CN203696783U - 四轴数控水刀切口倾角控制机构 - Google Patents

Abstract

四轴数控水刀切口倾角控制机构，包括设于刀头安装旋转平台上方框架内与伺服电机和带有高压水管旋转接头的高压水管及与水刀刀头传砂管连接的砂罐，以及带有水刀倾角调整架的水刀刀头组件，砂罐与水刀刀头组件之间增设旋转砂斗，伺服电机与刀头安装旋转平台之间增设行星减速器；旋转砂斗由带有密封圈的砂斗上盖通过砂斗止固螺丝固设于砂斗上盖固定架上；砂罐和旋转砂斗通过水刀刀头传砂管与水刀刀斗组件连接；高压水管旋转接头通过高压水管旋转接头固定端接口及高压水管旋转接头旋转端接口与框架固接；高压水管通过高压水管旋转接头及带有水刀刀头传砂管的旋转砂斗与水刀刀头组件传动连接。本实用新型节能降耗，适用范围广，经济效益广阔。

Description

四轴数控水刀切口倾角控制机构

技术领域

本实用新型涉及四轴数控水刀控制机构，特别涉及四轴数控水刀切口倾角控制机构。

背景技术

现有技术中的数控水刀技术是利用超高压水形成的细小水流带砂形成的高速水砂混合射流,实现材料切割。这种技术特别适用于建筑装修业陶瓷，石板拼花。

由于水刀切削切口的入水口宽，出水口窄，在工件上形成倾斜边。该斜边往往不能满足使用要求。

如钢板上的斜边引起工件尺寸公差超差；装修陶瓷砖，石板等拼花时，垂直切口会引起拼缝过宽，往往需人工打磨斜边，以保证石板拼缝密实。

控制水刀切口倾斜角，对水刀使用推广有明显的经济效果。长期以来人们研究了多种控制水刀切口倾斜角度的方法。

目前，比较成熟的水刀倾斜角度切削方法主要是四轴水刀方案和五轴水刀方案。

五轴水刀解决水刀切口倾角的方法存在控制系统装置复杂，控制精度不高，产品加工公差大，配件更换不方便，维修复杂，能耗大，机械使用和维修成本高等缺点。此类设备不适用替代目前广泛使用的四轴数控水刀。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种结构合理、设计巧妙、工作时运动关节少、刀头工作时、旋转刀头平台可做无限制旋转、产品加工精度高、大大减化产品后续人工辅助修磨加工量、配件成本低，并且环保、节能、使用寿命长的四轴数控水刀切口倾角控制机构。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

四轴数控水刀切口倾角控制机构，包括设于刀头安装旋转平台上方框架内与伺服电机和带有高压水管旋转接头的高压水管及与水刀刀头传砂管连接的砂罐，以及带有水刀倾角调整架的水刀刀头组件，所述砂罐与水刀刀头组件之间增设旋转砂斗，所述伺服电机与刀头安装旋转平台之间增设行星减速器。

所述旋转砂斗由带有密封圈的砂斗上盖通过砂斗止固螺丝固设于砂斗上盖固定架上。

所述砂罐和旋转砂斗通过水刀刀头传砂管与水刀刀斗组件连接。

所述高压水管旋转接头通过高压水管旋转接头固定端接口及高压水管旋转接头旋转端接口与框架固接。

所述高压水管通过高压水管旋转接头及带有水刀刀头传砂管的旋转砂斗与水刀刀头组件传动连接。

本实用新型采用上述技术方案后，可以达到以下有益效果：

1、结构合理。本实用新型技术指标为:(1)刀头切口倾斜角度调节范围可达：0～10度,（2）对刀精度不受其它结构存在的刀头多转动关节对刀头对刀精度的影响，适用于建筑业石板拼花使用。

(3)现有技术中四轴水刀工作时重量很大的金属高压水管在工作时，会随刀头运动来回摆动，同时压力波动对刀头部分也会造成加工轨迹偏移，加工轨迹偏差大，切口宽，切口往往需人工辅助修磨，耗能也大。

本实用新型中的高压水管穿设于框架上的旋转接头内，降低了高压水管对水刀刀头的影响，加工轨迹偏差小，精度高。

（4）在水刀切口运动轨迹范围内，可任意一点定位并可调整。

本实用新型配件更换简便，设备维修方便，使用成本低，运行可靠。

2、节能，降耗。本实用新型工作时，不存在高压水管摆动的问题，传砂管通过旋转砂斗后再与水刀刀头组件相连，亦有效地降低了砂管对水刀刀头运作的干扰，加工轨迹偏差极小，石板拼花尺寸非常一致，可明显节省能耗。

3、易保养。本实用新型较现有技术部件密封性好，防止缠绕，工作效率高，保养简便。

4、适用范围广。本实用新型不受适用环境条件制约，可应用于任何有需要的场所。

5、成本低。本实用新型可机械化大批量生产，因此成本低廉。

6、环保，节能。本实用新型由于材质选取科学，能够循环使用，使用后不会对周围环境造成影响，对自然破坏程度小，适应当今社会环保、节能的需要。

7、性能好。本实用新型加工精度高，可任意确定加工的起点和终点，操控简便。

8、维修成本低。本实用新型机构结构可靠，维修量小，维修成本低。

9、具有广阔的经济效益。本实用新型工件切口人工修磨量小，切口精美，切口缝隙小，耗材少，加工时间少，明显降低能耗，具有广阔的经济效果。

附图说明

图1为现有技术中一个实施例的结构示意图；

图2为现有技术中另一个实施例的结构示意图；

图3为实用新型的结构示意图；

图4为本实用新型中高压水管旋转接头的剖面图；

图5为本实用新型中旋转砂斗的剖面图；

图6为本实用新型中刀头安装旋转平台的剖面图；

图7为本实用新型中水刀刀头组件的结构示意图。

附图标记说明

在图1中

1、高压水管     2、砂罐     3、水刀刀头传砂管    4、伺服电机    5、刀头安装旋转平台    6、水刀倾角调整架7、水刀刀头自由转动轴承  8、水刀刀头组件  9、框架；

在图2中

1、高压水管     2、砂罐     3、水刀刀头传砂管    4、伺服电机    5、刀头安装旋转平台    6、水刀倾角调整架7、水刀刀头自由转动轴承   8、水刀刀头组件   9、框架10、高压水管旋转接头；

在图3中

1、高压水管     2、砂罐     3、水刀刀头传砂管    4、伺服电机    5、刀头安装旋转平台  6、水刀刀头倾角调整架8、水刀刀头组件    9、框架     10、高压水管旋转接头11、砂斗上盖传砂管  12、行星减速器   13、旋转砂斗；

101、高压水管旋转接头旋转端接口  102、高压水管旋转接头固定端接口   O、水刀切割工件时切口进入点  131、砂斗上盖  132、砂斗上盖固定架；

在图4中

1、高压水管  14、螺栓  15、推力轴承（1）  16、推力轴承（2）  17、密封件压环   18、密封件压圈  19、密封件；

1011、高压水管压紧螺帽   1012、高压水管固定螺帽1013、高压水管外螺帽   103、高压水管旋转接头进水端1031、高压水管旋转接头进水端压盖  104、高压水管旋转接头外套  105、高压水管接头输出端  106、高压水管旋转接头输出端接口  191、密封圈槽（1）   192、密封圈槽（2）；

在图5中

132、砂斗上盖固定架（1）    133、砂斗上盖固定架（2）13、旋转砂斗  130、旋转砂斗的砂腔  131、砂斗上盖1310、旋转砂斗砂入口  105、高压旋转接头输出端  1311、旋转砂斗砂出口    134、砂斗止固螺丝（1）   135、砂斗止固螺丝（2）    201、密封圈（1）    202、密封圈（2）51、水刀刀头安装旋转平台输入端   3、水刀刀头传砂管；

在图6中

1、高压水管    51、水刀刀头安装旋转平台输入端52、水刀刀头安装旋转平台高压水进入孔  53、水刀刀头安装旋转平台砂管通孔  1012、高压水管固定螺帽  1013、高压水管压紧螺帽；

在图7中

5、刀头安装旋转平台    6、水刀倾角调整架    81、弧形刀架    1、高压水管    8、水刀刀头组件    3、水刀刀头传砂管    53、水刀刀头旋转平台传砂管通孔    811、弧形刀架上固定板    812、弧形刀架弧形板    813、刀座    14、螺栓54、水刀刀头进砂孔。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步详细说明：

参见图1

图1为现有技术中一个实施例的结构示意图。在图1中，四轴数控水刀切口倾角控制机构，包括设于刀头安装旋转平台5上方框架9内的伺服电机4和高压水管1及与水刀刀头传砂管3连接的砂罐2，刀头安装旋转平台5设有水刀倾角调整架6，水刀刀头组件8通过水刀自由转动轴承7与水刀倾角调整架6传动连接。

为保证刀头绕Ｚ轴旋转时，金属的高压水管1和传砂管3不发生缠绕，需在水刀刀头装入自由转动轴承7，当水刀刀头绕Ｚ轴旋转时，高压水管和水刀刀头传砂管3始终自由的旋转，保持方向位置不变，不会发生高压水管1和水刀刀头传砂管3缠绕。这种机构刀头砂管摆动大，切口宽，能耗大，切口人工修磨量大。

参见图2

图2为现有技术中另一个实施例的结构示意图。在图2中，四轴数控水刀切口倾角控制机构，包括设于刀头安装旋转平台5上方框架9内的伺服电机4和高压水管1及与水刀刀头传砂管3连接的砂罐2，所述刀头安装旋转平台5设有水刀倾角调整架6，水刀刀头组件8通过水刀刀头自由转动轴承7与水刀倾角调整架6传动连接。

所述框架9上增设用于防止高压水管1发生缠绕的高压水管旋转接头10，高压水管旋转接头10在水刀刀头旋转时，可使高压水管1与水刀刀头的旋转分离，自由运动，不发生缠绕，即水刀刀头旋转，高压水管1的位置方向不发生变动。

但由于这种结构水刀刀头传砂管3仍会发生缠绕，故采取水刀刀头往复旋转的方法，解决水刀刀头传砂管3缠绕刀头的问题。

由于该机构水刀刀头不能做高压水管1单方向多圈转动，始终需返回原始位置，故工作效率低。而且传砂管3在工作时不断发生摩擦运动，很易损坏。

上述结构对加工工件的切口点和起点及终点有一定位置要求，操控难度大。

参见图3

图3为本实用新型的结构示意图。在图3中，四轴数控水刀切口倾角控制机构，包括设于刀头安装旋转平台5上方框架9内与伺服电机4和带有高压水管旋转接头10的高压水管1及砂罐2，以及带有水刀倾角调整架6的水刀刀头组件8，所述与水刀刀头传砂管3连接的砂罐2与水刀刀头组件8之间增设旋转砂斗13，所述伺服电机4与刀头安装旋转平台5之间增设行星减速器12。

所述旋转砂斗13由带有密封圈201、202的砂斗上盖131通过砂斗止固螺丝134、135固设于砂斗上盖固定架132、133上。

所述砂罐2和旋转砂斗13通过水刀刀头传砂管3与水刀刀斗组件8连接。

所述高压水管旋转接头10通过高压水管旋转接头固定端接口102及高压水管旋转接头旋转端接口101与框架9固接。

所述高压水管1通过高压水管旋转接头10及带有水刀刀头传砂管3的旋转砂斗13与水刀刀头组件8传动连接。

本实用新型可以解决垂直切割普通三轴水刀不能控制切口倾角的问题。

所述高压水管1穿设于高压水管旋转接头10的空芯转轴中。

依据垂直（三轴水切割机）工作原理，普通三轴水切割机仅有X、Y、Z三个方向的运动，水刀喷砂管水砂混合射流始终只能垂直于工件表面，在工件切割面上形成入水口宽，出水口小的切口。

为控制水刀切口倾角，水切割机刀头斜度调整控制机构作为第四轴，其功能是使预先使水刀喷砂管水砂混合射流与工件之间倾斜成一定的角度，水刀刀头传砂管3的射流始终与运动点的切线方向保持垂直，通过水刀加工平台Ｘ轴，Ｙ轴运动和水刀刀头传砂管3射流绕Ｚ轴的旋转运动，通过数控合成刀头切割轨迹，实现石板可控倾角加工。

根据不同的要求，调整好预定的水刀刀头倾角，即可得到各种角度的切口。

水刀切口运动轨迹由水刀头部的水平旋转运动和加工平台水平面上Ｘ轴，Ｙ轴数控运动合成刀头平面的运动轨迹。

现有技术中四轴水刀切口运动轨迹由水刀头部的水平旋转运动和水平面上Ｘ轴，Ｙ轴数控运动成形轨迹。

本实用新型为了保证工件的切割质量，当工件安装好开始加工时，水刀刀头传砂管3出口必须准确定位在距工件表面3～5mm处的范围内，在刀架弧形面上调整刀架时，水刀喷砂管的射线与工件的交点为倾角机构运动的球面的中心点，不论水刀刀头传砂管3射线与工件形成何角度，水刀刀头传砂管3射线与工件上表面的交点Ｏ点始终保持位置不变，进而保证切割精度。

反之，如果水刀喷管轴线摆动的弧面的中心点O与工件的上表面不重合，水刀刀头传砂管3轴线与工件垂直时与工件的交点和水刀喷管轴线倾斜时与工件的交点不重合，导致加工工件时实际加工尺寸和理论尺寸存在偏差，出现废品。

本实用新型采取高压水管旋转接头输出端105（参见图5）与刀头安装旋转平台输入端51（参见图6）连接，刀头安装旋转平台5再与水刀刀头组件8相连接，高压水通过高压水管旋转接头10进入刀头安装旋转平台输入端51的中孔，通过高压水管1与水刀刀头组件8的刀座813相连接（参见图7），然后高压水通过水刀刀头传砂管3形成水砂混合高速喷射。

水刀刀头传砂管3中的砂子是靠砂管高速喷射的水流形成的真空，将砂斗上盖传砂管11中的砂子吸入旋转砂斗13后通过旋转砂斗13下方的水刀刀头传砂管3，然后和水一齐高速喷射出。

连接水刀刀头传砂管3的另一端通过刀头安装旋转平台输入端51边上的刀头安装旋转平台通孔53与旋转砂斗13下部的出砂口连接（参见图6）。

高速水流喷射在旋转砂斗13密封的砂斗空腔130中形成真空，真空的吸力将砂罐2中的砂子通过砂斗上盖传砂管11吸入旋转砂头上盖131的进砂孔1310，砂子从砂斗上盖131的砂孔进入砂斗空腔130（参见图5），然后通过砂斗上盖传砂管11将砂罐2中的砂子吸入水刀刀头与水混合，再从水刀刀头砂管3高压喷射，形成细小的砂水混合射流，象刀一样切割各种材料，此结构的刀头安装旋转平台5与水刀刀头之间无相对运动，水刀刀头的旋转不受限制，刀头可连续旋转。

切口的起点和终点可在石板任意点开始。另外，刀头工作时，不会受重量很大的金属高压水管1波动影响水刀刀头运动轨迹，故水刀刀头运动轨迹与预定轨迹的偏差是一致的。

本实用新型可通过修正拼花内外预定轨迹的方法，保证拼花接口一致，无需人工修磨。

参见图4

图4为本实用新型中高压水管旋转接头的剖面图。在图4中，高压水管旋转接头10包括外设高压水管压紧螺帽1011和高压水管固定螺帽1012及高压水管外螺帽1013和螺栓14的空芯转轴，高压水管1通过高压水管旋转接头进水端103及进水端压盖1031穿设于高压水管旋转接头10中，高压水管旋转接头外套104内对设有由推力轴承15、16，高压水管旋转接头外套104与高压水管1之间还设有密封件19、密封件压圈18及密封件压环17构成的密封装置，所述密封装置下方设有密封圈槽191、192，高压水管1通过高压水管旋转接头输出端接口106与水刀刀头组件8传动连接。

高压水管旋转接头10保证高压水能从高压水管旋转接头进水端103进入，通过高压水管旋转接头输出端接口106输出将高压水传入水刀刀头安装旋转平台输入端51（参见图5）。

当刀头旋转运动时，高压水能连续传输，保证水刀工作。同时该结构进入水刀刀头的高压水在水压波动时也不会对刀头运行轨迹的偏差产生明显影响。

参见图5

图5为本实用新型中旋转砂斗的剖面图。在图5中，旋转砂斗13由带有密封圈201、202的砂斗上盖131通过砂斗止固螺丝134、135固设于砂斗上盖固定架132、133上，旋转砂斗13通过水刀刀头传砂管3与水刀刀头安装旋转平台输入端51连接。

旋转旋转砂斗13套设于高压水管旋转接头输出端105上。

砂斗上盖131，旋转砂斗13和高压旋转接头输出端105构成密封的旋转砂斗砂腔130。

砂斗上盖131设有一旋转砂斗入口1310，旋转砂斗13下端的边沿有旋转砂斗出口1311。

密封的旋转砂斗砂腔130当高压水从水刀刀头传砂管3喷出时会形成真空，将砂罐2中的砂子从砂斗上盖131的旋转砂斗砂入口1310吸入旋转砂斗13，然后通过与旋转砂斗砂出口1311连接的水刀刀头传砂管3，水刀刀头传砂管3通过刀头安装旋转平台传砂管通孔53与水刀刀头相连接，将砂子传输到刀头砂管。

刀头旋转时，旋转砂斗13会随刀头安装旋转平台5同步旋转和高压水管旋转接头输出端105同步旋转（参见图4）。

高压水在水刀刀头传砂管3连续均匀的喷出，同时会在旋转砂斗空腔130形成真空，将砂罐2的砂子吸入砂斗空腔130，并通过连接旋转砂斗砂出孔1311和刀头传砂管3均匀传输到水刀刀头，然后在砂管射出水砂混合的高压水流。

参见图6

图6为本实用新型中刀头安装旋转平台的剖面图。在图6中，刀头安装旋转平台5带有用于输入高压水的刀头安装旋转平台输入端51，高压水可从刀头安装旋转平台高压水进入孔52进入达到出口与刀头相接的高压水管1连接，在刀头安装旋转平台输入端51高压水进入孔的边上设有刀头安装旋转平台通孔53，该刀头安装旋转平台传砂管通孔53用于装设水刀刀头传砂管3。

通过刀头安装旋转平台通孔53，水刀刀头传砂管3一端连接旋转砂斗砂出口1311（参见图5），另一端通过此孔达到水刀刀头进砂孔54（参见图7）。

高压水管1通过高压水管固定螺帽1012和高压水管压紧螺帽1011及高压水管外螺帽1013固设于刀头安装旋转平台5上（参见图4）。

参见图7

图7为本实用新型中水刀刀头组件的结构示意图。在图7中，水刀刀头倾角调整架6设于刀头安装旋转平台5上，弧形刀架81由弧形刀架上固定板811及弧形刀架弧形板812和螺栓14与刀头安装旋转平台5固接，水刀刀头传砂管3由水刀刀头进砂孔54进入至水刀刀头，水刀刀头组件8中的水刀刀头的高压水从水刀刀头传砂管3喷出时产生负压，水刀刀头传砂管3中的砂子吸出与水混合从水刀刀头传砂管3喷出。

水砂混合水流与被切割工件接触点为Ｏ点，水射出方向与工件面垂直方向（Ｚ轴方向），形成夹角。根据夹角的大小，可控制工件上形成切口的倾角。

通常水刀刀头传砂管3与被切割工件表面的高度为3～5ｍｍ。

弧形刀架弧形板812与刀座813的弧形上边相配合，保证水刀刀头传砂管3的喷射方向与Ｚ轴夹角的交点Ｏ点在夹角调整的范围内始终不变。

即在调整不同角度时，水刀刀头传砂管3喷射到工件表面的进入点Ｏ点始终固定不变。

本实用新型的水刀刀头传砂管3会随刀头安装旋转平台5同步旋转。

本实用新型可以实现切口轨迹的精确定位，实现速度可调的正转、反转、控制切割轨迹功能，结构小巧，可靠性好。

本实用新型的其他工艺可采用现有技术。

本实用新型的最佳实施例已经阐明，本领域的普通技术人员根据本实用新型做出的进一步拓展均落入本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.四轴数控水刀切口倾角控制机构，包括设于刀头安装旋转平台上方框架内与伺服电机和带有高压水管旋转接头的高压水管及与水刀刀头传砂管连接的砂罐，以及带有水刀倾角调整架的水刀刀头组件，其特征在于：所述砂罐与水刀刀头组件之间增设旋转砂斗，所述伺服电机与刀头安装旋转平台之间增设行星减速器。

2.根据权利要求1所述的四轴数控水刀切口倾角控制机构，其特征在于：所述旋转砂斗由带有密封圈的砂斗上盖通过砂斗止固螺丝固设于砂斗上盖固定架上。

3.根据权利要求1所述的四轴数控水刀切口倾角控制机构，其特征在于：所述砂罐和旋转砂斗通过水刀刀头传砂管与水刀刀斗组件连接。

4.根据权利要求1所述的四轴数控水刀切口倾角控制机构，其特征在于：所述高压水管旋转接头通过高压水管旋转接头固定端接口及高压水管旋转接头旋转端接口与框架固接。

5.根据权利要求1所述的四轴数控水刀切口倾角控制机构，其特征在于：所述高压水管通过高压水管旋转接头及带有水刀刀头传砂管的旋转砂斗与水刀刀头组件传动连接。