CN101121286B - 多功能水刀 - Google Patents
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Abstract
一种多功能水刀，属于非金属材料加工设备技术领域，它包括床架(1)、龙门式横梁(2)，龙门式横梁(2)支承在床架(1)的纵向导轨上，在床架(1)外侧上还安装有龙门式横梁(2)的纵向驱动装置(3)，在龙门式横梁(2)上设有横向导向，其特征是在所述的横向导轨上安装有包括水射流切割装置(6)和机械铣磨装置(7)的切磨支架(4)，该切磨支架(4)与驱动其横向移动的横向驱动装置(5)相连；水射流切割装置(6)上安装有水刀切割头(601)，机械铣磨装置(7)上安装有对切割后的切口进行进一步加工的刀具(701)；水刀工作台(8)上安装有工件夹紧装置(9)。本发明解决了现有的水切割设备功能单一的问题，具有加工效率高，可极大提高脆性材料加工成品率的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种多功能组合加工设备，尤其是一种切合了水射流加工技术和机械加工技术的适合于加工脆性材料，提高加工效率和成品率的综合性的加工设备，具体地说是一种多功能水刀。
背景技术
目前，随着人们生活水平的不断提高，各种玻璃制品以其艺术性和观赏性正逐步替代花刚岩、不锈钢、陶瓷、实木进入我们的日常生活和办公场地，各种造型的玻璃桌、玻璃屏风、玻璃外罩的家用电器等等不胜枚举。
由于玻璃属脆性易碎材料，其加工难度较大，传统的加工方法已无法满足要求，因此利用水刀在脆性材料加工方面的优势，将其应用于玻璃加工已成为各类艺术玻璃加工的首选设备，但现有的水刀设备功能单一，只能完成简单的切割工作，虽然它可根据编程内容加工出各种形状的孔或外形，但加工所得的充其量只能是半成品，还必须进行二次加工，其中最基本的二次加工就是对切割边进行磨边，这就必须进行二次装夹，运输和装夹必然会造成半成品的破损，增加加工成本，延长加工周期，因此众多玻璃加工企业使用过程中仍感到十分不便，这也是水刀设备未被玻璃加工企业大量采用的原因，而利用现有的设备和手段加工出的艺术玻璃的成本过高，周期过长，无法满足小批量，多品种的需要。
此外，由于水刀切割本身所具备的其它机械加工设备所无法替代的优良特性，它被广泛地应用于石材、陶瓷、钢板的切割加工中，而这些材料在切割成形后通常还需要进行进一步的磨削、铣削、钻孔、攻丝、抛光等加工以提高其品质、满足工艺要求，如果将其移动到另外的加工设备上进行二次加工，对于脆性材料而言不仅会存在装夹风险，而且存在重复定位难度高，操作繁锁等一系列不便，而对于像钢板之类的金属材料在二次加工时则存在复杂图案重复定位难度大的问题。因此发明一种经过一次装夹即可完成全部加工任务的新型水刀加工设备是当务之急。
发明内容
本发明的目的是针对目前的水刀设备功能单一，以及脆性材料再加工时移动、装夹和定位均会造成破损和影响质量的问题，提供一种通过一次装夹即可完全所有精加工要求的、具有切、磨、铣等多种功能的多功能水刀。
本发明的技术方案是：
一种多功能水刀，包括床架1、龙门式横梁2，床架1的两侧设有纵向导轨，龙门式横梁2的两端支承在所述的纵向导轨上，在床架1外侧上还安装有驱动龙门式横梁2作纵向移动的纵向驱动装置3，在龙门式横梁2上设有横向导轨，其特征是在所述的横向导轨上安装有切磨支架4，该切磨支架4与驱动其横向移动的横向驱动装置5相连；该切磨支架4由水射流切割装置6和机械铣磨装置7集合而成并由同一横向驱动装置5驱动；水射流切割装置6上安装有水刀切割头601，机械铣磨装置7上安装有对切割后的切口进行进一步加工的刀具701；在床架1中、龙门式横梁2的下方安装有水刀工作台8，水刀工作台8上安装有工件夹紧装置9，该工件夹紧装置9的上表面离工作台上表面的距离不少于10cm。
所述的水射流切割装置6主要由切割头601、丝杆螺母602、丝杆603及驱动电机604组成，切割头601安装在驱动其上下运动的丝杆螺母602上，丝杆螺母602安装在丝杆603上，丝杆603与驱动电机604直接或间接相连切割头601与安置在床架1外的超高压水发生系统相连。
所述的机械铣磨装置7主要由所述的刀具701、主轴702和驱动电机703、升降支架704、丝杆螺母705、丝杆706及升降电机707组成，所述的刀具701安装在主轴702的下端上，主轴702的上端与驱动电机703直接或间接相连，升降支架704分别与丝杆螺母705及主轴702相连，丝杆螺母705安装在丝杆706上，丝杆706与升降电机707相连。此外在刀具的周围安装有冷却喷嘴。
在床架1的内侧边上还安装有为便于更换刀具701的自动刀库，所述的主轴702上安装有相应的自动换刀机构。
所述的工件夹紧装置9主要由气动中心切料托盘901、气动边角料托盘902、真空工件吸附盘903、槽形安装板904组成，其中所述的槽形安装板904可拆卸式扣装在水刀工作台8中的横梁10上，工件吸附盘903安装在槽形安装板904上，中心切料托盘901、边角料托盘902安装在各自的气缸轴上，气缸安装在槽形安装板904上，中心切料托盘901、边角料托盘902、工件吸附盘903的最高点离槽形安装板904的上表面的距离不少于10cm，以防止切割时高压水流对槽形安装板904及水刀工作台8中的横梁10造成伤害。
所述的纵向驱动装置3为转螺母驱动结构，它主要由支架301、固定丝杆302、转动螺母303、驱动电机304组成，所述的支架301安装在纵向导轨滑块305、306上并与龙门式横梁2相连，固定丝杆302的两端分别固定在床架1上，转动螺母303套装在固定丝杆302上的同时通过轴承与支架301相连，驱动电机304安装在支架301上并通过同步带与丝杆螺母303相连。此外，当固定丝杆302的长度较长(如大于4米时)，还可在固定丝杆302的下部安装一活动托架，当转动螺母303经过活动托架时，活动托架会受压倒下，转动螺母303离开后，活动托架在重力的作用下自动复原再次将固定丝杆302托住。
所述的横向驱动装置5也为转螺母驱动装置，其基本结构与驱动装置3相类似。
本发明的有益效果：
1、本发明从根本上解决了大型、复杂图案的脆性材料的加工难题，使得一次性装夹即可完成所需的全部加工，大大提高了加工效率，拓展了水刀设备在玻璃、石材等脆性材料领域的应用市场。可减少由于脆性材料二次加工装夹所引起的破碎等严重影响生产效率事故的发生。
2、通过配备自动刀库，在利用水刀完成切割后，可根据需要进一步加工的图案的形状和工艺要求配以不同的刀具进行二次或三次加工，既可实现自动换刀，也可进行人工换刀。
3、利用丝杆螺母副作为平面二个方向(横向和纵向)驱动的传动机构代替传统的齿轮齿条传动机构，使得本发明的传动精度大大提高，配以计算机控制系统，可实现各种复杂曲线运动，加工出各种图案的板材。
4、利用转螺母机构，可消除丝杆绕度对传动精度的影响，实现大跨距加工，故本发明的床身和横梁的长度最大可达8米或8米以上。
5、本发明的工作夹紧机构不仅保证了夹紧的可靠性，而且使得切割过程中不会对工作台面产生割伤。
6、本发明的用途广，不仅可用于艺术玻璃的加工，而且可用于石材、陶瓷等脆性材料的加工，同时还可用于金属板件的成形切割和深加工。
附图说明
图1是本发明的切磨机的主视图。
图2是图1的左视结构示意图。
图3是本发明的切磨机的工作台的俯视结构示意图。
图4是本发明的水射流切割装置的结构示意图。
图5是本发明的机械铣磨装置的结构示意图。
图6是本发明的工件夹紧装置的结构示意图。
图7是本发明的转螺母驱动的纵向驱动装置的结构示意图。
图8是本发明的转螺母驱动装置中的丝杠托架的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1-8所示。
一种多功能水刀，包括床架1、龙门式横梁2和高压水发生系统，床架1的两侧设有纵向导轨，龙门式横梁2的两端支承在所述的纵向导轨上，在床架1外侧上还安装有驱动龙门式横梁2作纵向移动的纵向驱动装置3，在龙门式横梁2上设有横向导向，在所述的横向导轨上安装有切磨支架4，该切磨支架4与驱动其横向移动的横向驱动装置5相连；该切磨支架4由水射流切割装置6和机械铣磨装置7两部分组成并由同一横向驱动装置5驱动；水射流切割装置6上安装有水刀切割头601，机械铣磨装置7上安装有对切割后的切口进行进一步加工的刀具701；在床架1中、龙门式横梁2的下方安装有水刀工作台8，水刀工作台8上安装有工件夹紧装置9，该工件夹紧装置9的上表面离工作台上表面的距离不少于10cm，其中最佳距离为15cm左右，如图1、2、3所示。
其中：
水射流切割装置6主要由切割头601、丝杆螺母602、丝杆603及驱动电机604组成，如图4所示，切割头601安装在驱动其上下运动的丝杆螺母602上，丝杆螺母602安装在丝杆603上，丝杆603与驱动电机604直接或间接相连，切割头601与安置在床架1外的超高压水发生系统(可根据所需加工的材料配备相应的系统，如可采用南京大地水刀有限公司生产的DPS系列超高压发生系统及其外围设备加以实现)相连。
机械铣磨装置7主要由刀具701(如铣刀、磨具、钻头、丝锥、抛光头等机械加工刀具)、主轴702和驱动电机703、升降支架704、丝杆螺母705、丝杆706及升降电机707组成，如图5所示，刀具701安装在主轴702的下端上，主轴702的上端与驱动电机703直接或间接相连，升降支架704分别与丝杆螺母705及主轴702相连，丝杆螺母705安装在丝杆706上，丝杆706与升降电机707直接或间接相连。为了防止铣磨过程中温度过高造成对刀具和原材料的损害，可在刀具701的周围安装有冷却喷嘴。为了方便换刀，可在床架1的内侧边上还安装有为用于更换刀具701的自动刀库，所述的主轴702上安装有相应的自动换刀机构。具体实施时，刀具701还可像普通机械设备一样进行人工换刀。
工件夹紧装置9主要由气动中心切料托盘901、气动边角料托盘902、真空工件吸附盘903、槽形安装板904组成，如图6所示，它们的数量可根据具体加工零件的形状和尺寸加以确定，如气动边角料托盘902可采用每个角安装一个共4个的形式，气动中心切料托盘901可设置一个或几个，也可一个不设，真空工件吸附盘903的数量也应根据具体加工零件的形状和尺寸加以确定，可采用4个或4个以上以增加稳定性；槽形安装板904通过螺杆结构可拆卸式扣装在水刀工作台8中的横梁10上，当需要移动槽形安装板904的位置时，只需松开螺杆即可取下槽形安装板904，然后再根据需要将其安装到合适的位置；真空工件吸附盘903(采用真空吸附)安装在槽形安装板904上，气动中心切料托盘901、气动边角料托盘902安装在各自的气缸轴上，当切割结束后，驱动气缸轴下降(或上升)即可将需去除的原材料与仍被真空吸附住的板材相分离，再由人工或相应的辅助机构将废料取走，而每个驱动对应的托盘上下移动的气缸则安装在槽形安装板904上并通过气管与气泵相连，中心切料托盘901、边角料托盘902、真空工件吸附盘903的最高点离槽形安装板904的上表面的距离为15cm左右，以防止切割时高压水流对槽形安装板904及水刀工作台8中的横梁10造成伤害。具体实施时，根据需要，本发明的气动驱动还可用液压驱动来等效代替。
纵向驱动装置3可采用转螺母驱动结构，它主要由支架301、固定丝杆302、转动螺母303、驱动电机304组成，如图7，支架301安装在纵向导轨滑块305、306上并与龙门式横梁2相连，固定丝杆302的两端分别固定在床架1上，转动螺母303套装在固定丝杆302上的同时通过轴承与支架301相连，驱动电机304安装在支架301上并通过同步带与丝杆螺母303相连。此外，当固定丝杆302的长度较长(如大于4米时)，还可在固定丝杆302的下部安装一活动托架(可参见图8)，当转动螺母303经过活动托架时，活动托架会受压倒下(图8中虚线所示)，转动螺母303离开后，活动托架在重力的作用下自动复原再次将固定丝杆302托住。
横向驱动装置5既可采用传统的转丝杆驱动形式，也可采用与前述纵向驱动装置相同的转螺母结构的驱动形式加以实现。
本发明未详述部分如自动刀库11的结构、高压水发生装置、控制系统等均可采用现有技术加以实现或直接采用市购产品。
利用水刀设备的特点，结合脆性材料加工、装夹特性和工艺要求将切磨或切铣工艺整合在一台设备上使之具有加工中心的功能，而其价格又远远低于加工中心的价格，不仅提高了成品率，而且提高了加工效率是本发明的关键，凡利用本发明的构思所设计的类似切磨一体机均被认为涵盖在本发明之中。
Claims (6)
1.一种多功能水刀，包括床架(1)、龙门式横梁(2)，床架(1)的两侧设有纵向导轨，龙门式横梁(2)的两端支承在所述的纵向导轨上，在床架(1)外侧上还安装有驱动龙门式横梁(2)作纵向移动的纵向驱动装置(3)，在龙门式横梁(2)上设有横向导轨，其特征是在所述的横向导轨上安装有切磨支架(4)，该切磨支架(4)与驱动其横向移动的横向驱动装置(5)相连；该切磨支架(4)由水射流切割装置(6)和机械铣磨装置(7)集合而成并由同一横向驱动装置(5)驱动；水射流切割装置(6)上安装有水刀切割头(601)，机械铣磨装置(7)上安装有对切割后的切口进行进一步加工的刀具(701)；在床架(1)中、龙门式横梁(2)的下方安装有水刀工作台(8)，水刀工作台(8)上安装有工件夹紧装置(9)，该工件夹紧装置(9)的上表面离工作台上表面的距离不少于10cm。
2.根据权利要求1所述的多功能水刀，其特征是所述的水射流切割装置(6)主要由所述的水刀切割头(601)、丝杆螺母(602)、丝杆(603)及驱动电机(604)组成，所述的水刀切割头(601)安装在驱动其上下运动的丝杆螺母(602)上，丝杆螺母(602)安装在丝杆(603)上，丝杆(603)与驱动电机(604)直接或间接相连，水刀切割头(601)与安置在床架(1)外的超高压水发生系统相连。
3.根据权利要求1所述的多功能水刀，其特征是所述的机械铣磨装置(7)主要由所述的刀具(701)、主轴(702)和驱动电机(703)、升降支架(704)、丝杆螺母(705)、丝杆(706)及升降电机(707)组成，所述的刀具(701)安装在主轴(702)的下端上，主轴(702)的上端与驱动电机(703)直接或间接相连，升降支架(704)分别与丝杆螺母(705)及主轴(702)相连，丝杆螺母(705)安装在丝杆(706)上，丝杆(706)与升降电机(707)相连。
4.根据权利要求3所述的多功能水刀，其特征是在床架(1)的内侧边上还安装有为便于更换刀具(701)的自动刀库，所述的主轴(702)上安装有相应的自动换刀机构。
5.根据权利要求1所述的多功能水刀，其特征是所述的工件夹紧装置(9)主要由气动中心切料托盘(901)、气动边角料托盘(902)、真空工件吸附盘(903)、槽形安装板(904)组成，其中所述的槽形安装板(904)可拆卸式扣装在水刀工作台(8)中的横梁(10)上，工件吸附盘(903)安装在槽形安装板(904)上，中心切料托盘(901)、边角料托盘(902)安装在各自的气缸轴上，气缸安装在槽形安装板(904)上，中心切料托盘(901)、边角料托盘(902)、工件吸附盘(903)的最高点离槽形安装板(904)的上表面的距离不少于10cm。
6.根据权利要求1所述的多功能水刀，其特征是所述的纵向驱动装置(3)为转螺母驱动结构，它主要由支架(301)、固定丝杆(302)、转动螺母(303)、驱动电机(304)组成，所述的支架(301)安装在纵向导轨滑块(305，306)上并与龙门式横梁(2)相连，固定丝杆(302)的两端分别固定在床架(1)上，转动螺母(303)套装在固定丝杆(302)上的同时与支架(301)相连，驱动电机(304)安装在支架(301)上并通过同步带与丝杆螺母(303)相连。
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