起61可分别对应嵌入所述限位槽71。进一步的，各所述限位凸起61在朝向所述驱动轴套7一端的两侧面均向中间倾斜，形成如附图9所示的尖角结构，且所述限位槽71槽口的两侧同样均设有倾斜的斜面72，且相邻两限位槽71的斜面72相互连接形成如附图8所示的尖角结构。此限位凸起61的尖角结构和限位槽71的槽口斜面72结构可起到导向的作用，使得传动轴套6无论转动至任何角度，在移动至驱动轴套时，各限位凸起61均可对应嵌入各限位槽71内，从而使驱动电机14可通过驱动轴套7和传动轴套6驱动第一传动辊15或第二传动辊16转动，进而带动所述输送机1的输送带11运行。
再参照附图10和11，由于其中一所述驱动气缸8的活塞杆81伸出时，另一所述驱动气缸8的活塞杆81缩回，因此当第一传动辊15处的限位凸起61嵌入驱动轴套7的限位槽71内时，第二传动辊16处的限位凸起61离开驱动轴套7的限位槽71内，或者当第二传动辊16处的限位凸起61嵌入驱动轴套7的限位槽71内时，第一传动辊15处的限位凸起61离开驱动轴套7的限位槽71内。此结构相当于其中一驱动电机14在驱动输送机1的传动辊转动时，该驱动辊可视为驱动输送带11运行的驱动辊，而另一传动辊此时没有与驱动电机14通过驱动轴套7和传动轴套6形成传动连接，且在输送带11运行的带动下转动，因此可视为从动辊。
采用上述结构后，使得本发明的超声波切割机可连接一套数控系统，该数控系统可连接触摸屏或连接至PC端，通过触摸屏或PC端编写程序至数控系统内，以控制超声波切刀21根据程序进行多轴向的移动。工作时，第一传动辊15负责针对蛋糕块9的输送，而第二传动辊16则可以由设备的数控系统进行控制，形成数控系统中的Y轴移动坐标，在数控系统工作时，控制连接第二传动辊16的驱动电机14转动，使在输送带11上的蛋糕块9相对所述超声波切刀21沿输送带11的运行方向前后的移动。具体的，数控系统电连接至横移电机32、连接第二传动辊16的驱动电机14、升降电机42以及旋转电机23，从而形成由数控系统控制超声波切刀21相对蛋糕块9的横向移动（相当于X轴坐标方向移动）、通过输送带11带动蛋糕块9移动（相当于Y轴坐标方向移动）、通过升降座41带动超声波切刀21上下移动（相当于Z轴坐标方向移动）以及通过旋转电机23驱动超声波切刀21于升降座41上旋转（相当于相对蛋糕块9的自转转动），可见本发明的结构可完美的匹配数控系统进行多轴联动的蛋糕块9切割工作。
参照附图1、2和6所示，所述输送机1输送方向的后端（即蛋糕块9放入输送带11的一端）的两侧均固定有挡板5，两挡板5的侧面均具有向输送带11中间倾斜的斜面和与输送方向平行的平面，所述平面相对斜面位于输送方向的前端。当蛋糕块9输送时，两侧挡板5的阻挡可形成导向的作用，使蛋糕块9沿挡板的斜面向输送带11的中间靠拢，从而使蛋糕块9在输送至所述龙门架13下方时，可正对于龙门架13的中间位置，即相当于所述横移板31移动行程的中心点，此方式相当于对蛋糕块9的X轴坐标方向进行定位。此外，蛋糕块9的Z轴坐标方向的定位可直接根据蛋糕块9的厚度进行确定，具体可将超声波切刀21下降至倒尖触碰到蛋糕块9的上表面后，再设定Z轴坐标归零即可。
本发明的工作过程如下：
当蛋糕块9在输送机1上输送至所述龙门架13的位置时，传感器18感应到蛋糕块9后，控制系统控制连接第一传动辊15的驱动电机14暂停运行，并且控制驱动气缸8的活塞杆81伸出以带动传动轴套6移动至脱离驱动轴套7，从而使驱动电机14与第一传动辊15失去传动；同时控制系统控制位于第二传动辊16处的驱动气缸8的活塞杆81缩回，以带动传动轴套6移动至使各限位凸起61分别嵌入驱动轴套7的各限位槽71内，以使驱动电机14和第二传动辊16形成传动连接。
之后控制系统将信号发送至数控系统，以使数控系统开始运行，对超声波切刀21的多个轴向的联动进行控制，同时使超声波切刀21相对蛋糕块9开始移动切割，工作时数控系统依据程序控制横移电机32、连接至第二传动辊16的驱动电机14、升降电机42以及旋转电机23，以附图6为例，切割心形蛋糕时，超声波切刀21下降至插入蛋糕块9之后，数控系统控制横移电机32、连接至第二传动辊16的驱动电机14和旋转电机23运行，实现对蛋糕块9的切割，在切割完成一个心形蛋糕后，数控系统控制升降电机42带动超声波切刀21升起，之后再通过横移电机32控制超声波切刀21移动至下一切割位置并再次下降进行切割，如此往复直至完成一个蛋糕块9的切割后超声波切刀212复位。
待蛋糕块9完成切割，超声波切刀21移动至初始位置，即输送机1的正中间上方后，且所述横移电机32、升降电机42和旋转电机23以及连接第二传动辊16的驱动电机14均暂停运行；此时控制系统控制位于第二传动辊16处的驱动气缸8的活塞杆81伸出，以带动传动轴套6移动至脱离驱动轴套7，使驱动电机14和第二传动辊16失去传动；同时位于第一传动辊15处的驱动气缸8的活塞杆81缩回，以带动传动轴套6移动至使各限位凸起61分别嵌入驱动轴套7的各限位槽71内，以使驱动电机14和第一传动辊15形成传动连接，便于驱动电机14再次通过第一传动辊15驱动输送带11运行，实现蛋糕块9的继续输送，即,使完成切割的蛋糕块9输出，而待切割的蛋糕块9向龙门架13方向输送。
上述工作过程中，控制系统仅接收传感器18的信号并控制两驱动气缸8和连接第一传动辊15的驱动电机14，同时控制系统还可向数控系统输出信号使数控系统运行，可见控制系统为相对数控系统独立另一套控制装置。可见本发明的整理控制模式与现有的数控机床一样的，即，实现刀具（即超声波切刀21）相对于工件（即蛋糕块9）各坐标轴几何运动规律的数字控制，是由NC（即数控系统）来完成，而机床辅助设备的控制是由PLC（即控制系统）来完成。
综上所述，本发明通过横移板31带动超声波切刀21横向移动（相当于X轴轴向移动）、通过输送带11带动蛋糕块9纵向移动（相当于Y轴轴向移动）、通过升降座41带动超声波切刀21上下移动（相当于Z轴轴向移动）以及通过旋转电机23驱动超声波切刀21于升降座41上旋转，可见，本发明的超声波切割机可使超声波切刀21相对蛋糕块9实现多个轴向的相对移动，从而可便于运用数控系统对切割机编写程序控制，以使超声波切刀21可按程序制定的路径进行切割，从而使得本发明的超声波切割机可切割出各种形状的蛋糕。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
