CN107214630A - 一种七自由度水射流切割器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种七自由度水射流切割器,包括壳体;所述壳体的底部设有底座,底座上设有旋转工作台、支架;所述壳体的内壁设有防护装置,在壳体外侧一端设有小砂罐;所述支架上设有机器人;所述壳体外连接有冷水机、高压管路装置、大砂罐、电部控制柜、操作台。本发明提供七自由度的执行机构,可以加工复杂曲面的零件,其旋转工作台的使用,特别适合叶盘类零件零件的加工,利用水射流和磨料混合进行切割,适合钛合金、高温合金等难加工材料的大余量去除,其切割介质为水和磨料砂,不会产生再生应力和切口烧结,利于后续工序的加工。
Description
技术领域
本发明涉及一种七自由度水射流切割器,属于机械设备技术领域。
背景技术
航空航天行业大量采用高强度低密度的材料,例如钛合金、碳纤维复合材料,高温合金等。这些材料能提供高性能的同时,也给机械加工带来难度。这些零部件在加工的过程中,需要去除90%以上的余量,大余量的去除耗费了大量的时间和物料能源消耗。
目前针对钛合金和高温合金的去余量加工,多采用以下几种方式:
1.切削加工:精度较高,加工稳定,但是高刚性的机床设备投入大,加工效率低,周期长;材料中的Ti、Mo、Nb等元素使刀具极易磨损,在加工过程中易产生积屑瘤,刀具损耗非常大。Cr、Ni等元素使得切屑不易断开,阻力增大,刀具散热不畅,影响了加工表面质量和刀具寿命,总体来说,效率低下、经济效益差。
2.激光切割:效率高、柔性好,特别适合微小孔群的加工,但激光加工只适用于金属材质,且加工的材料厚度有限制,一般不超过10mm。加工面有高温烧结层,不利于后续精加工。
3.电火花加工:能实现难加工金属材料的加工,具有无切削力、排屑方便的优点,特别适合小孔加工,但是电火花加工材料在被熔化、汽化时,产物遇到冷却介质时会产生小的颗粒残渣,如排除不及时,会影响加工表面质量,另外,加工复杂三维曲面结构的电火花设备价格高昂,电火花设备加工的效率非常低下。
4.电腐蚀加工:是利用电化学腐蚀原理加工零件的一种工艺方法,无刀具无切削,适用于难加工金属材料的加工。在航空工业铝合金、钛合金、高温合金等有广泛应用,但是电化学加工需要化学介质的参与,不利于环境保护,电化学的加工比传统加工效率低下。
5.水射流加工:已经运用于民用领域,但是国内市场上通用的水射流加工设备多是用于民品加工,在切割复杂曲面零件时,由于执行机构和防护装置等的原因,存在着精度低、稳定性差的缺点。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供了一种七自由度水射流切割器,该七自由度水射流切割器适用于盘类零件加工,尤其是整体叶盘零件,利用高压水射流和磨料混合对材料进行切割,到达精度和切割稳定性要求,其效率成倍提高,加工成本低,设备一次性投入少。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种七自由度水射流切割器,包括壳体;所述壳体的底部设有底座,底座上设有旋转工作台、支架;所述壳体的内壁设有防护装置,在壳体外侧一端设有小砂罐;所述支架上设有机器人;所述壳体外连接有冷水机、高压管路装置、大砂罐、电部控制柜、操作台。
所述机器人的中部设有高压管,一侧设有喷头,顶端设有法兰,喷头通过法兰与机器人连接。
所述防护装置分为内外两层,内层为不锈钢结构,外层为冷轧板,中间通过加强筋螺接。
所述防护装置的左右两侧设有两扇观察窗和正面单开圆弧门。
所述旋转工作台由基座、电机、减速机、旋转主轴和工作台组成,在旋转工作台的外部设有防护装置罩。
所述机器人为六关节联动。
所述大砂罐通过软管与小砂罐连接。
所述高压管路装置上设有不锈钢硬管。
所述喷头由喷嘴、支架、混砂体、开关组成。
所述高压管路装置由冷水机、高压泵、高压管及高压接头组成。
本发明的有益效果在于:
1.提供七自由度的执行机构,可以加工复杂曲面的零件,其旋转工作台的使用,特别适合叶盘类零件的加工;
2.利用水射流和磨料混合进行切割,适合钛合金、高温合金等难加工材料的大余量去除;
3.切割介质为水和磨料砂,不会产生再生应力和切口烧结,利于后续工序的加工;
4.加工精度达到0.1mm,表面满足粗加工的要求,其切割效率是电火花切割的3倍以上,针对钛合金和高温合金材料,加工效率可以达到机械切削加工的4倍;
5.为非接触式加工,损耗工具为喷头,相比切削加工,刀具损耗小;
6.产生的废料为水和砂子,分离后可直接排放,不对环境造成污染。
附图说明
图1是本发明的结构示意图;
图2是本发明的俯视图;
图3是本发明的工作流程图;
图中:1-壳体,2-底座,3-旋转工作台,4-支架,5-防护装置,6-小砂罐,7-机器人,8-高压管,9-喷头,10-冷水机,11-高压管路装置,12-大砂罐,13-电部控制柜,14-操作台。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案,但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1所示,一种七自由度水射流切割器,包括壳体1;所述壳体1的底部设有底座2,底座2上设有旋转工作台3、支架4,用于支撑机器人7、旋转工作台3、防护装置5等其它机构,为整体铸造结构,底座2采用HT300整体铸造而成,是整个设备的基座;所述壳体1的内壁设有防护装置5,框定了装置的工作区域,用于对加工区域提供防护装置,既防止外来物的进入,也防止加工时水汽和砂子的溅出,在壳体1外侧一端设有小砂罐6;所述支架4上设有机器人7,机器人7为运动执行机构,同时又是高压管8和切割刀头的载体,机器人7具有6个自由度,防护装置等级达到IP65,重量轻,刚性好,重复定位精度到达±0.05mm;所述壳体1外连接有冷水机10、高压管路装置11、大砂罐12、电部控制柜13、操作台14,其中电部控制柜13是整套装置的控制核心,包括控制逻辑、低压电路部分等,对机器人7、照明、旋转工作台3、供砂、供水、排水等进行集中控制,操作台14是装置的用户终端,为分体式触摸屏,操作便利、外形美观。
其中,所述机器人7的中部设有高压管8,一侧设有喷头9,喷头9用于高压水的混合和喷射,顶端设有法兰,喷头9通过法兰与机器人7连接;所述防护装置5分为内外两层,内层为不锈钢结构,外层为冷轧板,中间通过加强筋螺接而成,防护装置5整个内表面密封,底面具有1度的斜度,并有一个最低点,保证加工过程中溅出的水能流向最低点,通过最低点的漏水口排出;所述防护装置5的左右两侧设有两扇观察窗和正面单开圆弧门;所述旋转工作台3由基座、电机、减速机、旋转主轴和工作台组成,旋转主轴是装置的第7轴,可以实现±360度旋转,工作台为待加工零件的固定平台,同时旋转工作台3经过防水设计,可以浸泡在水中工作;旋转工作台的旋转精度为±15,旋转速度为15rpm,旋转工作台3基座为HT300整体铸造加工而成,电机选用体积小的绝对编码器,带刹车抱闸,减速机选用体积小RV减速机,旋转主轴和工作台分别采用不锈钢材料整体加工而成,旋转工作台3外部设有防护装置罩,实现防水功能;所述机器人7为六关节联动,行程不小于1600mm,重复定位精度为±0.05mm,末端负载不小于20kg,关节臂整体防护装置等级为IP65,法兰防护装置为IP67,其机器人7可以实现工作区域内的任意曲面轨迹路径;所述大砂罐12通过软管与小砂罐6连接,为设备提供稳定的切割用砂;所述高压管路装置11上设有不锈钢硬管;所述喷头9由喷嘴、支架、混砂体、开关组成,采用后混合的方式;所示高压管路装置11由冷水机10、高压泵、高压管及高压接头组成,为设备提供高压水;所述底座2和防护装置5俯视呈扇形,如图2所示,可有效节约占地面积。
本发明的工作过程如图2所示,具体如下:
1.启动电源:启动电部控制柜13,装置开始工作;
2.启动冷水机:使水通过管道流向高压泵,大砂罐12借助压缩空气的压力将砂子通过管路输送到小砂罐6,在重力和高压水喷射形成的负压作用下,砂子通过管路由小砂罐6到达喷头12;
3.开启高压泵和大砂罐12:水和砂经混合后流向高压管,高压泵提供高压力的水流,经过不锈钢硬管和接头输送至喷头12,其中冷水机10为高压泵提供循环冷却用水,确保泵的主体在适合的温度下工作,高压泵选用参数功率为50马力,压力为400MPa,冷水机10选用参数制冷量10kW,其工作温度可调;
4.启动机器人7和旋转工作台3:装置开始工作,其机器人7和旋转工作台3共同组成了装置的执行机构,能够实现盘类零件的复杂轨迹路径;
5.切割待切物:打开水阀和砂阀,开始切割;
6.结束工作:切割结束后,关闭水阀和砂阀。
Claims (10)
1.一种七自由度水射流切割器,包括壳体(1),其特征在于:所述壳体(1)的底部设有底座(2),底座(2)上设有旋转工作台(3)、支架(4);所述壳体(1)的内壁设有防护装置(5),在壳体(1)外侧一端设有小砂罐(6);所述支架(4)上设有机器人(7);所述壳体(1)外连接有冷水机(10)、高压管路装置(11)、大砂罐(12)、电部控制柜(13)、操作台(14)。
2.如权利要求1所述的七自由度水射流切割器,其特征在于:所述机器人(7)的中部设有高压管(8),一侧设有喷头(9),顶端设有法兰,喷头(9)通过法兰与机器人(7)连接。
3.如权利要求1所述的七自由度水射流切割器,其特征在于:所述防护装置(5)分为内外两层,内层为不锈钢结构,外层为冷轧板,中间通过加强筋螺接。
4.如权利要求3所述的七自由度水射流切割器,其特征在于:所述防护装置(5)的左右两侧设有两扇观察窗和正面单开圆弧门。
5.如权利要求1所述的七自由度水射流切割器,其特征在于:所述旋转工作台(3)由基座、电机、减速机、旋转主轴和工作台组成,在旋转工作台(3)的外部设有防护装置罩。
6.如权利要求1所述的七自由度水射流切割器,其特征在于:所述机器人(7)为六关节联动。
7.如权利要求1所述的七自由度水射流切割器,其特征在于:所述大砂罐(12)通过软管与小砂罐(6)连接。
8.如权利要求1所述的七自由度水射流切割器,其特征在于:所述高压管路装置(11)上设有不锈钢硬管。
9.如权利要求2所述的七自由度水射流切割器,其特征在于:所述喷头(9)由喷嘴、支架、混砂体、开关组成。
10.如权利要求8所述的七自由度水射流切割器,其特征在于:所述高压管路装置(11)由冷水机(10)、高压泵、高压管及高压接头组成。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20170929 |