CN108908135A - 一种摆针式非等距极坐标异形工件水射流切割装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摆针式非等距极坐标异形工件水射流切割装置，包括二维数控台和磨料射流发生装置，还包括摆针式调节装置和轴向调节装置，所述摆针式调节装置上设有立式移动台，所述立式移动台的上端分别设有横梁和步进电机甲，所述横梁的下端设有弧形齿条，所述步进电机甲的输出轴上通过平键安装有摆臂，所述摆臂的上端安装有同步大齿轮，所述轴向调节装置包括周向转动臂，所述周向转动臂的右端安装有同步臂，所述同步臂的左端安装有同步小齿轮。本发明能实现对于形状不规则的工件进行切割加工功能，通过采用局部角度与整周角度相结合的两级极坐标方式对异性工件上不同切割加工位置进行切割加工工序，扩大空间形体工件切割应用范围。

Description

一种摆针式非等距极坐标异形工件水射流切割装置

技术领域

本发明涉及磨料水射流机械设备设计技术领域，尤其涉及一种摆针式非等距极坐标异形工件水射流切割装置。

背景技术

水射流是由喷嘴流出形成的不同形状的高速水流束，射流的流速取决于喷嘴出口截面前后的压力降。水射流是能量转变与应用的最简单的一种形式。通常，动力驱动泵通过对水完成一个吸、排过程，将一定量的水泵送到高压管路，使其以一定能量到达喷嘴。而喷嘴的孔径要求比高压管路直径小得多，因此到达喷嘴的这一一定量的水要想流出喷嘴孔，必须加速。这样，经过喷嘴孔加速凝聚的水就形成了射流。磨料射流是指磨料在某种外动力的作用下被加速后，高速运动的磨料所形成的射流。传统的磨料水射流设备是以水作为介质，通过高压发生设备使它获得巨大能量后，再通过供料装置将磨料直接注入高压水中，使其以一种特定的流体运动方式高速从喷嘴喷射出来，形成能量高速集中的一股磨料水射流。

然而，现有的异形工件水射流切割装置无法实现对于形状不规则的工件进行切割加工功能，有些异形工件水射流切割装置既无法通过采用局部角度与整周角度相结合的两级极坐标方式对异性工件上不同切割加工位置进行切割加工工序又无法扩大空间形体工件切割应用范围，有些异形工件水射流切割装置既不能保证摆臂的绕着步进电机甲输出轴按照一定角度的角位移移动又不能通过同步大齿轮与弧形齿条相啮合方式精确控制移动角度位置并增加摆臂位置锁定的稳定性，有些异形工件水射流切割装置既不能使同步臂与周向转动臂同步转动又不能通过同步小齿轮与圆环形内齿条相啮合方式精确控制整周转动角度的位置并增加周向转动臂位置锁定的稳定性，还有的异形工件水射流切割装置不能驱动周向转动臂绕摆臂的端部进行整周转动，无法调节周向转动臂上喷嘴夹头的位置。因此，有必要提供一种结构简单、操作快捷方便、安全高效的一种摆针式非等距极坐标异形工件水射流切割装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，是克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单、操作快捷方便、安全高效的一种摆针式非等距极坐标异形工件水射流切割装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种摆针式非等距极坐标异形工件水射流切割装置，包括二维数控台和磨料射流发生装置，其中，还包括摆针式调节装置和轴向调节装置，所述摆针式调节装置上设有立式移动台，所述立式移动台的上端分别设有横梁和步进电机甲，所述横梁的下端设有弧形齿条，所述步进电机甲的输出轴上通过平键安装有摆臂，所述摆臂的上端安装有同步大齿轮，所述同步大齿轮与弧形齿条采用外啮合方式相啮合，所述摆臂的下端安装有圆环形内齿条和步进电机乙，所述步进电机乙的端部设有输出长轴，所述输出长轴的中心轴线与圆环形内齿条的中心轴线重合，所述圆环形内齿条与步进电机乙还分别位于摆臂两侧，所述轴向调节装置包括周向转动臂，所述周向转动臂的右端安装有同步臂，所述同步臂还位于周向转动臂的外侧，所述同步臂的左端安装有同步小齿轮，所述同步小齿轮与圆环形内齿条采用内啮合方式相啮合，所述同步臂和周向转动臂均通过平键安装在输出长轴上。

所述横梁的中部设有弧形预留缺口，所述步进电机甲位于弧形预留缺口的下侧，所述周向转动臂内设有高压胶管通道，所述高压胶管通道的左端安装有喷嘴夹头。

所述二维数控台的上端安装有二维移动架和随动导轨，所述立式移动台安装在二维移动架的上端，所述随动导轨的上端安装有随动套，所述随动套内安装有弹簧，所述弹簧的上端安装有弹性压帽，所述弹性压帽的上端设有高压胶管支撑环。

所述磨料射流发生装置包括移动泵站和移动车架，所述移动车架上安装有混合腔座，所述混合腔座的上端安装有磨料罐，所述移动泵站的输出端口通过输入高压胶管连接在混合腔座的入口端，所述混合腔座的输出端连接有输出高压胶管，所述输出高压胶管的左端依次通过高压胶管支撑环和周向转动臂安装在喷嘴夹头上，所述输出高压胶管的左端安装有切割喷嘴，所述切割喷嘴还安装在喷嘴夹头内。

现场使用时，首先，操作人员将异形工件固定在二维数控台上端的格栅网架上，将步进电机甲和步进电机乙通过控制线连接在数控显示器上，并通过数控显示器初始化摆针式调节装置和轴向调节装置的位置，将切割喷嘴安装在喷嘴夹头上，使切割喷嘴与异形工件之间的距离处于合适切割的靶距范围内。

其次，操作人员将输出高压胶管的左端依次穿入高压胶管支撑环、高压胶管通道并与切割喷嘴相连接，将移动车架移动到实验室非工作区内，再混合腔座固定，将自来水管接入端安装在移动泵站的水箱上，通过输入高压胶管将移动泵站输出端与混合腔座的输入端相连接，再通过输出高压胶管将混合腔座的输出端与切割喷嘴的输入端相连接，启动移动泵站使高压水进入磨料罐内并在混合腔座内高压水与磨料均匀混合，磨料混合液经输出高压胶管通过切割喷嘴中喷出。

再次，操作人员在数控显示器内设置切割程序和设置射流切割参数，将切割程序调出启用，此时步进电机乙和步进电机甲被同时启动，在步进电机乙和步进电机甲的驱动作用下，被激活的摆臂和周向转动臂进行角位移转动，使周向转动臂端部的切割喷嘴移动位置，并将磨料混合液通过切割喷嘴作用在异形工件上，直至完成异形工件完成切割作业，具体操作是：立式移动台在二维移动架移动到待加工合适位置处，步进电机乙和步进电机甲被同时启动，在步进电机甲的驱动作用下，摆臂绕着步进电机甲进行转动，且同步大齿轮在弧形齿条内侧进行齿轮啮合运动，与此同时，在步进电机乙的驱动作用下，周向转动臂绕着圆环形内齿条进行周向转动，同步臂上的同步小齿轮在圆环形内齿条内侧进行齿轮啮合运动，且周向转动臂与同步臂进行同步周向转动，使周向转动臂端部的切割喷嘴喷出的磨料射流作用在异形工件上始终处于合适靶距范围内，继而进行连续切割作业；此时，随动套根据输出高压胶管的位置通过随动套在随动导轨上移动来调整高压胶管支撑环的位置，高压胶管支撑环在输出高压胶管的射流反作用力的趋势下，弹性压帽通过随动套内弹簧作用下调节自身的上下移动的位置。

最后，操作人员在确定完成异形工件切割加工工作后，依次关闭移动泵站和磨料罐下端的磨料阀门，待切割喷嘴内全部输出的为清水后，降低移动泵站的输出流量，直至关闭移动泵站，根据下次作业时间，合理清理磨料罐内的磨料，做好设备定期维护，等待下次进行切割作业工作。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：本发明能实现对于形状不规则的工件进行切割加工功能，通过采用局部角度与整周角度相结合的两级极坐标方式对异性工件上不同切割加工位置进行切割加工工序，扩大空间形体工件切割应用范围，通过设置立式移动台和横梁实现摆针式调节装置和轴向调节装置位置的移动，通过设置步进电机甲、弧形齿条、摆臂和同步大齿轮能保证摆臂的绕着步进电机甲输出轴按照一定角度的角位移移动，还能通过同步大齿轮与弧形齿条相啮合方式精确控制移动角度位置并增加摆臂位置锁定的稳定性，通过设置同步臂和同步小齿轮能使同步臂与周向转动臂同步转动，还能通过同步小齿轮与圆环形内齿条相啮合方式精确控制整周转动角度的位置并增加周向转动臂位置锁定的稳定性，通过设置步进电机乙、周向转动臂和圆环形内齿条能驱动周向转动臂绕摆臂的端部进行整周转动，继而调节周向转动臂上喷嘴夹头的位置，且结构简单，操作方便，经济实用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中二维数控台的左视图；

图3为图1中A处的局部放大图。

图中：1、二维数控台；11、二维移动架；12、随动导轨；121、随动套；1211、弹簧；1212、弹性压帽；1213、高压胶管支撑环；2、磨料射流发生装置；21、移动泵站；22、移动车架；221、混合腔座；2211、磨料罐；2212、输出高压胶管；2213、切割喷嘴；3、摆针式调节装置；31、立式移动台；311、横梁；3111、弧形齿条；3112、弧形预留缺口；312、步进电机甲；4、轴向调节装置；41、周向转动臂；411、同步臂；4111、同步小齿轮；412、高压胶管通道；4121、喷嘴夹头；5、摆臂；51、同步大齿轮；52、圆环形内齿条；53、步进电机乙；531、输出长轴。

具体实施方式

为了使本发明所实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和图示，进一步阐述本发明。

如图1、图2和图3所示，所述一种摆针式非等距极坐标异形工件水射流切割装置，包括二维数控台1和磨料射流发生装置2，还包括摆针式调节装置3和轴向调节装置4，所述摆针式调节装置3上设有立式移动台31，所述立式移动台31的上端分别设有横梁311和步进电机甲312，所述横梁311的下端设有弧形齿条3111，所述步进电机甲312的输出轴上通过平键安装有摆臂5，所述摆臂5的上端安装有同步大齿轮51，所述同步大齿轮51与弧形齿条3111采用外啮合方式相啮合，所述摆臂5的下端安装有圆环形内齿条52和步进电机乙53，所述步进电机乙53的端部设有输出长轴531，所述输出长轴531的中心轴线与圆环形内齿条52的中心轴线重合，所述圆环形内齿条52与步进电机乙53还分别位于摆臂两侧5，所述轴向调节装置4包括周向转动臂41，所述周向转动臂41的右端安装有同步臂411，所述同步臂411还位于周向转动臂41的外侧，所述同步臂411的左端安装有同步小齿轮4111，所述同步小齿轮4111与圆环形内齿条52采用内啮合方式相啮合，所述同步臂411和周向转动臂41均通过平键安装在输出长轴531上。

如图1、图2和图3所示，所述横梁311的中部设有弧形预留缺口3112，所述步进电机甲312位于弧形预留缺口3112的下侧，所述周向转动臂41内设有高压胶管通道412，所述高压胶管通道412的左端安装有喷嘴夹头4121。

如图1和图2所示，所述二维数控台1的上端安装有二维移动架11和随动导轨12，所述立式移动台11安装在二维移动架1的上端，所述随动导轨12的上端安装有随动套121，所述随动套121内安装有弹簧1211，所述弹簧1211的上端安装有弹性压帽1212，所述弹性压帽1212的上端设有高压胶管支撑环1213。

如图1和图3所示，所述磨料射流发生装置2包括移动泵站21和移动车架22，所述移动车架22上安装有混合腔座221，所述混合腔座221的上端安装有磨料罐2211，所述移动泵站21的输出端口通过输入高压胶管连接在混合腔座221的入口端，所述混合腔座221的输出端连接有输出高压胶管2212，所述输出高压胶管2212的左端依次通过高压胶管支撑环1213和周向转动臂41安装在喷嘴夹头4121上，所述输出高压胶管2212的左端安装有切割喷嘴2213，所述切割喷嘴2213还安装在喷嘴夹头4121内。

现场使用时，首先，操作人员将异形工件固定在二维数控台1上端的格栅网架上，将步进电机甲312和步进电机乙53通过控制线连接在数控显示器上，并通过数控显示器初始化摆针式调节装置3和轴向调节装置4的位置，将切割喷嘴2213安装在喷嘴夹头4121上，使切割喷嘴2213与异形工件之间的距离处于合适切割的靶距范围内。

其次，操作人员将输出高压胶管2212的左端依次穿入高压胶管支撑环1213、高压胶管通道412并与切割喷嘴2213相连接，将移动车架22移动到实验室非工作区内，再混合腔座221固定，将自来水管接入端安装在移动泵站21的水箱上，通过输入高压胶管将移动泵站21输出端与混合腔座221的输入端相连接，再通过输出高压胶管2212将混合腔座221的输出端与切割喷嘴2213的输入端相连接，启动移动泵站21使高压水进入磨料罐2211内并在混合腔座221内高压水与磨料均匀混合，磨料混合液经输出高压胶管2212通过切割喷嘴2213中喷出。

再次，操作人员在数控显示器内设置切割程序和设置射流切割参数，将切割程序调出启用，此时步进电机乙53和步进电机甲312被同时启动，在步进电机乙53和步进电机甲312的驱动作用下，被激活的摆臂5和周向转动臂41进行角位移转动，使周向转动臂41端部的切割喷嘴2213移动位置，并将磨料混合液通过切割喷嘴2213作用在异形工件上，直至完成异形工件完成切割作业，具体操作是：立式移动台31在二维移动架11移动到待加工合适位置处，步进电机乙53和步进电机甲312被同时启动，在步进电机甲312的驱动作用下，摆臂5绕着步进电机甲312进行转动，且同步大齿轮51在弧形齿条3111内侧进行齿轮啮合运动，与此同时，在步进电机乙53的驱动作用下，周向转动臂41绕着圆环形内齿条52进行周向转动，同步臂411上的同步小齿轮4111在圆环形内齿条52内侧进行齿轮啮合运动，且周向转动臂41与同步臂411进行同步周向转动，使周向转动臂41端部的切割喷嘴2213喷出的磨料射流作用在异形工件上始终处于合适靶距范围内，继而进行连续切割作业；此时，随动套121根据输出高压胶管2212的位置通过随动套121在随动导轨12上移动来调整高压胶管支撑环1213的位置，高压胶管支撑环1213在输出高压胶管2212的射流反作用力的趋势下，弹性压帽1212通过随动套121内弹簧1211作用下调节自身的上下移动的位置。

最后，操作人员在确定完成异形工件切割加工工作后，依次关闭移动泵站21和磨料罐2211下端的磨料阀门，待切割喷嘴2213内全部输出的为清水后，降低移动泵站21的输出流量，直至关闭移动泵站21，根据下次作业时间，合理清理磨料罐2211内的磨料，做好设备定期维护，等待下次进行切割作业工作。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种摆针式非等距极坐标异形工件水射流切割装置，包括二维数控台和磨料射流发生装置，其特征在于：还包括摆针式调节装置和轴向调节装置，所述摆针式调节装置上设有立式移动台，所述立式移动台的上端分别设有横梁和步进电机甲，所述横梁的下端设有弧形齿条，所述步进电机甲的输出轴上通过平键安装有摆臂，所述摆臂的上端安装有同步大齿轮，所述同步大齿轮与弧形齿条采用外啮合方式相啮合，所述摆臂的下端安装有圆环形内齿条和步进电机乙，所述步进电机乙的端部设有输出长轴，所述输出长轴的中心轴线与圆环形内齿条的中心轴线重合，所述圆环形内齿条与步进电机乙还分别位于摆臂两侧，所述轴向调节装置包括周向转动臂，所述周向转动臂的右端安装有同步臂，所述同步臂还位于周向转动臂的外侧，所述同步臂的左端安装有同步小齿轮，所述同步小齿轮与圆环形内齿条采用内啮合方式相啮合，所述同步臂和周向转动臂均通过平键安装在输出长轴上。

2.根据权利要求1所述的一种摆针式非等距极坐标异形工件水射流切割装置，其特征在于：所述横梁的中部设有弧形预留缺口，所述步进电机甲位于弧形预留缺口的下侧，所述周向转动臂内设有高压胶管通道，所述高压胶管通道的左端安装有喷嘴夹头。

3.根据权利要求1所述的一种摆针式非等距极坐标异形工件水射流切割装置，其特征在于：所述二维数控台的上端安装有二维移动架和随动导轨，所述立式移动台安装在二维移动架的上端，所述随动导轨的上端安装有随动套，所述随动套内安装有弹簧，所述弹簧的上端安装有弹性压帽，所述弹性压帽的上端设有高压胶管支撑环。

4.根据权利要求1所述的一种摆针式非等距极坐标异形工件水射流切割装置，其特征在于：所述磨料射流发生装置包括移动泵站和移动车架，所述移动车架上安装有混合腔座，所述混合腔座的上端安装有磨料罐，所述移动泵站的输出端口通过输入高压胶管连接在混合腔座的入口端，所述混合腔座的输出端连接有输出高压胶管，所述输出高压胶管的左端依次通过高压胶管支撑环和周向转动臂安装在喷嘴夹头上，所述输出高压胶管的左端安装有切割喷嘴，所述切割喷嘴还安装在喷嘴夹头内。