CN101659067A - 具有回转和偏摆功能的五轴控制水切割头运动控制机构 - Google Patents

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一种具有回转和偏摆功能的五轴控制水切割头运动控制机构，它包括连接法兰(1)、转轴连接架(2)，其特征是所述的转轴连接架(2)上安装有旋转电机支架(11)，旋转电机(47)的输出轴上安装有小同步轮(13)，小同步轮(13)与大同步轮(8)相连，大同步轮(8)安装在空心主轴(6)的上端，空心主轴(6)的下端连接有偏摆连接架(17)；偏摆连接架(17)上安装有偏摆电机(48)，偏摆电机(48)通过减速机与小同步轮(19)相连，小同步轮(19)通过同步带与大同步轮(20)相连，大同步轮(20)安装在偏摆轴(21)上，水切割头(49)安装在偏摆轴(21)上。本发明由于增加了回转和偏摆二个自由度的控制有利于提高水切割加工的精度和效率，同时拓展了水切割的应用面，实现了真正意义上的五轴控制。

Description

具有回转和偏摆功能的五轴控制水切割头运动控制机构
技术领域
本发明涉及一种水切割设备，尤其是一种增加了回转和偏摆二个自由度的、共具有五个自由度控制的水切割设备，具体地说是一种具有回转和偏摆功能的五轴控制水切割头运动控制机构。
背景技术
众所周知，传统的水切割设备一般具有水平横向、水平纵向和垂直升降三个自由度，这种水切割机只能满足垂直平面切割要求。而随着水切割设备应用领域的不断拓展和对加工精度要求的不断提高，对水切割设备水切割头的运动控制要求越来越高，例如，当需要切割坡口时，就要求水切割头能实现偏摆，而当要求切割锥台体时，就要求在偏摆的同时还能实现回转，即需要有五个自由度的控制。目前，由于没有合适的切割头运动控制机构，用户遇到此类加工要求时只能分别进行多步加工才能得到最终的形状，生产效率低，水刀的优良性能也无法得到体现，因此，急需开发一种既能矫正切割时产生的切断面倾斜，又能根据加工需要将切割面切割成斜面的五轴控制的水切割设备。
发明内容
本发明的目的是针对现有的水切割设备由于没有五轴控制的功能，影响到水切割机加工精度与效率的提高和无法应用在有切割斜面要求的场合的问题，设计一种具有回转和偏摆功能的五轴控制水切割头运动控制机构。
本发明的技术方案是：
一种具有回转和偏摆功能的五轴控制水切割头运动控制机构，它包括连接法兰1、转轴连接架2，转轴连接架2通过连接法兰1与能作横向和垂直方向移动的驱动架相连，驱动架安装在能作纵向移动的横梁上，其特征是所述的转轴连接架2上安装有旋转电机支架11，旋转电机支架11上安装有旋转电机47，旋转电机47的输出轴上安装有小同步轮13，小同步轮13通过同步带与大同步轮8相连，大同步轮8安装在转轴连接架2中的空心主轴6的上端并带动其旋转，空心主轴6的下端连接有偏摆连接架17；偏摆连接架17上安装有偏摆电机48，偏摆电机48通过减速机与小同步轮19相连，小同步轮19通过同步带与大同步轮20相连，大同步轮20安装在偏摆轴21上，水切割头49安装在偏摆轴21上。
所述的空心主轴6套装在中心轴27上，中心轴27通过锥阀垫26和直角二通25固定在转轴连接架2中，中心轴27中设有高压水路50，高压水路50的一端通过锥阀垫26和直角二通25与高压水发生器的输出端相连，高压水路50的另一端与安装在偏摆连接架17中的旋转轴31中的水路相通，旋转轴31中的高压水路通过高压管44与接头体40相通，接头体40与芯轴41中的高压水路相通，芯轴41的高压出水口与转接头42上的高压进水口相通，转接头42上的高压出水口与安装在偏摆轴21上的水开关阀体39的高压水进水口相通，水开关阀体39的高压水出水口与水切割头49的高压水进水口相通。
所述的旋转电机47为伺服电机，所述的偏摆电机48也为伺服电机。
本发明的有益效果：
本发明由于增加了回转和偏摆二个自由度的控制，因此可以加工出各种形状的零件，不仅拓展了水刀的加工范围，而且有利于提高加工精度和效率，与原有的水平横向、水平纵向和垂直方向三个控制轴相结合，实现了真正意义上的五轴控制，既能矫正切割时产生的切断面倾斜，又能根据加工需要将切割面切割成斜面。
本发明的回转和偏摆均采用伺服电机，控制精度高。
由于本发明是在不改变传统三轴(X，Y，Z轴)结构的基础上新增了回转和偏摆功能，因此，它既可用于新设备中，也可用于对现有设备进行改造。
附图说明
图1是反映本发明偏摆机构的结构示意图。
图2是图1的左视图，图中水切割头所在的位置表示三个极限位置。
图3是反映本发明的回转机构的结构示意图，也是图1的右视图。
图中：1.连接法兰，2.转轴连接架，3.旋转外壳(固定不动，是回转时的外支撑)，4.上轴承端盖，5.下轴承端盖，6.空心主轴(工作时在电机带动下旋转)，7.垫环，8.大同步轮，9.轴套，10.防尘垫，11.旋转电机支架，12.盖板，13.小同步轮，14.垫板，15.轴承盖，16.拖链支架，17.偏摆连接架，18.小电机安装板，19.小同步轮，20.大同步轮，21.偏摆轴，22.偏摆轴隔套，23.调整垫环，24.接头夹，25.直角二通，26.锥阀垫，27.中心轴(不转动且带有高压水路50)，28.锥垫，29.锥圈，30.垫环，31.旋转轴(工作时不转动但能随着偏摆连接架17一块转动，是偏摆连接架17的回转中心)，32.尼龙轴套，33.压盖，34.接头座，35.轴承盖，36.带轮罩，37.轴套，38.气缸体，39.水开关阀体，40.接头体，41.芯轴，42.转接头，43.管夹，44.高压管，45.螺套，46.螺垫，47.旋转电机，48偏摆电机，49.水切割头，50.高压水路。
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、2、3所示。
一种具有回转和偏摆功能的五轴控制水切割头运动控制机构，它包括连接法兰1、转轴连接架2，转轴连接架2通过连接法兰1与能作水平横向(即X向)和垂直方向(即Z向)移动的驱动架相连，驱动架安装在能作纵向(即Y向)移动的横梁上，所述的转轴连接架2上安装有旋转电机支架11，旋转电机支架11上安装有旋转电机47，旋转电机47(可采用伺服电机)的输出轴上安装有小同步轮13，小同步轮13通过同步带与大同步轮8相连，大同步轮8安装在转轴连接架2中的空心主轴6的上端并带动其旋转，空心主轴6的下端连接有偏摆连接架17，如图2所示；偏摆连接架17上安装有偏摆电机48(也可采用伺服电机)，偏摆电机48通过减速机与小同步轮19相连，小同步轮19通过同步带与大同步轮20相连，大同步轮20安装在偏摆轴21上，水切割头49安装在偏摆轴21上，如图1、2所示。本发明的高压水路走向是，空心主轴6套装在中心轴27上，中心轴27通过锥阀垫26和直角二通25相连，直角二通25固定在转轴连接架2中，中心轴27中设有高压水路50，高压水路50的一端通过锥阀垫26和直角二通25与高压水发生器的输出端相连，高压水路50的另一端与安装在偏摆连接架17中的旋转轴31中的水路相通，旋转轴31中的高压水路通过高压管44与接头体40相通，接头体40与芯轴41中的高压水路相通，芯轴41的高压出水口与转接头42上的高压进水口相通，转接头42上的高压出水口与安装在偏摆轴21上的水开关阀体39的高压水进水口相通，水开关阀体39的高压水出水口与水切割头49的高压水进水口相通。
本发明的工作过程为：
旋转时，旋转电机47带动小同步轮13，小同步轮13通过同步带带动大同步轮8，大同步轮8带动空心主轴6，空心主轴6最后带动偏摆连接架17旋转，从而带动整个水切割头旋转。
偏摆时，偏摆电机48通过减速机带动小同步轮19，小同步轮19带动大同步轮20，大同步轮20带动偏摆轴21，偏摆轴21最后带动水切割头49偏摆(，偏摆的角度可以两个方向相同，也可如图2所示的一个方向为60度，另一个方便为45度)。
高压水路及砂路等关键部件的走向：导砂管直接由砂阀引入切割头(因为旋转只有正负180度)；水路走向为：高压水从直角二通25的入口引入到锥阀垫26，进入到中心轴27中的高压水路50中，然后进入偏摆连接架17中的旋转轴31中的高压水路，再进入与旋转轴31相连的高压管44中，从高压管44出来后进入到接头体40中，经接头体40进入到芯轴41中，再由芯轴41进入到转接头42，再由转接头42送入水开关阀体39中，最后从水切割头49中射出进行切割。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (3)

1、一种具有回转和偏摆功能的五轴控制水切割头运动控制机构，它包括连接法兰(1)、转轴连接架(2)，转轴连接架(2)通过连接法兰(1)与能作横向和垂直方向移动的驱动架相连，驱动架安装在能作纵向移动的横梁上，其特征是所述的转轴连接架(2)上安装有旋转电机支架(11)，旋转电机支架(11)上安装有旋转电机(47)，旋转电机(47)的输出轴上安装有小同步轮(13)，小同步轮(13)通过同步带与大同步轮(8)相连，大同步轮(8)安装在转轴连接架(2)中的空心主轴(6)的上端并带动其旋转，空心主轴(6)的下端连接有偏摆连接架(17)；偏摆连接架(17)上安装有偏摆电机(48)，偏摆电机(48)通过减速机与小同步轮(19)相连，小同步轮(19)通过同步带与大同步轮(20)相连，大同步轮(20)安装在偏摆轴(21)上，水切割头(49)安装在偏摆轴(21)上。
2、根据权利要求1所述的具有回转和偏摆功能的五轴控制水切割头运动控制机构，其特征是所述的空心主轴(6)套装在中心轴(27)上，中心轴(27)通过锥阀垫(26)和直角二通(25)相连，直角二通(25)固定在转轴连接架(2)中，中心轴(27)中设有高压水路(50)，高压水路(50)的一端通过锥阀垫(26)和直角二通(25)与高压水发生器的输出端相连，高压水路(50)的另一端与安装在偏摆连接架(17)中的旋转轴(31)中的水路相通，旋转轴(31)中的高压水路通过高压管(44)与接头体(40)相通，接头体(40)与芯轴(41)中的高压水路相通，芯轴(41)的高压出水口与转接头(42)上的高压进水口相通，转接头(42)上的高压出水口与安装在偏摆轴(21)上的水开关阀体(39)的高压水进水口相通，水开关阀体(39)的高压水出水口与水切割头(49)的高压水进水口相通。
3、根据权利要求1所述的具有回转和偏摆功能的五轴控制水切割头运动控制机构，其特征是所述的旋转电机(47)为伺服电机，所述的偏摆电机(48)也为伺服电机。
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