CN106624173A - 一种双轴旋转切割与均衡混合式的高压水刀切削机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双轴旋转切割与均衡混合式的高压水刀切削机构，由A轴旋转机构、B轴摆动机构、高压水刀三部分组成，采用电机作为动力，采用齿轮以及蜗轮蜗杆传动的方式带动高压水刀旋转与摆动，具有良好的运动可靠性。切割时采用的均衡混合式水切割头可以在保证水射流速度的前提下，使双流得到良好的混合。本发明实际可行，且可操作性极高，其在最大化的实现自动化切割生产后，可以有效减少所需操作人员的数量，大大降低操作人员在切割过程中人身安全受到危险的可能性，也极大地改善了操作人员的用工环境。

Description

一种双轴旋转切割与均衡混合式的高压水刀切削机构

技术领域

本发明涉及一种双轴旋转切割与均衡混合式的高压水刀切削机构。

背景技术

在实际应用中，许多大型零件、机床基座和壳体零件都是采用铸造的方式进行加工。但是，由于没有针对清除生产铸件浇注口的器械，工人需做很多繁琐的工作。然而，目前在我国广泛采用的方法为氧炔焰切割法，但其会污染环境和对工作人员身体造成伤害等。针对氧炔焰切割法会在切割过程中产生危害。所述旨在探寻一种高效的(具有同氧炔焰切割法近似的切割效率)、安全的(不产生污染环境和危害人身健康)切割方法来替代氧炔焰切割法，高压水刀切削机构由此而生。

水刀切割头常用的有四种形式，分别为纯水水射流切割头、旋转混合式切割头、斜贯混合式切割头、均衡式切割头。水刀切割头设计要点如下：(1)集流管的长度需较长，这样可以很大程度上减少高压水在进入水射流宝石喷嘴加速前，尽量多的降低高压水流的紊流特征，使其尽可能达到形成射流的前提条件。(2)关于形成射流的真空作用混合腔的设计，因为斜贯式混合腔大所以混合是散射的偶然性很大，而旋流式水切割头与均衡式水切割头在混砂时的效果较好。(3)尽量减少水喷嘴与磨料喷嘴间的距离，并且还要考虑两嘴的对中性，因为如果对中性不好的话会严重影响射流速度和混料均匀性。本发明结合以上几种切割头的特点，将均衡与混合式优点相结合，设计出一种均衡混合式水切割头，满足水刀切割的特点。

目前关于切割平台的研究，主要分为三类，一类是由于设计要求，采取固定式的切割方式仅能垂直切割，灵活性差，而且不能满足倾角切割，因此为设计铸件夹具带来困难。另外两类分别为可摇摆式切割与可旋转式切割，虽然增加了一个自由度但是都有局限，可摇摆式切割虽然可以产生斜向切割，但是不能环切，在切割方法上有一定的局限性，在加工过程中会带来一定的阻碍。双轴旋转切割是未来发展的趋势，属于高新现代加工工艺，相对于传统切割机床来说，其优点在于所占空间小，方便布置，运动灵活，可以切割任意角度的零件。

由五轴铣床启发，设计出此结构，在双轴旋转切割机构的设计中，分别采用齿轮啮合与涡轮蜗杆传动的方式来带动旋转切割和多角度摆动切割。双方向旋转式水刀刀头基座，其特点是可以实现A轴和B轴的旋转，在进行数控加工时，可以实现环形切割和斜向切割。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种双轴旋转切割与均衡混合式的高压水刀切削机构，通过摆动臂在空间内的自由移动，来实现对各个方位铸件口浇口的高压射流切割。

本发明的目的是这样实现的：包括与机床连接的防尘凹槽、安装在防尘凹槽下端的A轴电机、与A轴电机输出端连接的A轴减速器、与A轴减速器输出端连接的A轴输出轴、安装在A轴输出轴上的A轴主动齿轮、与防尘凹槽下端中心位置固连的基座外法兰盘、设置在基座外法兰盘内的基座内法兰盘、与基座内法兰盘上端固连的A轴从动齿轮、与基座内法兰盘下端固连的防尘箱箱体，所述A轴主动齿轮与A轴从动齿轮啮合且二者均位于防尘凹槽内，所述基座内法兰盘内部安装有B轴电机，B轴电机的输出端连接有B轴减速器，B轴减速器的输出轴的端部穿过防尘箱体且其上安装有B轴主动齿轮，防尘箱体内安装有蜗杆支架，蜗杆支架上设置有蜗杆，蜗杆的上端安装有B轴从动齿轮，B轴主动齿轮与B轴从动齿轮啮合，防尘箱体内还设置有蜗轮轴支架，蜗轮轴安装在蜗轮轴支架上，涡轮轴上安装有涡轮，涡轮与蜗杆啮合，涡轮轴上通过键连接有摆动臂，摆动臂的端部穿过防尘箱体且摆动臂的端部设置有高压水刀。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述高压水刀包括水刀头气控开关、设置在水刀头气控开关内的空气开关阀、与水刀头气控开关下端连接的卡箍外壳、与卡箍外壳下端连接的连接外壳、与连接外壳下端连接的导流套、与导流套下端连接的保护套，卡箍外壳的外表面设置有与摆动臂配合的凸台，卡箍外壳内部设置有气控顶针，连接外壳内设置有急流管，急流管的下端通过宝石头与导流套内的混合腔连通，导流套内设置有环形沙道，且环形沙道与设置在导流套上的进沙管连通，所述环形沙道上还设置有与混合腔连通的孔，保护套内设置有磨料喷嘴，所述卡箍外壳上还设置有高压进水管。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：目前对于切割机构的功能单一，只能满足一种工程应用的需要。与以往切割平台不同的是，本发明可以实现三种方式的切割，防尘箱作为主要的支撑结构，且可以带动水枪运动，电机作为动力源；高压水刀的工作方式是由A轴旋转机构和B轴摆动机构共同来决定的。本发明的双轴旋转切割机构不仅可以应用于高压水刀切削机构，还可以应用于其他切割机床等方面。具体的是本发明的高压水刀切削机构的切割平台由A轴旋转机构、B轴摆动机构、高压水刀三部分组成，采用电机作为动力，采用齿轮以及蜗轮蜗杆传动的方式带动高压水刀旋转与摆动，具有良好的运动可靠性。切割时采用的均衡混合式水切割头可以在保证水射流速度的前提下，使双流得到良好的混合。本发明实际可行，且可操作性极高，其在最大化的实现自动化切割生产后，可以有效减少所需操作人员的数量，大大降低操作人员在切割过程中人身安全受到危险的可能性，也极大地改善了操作人员的用工环境。本发明采用电机作为电流源，使用高集成化的电路板，通过齿轮传递动力，蜗轮蜗杆起改变运动方向以及减速的作用，高压水刀安装在防尘箱的摆动臂上，用高压射流法进行切割，通过摆动臂在空间内的自由移动来实现各个方位铸件口浇口的切割。它可以实现自动连续的切割工作，并有较长的进给行程。

附图说明

图1为本发明的整体轴测图；

图2为本发明的整体爆炸图；

图3为本发明的水刀切割头的正面剖视图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

结合图1，旋转切割平台由A轴电机1、A轴减速器2、A轴输出轴3、A轴主动齿轮4、基座内法兰盘5、销轴6、A轴从动齿轮7、防尘箱凹槽8、基座外法兰盘9、开槽圆柱螺钉10、防尘箱箱体11和圆锥滚子轴承12等组成。防尘箱凹槽8起支撑固定作用，其可以安装在不同的机床上进行切割。A轴电机1与A轴减速器2通过内六角螺钉固定在防尘箱凹槽8上，A轴电机1作为动力源，其输出的动力经A轴减速器2传递给A轴输出轴3，A轴输出轴3带动A轴主动齿轮4转动，A轴主动齿轮4与A轴从动齿轮7啮合，基座内法兰盘5与A轴从动齿轮7通过销轴6连接，从而A轴从动齿轮7带动基座内法兰盘5在基座外法兰盘9内转动，基座外法兰盘9通过螺钉固定在防尘箱凹槽8上，起支撑保护的作用。基座内法兰盘5的另一端通过开槽圆柱螺钉与防尘箱箱体11固定，进而带动防尘箱箱体11以及位于箱体上的高压水刀旋转，从而进行切割。

结合图2，B轴摆动机构由B轴电机13、B轴减速器14、B轴输出轴15、B轴主动齿轮16、B轴从动齿轮17、驱动蜗杆18、蜗杆支架19、涡轮轴支架20、输出轴21、涡轮22、键23、摆动臂24等组成。B轴电机13位于基座内法兰盘5的基座内，其通过螺钉固定在基座内法兰盘5上，B轴电机13输出的动力通过B轴减速器14传递给B轴输出轴15，B轴输出轴15将动力传递给B轴主动齿轮16，B轴主动齿轮16带动与其啮合的同齿模数的B轴从动齿轮17转动，从而将动力传递给位于蜗杆支架19内的驱动蜗杆18，驱动蜗杆18带动涡轮22转动，动力经涡轮22和驱动蜗杆18减速后传递给输出轴21，输出轴21通过键23连接摆动臂24，从而使其摆动，进而带动刀头支撑摆动，进而带动刀头支撑摆动，其摆角范围是0度到30度。(由于磨料水射流压力大，切割能力强，考虑到工作人员的安全，其偏转角不易过大。)

结合图2、图3，高压水刀由进沙管25、高压进水管26、空气开关阀27、气控顶针28、集流管29、O型密封圈30、宝石头31、环形沙道32、混合腔33、保护套34、磨料喷嘴35、水刀头气控开关36、凸台37、连接外壳38、导流套39和卡箍外壳40等组成。空气开关阀27位于水刀头气控开关36中，气控开关36与卡箍外壳40通过螺纹连接，高压水刀通过卡箍外壳40上的凸台37固定在防尘箱摆动臂24上。打开空气开关阀27，位于卡箍外壳40内的气控顶针28随之弹开，从而，水射流通过进水管26进入并被初步加压。卡箍外壳40与连接外壳38通过螺纹连接，急流管29位于连接外壳38内，在第二次加压前，水射流经较长急流管29疏导，疏导后，水射流通过宝石头31射出并流至混合腔33。连接外壳38、导流套39通过螺纹连接，环形沙道32位于导流套39中，磨料从进沙管25注入到的环形沙道32中，再从环形沙道32上对称布置的两个孔进入混合腔33，这种结构很容易的解决了沙流混合的非对称性，而且在混合腔33的密封上采用了O型密封圈30来代替传统的非标准密封，保证了高压水射流形成的真空度，使双流得到良好的混合。导流套39与保护套34通过螺纹连接，使得混合后的双流经过位于保护套34内的射流磨料喷嘴35喷出形成磨料射流。

本发明的工作原理是：

A轴旋转切割机构的原理是一个驱动元件将动力传递给一对齿轮，从而实现回转运动。其间通过两个对顶的圆锥滚子轴承支撑，两个法兰盘分别连接水刀头基体与水刀的纵向支撑，从而带动防尘箱箱体以及位于箱体上的高压水刀旋转，进而进行切割。

B轴摆动切割的原理是由一个驱动元件将动力传递给一对同齿数模数的齿轮，然后将动力传递给蜗轮蜗杆，经过减速扩力后，再将动力传递给摆动轴，进而带动刀头支撑摆动，其摆角范围是0度到30度。

均衡混合式的水刀切割头实现了水射流与磨料的充分混合。打开空气开关阀，水射流流入水刀头，经初步加压及宝石头二次加压后流至混合腔。磨料从外部攻沙管注入混合腔的环形沙道中，再从导流筒上的对称布置的孔进入混合腔，形成了单沙管进沙双沙道攻沙的优化结构，而且在混腔密封上采用了O型密封圈来代替传统的非标准密封，保证了混流时高压水射流形成的真空度，使双流得到良好的混合，混合后的双流经过射流磨料喷嘴喷出，形成磨料射流。

Claims (2)

1.一种双轴旋转切割与均衡混合式的高压水刀切削机构，其特征在于：包括与机床连接的防尘凹槽、安装在防尘凹槽下端的A轴电机、与A轴电机输出端连接的A轴减速器、与A轴减速器输出端连接的A轴输出轴、安装在A轴输出轴上的A轴主动齿轮、与防尘凹槽下端中心位置固连的基座外法兰盘、设置在基座外法兰盘内的基座内法兰盘、与基座内法兰盘上端固连的A轴从动齿轮、与基座内法兰盘下端固连的防尘箱箱体，所述A轴主动齿轮与A轴从动齿轮啮合且二者均位于防尘凹槽内，所述基座内法兰盘内部安装有B轴电机，B轴电机的输出端连接有B轴减速器，B轴减速器的输出轴的端部穿过防尘箱体且其上安装有B轴主动齿轮，防尘箱体内安装有蜗杆支架，蜗杆支架上设置有蜗杆，蜗杆的上端安装有B轴从动齿轮，B轴主动齿轮与B轴从动齿轮啮合，防尘箱体内还设置有蜗轮轴支架，蜗轮轴安装在蜗轮轴支架上，涡轮轴上安装有涡轮，涡轮与蜗杆啮合，涡轮轴上通过键连接有摆动臂，摆动臂的端部穿过防尘箱体且摆动臂的端部设置有高压水刀。

2.根据权利要求1所述的一种双轴旋转切割与均衡混合式的高压水刀切削机构，其特征在于：所述高压水刀包括水刀头气控开关、设置在水刀头气控开关内的空气开关阀、与水刀头气控开关下端连接的卡箍外壳、与卡箍外壳下端连接的连接外壳、与连接外壳下端连接的导流套、与导流套下端连接的保护套，卡箍外壳的外表面设置有与摆动臂配合的凸台，卡箍外壳内部设置有气控顶针，连接外壳内设置有急流管，急流管的下端通过宝石头与导流套内的混合腔连通，导流套内设置有环形沙道，且环形沙道与设置在导流套上的进沙管连通，所述环形沙道上还设置有与混合腔连通的孔，保护套内设置有磨料喷嘴，所述卡箍外壳上还设置有高压进水管。