CN104175230A - 悬浮磨料水射流切割装备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及7轴智能机器人悬浮磨料水射流3D切割装备，具体地说是一种悬浮磨料水射流切割装备，包括用于提供切割动力的高压泵站、磨料充填装置及用于产生磨料的悬浮磨料发生装置，所述磨料充填装置的出料口通过进料管与悬浮磨料发生装置内置的高压容器的进料口相连，磨料充填装置的进水口通过进水管与悬浮磨料发生装置内置的高压容器的出水口相连接；高压泵站产生的高压水通过高压管与悬浮磨料发生装置内置的三通相连。本发明产品采用前混合悬浮磨料切割技术，切割压力低、效率高；本发明使用高压软管作为悬浮磨料输送管路，输送距离远，确保喷头装置在机器人执行机构的带动下可以实现空间中任意轨迹、任意角度的高精度运动。

Description

悬浮磨料水射流切割装备

技术领域

本发明涉及多轴智能机器人悬浮磨料水射流3D切割装备，具体地说是一种悬浮磨料水射流切割装备。

背景技术

现有的磨料水射流切割装置一般为后混合式，即高压水通过水喷嘴形成高速射流之后，利用文杜里真空卷吸效应将磨料吸入后再与水射流混合。这种方法的缺点是磨料不容易与水均匀混合，磨料也难以在短时间内加速以进入射流的中心。另外，在进行金属切割时所需的射流压力较高，一般在300MPa以上。因此，对高压水发生装置以及对系统中各元、器件的密封性要求较高，这将导致射流元件的寿命较短，维护困难，成本高，耗能高。

目前国内外水刀大多为3轴2联动，X轴Y轴联动，Z轴调高，只能实现平面切割，大多用来进行粗加工，如石材切割，钣金下料、零件毛坯下料。该类装备的缺点在于，不能实现带有锥度，或者摆角的切割。另外高端的水切割装备为5轴5联动水刀，移动轴X轴Y轴Z轴、旋转轴A轴B轴。5轴水刀在国外的技术相对成熟，产品相对稳定，但价格较贵，但目前国内仍然没有成熟的5轴水刀，其优点在于：可以切割带有锥度、摆角的零件；缺点在于：切割摆角小，对一些复杂零件切割时角度不够或者存在死角，不能到达切割点。

目前国内外也有一类工业机器人水刀，但均为纯水切割，大多用来切割非金属材料（如汽车内饰等）。该类装备特点是，采用高压硬管缠绕机器人臂输送高压水到达切割喷嘴，高压硬管会影响机器人的灵活性，且后混合技术磨料很难到达喷嘴，因此该类装备为纯水切割，只能加工软材质。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种悬浮磨料水射流切割装备，采用该切割装备能有效实现复杂的高难度切割。

按照本发明的技术方案：一种悬浮磨料水射流切割装备，其特征是：包括用于提供切割动力的高压泵站、磨料充填装置及用于产生磨料的悬浮磨料发生装置，所述磨料充填装置的出料口通过进料管与悬浮磨料发生装置内置的高压容器的进料口相连，磨料充填装置的进水口通过进水管与悬浮磨料发生装置内置的高压容器的出水口相连接；高压泵站产生的高压水通过高压管与悬浮磨料发生装置内置的三通相连，三通的两个出口分别连通悬浮磨料输送管与第一水管，悬浮磨料输送管的末端与机器人执行机构执行端固定的喷头装置相连通，第一水管与悬浮磨料发生装置内置的高压容器相连通，所述高压容器与悬浮磨料输送管之间还连接有出料管，且所述出料管下端伸入高压容器内并延伸至高压容器底部；所述机器人执行机构安装于护罩的底座上，在护罩内还固定有工作水箱，在喷头装置的下方设有工作台，所述工作台固定于旋转轴上端，旋转轴下端与设置于护罩内的伺服电机的输出轴相连接。

作为本发明的进一步改进，所述磨料充填装置包括内置的砂箱，吸砂管下端伸入砂箱底部，上端从砂箱中伸出，进料管与吸砂管上端相连通，进水管出水端与砂箱相连通；所述进料管上设有第三气孔高压阀，进水管上连接有第四气控高压阀与隔膜泵；冲洗管道一端接通进料管，另一端伸入吸砂管中，所述冲洗管道上依次设有低压止回阀、第一电磁阀、流量调节阀、第二电磁阀。

作为本发明的进一步改进，所述高压泵站采用变频电机驱动的三柱塞泵，三柱塞泵的泵口与高压管相连接，并在高压管置于高压泵站内的管体上连接安全阀、变频调压阀及压力表，高压泵站提供的切割压力为10-200MPa、流量为10-20L/min。

作为本发明的进一步改进，所述悬浮磨料发生装置包括连接于高压管上的高压止回阀，高压泵站泵出的高压水经高压止回阀后由三通分流，一路通过第一水管上的喷射阀及第二气控高压阀流入高压容器，另一路经节流阀到达悬浮磨料输送管，所述悬浮磨料输送管上还连接有手动卸荷阀；所述第一水管与悬浮磨料输送管之间通过一旁通管路相连接，所述旁通管路下端与喷射阀相连接，在旁通管路上还设置有第一气控高压阀。

作为本发明的进一步改进，所述机器人执行机构包括第一轴、第二轴、第三轴、第四轴、第五轴、第六轴，所述第二轴通过其下端的法兰盘转动连接于第一轴上，第三轴下端转动连接于第二轴上端，第五轴通过第四轴转动连接于第三轴上端，第六轴转动连接于第五轴前端，喷头装置设置于第六轴端部。

作为本发明的进一步改进，所述喷头装置包括用于连接机器人执行机构的喷头支架，所述喷头支架前端连接有竖直向下延伸的喷头体，所述喷头体中心贯通设有水道，悬浮磨料输送管与喷头体上端水道连接处设有第一密封垫，所述喷头体下端通过压紧螺母连接有喷嘴，并在所述喷嘴与喷头体之间设有第二密封垫。

作为本发明的进一步改进，所述高压容器外面底部安装称重传感器。

作为本发明的进一步改进，所述护罩的外侧面设有操作屏。

本发明的技术效果在于：本发明产品采用前混合悬浮磨料切割技术，切割压力低、效率高，同时由于切割压力低，本发明使用高压软管作为悬浮磨料输送管路，灵活性高，输送距离远，确保喷头装置在机器人执行机构的带动下可以实现空间中任意轨迹、任意角度的高精度运动，可以满足航空航天业发动机叶盘叶型去除大余量的要求。

本发明产品能满足叶轮叶盘类零件各个叶片叶型之间分度角的要求。

在航空航天业，叶轮叶盘的材质大多为钛合金或高温合金，强度大，硬度高。传统的车铣复合加工中心需要在一个圆柱型盘体上铣削出30-80多个叶片，甚至更多粗加工阶段，要去掉的叶片之间的大余量，切削力大、效率底、发热量大，易对材质形成破坏。使用本发明产品可以高效、无应力的对叶片之间的大余量进行冷切割。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中的喷头装置的结构示意图。

图3为本发明中的机器人执行机构的结构示意图。

图4为本发明中的高、低压管路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

图1~4中，包括高压泵站1、高压管2、磨料充填装置3、悬浮磨料发生装置4、悬浮磨料输送管5、机器人执行机构6、喷头装置7、护罩8、操作屏9、工作台10、旋转轴11、伺服电机12、工作水箱13、第一密封垫14、喷头支架15.、喷头体16、第二密封垫17、压紧螺母18、喷嘴19、三柱塞泵20、安全阀21、变频调压器22、压力表23、高压止回阀24、节流阀25、手动卸荷阀26、喷射阀27、第一气控高压阀28、第二气控高压阀29、高压容器30、导砂螺母31、第三气控高压阀32、称重传感器33、第四气控高压阀34、低压止回阀35、第一电磁阀36、流量调节阀37、第二电磁阀38、隔膜泵39、吸砂管40、砂箱41、进料管42、进水管43、三通44、第一水管45、出料管46、冲洗管道47等。

如图1~4所示，本发明是一种7轴智能机器人悬浮磨料水射流3D切割装备，包括用于提供切割动力的高压泵站1、磨料充填装置3及用于产生磨料的悬浮磨料发生装置4，所述磨料充填装置3的出料口通过进料管42与悬浮磨料发生装置4内置的高压容器30的进料口相连，磨料充填装置3的进水口通过进水管43与悬浮磨料发生装置4内置的高压容器30的出水口相连接；高压泵站1产生的高压水通过高压管2与悬浮磨料发生装置4内置的三通44相连，三通44的两个出口分别连通悬浮磨料输送管5与第一水管45，悬浮磨料输送管5的末端与机器人执行机构6执行端固定的喷头装置7相连通，第一水管45与悬浮磨料发生装置4内置的高压容器30相连通，所述高压容器30与悬浮磨料输送管5之间还连接有出料管46，且所述出料管46下端伸入高压容器30内并延伸至高压容器30底部；所述机器人执行机构6安装于护罩8的底座上，在护罩8内还固定有工作水箱13，在喷头装置7的下方设有工作台10，所述工作台10固定于旋转轴11上端，旋转轴11下端与设置于护罩8内的伺服电机12的输出轴相连接。

所述磨料充填装置3包括内置的砂箱41，吸砂管40下端伸入砂箱41底部，上端从砂箱41中伸出，进料管42与吸砂管40上端相连通，进水管43出水端与砂箱41相连通；所述进料管42上设有第三气孔高压阀32，进水管43上连接有第四气控高压阀34与隔膜泵39；在充填模式下，隔膜泵39通过第四气控高压阀34抽取高压容器30中的水至砂箱41，高压容器30内形成负压，通过插入砂箱41底部的吸砂管40抽取磨料流经第三气控高压阀32进行充填；冲洗管道47一端接通进料管42，另一端伸入吸砂管40中，所述冲洗管道47上依次设有低压止回阀35、第一电磁阀36、流量调节阀37、第二电磁阀38。在工作时，低压水通过流量调节阀37、第二电磁阀38对吸砂管40内的磨料进行稀释，防止堵塞，充填完毕，低压水通过第一电磁阀36、低压止回阀35对充填装置进行反冲清洗。

所述高压泵站1采用变频电机驱动的三柱塞泵20，三柱塞泵20的泵口与高压管2相连接，并在高压管2置于高压泵站1内的管体上连接安全阀21、变频调压阀22及压力表23，高压泵站1提供的切割压力为10-200MPa、流量为10-20L/min。

所述悬浮磨料发生装置4包括连接于高压管2上的高压止回阀24，高压泵站1泵出的高压水经高压止回阀24后由三通44分流，一路通过第一水管45上的喷射阀27及第二气控高压阀29流入高压容器30，另一路经节流阀25到达悬浮磨料输送管5，高压容器30内储存有磨料，磨料经过连接于出料管46底端的导砂螺母31输送到悬浮磨料输送管5，两种射流在悬浮磨料输送管5内进行交流混合，形成高速高压悬浮磨料射流，所述悬浮磨料输送管5上还连接有手动卸荷阀26；所述第一水管45与悬浮磨料输送管5之间通过一旁通管路相连接，所述旁通管路下端与喷射阀27相连接，在旁通管路上还设置有第一气控高压阀28，通过第一气控高压阀28来控制高压容器30内磨料的供给与否，手动卸荷阀26用于紧急情况下对整个高压系统进行卸荷。

所述机器人执行机构6包括第一轴6-1、第二轴6-2、第三轴6-3、第四轴6-4、第五轴6-5、第六轴6-6，所述第二轴6-2通过其下端的法兰盘转动连接于第一轴6-1上，第三轴6-3下端转动连接于第二轴6-2上端，第五轴6-5通过第四轴6-4转动连接于第三轴6-3上端，第六轴6-6转动连接于第五轴6-5前端，喷头装置7设置于第六轴6-6端部。。

所述喷头装置7包括用于连接机器人执行机构6的喷头支架15，所述喷头支架15前端连接有竖直向下延伸的喷头体16，所述喷头体16中心贯通设有水道，悬浮磨料输送管5与喷头体16上端水道连接处设有第一密封垫14，所述喷头体16下端通过压紧螺母18连接有喷嘴19，并在所述喷嘴19与喷头体16之间设有第二密封垫17。

所述高压容器30外面底部安装称重传感器33。

所述护罩8的外侧面设有操作屏9。

本发明的工作过程如下：磨料通过磨料充填装置3充填到悬浮磨料发生装置4内的高压容器30，储存起来。然后关闭第三气控高压阀32、第四气控高压阀34，切换到切割状态，开启机器人执行机构6，机器人执行机构6内部程序运行，使得喷嘴19到达切割点，暂停程序。开启高压泵站1，高压水进入悬浮磨料发生装置4，产生高速高压悬浮磨料射流，到达喷嘴19，然后继续运行机器人执行机构6的切割程序，切割完毕后，关闭高压泵站1，关闭机器人。

Claims (8)

1.一种悬浮磨料水射流切割装备，其特征是：包括用于提供切割动力的高压泵站（1）、磨料充填装置（3）及用于产生磨料的悬浮磨料发生装置（4），所述磨料充填装置（3）的出料口通过进料管（42）与悬浮磨料发生装置（4）内置的高压容器（30）的进料口相连，磨料充填装置（3）的进水口通过进水管（43）与悬浮磨料发生装置（4）内置的高压容器（30）的出水口相连接；高压泵站（1）产生的高压水通过高压管（2）与悬浮磨料发生装置（4）内置的三通（44）相连，三通（44）的两个出口分别连通悬浮磨料输送管（5）与第一水管（45），悬浮磨料输送管（5）的末端与机器人执行机构（6）执行端固定的喷头装置（7）相连通，第一水管（45）与悬浮磨料发生装置（4）内置的高压容器（30）相连通，所述高压容器（30）与悬浮磨料输送管（5）之间还连接有出料管（46），且所述出料管（46）下端伸入高压容器（30）内并延伸至高压容器（30）底部；所述机器人执行机构（6）安装于护罩（8）的底座上，在护罩（8）内还固定有工作水箱（13），在喷头装置（7）的下方设有工作台（10），所述工作台（10）固定于旋转轴（11）上端，旋转轴（11）下端与设置于护罩（8）内的伺服电机（12）的输出轴相连接。

2.按照权利要求1所述的悬浮磨料水射流切割装备，其特征是：所述磨料充填装置（3）包括内置的砂箱（41），吸砂管（40）下端伸入砂箱（41）底部，上端从砂箱（41）中伸出，进料管（42）与吸砂管（40）上端相连通，进水管（43）出水端与砂箱（41）相连通；所述进料管（42）上设有第三气孔高压阀（32），进水管（43）上连接有第四气控高压阀（34）与隔膜泵（39）；冲洗管道（47）一端接通进料管（42），另一端伸入吸砂管（40）中，所述冲洗管道（47）上依次设有低压止回阀（35）、第一电磁阀（36）、流量调节阀（37）、第二电磁阀（38）。

3.按照权利要求1所述的悬浮磨料水射流切割装备，其特征是：所述高压泵站（1）采用变频电机驱动的三柱塞泵（20），三柱塞泵（20）的泵口与高压管（2）相连接，并在高压管（2）置于高压泵站（1）内的管体上连接安全阀（21）、变频调压阀（22）及压力表（23），高压泵站（1）提供的切割压力为10-200MPa、流量为10-20L/min。

4.按照权利要求1所述的悬浮磨料水射流切割装备，其特征是：所述悬浮磨料发生装置（4）包括连接于高压管（2）上的高压止回阀（24），高压泵站（1）泵出的高压水经高压止回阀（24）后由三通（44）分流，一路通过第一水管（45）上的喷射阀（27）及第二气控高压阀（29）流入高压容器（30），另一路经节流阀（25）到达悬浮磨料输送管（5），所述悬浮磨料输送管（5）上还连接有手动卸荷阀（26）；所述第一水管（45）与悬浮磨料输送管（5）之间通过一旁通管路相连接，所述旁通管路下端与喷射阀（27）相连接，在旁通管路上还设置有第一气控高压阀（28）。

5.按照权利要求1所述的悬浮磨料水射流切割装备，其特征是：所述机器人执行机构（6）包括第一轴（6-1）、第二轴（6-2）、第三轴（6-3）、第四轴（6-4）、第五轴（6-5）、第六轴（6-6），所述第二轴（6-2）通过其下端的法兰盘转动连接于第一轴（6-1）上，第三轴（6-3）下端转动连接于第二轴（6-2）上端，第五轴（6-5）通过第四轴（6-4）转动连接于第三轴（6-3）上端，第六轴（6-6）转动连接于第五轴（6-5）前端，喷头装置（7）设置于第六轴（6-6）端部。

6.按照权利要求1所述的悬浮磨料水射流切割装备，其特征是：所述喷头装置（7）包括用于连接机器人执行机构（6）的喷头支架（15），所述喷头支架（15）前端连接有竖直向下延伸的喷头体（16），所述喷头体（16）中心贯通设有水道，悬浮磨料输送管（5）与喷头体（16）上端水道连接处设有第一密封垫（14），所述喷头体（16）下端通过压紧螺母（18）连接有喷嘴（19），并在所述喷嘴（19）与喷头体（16）之间设有第二密封垫（17）。

7.按照权利要求1所述的悬浮磨料水射流切割装备，其特征是：所述高压容器（30）外面底部安装称重传感器（33）。

8.按照权利要求1所述的悬浮磨料水射流切割装备，其特征是：所述护罩（8）的外侧面设有操作屏（9）。