CN106976020A - 五轴数控磨料水射流自动抛光机 - Google Patents

五轴数控磨料水射流自动抛光机 Download PDF

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CN106976020A CN201710089180.9A CN201710089180A CN106976020A CN 106976020 A CN106976020 A CN 106976020A CN 201710089180 A CN201710089180 A CN 201710089180A CN 106976020 A CN106976020 A CN 106976020A
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何勇灵
王志阳
陈胜功
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Abstract

一种五轴数控磨料水射流自动抛光机，包括基座，其内部安装有工作台，工作台下方设置有过滤网和集液箱；基座的上方安装有横梁，横梁的侧面安装有纵梁，纵梁可在横梁上左右和上下移动，纵梁末端安装有喷嘴支座，支座与纵梁内部的转轴相固连，由纵梁顶端的伺服电机驱动，实现喷嘴支座转动，支座上安装有磨料水射流喷嘴，喷嘴通过蜗杆减速电机驱动，可以左右摆动；高压水发生系统位于基座背部，通过高压水管连接喷嘴混合腔的进水口；磨料供给系统安装在横梁后部的基座上，将磨料输送至喷嘴混合腔的进砂口。本发明可以实现任意三维曲面的表面抛光加工，特别对于复杂曲面以及微小表面的精密加工和表面处理，具有精度高，去除量可以精确控制等效果。

Description

五轴数控磨料水射流自动抛光机
技术领域
本发明涉及磨料水射流抛光技术领域，尤其是一种五轴数控磨料水射流自动抛光机，通过该装置可对三维异型曲面零件进行精密加工。
背景技术
随着现代科学技术的迅猛发展，特别是航空、航天、国防、军工、信息、微电子与光电子等尖端科学技术的突飞猛进，现代制造业对于零件的表面质量要求越来越高，特别是对于微小的复杂曲面，表面抛光处理更是一项技术难题。
磨料水射流抛光技术是近20年来产生和发展的一种新型特种精密加工方法。与激光束、电子束、等离子体等传统加工方法相比，磨料水射流是唯一的一种冷加工方法，它的加工工具是一段液体柱，加工时不会变形，无工具磨损、反作用力小、加工柔性高，针对复杂曲面抛光可精确控制其去除函数，加工特性不受位置影响，保证各个曲面的加工精度，并且在加工过程中抛光液不断循环流动，能保证工件温度不变，属于冷加工，同时还能自动清除加工下来的碎屑。
但是，目前并没有成熟的磨料水射流抛光机，较多磨料水射流抛光实验是在高压水切割机上完成的，限制了磨料水射流抛光技术的应用和发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种五轴数控磨料水射流自动抛光机，以填补现有技术中的没有成熟的磨料水射流自动抛光机的空白。
一种五轴数控磨料水射流自动抛光机，包括运动平台、磨料水射流喷嘴、高压水发生系统、磨料供给系统。所述的运动平台包括有基座5，其内部安装有工作台1，工作台1的下方设置有过滤网2和集水箱3；基座5的上方安装有横梁19，横梁19底部安装在两个横梁支架22上，通过第一丝杠模组4和直线导轨9可实现前后移动；横梁19的侧面安装有纵梁24，纵梁24可以在横梁19上左右和上下移动；纵梁24末端安装有喷嘴支座25，喷嘴支座25与纵梁24内部的转轴相固连，安装在转轴末端，转轴由纵梁顶端的第四伺服电机18驱动，可以实现喷嘴支座25的转动；喷嘴支座25上安装有磨料水射流喷嘴26，磨料水射流喷嘴26通过蜗杆减速电机29驱动，可以实现左右摆动；高压水发生系统11位于基座背部，通过高压水管13连接磨料水射流喷嘴26混合腔的高压水入口63；磨料供给系统15安装在横梁后部的基座上，磨料供给系统的磨料管14连接至喷嘴磨料水射流喷嘴混合腔的进砂口62，将磨料输送至混合腔50内。
所述运动平台，具体结构包括有基座5，其内部安装有工作台1，工作台1的下方设置有过滤网2和集水箱3；工作台1两侧安装有侧板，两侧板前端安装有隔离门28；两侧板后端固定有挡板，挡板上安装有清洗水管6，清洗水管6安装位置高于工作台；基座5的两侧板顶端各有一根直线导轨9；基座5的上方安装有横梁19，横梁底部安装在两个横梁支架22上，每个横梁支架22底部各安装有两个滑块34，滑块34安装在直线导轨9上，横梁19的两端安装有横梁端板7，横梁端板7与横梁19侧面安装有加强筋33；横梁端板7的底部固定有丝杠螺母30，丝杠螺母30安装在第一丝杠模组4的丝杠上与之配合，两套第一丝杠模组4固定在基座5两侧，每套第一丝杠模组4的末端安装有第一伺服电机10；横梁19侧面安装有第二丝杠模组21和两根横梁导轨20，第二丝杠模组21末端与固定在左侧横梁端板7的第二伺服电机8连接；连接架32靠近横梁的一侧与一个丝杠螺母和四个滑块固连，丝杠螺母安装在第二丝杠模组21上，四个滑块分别安装在两根横梁导轨20上，通过第二伺服电机8带动第二丝杠模组21可以实现连接架左右移动；连接架32远离横梁的一侧也固定有四个滑块和一个丝杠螺母，纵梁24侧面装有两根纵梁导轨23，分别与连接架远离横梁一侧的四个滑块配合；纵梁24背部安装有第三丝杠模组16，与连接架远离横梁一侧的丝杠螺母配合；第三丝杠模组16顶端安装有第三伺服电机17，可以实现纵梁上下运动；纵梁24采用中空的铝合金型材，纵梁内部安装有转轴，转轴顶端与第四伺服电机18连接，下端与喷嘴支座25固连；喷嘴支座25内侧安装有蜗杆减速电机29，外侧安装有喷嘴夹具27，喷嘴夹具27通过销轴与蜗杆减速电机29固连；
所述磨料水射流喷嘴26具体结构包括有高压水管接头48，高压水管接头48底部与混合腔50通过螺纹固定连接，宝石喷嘴49位于高压水管接头48与混合腔50之间，混合腔50底端安装有磨料喷嘴52，通过固定套51进行固定密封。磨料水射流喷嘴26安装在喷嘴夹具27上；磨料水射流喷嘴26的高压水入口通过高压水管13与高压水发生系统11相连；磨料水射流喷嘴26的进砂口通过磨料管14与磨料供给系统的磨料箱57连接；
所述高压水发生系统11包括储水箱46，储水箱出水口安装有阀门，依次连接单向阀、过滤器44、低压供水泵43、压力表、柱塞泵41，柱塞泵由三相异步电机42提供动力，柱塞泵41高压水出口依次连接压力表、单向阀、减震器40、电磁调压溢流阀39，磨料水射流喷嘴26；同时电磁调压溢流阀39通过溢流回水管与储水箱46连接；高压柱塞泵41的安全阀45与储水箱46连接。
所述磨料供给系统15固定在磨料箱支架12上，磨料箱支架固定在横梁后的基座上。磨料供给系统包括磨料箱57，磨料箱57内部中心圆柱内安装第五伺服电机59，圆柱外盛放磨料，顶端有磨料箱盖58进行密封；磨料箱57底部与漏斗桶56连接，磨料从磨料箱底部小孔流入漏斗桶，漏斗桶漏斗出口与圆柱形铜套54连接，铜套54内部有送料螺杆55，送料螺杆55顶端通过联轴器61与第五伺服电机59连接，通过密封块60对连接处进行密封；铜套54底部固定有磨料出口接头53，磨料出口接头53通过砂阀35与磨料管14相连。
本发明一种五轴数控磨料水射流自动抛光机，其优点及功效在于：此五轴数控磨料水射流自动抛光机安装于运动平台末端的磨料水射流喷嘴，可以进行任意方向的运动，从而可以加工任意曲面的工件；由于液柱截面较小且不存在刀具磨损，因此可以加工较为细微的曲面；和传统抛光机相比,它的加工工具是加工是一段液体柱，加工时不会变形，无工具磨损、反作用力小、加工柔性高，针对复杂曲面抛光可精确控制其去除函数，加工特性不受位置影响，保证各个曲面的加工精度，并且在加工过程中抛光液不断循环流动，能保证工件温度不变，属于冷加工，同时还能自动清除加工下来的碎屑，同时结构和成本较低。
附图说明
图1是本发明的三维示意图。
图2是本发明的主视图。
图3是本发明的左视图。
图4是本发明的高压水发生系统示意图。
图5是本发明的喷嘴结构图。
图6是本发明的主动控制送料机构示意图。
1.工作台，2.过滤网， 3.集水箱， 4.第一丝杠模组，
5.基座， 6.清洗水管， 7.横梁端板， 8.第二伺服电机，
9.直线导轨， 10.第一伺服电机， 11.高压水发生系统， 12.磨料箱支架，
13.高压水管，14.磨料管，15.磨料供给系统， 16.第二丝杠模组，
17.第三伺服电机， 8.第四伺服电机， 19.横梁， 20.横梁导轨，
21.第二丝杠模组， 22.横梁支架，23.纵梁导轨， 24.纵梁，
25.喷嘴支座，26.磨料水射流喷嘴， 27.喷嘴夹具，28.隔离门，
29.蜗杆减速电机， 30.丝杠螺母，31.滑块，32.连接架，
33.加强筋，34.滑块，35.砂阀，36.截止阀，
37.压力表，38.单向阀， 39.电磁调压溢流阀， 40.减震器，
41.柱塞泵， 42.三相异步电机，43.低压供水泵，44.过滤器，
45.安全阀，46.储水箱， 47.过滤器，48.高压水管接头，
49.宝石喷嘴， 50.混合腔， 51.固定套， 52.磨料喷嘴，
53.磨料出口接头， 54.铜套， 55.送料螺杆， 56.漏斗桶，
57.磨料箱， 58.磨料箱盖， 59.第五伺服电机， 60.密封块，
61.联轴器， 62.进砂口 63.高压水入口 64.磨料水射流出口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明一种五轴数控磨料水射流自动抛光机，如图1、图2、图3所示，主要包括运动平台、磨料水射流喷嘴、高压水发生系统、磨料供给系统。运动平台部件：包括基座5，其内部安装有工作台1，工作台的下方设置有过滤网2和集水箱3；工作台1两侧安装有侧板，两侧板前端安装有隔离门28；两侧板后端固定有挡板，挡板上安装有清洗水管6，清洗水管6安装位置高于工作台，可以冲刷工作台1上的工作废料和残渣；基座5的两侧板顶端各有一根直线导轨9；基座5的上方安装有横梁19，横梁19底部安装在两个横梁支架22上，每个横梁支架22底部各安装有两个滑块34，滑块34安装在直线导轨9上，横梁19的两端安装有横梁端板7，端板7与横梁19侧面安装有加强筋33；横梁端板7的底部固定有丝杠螺母30，丝杠螺母30安装在第一丝杠模组4的丝杠上与之配合，两套第一丝杠模组4固定在基座5两侧，每套第一丝杠模组4的末端安装有第一伺服电机10；横梁19侧面安装有第二丝杠模组21和两根横梁导轨20，第二丝杠模组21末端与固定在左侧横梁端板7的第二伺服电机8连接；连接架32靠近横梁的一侧与一个丝杠螺母和四个滑块固连，丝杠螺母安装在第二丝杠模组21上，四个滑块分别安装在两个横梁导轨20上，通过第二伺服电机8带动第二丝杠模组21可以实现连接架32左右移动；连接架32远离横梁一侧固定有四个滑块31和一个丝杠螺母，纵梁24侧面装有两根纵梁导轨23，分别与连接架32远离横梁一侧的四个滑块31配合；纵梁24背部安装有第三丝杠模组16，与连接架32远离横梁一侧的丝杠螺母配合；第三丝杠模组16顶端安装有第三伺服电机17，可以实现纵梁24上下运动；纵梁24采用中空的铝合金型材，顶端安装有第四伺服电机18，纵梁内部安装有转轴，转轴顶端与第四伺服电机18连接，下端与喷嘴支座25固连；喷嘴支座25内侧安装有蜗杆减速电机29，外侧安装有喷嘴夹具27，喷嘴夹具27通过销轴与蜗杆减速电机29固连；磨料水射流喷嘴26安装在喷嘴夹具27上；磨料水射流喷嘴26的高压水入口通过高压水管13与高压水发生系统11相连；磨料水射流喷嘴26的进砂口通过磨料管14与磨料供给系统15连接；磨料供给系统15固定在磨料箱支架12上，磨料箱支架12固定在横梁19后的基座5上。
如图5所示，磨料水射流喷嘴的结构包括高压水管接头48，高压水管接头48底部与混合腔50通过螺纹固定连接，宝石喷嘴49位于高压水管接头48与混合腔50之间，混合腔50底端安装有磨料喷嘴52，通过固定套51进行固定密封，所述混合腔50具有对称的两个进砂口62。
如图4所示，高压水发生系统包括储水箱46，储水箱46出水口安装有截止阀，依次连接单向阀38、过滤器44、低压供水泵43、压力表37、柱塞泵41，柱塞泵41由三相异步电机42提供动力，柱塞泵41高压水出口依次连接压力表37、单向阀38、减震器40、电磁调压溢流阀39，磨料水射流喷嘴；同时电磁调压溢流阀39通过溢流回水管与储水箱46连接；高压柱塞泵41的安全阀45与储水箱46连接。
如图6所示，磨料供给系统包括磨料箱57，磨料箱内部中心圆柱内安装第五伺服电机59，圆柱外盛放磨料，顶端有磨料箱盖58进行密封；磨料箱57底部与漏斗桶56连接，磨料从磨料箱58底部小孔流入漏斗桶56，漏斗桶56漏斗出口与圆柱形铜套54连接，铜套54内部有送料螺杆55，送料螺杆55顶端通过联轴器61与第五伺服电机59连接，通过密封块60对连接处进行密封；铜套54底部固定有磨料出口接头53，磨料出口接头53通过砂阀35与磨料管14相连。
本发明的工作原理是：
运动平台的横梁可以实现前后运动，纵梁以横梁为支撑可以上下左右运动，磨料水射流喷嘴在纵梁的末端，由纵梁顶端的第四伺服电机驱动，通过纵梁内部的转轴传递动力，实现磨料水射流喷嘴的Z方向的转动，同时磨料水射流喷嘴通过蜗杆减速电机的驱动可以实现左右摆动，因此磨料水射流喷嘴具有五个方向的自由度；工件安装固定在工作台上，磨料水射流喷嘴的高压水入口63通过高压水管与高压水发生系统相连，高压水通过高压泵等元器件输送至宝石喷嘴，高压水射流通过宝石喷嘴高速射入混合腔，在混合腔内产生真空负压；混合腔的进砂口62与磨料供给系统的出口相连，磨料箱通过主动控制磨料供给系统将磨料输送至磨料管，磨料管中的磨料被喷嘴混合腔内的负压吸入喷嘴混合腔中，与高速水射流混合并加速，形成磨料水射流从磨料水射流出口64射出。混有磨料粒子的高速抛光液柱作用于工件表面，与工件表面发生冲击、碰撞、剪切而去除材料，达到抛光目的。此五轴数控磨料水射流自动抛光机的优点在于：安装于运动平台末端的磨料水射流喷嘴，可以进行任意方向的运动，从而可以加工任意曲面的工件；由于液柱截面较小且不存在刀具磨损，因此可以加工较为细微的曲面；和传统抛光机相比,它的加工工具是加工是一段液体柱，加工时不会变形，无工具磨损、反作用力小、加工柔性高，针对复杂曲面抛光可精确控制其去除函数，加工特性不受位置影响，保证各个曲面的加工精度，并且在加工过程中抛光液不断循环流动，能保证工件温度不变，属于冷加工，同时还能自动清除加工下来的碎屑，同时结构和成本较低。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种五轴数控磨料水射流自动抛光机，其特征在于：其包括运动平台、磨料水射流喷嘴、高压水发生系统、磨料供给系统；所述的运动平台包括有基座(5)，其内部安装有工作台(1)，工作台(1)的下方设置有过滤网(2)和集水箱(3)；基座(5)的上方安装有横梁(19)，横梁(19)底部安装在两个横梁支架(22)上，通过第一丝杠模组(4)和直线导轨(9)可实现前后移动；横梁(19)的侧面安装有纵梁(24)，纵梁(24)可以在横梁(19)上左右和上下移动；纵梁(24)末端安装有喷嘴支座(25)，喷嘴支座(25)与纵梁(24)内部的转轴相固连，安装在转轴末端，转轴由纵梁顶端的第四伺服电机(18)驱动，可以实现喷嘴支座(25)的转动；喷嘴支座(25)上安装有磨料水射流喷嘴(26)，磨料水射流喷嘴(26通过蜗杆减速电机(29)驱动，可以实现左右摆动；高压水发生系统(11)位于基座背部，通过高压水管(13)连接磨料水射流喷嘴(26)混合腔的高压水入口(63)；磨料供给系统(15)安装在横梁后部的基座上，磨料供给系统的磨料管(14)连接至喷嘴磨料水射流喷嘴混合腔的进砂口(62)，将磨料输送至混合腔(50)内。
2.根据权利要求1所述的五轴数控磨料水射流自动抛光机，其特征在于：所述运动平台，具体结构如下：一基座(5)，其内部安装有工作台(1)，工作台(1)的下方设置有过滤网(2)和集水箱(3)；工作台(1)两侧安装有侧板，两侧板前端安装有隔离门(28)；两侧板后端固定有挡板，挡板上安装有清洗水管(6)，清洗水管(6)安装位置高于工作台；基座(5)的两侧板顶端各有一根直线导轨(9)；基座(5)的上方安装有横梁(19)，横梁底部安装在两个横梁支架(22)上，每个横梁支架(22)底部各安装有两个滑块(34)，滑块(34)安装在直线导轨(9)上，横梁(19)的两端安装有横梁端板(7)，横梁端板(7)与横梁(19)侧面安装有加强筋(33)；横梁端板(7)的底部固定有丝杠螺母(30)，丝杠螺母(30)安装在第一丝杠模组(4)的丝杠上与之配合，两套第一丝杠模组(4)固定在基座(5)两侧，每套第一丝杠模组(4)的末端安装有第一伺服电机(10)；横梁(19)侧面安装有第二丝杠模组(21)和两根横梁导轨(20)，第二丝杠模组(21)末端与固定在左侧横梁端板(7)的第二伺服电机(8)连接；连接架(32)靠近横梁的一侧与一个丝杠螺母和四个滑块固连，丝杠螺母安装在第二丝杠模组(21)上，四个滑块分别安装在两根横梁导轨(20)上，通过第二伺服电机(8)带动第二丝杠模组(21)可以实现连接架左右移动；连接架(32)远离横梁的一侧也固定有四个滑块和一个丝杠螺母，纵梁(24)侧面装有两根纵梁导轨(23)，分别与连接架远离横梁一侧的四个滑块配合；纵梁(24)背部安装有第三丝杠模组(16)，与连接架远离横梁一侧的丝杠螺母配合；第三丝杠模组(16)顶端安装有第三伺服电机(17)，可以实现纵梁上下运动；纵梁(24)采用中空的铝合金型材，纵梁内部安装有转轴，转轴顶端与第四伺服电机(18)连接，下端与喷嘴支座(25)固连；喷嘴支座(25)内侧安装有蜗杆减速电机(29)，外侧安装有喷嘴夹具(27)，喷嘴夹具(27)通过销轴与蜗杆减速电机(29)固连。
3.根据权利要求1所述的五轴数控磨料水射流自动抛光机，其特征在于：所述磨料水射流喷嘴(26)具体结构包括有高压水管接头(48)，高压水管接头(48)底部与混合腔(50)通过螺纹固定连接，宝石喷嘴(49)位于高压水管接头(48)与混合腔(50)之间，混合腔(50)底端安装有磨料喷嘴(52)，通过固定套(51)进行固定密封；磨料水射流喷嘴(26)安装在喷嘴夹具(27)上；磨料水射流喷嘴(26)的高压水入口通过高压水管(13)与高压水发生系统(11)相连；磨料水射流喷嘴(26)的进砂口通过磨料管(14)与磨料供给系统的磨料箱(57)连接。
4.根据权利要求1所述的五轴数控磨料水射流自动抛光机，其特征在于：所述高压水发生系统(11)包括储水箱(46)，储水箱出水口安装有阀门，依次连接单向阀、过滤器(44)、低压供水泵(43)、压力表、柱塞泵(41)，柱塞泵由三相异步电机(42)提供动力，柱塞泵(41)高压水出口依次连接压力表、单向阀、减震器(40)、电磁调压溢流阀(39)，磨料水射流喷嘴(26)；同时电磁调压溢流阀(39)通过溢流回水管与储水箱(46)连接；高压柱塞泵(41)的安全阀(45)与储水箱(46)连接。
5.根据权利要求1所述的五轴数控磨料水射流自动抛光机，其特征在于：所述磨料供给系统(15)固定在磨料箱支架(12)上，磨料箱支架固定在横梁后的基座上；磨料供给系统包括磨料箱(57)，磨料箱(57)内部中心圆柱内安装第五伺服电机(59)，圆柱外盛放磨料，顶端有磨料箱盖(58)进行密封；磨料箱(57)底部与漏斗桶(56)连接，磨料从磨料箱底部小孔流入漏斗桶，漏斗桶漏斗出口与圆柱形铜套(54)连接，铜套(54)内部有送料螺杆(55)，送料螺杆(55)顶端通过联轴器(61与第五伺服电机(59)连接，通过密封块(60)对连接处进行密封；铜套(54)底部固定有磨料出口接头(53)，磨料出口接头(53)通过砂阀(35)与磨料管(14)相连。
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