CN113182249B - 一种盘类件高压清洗机及清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盘类件高压清洗机及清洗方法，其包括抱持夹具、旋转装置、伸缩装置、摆动装置、集液过滤箱、高压喷淋装置、防溅罩和工作台。抱持夹具为双圆锥形，伸缩装置成对设置并且相向运动；抱持夹具设置于伸缩装置之上，并随伸缩装置运动，完成工件的加紧和松夹动作。旋转机构与抱持夹具连接，驱动夹具旋转，进而带动工件转动。伸缩装置设置与摆动机构之上，带动工件随摆动装置反复摆动。高压喷淋装置喷头在工件的上下两面密集布置，确保无喷淋死角。喷头距离工件的距离可调，喷头的喷射角度方向可调。本发明在清洗盘类件时，同时驱动工件的旋转和摆动，工件表面可清洗更加洁净。本发明可适用于多种尺寸盘类零件的清洗，通用性强。

Description

一种盘类件高压清洗机及清洗方法

技术领域

本发明涉及一种高效的盘类零件清洗、洁净装置，具体说是一种盘类件高压清洗机及清洗方法，属于清洗装置技术领域。

背景技术

随着工业化水平的不断提高，以及人们生活水平的提高，不少的行业像汽车，轨道交通的一些设备和工件需要进行除油操作给工件进行清洗操作。目前对机加工零件的清洗技术方面的研究相对落后，尚未形成一个成熟的体系，传统车间零件的清洗方法还停留在人工的冲洗、浸泡等，自动化程度不高。经过人工清洗的零件通常清洁度低，并且开放式的人工清洗方法会导致清洗剂严重浪费、污染环境且不能循环使用，另外清洗工作强度大、工作环境恶劣，会给身体带来危害。为了能够从根本上提高清洗作业的自动化程度及清洁效率，实现环保、安全的清洗环境，研究和设计自动化清洗装置显得尤为重要。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明提出了一种盘类件高压清洗机，提高了盘类零件高压清洗过程的自动化程度和零件的清洁度。

一种盘类件高压清洗机，其包括工作台、伸缩装置、高压喷淋装置、防溅罩、集液过滤箱、抱持夹具、旋转装置和摆动装置，所述伸缩装置包括连接板、双导向杆机构和气缸，连接板上对称设置有两个抱持夹具，抱持夹具与连接板通过转轴相连，抱持夹具能相对连接板旋转，两组伸缩装置对称设置、运动同步且方向相反；所述高压喷淋装置包括上喷头组和下喷头组，上喷头组安装于防溅罩内，下喷头组安装于集液漏斗内，通过调整槽口调整上喷头组和下喷头组的上下位置，并通过调整螺栓锁紧；在YOZ投影平面内，各喷头与OZ方向设置有个α偏角，α角取值为30°～60°之间，以工件旋转中心为界，将喷射清洗区域分为左右两个清洗区，左右半区中的喷头与竖直方向α偏角方向相反；在XOZ投影平面内，喷头的布置轴线与OZ方向具有一个β偏角，设置β角取值为30°～60°之间；在XOY投影平面内，安转时将喷头沿其轴线设置一个扭转角θ，设置扭转角θ取值为10°～15°；所述集液过滤箱包括集液漏斗和过滤箱，集液漏斗与防溅罩配合，完成清洗液的回收；所述抱持夹具为双圆锥形，上侧圆锥台为倒圆锥形，下圆锥台为正圆锥形，上侧圆锥台的直径和锥度小于下圆锥台，上侧圆锥台的摩擦系数大于下圆锥台；所述摆动装置包括安装板、导轨、连接杆、曲柄连杆机构和步进电机，安装板底部设置有滑块，滑块与导轨构成移动副，安装板可沿着导轨来回滑动，安装板对称设置有两块，由连接杆连接于一体实现同步运动；曲柄连杆机构与安装板、导轨、连接杆共同组成曲柄滑块机构，在步进电机驱动下，使安装板作往复摆动运动，伸缩装置设置于摆动装置的安装板之上，随摆动装置运动。

优选地，所述气缸的控制回路中设有压力控制阀，以保证其压力可控可调，当气缸的输出力达到输出阈值时，伸缩装置保持输出力，且伸出位移不变。

优选地，所述上喷头组和下喷头组上所安装喷头为可调式喷头，其喷射角度能手动调整。

优选地，由电机驱动丝杆螺母装置，带动防溅罩完成升降动作，物料装置运送工件时防溅罩提升打开，便于工件的运送，清洗工件时，防溅罩下降，使清洗工作区封闭。

优选地，所述抱持夹具通过旋转装置进行驱动，在一个清洗周期内，盘类工件的转动圈数大于两圈，以保证清洗的均匀性。

优选地，清洗机的动作顺序与时间控制均由总控PLC协调实现，控制模块中预留上下工序的通讯接口。

一种基于所述的盘类件高压清洗机的清洗方法，清洗过程包括以下步骤：

S1、由物料装置将待清洗工件运输至抱持夹具的工作区；

S2、物料装置离开且停止动作后，所述伸缩装置伸出，带动抱持夹具夹紧工件；

S3、所述防溅罩和高压喷淋装置在驱动装置的带动下，到达工作位置；

S4、所述高压喷淋装置、摆动装置、旋转装置同时动作，工件在清洗的同时不断旋转和摆动运动；

S5、清洗完成之后，防溅罩打开，伸缩装置缩回，工件松夹，工件由物料装置运离工作区。

优选地，在所述S2的夹持动作中，所述下圆锥台的圆锥面先与工件接触，并在夹具的持续加紧过程中，工件沿圆锥面向上滑动，直到工件的下表面与圆锥台的上表面接触，夹紧动作完成；所述抱持夹具在抱紧工件的过程中，驱动工件位置同时提升，使工件和支撑装置脱离，以减少在清洗中工件运动所受到的摩擦阻力。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)夹具根据盘类件专门设计，通用性强，可夹持多种直径与厚度的盘类工件，并且所设计的夹角具有一定柔性，可配合不同物料线使用；

(2)喷头角度及布置，根据零件的形状特点以及清洗机的运动特点，专门设计，喷头闲置率低，高压水流压力损失小；

(3)零件边转动边清洗，只需要配置较少喷头及可完成零件无死角清洗，另外通过零件旋转方向和喷头角度的巧妙配合，增大清洗水流冲击力，增强清洗效果；

(4)零件在清洗过程中，沿喷头布置方向反复摆动，用以减弱高压清洗的边缘效应，使清洗后零件表面的清洁度更加均匀；

(5)清洗全面，无需翻转或其他二次定位，即可完成对盘类工件的顶面、底面和侧面的完全清洗。

附图说明

图1为盘类件清洗机第一轴侧示意图；

图2为盘类件清洗机第二轴侧示意图；

图3为集液过滤箱和防溅罩结构示意图；

图4为工件夹持初始状态示意图；

图5为工件夹紧状态示意图；

图6为夹具配合辊道物料线使用；

图7为配合辊道物料线使用时防溅罩结构示意图；

图8为配合人工物料线使用时防溅罩结构及运动方式示意图；

图9为配合机械手物料线使用时防溅罩及运动方式结构示意图；

图10为喷头组布置平面内喷头偏转角度投影示意图；

图11为沿喷头组布置方向观察左半区喷头偏转角度示意图；

图12为沿喷头组布置方向观察右半区喷头偏转角度示意图；

图13为沿俯视方向观察喷头偏转角度示意图；

图14为沿仰视方向观察喷头偏转角度示意图。

附图标记：

1、工作台；2、伸缩装置；3、高压喷淋装置喷头；4、防溅罩；5、集液过滤箱；6、抱持夹具；7、旋转装置；8、摆动装置；9、盘类工件；10、夹具上圆锥台；11、夹具下圆锥台；12、工件支撑辊；21、连接板；22、双导向杆机构；23、气缸；24、安装板；25、导轨；26、连接杆；27、曲柄连杆机构；28、步进电机；31、上喷头组；33、调整槽口；34、调整螺栓；36、集液漏斗；37、下喷头组；41、辊道物料线；42、进出料门帘；43、自动提升机构。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的为，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

如图1-图5所示，一种盘类件高压清洗机，其主要包括抱持夹具6、旋转装置7、伸缩装置2、摆动装置8、集液过滤箱5、高压喷淋装置3、防溅罩4和工作台1。如图4所示，抱持夹具6为双圆锥形，数目设置四个，抱持夹具6中的上圆锥台10为倒圆锥形，其直径和锥度均较小，由弹性和摩擦系数较大的材料制而成，下圆锥台11为正圆锥形，其直径和锥度均较大，由强度较大、摩擦系数较小的材料制作而成。旋转装置7为旋转气缸，通过驱动抱持夹具6带动盘类工件9旋转，旋转装置7根据旋转力矩或功率要求，可以设置一个或多个，保证所需清洗的盘类工件9在旋转中不发生打滑，当旋转装置7数量设置为一个时，则一个抱持夹具6为主动，其余三个为从动。当设置多个旋转装置7时，应确保多个旋转装置7在转动过程中同步同速。

伸缩装置2包括连接板21、双导向杆机构22和气缸23，连接板21上对称设置有两个抱持夹具6，抱持夹具6与连接板21通过转轴相连，抱持夹具6能相对连接板21旋转。伸缩装置2数量为两个，两个伸缩装置2的运动轨迹设置在一条直线上且对称设置。当两个伸缩装置2相向运动时，安装在两个连接板上的四个抱持夹具6夹紧盘类工件9；当两个伸缩装置2相背运动时，抱持夹具6松夹盘类工件9。在气缸23的控制回路中添加压力控制阀，保证其压力可控可调，气缸23所伸出行程由其所夹持的工件尺寸决定，其所输出的夹持力由用户设定。伸缩装置2的输出力不宜过小，易导致工件夹持不牢，伸缩装置2的输出力也不宜过大，易导致旋转装置的驱动困难，以及抱持夹具6的过快磨损。因伸缩装置2的位移由输出力控制，当伸缩装置2遇到阻力时，其输出力开始逐渐升高，当输出力达到输出阈值时，伸缩装置2保持输出力，并且其伸出位移不在变化。因此当工件的直径不同时，伸缩装置2可在保证夹具夹持力的同时，自动调整伸缩装置2的伸出位移。

旋转装置7能直接与抱持夹具6同轴相连，或通过减速结构与抱持夹具6相连。旋转装置7的速度不宜过快，过快将导致工件旋转运动不稳定。旋转装置7的速度不宜过慢，必须保证在一个清洗周期内，旋转结构至少转动两周，以保证清洗的均匀性。

如图4和图5所示，在夹持动作中，下圆锥台11的圆锥面先与工件接触，并在夹具的持续加紧过程中，工件沿圆锥面向上滑动，直到工件的下表面与下圆锥台11的上表面接触，夹紧动作完成。夹具在抱持加紧工件的过程中，同时驱动工件位置不断提升，使工件和支撑装置脱离，以减少在清洗中工件运动所受到的摩擦阻力。上圆锥台10设计为高弹性材料，一方面可以增大夹具和零件的接触面积，保证接触的稳定，另外一方面作为缓存部件存在，减少冲击的同时有助于微调并保持工件的位姿，保证加紧动作完成后，盘类工件9保持水平而不产生翘起。上圆锥台10设计为倒圆锥形，使工件受到一个向下压紧力，以确保工件的下表面与圆锥台11的上表面接触，并保证在夹具驱动工件转动时，工件的位姿保持稳定。

摆动装置8包括安装板24、导轨25、连接杆26、曲柄连杆机构27和步进电机28。安装板24底部设置有滑块，滑块与导轨25构成移动副，安装板24可沿着导轨25来回滑动。安装板24对称设置有两块，由连接杆26连接于一体实现同步运动。曲柄连杆机构27与安装板24、导轨25、连接杆26，组成曲柄滑块机构，在步进电机28驱动下，使安装板24作往复摆动运动。伸缩装置2设置于摆动装置的安装板24之上，随摆动装置运动。由于高压喷头的喷射区压力不均，若工件或喷头无沿喷头布置方向上的运动，将导致工件表面清洗不均。清洗机采用工件摆动的方案，具有结构紧凑的特点。

集液过滤箱5包括集液漏斗36和过滤箱，集液漏斗36与防溅罩4配合，完成清洗液的回收。过滤箱采用现有成熟的技术，其具有沉淀、过滤油污和循环利用清洗液的功能。防溅罩4具有升降功能，其安装架独立于清洗机工作台之外，由电机驱动丝杆螺母装置带动防溅罩4完成升降动作，物料装置运送工件时防溅罩4提升打开，便于工件的运送。清洗工件时，防溅罩4下降，封闭清洗工作区，防止清洗液的飞溅。

导轨25安装于工作台1上，工作台1为焊接结构，并后续机加相关定位面，并为清洗机的其它装置定位基准和支撑。

高压喷淋装置3采用现有成熟技术，其喷头密集布置于工件的上下表面，保证清洗无死角。上喷头组31安装于防溅罩4内，下喷头组37安装于集液漏斗36内。并在防溅罩4和集液漏斗36上设置调整槽口33。上喷头组31和下喷头组37的位置可通过调整槽口33上下调整，并通过调整螺栓34锁紧。上喷头组31和下喷头组37上所安装喷头为可调式喷头，其喷射角度可手动调整，以便调试时确定最佳的喷射角度。另外一方面通过喷射角度的调整，照顾到工件圆周面的清洗。

工作中，首先由物料装置将待清洗工件运输到抱持夹具6的工作区。物料装置离开和停止动作后，伸缩装置2伸出，带动抱持夹具6夹紧工件。接着，防溅罩4和高压喷淋装置3在驱动装置的带动下，到达工作位置。一起准备就绪后，高压喷淋装置3、摆动装置8、旋转装置7同时动作，工件在清洗的同时不断旋转和摆动运动。清洗完成之后，防溅罩4打开，伸缩装置2缩回，工件松夹，工件由物料装置运离工作区。

清洗机的各个部件之间的动作顺序和清洗时间的控制，均由总控PLC协调控制，并预留与上下工序的通讯接口，保证清洗机即可单独运行使用，也可配各种自动物料线使用。优选地，总控PLC上，配置几种工作控制策略，对应清洗机的几种常见工作方式，以方便于配合常见的物料方式，并采用LED控制屏选择控制。

本发明设计要点是可兼容多种物料机构，并根据物料方式的不同，防溅罩4的结构及驱动方式亦有所不同。

清洗机在设计时将主要相关设备设置于工作区的三个方向，预留一个方向作为人工位便于人工操作及观察。只要在清洗机的工件下方设置工件支撑辊12，即可兼容人工上下料，工件支撑辊12需避开喷头。人工物料时，设备不要求太高自动化程度，应主要考虑降低成本，优选地防溅罩4结构如图8所示。防溅罩4和集液漏斗36之间直接通过铰链连接，防溅罩4的开合采用人力控制的方式。上料时，握住防溅罩4的手柄打开防溅罩4，将工件搬运置工作区内设置的支撑辊上，然后关闭防溅罩4，完成上料。下料时，亦全部由人力驱动。

机械手上下料。本发明设计的夹具可直接与机械手配合，并且发明设计夹具为柔性夹具，可兼容机械手的位置误差。与机械手物料线配合时，要求设备自动化的程度较高，优选地，选用防溅罩4的结构如图9所示，采用自动提升机构43驱动防溅罩4的开合。上料时，提升机构先打开防溅罩4，机械手将工件运输工作区，伸缩装置2伸出，带动抱持夹具6夹紧工件，机械手松开工件并撤回，防溅罩4关闭，完成上料动作；卸料时，提升机构先打开防溅罩4，机械手将工件运送到工作区，抓持工件，清洗机的伸缩装置2缩回，带动抱持夹具6松夹工件，机械手将工件运离清洗工作区，完成下料动作。

辊道输送物料机构：清洗机配辊道物料线41使用时，由于抱持夹具6的设计体积小，可放置于两个传输辊之间，如图6所示。辊道物料线41中，优选地，选用防溅罩4的结构如图7所示，在防溅罩4的出入口，设置进出料门帘42，保证工件可以自由进出防溅罩4，并且清洗中高压水又不至于喷溅较远距离。配合辊道线使用时，要求物料线具有节拍控制功能。上料时，辊道将工件运输至工作区，辊道停止，伸缩装置2伸出，带动抱持夹具6夹紧工件，完成上料；下料时，伸缩装置2缩回，带动抱持夹具6松夹工件，工件下落到辊道上，辊道启动运行，将工件运离工作区，完成下料。

如图10所示，工件的上下两面均设有高压喷淋装置喷头3，保证清洗中无需翻转，即可完成清洗。优选地，沿着喷头组的布置方向，在YOZ投影平面内，每个喷头与竖直方向设置有个α偏角，α角取值在30-60度之间，如图10所示。喷头具有侧向偏角的布置，一方面可以保证高压水在竖直和水平两个方向对工件上的待清洗物冲击清洗，增强清洗强度，保证难清洗表面的清洁度；另外一方面，保证清洗区域可以覆盖工件的侧表面，以及带内孔工件的侧表面，达到一次清洗，工件外表面区域全覆盖的目的。

沿喷头组的布置方向，并以工件的旋转中心为界，将喷射清洗区域分为左右两个清洗区，如图10所示。左右半区，喷头与竖直方向α偏角方向相反，以保证工件侧面和内表面的清洗效率。若左右半区α偏角方向相同，工件每旋转一周，工件侧表面和内孔表面，只能清洗一次；喷头与竖直方向α偏角方向相反，工件每旋转一周，工件侧表面和内孔表面，经过两次清洗，与工件的上下表面相同，保证了工件表面不同区域清洁的同步性。

在XOZ投影平面内，喷头的布置轴线与OZ方向具有一个β偏角，优选地，设置β角取值在30-60度之间，并且左右半区β偏角的方向相反，如图11和图12所示。设置β偏角的目的，是使工件表面任意一点的线速度与高压水流水平冲击的线速度方向相反，增大冲击力；设置β偏角的方向相反，是由于左右半区的工件表面的线速度方向相反，如图13所示。另外一方面，若不设置β偏角或设置偏角方向相同，由于左右半区的α偏角相反，在工件的中心区域附近，左右半区喷头所喷射水流将有部分区域重合，如图10所示，水流之间形成干涉，影响水流的冲击力，减弱冲击清洗效果。

本发明选用高压喷头将高压水流以扇面的形式打开，形成扇形的平面结构对工件的表面进行喷射清洗，由于喷头所喷射的高压水流具有边际效应，即由喷头中心所对应的清洗区域的清洗效果要好于喷头边缘所对应的清洗区域，因此要求喷头布置时，喷射区域要有一定程度的重叠，优选地，设置重叠区域为30％左右。

在XOY投影平面内，安转时将喷头沿其轴线设置一个扭转角θ，优选地设置扭转角θ为10～15°，如图13和图14所示。设置扭转角θ的主要目的为防止喷射重叠区域的高压水之间产生干涉，影响清洗效果。扭转角θ不宜设置过大，过大扭转角将使每个喷头的覆盖宽度变小，降低喷头的利用率。

以上所述各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应该理解：其依然能对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种盘类件高压清洗机，其包括工作台、伸缩装置、高压喷淋装置、防溅罩、集液过滤箱、抱持夹具、旋转装置和摆动装置，其特征在于：

所述伸缩装置包括连接板、双导向杆机构和气缸，连接板上对称设置有两个抱持夹具，抱持夹具与连接板通过转轴相连，抱持夹具能相对连接板旋转，两组伸缩装置对称设置、运动同步且方向相反；

所述高压喷淋装置包括上喷头组和下喷头组，上喷头组安装于防溅罩内，下喷头组安装于集液漏斗内，通过调整槽口调整上喷头组和下喷头组的上下位置，并通过调整螺栓锁紧；

在YOZ投影平面内，各喷头与OZ方向设置有个α偏角，α角取值为30°~60°之间，以工件旋转中心为界，将喷射清洗区域分为左右两个清洗区，左右半区中的喷头与竖直方向α偏角方向相反；在XOZ投影平面内，喷头的布置轴线与OZ方向具有一个β偏角，设置β角取值为30°~60°之间；在XOY投影平面内，安转时将喷头沿其轴线设置一个扭转角θ，设置扭转角θ取值为10°~15°；

所述集液过滤箱包括集液漏斗和过滤箱，集液漏斗与防溅罩配合，完成清洗液的回收；

所述抱持夹具为双圆锥形，上侧圆锥台为倒圆锥形，下圆锥台为正圆锥形，上侧圆锥台的直径和锥度小于下圆锥台，上侧圆锥台的摩擦系数大于下圆锥台；

所述抱持夹具通过旋转装置进行驱动，在一个清洗周期内，盘类工件的转动圈数大于两圈，以保证清洗的均匀性；

所述摆动装置包括安装板、导轨、连接杆、曲柄连杆机构和步进电机，安装板底部设置有滑块，滑块与导轨构成移动副，安装板沿着导轨来回滑动，安装板对称设置有两块，由连接杆连接于一体实现同步运动；

曲柄连杆机构与安装板、导轨、连接杆共同组成曲柄滑块机构，在步进电机驱动下，使安装板作往复摆动运动，伸缩装置设置于摆动装置的安装板之上，随摆动装置运动；

导轨安装于工作台上，工作台为焊接结构。

2.根据权利要求1所述的盘类件高压清洗机，其特征在于：所述气缸的控制回路中设有压力控制阀，以保证其压力可控可调，当气缸的输出力达到输出阈值时，伸缩装置保持输出力，且伸出位移不变。

3.根据权利要求1所述的盘类件高压清洗机，其特征在于：所述上喷头组和下喷头组上所安装喷头为可调式喷头，其喷射角度能手动调整。

4.根据权利要求1所述的盘类件高压清洗机，其特征在于：由电机驱动丝杆螺母装置，带动防溅罩完成升降动作，物料装置运送工件时防溅罩提升打开，便于工件的运送，清洗工件时，防溅罩下降，使清洗工作区封闭。

5.根据权利要求1所述的盘类件高压清洗机，其特征在于：清洗机的动作顺序与时间控制均由总控PLC协调实现，控制模块中预留上下工序的通讯接口。

6.一种基于权利要求1-5之一所述的盘类件高压清洗机的清洗方法，其特征在于，清洗过程包括以下步骤：

S1、由物料装置将待清洗工件运输至抱持夹具的工作区；

S2、物料装置离开且停止动作后，所述伸缩装置伸出，带动抱持夹具夹紧工件；

S3、所述防溅罩和高压喷淋装置在驱动装置的带动下，到达工作位置；

S4、所述高压喷淋装置、摆动装置、旋转装置同时动作，工件在清洗的同时不断旋转和摆动运动；

S5、清洗完成之后，防溅罩打开，伸缩装置缩回，工件松夹，工件由物料装置运离工作区。

7.根据权利要求6所述的盘类件高压清洗机的清洗方法，其特征在于：在所述S2的夹持动作中，所述下圆锥台的圆锥面先与工件接触，并在夹具的持续加紧过程中，工件沿圆锥面向上滑动，直到工件的下表面与圆锥台的上表面接触，夹紧动作完成；所述抱持夹具在抱紧工件的过程中，驱动工件位置同时提升，使工件和支撑装置脱离，以减少在清洗中工件运动所受到的摩擦阻力。

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