CN109226893B - 一种多功能水射流加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于技术水射流加工技术领域，具体涉及一种多功能水射流加工设备，包括五轴联动的水切割机床，所述水切割机床上设有对待加工部件进行切割的水射流刀头，其特征在于，所述水射流加工设备还包括固定有待加工部件且使得待加工部件能够水平旋转、竖直翻转的多功能加工平台。本发明的有益效果是：本发明创造性的将五轴联动的水切割机床与多功能加工平台结合在一起组成多功能水射流加工设备，五轴联动的水切割机床实现对轴形待加工部件的切割加工，多功能加工平台固定待加工部件且使得待加工部件能够水平旋转、竖直翻转以及沿着水平面做直线往复运动，两者相配合实现轴形待加工部件外圆的车削、法兰台阶端面的车削加工以及矩形凹槽的铣销、抛光加工。

Description

一种多功能水射流加工设备

技术领域

本发明属于技术水射流加工技术领域，具体涉及一种多功能水射流加工设备。

背景技术

高压水射流切割技术是上世纪90年代兴起的一门新兴技术，高压水切割具有冷态切割及对材料无选择性的显著优点，即对软、硬、韧、脆金属或非金属均可切割，且不产生热应力区、无火花与粉尘。因此，高压水切割应用越来越广泛，尤其在非金属材料、复合材料、超硬耐磨材料、贵金属材料及特种材料等切割应用领域。但现有五轴联动水切割机，限于板材切割加工，其本质是射流线运动轨迹形成各种“型面”，即仍是“切割”加工，而对传统机械加工意义上的轴形待加工部件外圆的车削、法兰台阶端面的车削加工以及矩形凹槽的铣销、抛光加工等，现有的水切割均无法实现。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种多功能水射流加工设备，不但具有现有的五轴联动水切割机切割的功能，而且还可实现车销、铣销、抛光等功能。

本发明提供了如下的技术方案：

一种多功能水射流加工设备，包括五轴联动的水切割机床，所述水切割机床上设有对待加工部件进行切割的水射流刀头，其特征在于，所述水射流加工设备还包括固定有待加工部件且使得待加工部件能够水平旋转、竖直翻转的多功能加工平台。

优选的，所述多功能加工平台包括支架、安装平台以及用于固定待加工部件的装夹部，所述多功能加工平台还包括使得待加工部件能够水平旋转的水平旋转单元以及能够竖直翻转的竖直翻转单元，所述竖直翻转单元固定在支架上，所述水平旋转单元固定在竖直翻转单元上，所述安装平台固定在水平旋转单元上，所述装夹部固定在安装平台上。

优选的，所述竖直翻转单元包括翻转电机、翻转轴承座、翻转转轴和支撑座，所述翻转电机、翻转轴承座均固定在支架上，所述翻转转轴一端固定在支架上，所述翻转转轴一端通过翻转轴承座固定在支架上，另一端穿过翻转轴承座与翻转电机相连，所述支撑座固定在翻转转轴上，所述水平旋转单元固定在支撑座上。

优选的，所述翻转转轴包括依次相连的左段、中段和右段，所述左段通过翻转轴承座固定在支架上，所述右段通过通过翻转轴承座与翻转电机相连，所述支撑座固定在中段上。

优选的，所述水平旋转单元包括旋转电机、旋转轴承座、旋转支承和旋转转轴，所述旋转轴承座通过旋转支承固定在支撑座上，所述旋转转轴一端与安装平台相连，另一端穿过旋转轴承座与旋转电机相连。

优选的，所述水平旋转单元还包括可更换的传动部件，所述传动部件设置在旋转电机与旋转转轴之间。

优选的，所述多功能加工平台还包括使得待加工部件能够在水平面做直线往复运动的往复运动单元，所述装夹部固定在往复运动单元上，所述往复运动单元固定在安装平台上。

优选的，所述往复运动单元为平板式直线电机，所述平板式直线电机上设有滑道以及沿着滑道往复运动的滑座，所述装夹部固定在滑座上。

本发明的有益效果是：现有五轴联动水切割机，限于板材切割加工，其本质是射流线运动轨迹形成各种“型面”，即仍是“切割”加工，而对传统机械加工意义上的轴形待加工部件外圆的车削、法兰台阶端面的车削加工以及矩形凹槽的铣销、抛光加工等，现有的水切割均无法实现。

本发明创造性的将五轴联动的水切割机床与多功能加工平台结合在一起组成多功能水射流加工设备，五轴联动的水切割机床实现对轴形待加工部件的切割加工，多功能加工平台固定待加工部件且使得待加工部件能够水平旋转、竖直翻转以及沿着水平面做直线往复运动，两者相配合实现轴形待加工部件外圆的车削、法兰台阶端面的车削加工以及矩形凹槽的铣销、抛光加工。

附图说明

图1是多功能水射流加工设备的结构示意图；

图2是多功能加工平台的结构示意图；

图3是往复运动单元的结构示意图；

图4是水平旋转单元的结构示意图；

图5是竖直翻转单元的结构示意图；

图6A是车销轴加工侧视图；

图6B是车销轴加工正视图；

图7A是车销法兰止口台阶加工示意图；

图7B是车销圆形凹槽端面加工示意图；

图8是铣销加工形成凹槽的示意图；

附图中标记的含义如下：

10-水切割机床 11-水射流刀头 20-多功能加工平台 21-待加工部件 30-支架40-安装平台 50-装夹部 60-水平旋转单元 61-旋转电机 62-旋转轴承座 63-旋转支承64-旋转转轴 65-传动部件 70-竖直翻转单元 71-翻转电机 72-翻转轴承座 73-翻转转轴731-左段 732-中段 733-右端 74-支撑座 80-往复运动单元 81-滑道 82-滑座

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做具体说明。

如图1所示，一种多功能水射流加工设备，包括五轴联动的水切割机床10，水切割机床10上设有对待加工部件21进行切割的水射流刀头11，水射流加工设备还包括固定有待加工部件21且使得待加工部件能够水平旋转、竖直翻转的多功能加工平台20。

进一步优化上述实施例，如图2所示，多功能加工平台20包括支架30、安装平台40以及用于固定待加工部件的装夹部50，多功能加工平台20还包括使得待加工部件21能够水平旋转的水平旋转单元60以及能够竖直翻转的竖直翻转单元70，竖直翻转单元70固定在支架30上，水平旋转单元60固定在竖直翻转单元70上，安装平台40固定在水平旋转单元60上，装夹部50固定在安装平台40上。

进一步优化上述实施例，如图2、5所示，竖直翻转单元70包括翻转电机71、翻转轴承座72、翻转转轴73和支撑座74，翻转电机71、翻转轴承座72均固定在支架30上，翻转转轴73一端通过翻转轴承座72固定在支架30上，另一端穿过翻转轴承座72与翻转电机71相连，支撑座74固定在翻转转轴72上，水平旋转单元60固定在支撑座74上。

进一步优化上述实施例，如图2、5所示，翻转转轴73包括依次相连的左段731、中段732和右段733，所述左段731通过翻转轴承座72固定在支架30上，所述右段733通过通过翻转轴承座72与翻转电机71相连，所述支撑座74固定在中段732上。

进一步优化上述实施例，如图2、4所示，水平旋转单元60包括旋转电机61、旋转轴承座62、旋转支承63和旋转转轴64，旋转轴承座62通过旋转支承63固定在支撑座74上，旋转转轴64一端与安装平台40相连，另一端穿过旋转轴承座62与旋转电机61相连。

进一步优化上述实施例，如图2、4所示，水平旋转单元60还包括可更换的传动部件65，所述传动部件65设置在旋转电机61与旋转转轴64之间。传动部件65可以根据旋转转轴64的大小和形状进行适配跟换。

进一步优化上述实施例，如图2、3所示，多功能加工平台20还包括使得待加工部件21能够在水平面做直线往复运动的往复运动单元80，往复运动单元80优选为平板式直线电机，平板式直线电机上滑道81以及沿着滑道81往复运动的滑座82，装夹部50固定在滑座82上。

如图6A、6B所示，车销轴加工时，竖直翻转单元70将车销轴翻转成水平方向后，水平旋转单元60带着车销轴旋转运行。水平旋转单元60旋转的同时，五轴联动的水切割机床10带着水射流刀头11作平面直线运动，即可完成对轴形待加工部件外圆的水射流车削加工。例如某车销轴初始直径为40mm，需要将其加工至30mm，由于水射流技术自身的限制，径向“进刀量”一般较小，本实施例径向“进刀量”设置为1mm，先将水射流刀头11沿径向移动到距离车销轴轴线19mm处，接着水射流刀头11沿车销轴轴向运动一次，使得车销轴变成38mm，然后将水射流刀头11再沿径向移动1mm，此时水射流刀头距离车销轴轴线18mm处，接着水射流刀头11再次沿车销轴轴向运动一次，使得车销轴变成36mm，以此类推，最终使得车销轴直径加工至30mm。

如图7A、7B所示，车销法兰止口台阶或圆形凹槽端面加工时，竖直翻转单元70不发生翻转，水平旋转单元60快速旋转，五轴联动的水切割机床10带着水射流刀头11沿着车销法兰止口台阶或圆形凹槽径向作平面直线运动，即可实现法兰止口台阶或圆形凹槽端面车销加工。

通过提高水射流刀头11的移动速度，使待加工部件21不被切穿且只留下一定深度的切缝，众多切缝组合起来即可在被加工材料上留下一定深度、一定形状的凹槽，这一方法即是水射流“铣销”加工工艺。从“射流铣销”工艺的原理不难理解，“射流”单次移动形成切缝的深度决定了铣销加工“凹槽”的底部平面质量，如平面度，粗糙度等，即如果“射流”单次移动形成的切缝深度为0.1mm，则底面平面度或粗糙度就可能会达到0.1mm。因此，为了得到较好的“铣销”底面质量，“射流”单次移动切缝就不宜太深，而决定“单次移动”切缝深度取决于两个参数：射流压力与移动速度，切缝深度与射流压力成正比，与移动速度成反比。压力越大，移动速度越慢，切缝越深，反之，切缝深度越浅。因此，要使单次切缝深度浅，保证铣销质量，要么提高移动速度、要么降低工作压力，而降低工作压力则意味着降低加工效率，过低的加工效率，则没有工程实用价值。因此，在保持超高压工作压力基础上，提高射流移动速度是实现铣销加工工艺并保证铣销质量的最佳途径。而现有水切割机床由于结构限制，其切割头移动速度无法实现高速往复运动，因此，也即无法实现保证质量要求的铣销加工。对待加工部件21表面的抛光加工类似于铣销加工，但要求产生水射流的压力要低，待加工部件21往复或旋转运动的速度要快，即可对待加工部件表面快速抛光，而不形成明显的切痕。

如图8所示，铣销加工时，待加工部件10固定在装夹部50内，装夹部50固定在往复运动工作单元80上，往复运动工作单元80做直线往复运动，往复运动速度≥300次/min，五轴联动的水切割机床10的水射流刀头11同样做直线往复移动(其移动方向与待加工部件21往复运动方向垂直)，即可实现矩形类“凹槽”的铣销，通过预先设置好待加工部件21往复运动的行程及水射流刀头11移动行程，即可“铣出”不同长宽的“凹槽”，不难理解，当水刀头往复移动的方向与待加工部件往复运动的方向成一角度(不垂直)时，即可铣出“不同长宽的菱形”凹槽”。

如图8所示，抛光加工时，但产生水射流的压力应将低到合适的低压力值，往复运动工作台运动时，水平旋转单元也可以同时旋转，往复和旋转运动的速度越高，抛光加工后的表面质量越好。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多功能水射流加工设备，包括五轴联动的水切割机床(10)，所述水切割机床(10)上设有对待加工部件(21)进行切割的水射流刀头(11)，其特征在于，所述水射流加工设备还包括固定有待加工部件(21)且使得待加工部件能够水平旋转、竖直翻转的多功能加工平台(20)；

所述多功能加工平台(20)包括支架(30)、安装平台(40)以及用于固定待加工部件(21)的装夹部(50)，所述多功能加工平台(20)还包括使得待加工部件(21)能够水平旋转的水平旋转单元(60)以及能够竖直翻转的竖直翻转单元(70)，所述竖直翻转单元(70)固定在支架(30)上，所述水平旋转单元(60)固定在竖直翻转单元(70)上，所述安装平台(40)固定在水平旋转单元(60)上，所述装夹部(50)固定在安装平台(40)上；

所述竖直翻转单元(70)包括翻转电机(71)、翻转轴承座(72)、翻转转轴(73)和支撑座(74)，所述翻转电机(71)、翻转轴承座(72)均固定在支架(30)上，所述翻转转轴(73)一端通过翻转轴承座(72)固定在支架(30)上，另一端穿过翻转轴承座(72)与翻转电机(71)相连，所述支撑座(74)固定在翻转转轴(73)上，所述水平旋转单元(60)固定在支撑座(74)上；

所述水平旋转单元(60)包括旋转电机(61)、旋转轴承座(62)、旋转支承(63)和旋转转轴(64)，所述旋转轴承座(62)通过旋转支承(63)固定在支撑座(74)上，所述旋转转轴(64)一端与安装平台(40)相连，另一端穿过旋转轴承座(62)与旋转电机(61)相连；

通过提高水射流刀头(11)的移动速度，使待加工部件(21)不被切穿且只留下一定深度的切缝，众多切缝组合起来即可在被加工材料上留下一定深度、一定形状的凹槽。

2.根据权利要求1所述的一种多功能水射流加工设备，其特征在于，所述翻转转轴(73)包括依次相连的左段(731)、中段(732)和右段(733)，所述左段(731)通过翻转轴承座(72)固定在支架(30)上，所述右段(733)通过通过翻转轴承座(72)与翻转电机(71)相连，所述支撑座(74)固定在中段(732)上。

3.根据权利要求1所述的一种多功能水射流加工设备，其特征在于，所述水平旋转单元(60)还包括可更换的传动部件(65)，所述传动部件(65)设置在旋转电机(61)与旋转转轴(64)之间。

4.根据权利要求1所述的一种多功能水射流加工设备，其特征在于，所述多功能加工平台还包括使得待加工部件(21)能够在水平面做直线往复运动的往复运动单元(80)，所述装夹部(50)固定在往复运动单元(80)上，所述往复运动单元(80)固定在安装平台(40)上。

5.根据权利要求4所述的一种多功能水射流加工设备，其特征在于，所述往复运动单元(80)为平板式直线电机，所述平板式直线电机上设有滑道(81)以及沿着滑道(81)往复运动的滑座(82)，所述装夹部(50)固定在滑座(82)上。

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