CN101338359A - 气动式数控喷丸强化机 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种数控喷丸强化机，其喷丸室内设置有由CNC控制的，具有C向旋转及Y向移动二个自由度的数控旋转工作台，以及具有B、C向转动及X、Z向移动四个自由度的数控机械手。工件装夹于工作台上，由数控机械手夹持外壁喷枪对工件外表面进行喷丸强化。数控机械手移动机构的Z向拖板上垂直安装有可拆卸式内孔喷枪，可对工件内孔表面进行喷丸强化。本发明可以针对不同零件编制加工程序，对其各形面进行准确、均匀的喷丸处理。相比于现有技术适应性好，自动化程度高，可实现对弹丸流的位置及角度、移动速度、弹丸流量的精确控制。解决了表面形面复杂的零件喷丸强化不能精确控制喷枪与零件表面距离、喷丸角度及弹丸流量及速度的不足之处。

Description

气动式数控喷丸强化机

技术领域

本发明涉及一种可以显著提高零部件抗疲劳性能和抗应力腐蚀能力，延长使用寿命的表面喷丸强化处理设备。

背景技术

喷丸强化机是用于对零件进行表面强化的设备，它通过大量高速运动的弹丸撞击零件表面，使其表面层发生塑性变形并形成残余压应力，从而提高零件抗疲劳性能和抗应力腐蚀能力，延长其使用寿命的表面喷丸强化处理设备。

喷丸强化机主要按弹丸推进方式分为气动式喷丸强化机和离心式喷丸强化机，气动式喷丸强化机是利用压缩空气推动弹丸形成高速的弹丸流来对工件表面进行强化处理。喷丸强度是喷丸强化机的重要性能指标，其主要影响因素包括弹丸种类(球、线)，丸粒大小(S-110、170、230等)，弹丸材料(钢丸、陶瓷丸、玻璃丸)，弹丸速度，喷头与零件表面距离，喷丸角度，喷丸时间和喷丸覆盖率。喷丸强化机关键的也在于对以上重要影响因素的控制。

目前现有技术的喷丸强化机多为结构简单，功能单一的简易喷丸强化机。一般由喷丸室、喷丸罐、弹丸回收及处理装置、除尘装置、电气系统组成。通常不具备有数控机械手及旋转工作台，不能对内孔进行喷丸，也未配置弹丸流量控制阀。其中有很大一部分还是手持式喷丸机，而多坐标数控喷丸机的目前还极少，一般也只做到四坐标控制。

现有技术的喷丸强化机喷枪一般不实现距离及角度的精确自动控制，在加工的如钢板、弹簧等质量要求不高的零件时能满足其工艺要求，但在加工连杆、叶片等表面形面较为复杂，对喷丸强度及覆盖率等要求较高的零件时，这类喷丸强化机则不能满足要求。对较大曲面零件的加工，只能采用直线移动轨迹进行喷丸，喷丸强度及覆盖率将受很大影响，且为实现零件表面均匀喷丸，需要多次对零件进行装夹，加工效率较低。而弹丸流量未加精确控制将直接影响弹丸速度及覆盖率从而影响喷丸强度的大小，造成实际喷丸强度与产品要求差值较大。

现有技术喷丸强化机的不足之处还在于弹丸速度，喷头与零件表面距离，喷丸角度和喷丸覆盖率等主要影响喷丸强度的因素不能精确控制，由于其性能及自动化程度低等原因无法完全满足加工要求，喷丸加工质量普遍不高。

此外，现有技术的喷丸强化机一般其底部设置有大漏斗和绞龙加斗式提升装置，需要深地坑，机械故障率较高，维护困难。

发明内容

为提高喷丸加工质量，解决复杂零件喷丸加工时喷丸强化机不能精确控制弹丸速度，喷头与零件表面距离，喷丸角度和喷丸覆盖率的不足之处，本发明提供一种能够对零件不同形面进行准确、均匀喷丸处理的气动式数控喷丸强化机，以解决上述现有技术存在的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种数控喷丸强化机，主要包括，喷丸室、喷丸罐、弹丸回收及处理装置、除尘装置、电控装置，其特征在于，其喷丸室内设置有由CNC控制的，具有C向旋转及Y向移动二个自由度的数控旋转工作台，以及具有B、C向转动及X、Z向移动四个自由度的数控机械手。工件装夹于工作台上，由数控机械手夹持外壁喷枪对工件外表面进行喷丸强化。数控机械手移动机构的Z向拖板上垂直安装有可拆卸式内孔喷枪，可对工件内孔表面进行喷丸强化。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果。

本发明由数控系统控制弹丸流实现多自由度位置及速度精确控制，可以针对不同零件编制加工程序，对零件不同形面进行准确的喷丸处理。喷头与零件表面距离、喷丸角度的精确控制通过数控旋转工作台及数控机械手实现五坐标多轴联动控制，并可对大尺寸零件及工件内孔表面进行加工。相比于现有技术适应性较好，自动化程度高，并可实现弹丸流量的精确控制。数控机械手驱动装置置于喷丸室外部，可减小机械系统故障。可充分利用数控系统的示教功能实现零件加工，简化程序编制工作，控制更为灵活。

喷丸室内形成的自上而下气流，能见度较好，室内粉尘浓度相对较低，简化了机械部分，降低了维护成本，工作环境也有所改善。与传统的底部设置大漏斗，绞龙加斗式提升相比，没有深地坑。本发明采用的由蜂窝吸尘地板组成的风力回收装置结构简单，维护方便，同一套系统可满足回收及喷丸室除尘的功能。

附图说明

下面结合附图详细说明依据本发明气动式数控喷丸强化机的细节和工作情况。

图1是本发明数控喷丸强化机的组成结构正向透视图。

图2是图1喷丸室的侧向透视图。

图3是数控机械手夹持外壁喷枪的工作原理图。

图4是数控旋转工作台的工作原理图。

附图中：1.喷丸室，2.外壁喷枪，3.数控机械手，4.X向伺服电机，5.机身，6.X向直线导轨，7.X向拖板，8.Y向拖板，9.Z向直线导轨，10.立柱，11.Z向伺服电机，12.支架，13.内孔喷枪，14.工件，15.螺旋选圆器，16.分离器，17.振动筛选机，18.喷丸罐，19.除尘器，20.离心通风机，21.电控装置，22.数控旋转工作台，23.Y向伺服电机，24.直角减速器，25.齿轮齿条副，26.直角减速器，27.Y向直线导轨，28.工作台C向伺服电机，29.分气管，30.小漏斗，31.吸尘风管，32.弹丸流量控制阀，33.B向伺服电机，34.同步带，35.机械手C向伺服电机，36.箱体，37.轴承，38.轴，39.机械臂，40.直角减速器。

具体实施方式

图1、图2描述了主要由CNC(即Computer number control的简写)计算机数字控制的喷丸室1、喷丸罐18、数控旋转工作台22，数控机械手3、螺旋选圆器15、分离器16、振动筛选机17、除尘器19、离心通风机20、电控装置21等组成的数控喷丸强化机的一个最佳实施例。

工件14装夹于数控旋转工作台22上，由数控机械手3夹持外壁喷枪2对工件外表面进行喷丸强化。

数控旋转工作台22的转动自由度和移动自由度由伺服电机驱动。其中，C向旋转及定位通过其内安装的工作台C向伺服电机28及直角减速器26驱动；Y向移动进给由Y向伺服电机23及直角减速器24连接的齿轮齿条副25驱动，并沿安装于喷丸室1底部栅格蜂窝吸尘地板上的Y向直线导轨27移动。

数控机械手3两个方向的移动自由度和两个方向的转动自由度由伺服电机驱动，其X向移动由安装于机身5端部的伺服电机4连接减速机及滚珠丝杠副驱动X向拖板7实现，并沿机身5上安装的X向直线导轨6移动；立柱10安装于X向拖板7上，Z向移动由立柱10顶部安装的Z向伺服电机11连接减速机及滚珠丝杠副驱动Z向拖板8实现，并沿立柱10上安装的Z向直线导轨9移动；数控机械手3的C摆角由安装于箱体36上的机械手C向伺服电机35连接的同步带34驱动机械臂39转动，机械臂39由安装于Z向拖板8正面的箱体36及轴承37支承；数控机械手3的B摆角由机械臂39顶部安装的B向伺服电机33连接机械臂39臂管内的轴38传动至机械臂39下端部的直角减速机40实现。

与Z向拖板8)固连的支架12上垂直安装有可拆卸式内孔喷枪13，该喷枪为直角反射式喷枪，弹丸由喷枪管道垂直向下后经喷枪端部反射面反射后成水平方向弹丸流作用于工件内孔表面。加工时工件14安装于数控旋转工作台22上，保持工件14待加工内孔轴心线与数控旋转工作台22旋转轴心线重合，然后调整X、Y轴使内孔喷枪轴心线与工件14孔轴心线重合、工件旋转同时内孔喷枪(13)上下进给运动实现内孔表面喷丸强化。

该数控喷丸强化机由六轴控制，可实现五坐标运动，通过CNC能的实现多轴联动加工，比如曲面的加工。数控系统可选择SIEMENS或FANUC的数控系统。

喷丸室1由型钢及钢板焊接而成，其上部安装进气口及防爆灯具，壁板安装有耐磨橡胶板。喷丸室1下部装有栅格蜂窝吸尘地板，其内均布有矩形小漏斗30和吸尘管道，小漏斗30底部开小口与分气管29相连，分气管29与吸尘风管31连接并连接至分离器16。工作时喷丸室1内形成自上而下的气流。喷丸的丸粒及粉尘落入喷丸室1底部后，直接被吸走进入分离器16，弹丸和粉尘的混合物进行旋风分离，分离后的粉尘从分离器16的上部管道进入除尘器19。除尘器19采用滤筒式除尘器，脉冲自动反吹清灰，除尘风机采用离心通风机。分离后的弹丸进入振动筛选机17中进行筛选。将弹丸按直径的大小筛分出来，符合直径要求的弹丸进入喷丸罐18继续循环使用，超差的弹丸进入废料桶。经振动筛选机17筛选后的弹丸将定期被送入螺旋选圆器15进行选圆，合格的弹丸被送回喷丸室1继续循环使用。

喷丸罐18是由弹丸流量数控的保压式喷丸罐，其进丸口连接与振动筛选机17相通的储丸斗。来自空气压缩机的压缩空气经吸附式干燥或冷冻干燥后，通过多级过滤处理进入喷丸罐18。喷丸罐18可根据喷丸粒的大小设置一个或多个。单个喷丸罐可带多把喷枪同时工作，并优先选用大容量，具有喷丸压力大、效率高的双级罐实现连续加压循环喷丸，以满足喷丸强化的要求。喷丸罐18的压缩空气入口处装配有压力变送器，能在计算机控制系统中显示喷丸压力大小的。弹丸流量控制由与喷丸罐18下部管道连接的弹丸流量控制阀32控制，按工艺要求可无级数字调节弹丸流量，使用可靠，控制精度较高。该弹丸流量控制阀32可采用美国EI公司生产的MAGNA VALVE系列流量控制阀。喷丸强化机的控制采用人机界面，弹丸流量、喷丸压力加工参数可通过人机交互控制单元分别控制和显示。

参阅图3。所述数控机械手3夹持外壁喷枪2，具有X、Z两个方向的移动自由度和B、C两个方向的转动自由度。

参阅图4。所述数控旋转工作台22，具有Y向移动自由度和C向转动自由度。

Claims (8)

1.一种数控喷丸强化机，主要包括，喷丸室、喷丸罐、弹丸回收及处理装置、除尘装置、电控装置，其特征在于，其喷丸室内设置有由CNC控制的，具有C向旋转及Y向移二个自由度的数控旋转工作台，以及具有B、C向转动及X、Z向移动四个自由度的数控机械手。工件装夹于工作台上，由数控机械手夹持外壁喷枪对工件外表面进行喷丸强化。数控机械手移动机构的Z向拖板上垂直安装有可拆卸式内孔喷枪，可对工件内孔表面进行喷丸强化。

2.按权利要求1所述的数控喷丸强化机，其特征在于，所述数控旋转工作台(22)的转动自由度和移动自由度由伺服电机驱动，其中，C向旋转及定位通过其内安装的工作台C向伺服电机(28)及直角减速器(26)驱动；Y向移动进给由伺服电机(23)及直角减速器(24)连接的齿轮齿条副(25)驱动，并沿安装于喷丸室(1)底部栅格蜂窝吸尘地板上的Y向直线导轨(27)移动。

3.按权利要求1所述的数控喷丸强化机，其特征在于，所述数控机械手(3)两个方向的移动自由度和两个方向的转动自由度由伺服电机驱动，其X向移动由安装于机身(5)端部的伺服电机(4)连接减速机及滚珠丝杠副驱动X向拖板(7)实现，并沿机身(5)上安装的X向直线导轨(6)移动；立柱(10)安装于X向拖板(7)上，Z向移动由立柱(10)顶部安装的Z向伺服电机(11)连接减速机及滚珠丝杠副驱动Z向拖板(8)实现，并沿立柱(10)上安装的Z向直线导轨(9)移动；数控机械手(3)的C摆角由安装于箱体(36)上的机械手C向伺服电机(35)连接的同步带(34)驱动机械臂(39)转动，机械臂(39)由安装于Z向拖板(8)正面的箱体(36)及轴承(37)支承；数控机械手(3)的B摆角由机械臂(39)顶部安装的B向伺服电机(33)连接机械臂(39)臂管内的轴(38)传动至机械臂(39)下端部的直角减速机(40)实现。

4.按权利要求1所述的数控喷丸强化机，其特征在于，内孔喷枪(13)具有Y向移动自由度，其喷枪轴心线垂直于数控旋转工作台(22)台面，安装于与Z向拖板(8)背面固连的支架(12)上并可拆卸。

5.按权利要求1所述的数控喷丸强化机，其特征在于，喷丸罐(18)是弹丸流量数控的保压式喷丸罐，其下部安装有能精确控制及显示弹丸流量的弹丸流量控制阀(32)。

6.按权利要求1所述的数控喷丸强化机，其特征在于，所述喷丸室下部装有栅格蜂窝吸尘地板，其内均布有矩形小漏斗(30)和吸尘管道，小漏斗(30)底部开小口与分气管(29)相连，分气管(29)与吸尘风管(31)连接。

7.按权利要求1所述的数控喷丸强化机，其特征在于，喷丸室顶部设置有形成自上而下气流的进气口；其压缩空气入口处装配有压力变送器。

8.按权利要求1所述的数控喷丸强化机，其特征在于，数控机械手(3)及数控旋转工作台(22)均由CNC控制。

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