CN103769403A - 一种钻铣削碳纤维复合材料随动除尘装置 - Google Patents
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Abstract
本发明一种钻铣削碳纤维复合材料随动除尘装置属于碳纤维复合材料加工过程节能环保技术领域，涉及一种碳纤维复合材料粉尘除尘及收集装置。该装置具有切屑收集组件、湿法降尘器、动力部分和水过滤循环装置。在切屑收集组件中的切屑收集罩安装在机床主轴箱上、环形电磁铁吸盘位于切屑收集罩顶部的环形槽中，通过压板用螺栓固定，环形电磁铁吸盘的电源线通过接触器与PLC的I/O模块连接。本发明可对碳纤维复合材料钻、铣削过程中的大量粉尘进行充分收集，切屑收集罩可随主轴刀具同步进给，将加工过程中产生的切屑粉尘及时抽离收集，防止尘屑到处漂浮，污染环境，对机床设备造成危害。
Description
技术领域
本发明属于碳纤维复合材料加工过程节能环保技术领域，涉及一种碳纤维复合材料粉尘除尘及收集装置。
背景技术
碳纤维复合材料在机械加工过程中会产生大量粉尘，对现场人员的健康存在不利影响；粉尘若进入运动副之间会增加摩擦，加剧运动副的磨损；此外，由于碳纤维具有导电性，若粉尘四处飘散容易引起周围电控系统或电网的短路从而引发事故。
因此需要对加工中产生的大量粉尘进行实时收集处理，国内外目前大多采用固定式或软管可调位置收集罩进行粉尘处理，固定式收集罩整体罩于工作台上方一定空间，采用较大的动力才能使整个覆盖空间产生足够的负压，动力耗损大，在覆盖的边缘不可避免的出现负压不足导致吸收不完全；可调位置收集罩仅能保证收集口从一侧对准切削区域，以此形成一定负压实现收集，在铣削过程中需要经常性调整位置，操作性差，操作过程存在一定的危险及漏吸现象。此外在使用非专用机床加工复合材料工件时，需后续配装随动收集装置，往往需要与机床进行机械连接，会对原有机床造成破坏。而随着航空航天领域所使用的碳纤维复合材料零部件尺寸的加大，切削加工量大导致产生大量粉尘，传统收集装置无法满足大加工量时产生粉尘的实时完全收集要求，常常会出现收集不完全、位置调整不到位、部分粉尘弥散等问题。
发明内容
本发明要解决的技术难题是针对目前钻铣削碳纤维复合材料过程中粉尘无法充分实时收集的现状，克服现有技术的不足，发明一种钻铣削碳纤维复合材料随动除尘装置，该装置以环形电磁铁吸盘3为装夹元件，实现切屑收集罩1与复合材料用专用/非专用机床主轴箱无损、快速连接与拆卸；以柔性材料与工件接触，实现加工过程全封闭且自适应除尘；以粉尘浓度变送器19为传感元件，检测降尘室14粉尘的浓度；以光电旋转编码器24为传感元件，检测高压离心风机16运转时的速度；以风压变送器26为传感元件，检测风机运转时管道内的压力；以位移传感器25检测右水槽21水位；以PLC为控制元件，控制环形电磁铁吸盘3电信号的通断；以PLC为控制元件，控制高压离心风机16正反转；以PLC中PID模块为控制元件，控制变频器17的输出频率；以PLC为控制元件，控制上泵23、下泵22的运转；以PLC为控制元件，控制电磁阀27的通断。
本发明采用的技术方案是一种钻铣削碳纤维复合材料随动除尘装置，具有切屑收集组件、湿法降尘器、动力部分和水过滤循环装置；
在切屑收集组件中的切屑收集罩1安装在机床主轴箱8上、环形电磁铁吸盘3位于切屑收集罩1顶部的环形槽中，通过压板4用螺栓2固定，环形电磁铁吸盘3的电源线通过接触器与PLC的I/O模块连接；柔性接触头6安装在切屑收集罩1底部，在切屑收集罩1的侧壁上设有吸尘口5，吸尘口5的另一端通过软管9与湿法降尘器入口用快换接头10连接；
所述的湿法降尘器设有喷嘴11、挡板12、降尘室13、电磁阀27；喷嘴11和电磁阀27安装在降尘室13上方；降尘室13具有排水口15，过滤装置14、和粉尘浓度变送器19安装在降尘室13内，挡板12安装在湿法降尘器的出口处；
所述的动力部分中，风压变送器26直接安装在入口管壁上，信号线与PLC相应I/O模块连接；提供系统所需动力的高压离心风机16与变频器17相连；光电旋转编码器24与高压离心风机16的主轴通过键槽和法兰相连接，光电旋转编码器24的电源线和信号线分别与变频器17相应端子连接，变频器17相应端子与PLC相应模块连接，触摸屏28通过串口与PLC进行连接，实现对除尘系统的在线检测、控制、调节和诊断功能；
所述的水过滤循环装置安装在降尘室13下方，在左水槽20内对降尘室13排出的污水进行沉淀过滤，由上泵23将右水槽21的水抽送给喷嘴11，位移传感器25固定在右水槽21侧壁上，信号线与PLC的I/O模块连接。
本发明的有益效果是通过环形电磁吸盘实现与各种型号机床的无损快速连接；在收集罩下端设有柔性伸缩头，始终保证收集罩紧贴于工件表面，保证收集空间相对密闭进行切屑收集；可实时测量吸入气流中的粉尘含量，实现喷水量与粉尘处理量的匹配控制。上述功能实现收集罩随主轴刀具同步进给，将加工过程中产生的切屑粉尘及时抽离收集，防止尘屑到处漂浮，污染环境，对机床设备造成危害。
附图说明
图1是收集装置示意图，图2是切屑收集罩安装示意图，图3是切屑收集罩外形图，图4是图3的A-A向剖视图。其中，1—切屑收集罩，2—螺栓，3—环形电磁铁吸盘，4—压板，5—吸尘口，6—柔性接触头，7—工件，8—主轴箱，9—软管，10—快换接头，11—喷嘴，12—挡板，13—降尘室，14—过滤装置，15—排水口，16—高压离心风机，17—变频器，18—消声器，19—粉尘浓度变送器，20—左水槽，21—右水槽，22—下泵，23—上泵，24—光电旋转编码器，25—位移传感器，26—风压变送器，27—电磁阀，28—触摸屏。
具体实施方式
下面结合附图和技术方案详细说明本发明的具体实施，本实施例一种钻铣削碳纤维复合材料随动除尘装置，该装置中的变频器、PLC、高压离心风机、消声器、粉尘浓度变送器、风压传感器、位移传感器、湿法降尘器和水循环过滤装置均安装在电控柜中，实现对除尘系统的在线检测、控制、调节和诊断功能。
本发明工作原理为：随动除尘装置具有切屑收集组件、湿法降尘器、动力部分和水过滤循环装置，见附图1。通过切屑收集组件中电磁铁吸盘3与机床金属材质的主轴箱8实现快速无损连接，见附图2；环形电磁铁通过压板4用螺栓2固定，见附图4；同时设有与工件始终保持接触的柔性接触头6，形成相对密闭的收集空间；切屑收集罩1的吸尘口5通过软管9和快换接头10与湿法降尘器连接；高压离心风机提供动力形成高负压将收集空间的所有粉尘吸入湿法降尘器中，根据水对碳纤维复合材料粉尘粘附作用，通过湿法降尘器对吸入气流进行喷水雾降尘；除尘过程中以入口粉尘浓度检测及风压检测信号为控制参数实时控制风机转速及喷水使用量，同时实现废水及时过滤循环利用。
本发明的工作过程为：启动碳纤维复合材料切屑收集装置控制柜；通过机床机械手将切屑收集组件调整到与主轴箱8的配合安装位，给环形电磁铁吸盘3上电，切屑收集罩1吸附固定于机床主轴箱8上，机床机械手回位。安装固定完成后，切屑收集罩1由于重力作用，其尾端的柔性接触头6与工件7保持接触，由此在切屑收集组件内形成一个相对封闭的空腔，同时，启动高压离心风机16，通过高压离心风机16在切屑收集组件内形成高负压，将密闭加工区的粉尘完全吸入降尘室13。在加工过程中，当降尘室13粉尘含量增大到设定阀值时，电磁阀27打开，喷嘴11开始喷水，在喷水作用下实现降尘，所需喷水速度是由降尘室13中粉尘含量来决定的，因此使用单位体积粉尘含量推算出来的水流量作为设定值，将实际喷水量作为PID的输入进行比例控制，通过电磁阀27自动调节水流量；当右水槽21的水位低于警戒值时报警，下泵22开始工作将左水槽20的水抽到右水槽21，当达到警戒值时下泵22停止工作，实现水资源循环利用；另外，风机转速根据风压变送器26和光电旋转编码器24的输出信号来实时控制，利用图1中的触摸屏28实现除尘过程中的可视化控制，使其达到最佳除尘效果。
本发明装置的主要特点是：由透明材料制作的切屑收集罩1的顶端通过环形电磁吸盘3与机床主轴箱8实现快速无损连接，该环形电磁吸盘通过压板和螺钉固定；在收集罩尾端面中心部位开有一可探出钻头的中心孔，并且设有插入式快换接头插轴，该收集罩的侧边开有气源孔，该气源孔通过快速接头11连通降尘室13的进气口，该降尘室13通过气管连通高压离心风机17。处理过程中通过设置入口粉尘浓度变送器19实时检测气流中粉尘浓度，通过PID控制实现粉尘处理量与所需喷水量的匹配；同时设有水循环过滤装置，实现循环利用。为了保证在钻削和铣削复合材料时切屑收集罩1始终与被加工工件7紧密接触，柔性接触头可随刀具同步移动或者上下收缩。其具体结构是：在柔性接触头前段通过快换接头插套与收集罩尾端插轴相连，在主轴上下移动的过程中吸尘罩前端柔性材料可自由伸缩，始终保持吸尘罩与物体的紧密接触。
Claims (1)
1.一种钻铣削碳纤维复合材料随动除尘装置，其特征是，随动除尘装置具有切屑收集组件、湿法降尘器、动力部分和水过滤循环装置；
在切屑收集组件中的切屑收集罩（1）安装在机床主轴箱（8）上、环形电磁铁吸盘（3）位于切屑收集罩（1）顶部的环形槽中，通过压板（4）用螺栓（2）固定，环形电磁铁吸盘（3）的电源线通过接触器与PLC的I/O模块连接；柔性接触头（6）安装在切屑收集罩（1）底部，在切屑收集罩（1）的侧壁上设有吸尘口（5），吸尘口（5）的另一端通过软管（9）与湿法降尘器入口用快换接头（10）连接；
所述的湿法降尘器设有喷嘴（11）、挡板（12）、降尘室（13）、电磁阀（27）；喷嘴（11）和电磁阀（27）安装在降尘室（13）上方；降尘室（13）具有排水口（15），过滤装置（14）、和粉尘浓度变送器（19）安装在降尘室（13）内，挡板（12）安装在湿法降尘器的出口处；
所述的动力部分中，风压变送器（26）直接安装在入口管壁上，信号线与PLC相应I/O模块连接；提供系统所需动力的高压离心风机（16）与变频器（17）相连；光电旋转编码器（24）与高压离心风机（16）的主轴通过键槽和法兰相连接，光电旋转编码器（24）的电源线和信号线分别与变频器（17）相应端子连接，变频器（17）相应端子与PLC相应模块连接，触摸屏（28）通过串口与PLC进行连接，实现对除尘系统的在线检测、控制、调节和诊断功能；
所述的水过滤循环装置安装在降尘室（13）下方，在左水槽（20）内对降尘室13排出的污水进行沉淀过滤，由上泵（23）将右水槽（21）的水抽送给喷嘴（11），位移传感器（25）固定在右水槽（21）侧壁上，信号线与PLC的I/O模块连接。
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