CN215281525U - 磨料水射流柔性智能机器人3d曲面切割装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于磨料水射流设备技术领域，涉及一种磨料水射流柔性智能机器人3D曲面切割装置，包括主机体、高压水发生装置、磨料罐，主机体内部设置集水箱、防水伺服旋转工作台、柔性智能机器人，其中柔性智能机器人安装于集水箱的侧部，防水伺服旋转工作台与柔性智能机器人相配合，柔性智能机器人的执行端安装磨料射流喷头装置，所述磨料射流喷头装置的进水端通过高压管路连接高压水发生装置的液力端高压出水口，所述磨料射流喷头装置的上部进料端连接磨料定量供料筒，磨料定量供料筒与磨料罐相连接。该切割装置能保证可靠的加工精度，同时能够确保水下伺服旋转工作台具有可靠的密封效果。

Description

磨料水射流柔性智能机器人3D曲面切割装置

技术领域

本实用新型属于磨料水射流设备技术领域，涉及一种磨料水射流柔性智能机器人3D曲面切割装置。

背景技术

目前国内外的多轴水射流切割设备一般为5轴5联动高端水切割设备，直线移动轴X轴Y轴Z轴、旋转轴A轴和B轴。5轴水刀的优点在于：可以切割带有锥度、摆角的零件；缺点在于：切割摆角小，对一些复杂零件切割时角度不够或者存在死角，不能到达切割点；目前也有利用工业机器人的水射流切割设备，分为纯水射流切割和磨料水射流切割两种，纯水射流切割装备特点是，不带磨料供给系统，切割压力一般为200 MPa左右，大多用来切割非金属材料（如汽车内饰等）；磨料水射流切割用于切割金属零件，目前的工业机器人磨料水射流切割设备由于喷头安装支架设计复杂，加工累积误差较大，安装时很难保证喷头及系统的同心度，垂直度，所以，不能保证喷头安装的一致性合设计精度，从而造成所切割的工件精度较低，甚至出现废品；在目前存在的工业机器人水射流切割设备中，由于旋转工作台的设计加工缺陷，伺服电机与减速机为两体结构，安装时存在很大误差，大大影响切割精度，另外，旋转工作台的密封直接暴露在泥沙当中，经常出现密封失效的事故，因此，终上所述，目前的装置，对于工件的安装定位极为困难，且容易出现定位精度不达标及生产效率低等问题；旋转密封及容易失效、及针对3D曲面切割，零件方法及安全性差。

由于以上各种原因，目前的水射流3D曲面成型切割工艺还存在以下各种问题和缺点，有待于改进合提高：

1、喷头采用复杂喷头支架，加工和安装时累计误差很大，缺乏有效的高压管路定位措施，很难保证安装精度和加工精度；

2、水下伺服旋转工作台的设计加工存在缺陷，伺服电机与减速机为两体结构，安装时存在很大随机误差，大大影响切割精度；

3、水下伺服旋转工作台的机械密封装置直接沉浸和暴露在切割后的恶劣的水砂泥浆之中，由于泥沙直接进入密封面，很容易磨损密封面，所以经常出现旋转密封失效的事故，造成旋转工作台失效；

旋转轴及轴承组件结构中，没有泄漏安全排泄保护功能，一旦发生上述密封短暂失效泄漏，污水泥砂容易堆积在旋转轴及轴承处，导致旋转轴和轴承系统失效。

发明内容

本实用新型针对上述问题，提供一种磨料水射流柔性智能机器人3D曲面切割装置，该切割装置能保证可靠的加工精度，同时能够确保水下伺服旋转工作台具有可靠的密封效果。

按照本实用新型的技术方案：一种磨料水射流柔性智能机器人3D曲面切割装置，其特征在于：包括主机体、高压水发生装置、磨料罐，主机体内部设置集水箱、防水伺服旋转工作台、柔性智能机器人，其中柔性智能机器人安装于集水箱的侧部，防水伺服旋转工作台与柔性智能机器人相配合，柔性智能机器人的执行端安装磨料射流喷头装置；

所述磨料射流喷头装置的进水端通过高压管路连接高压水发生装置的液力端高压出水口，所述磨料射流喷头装置的上部进料端连接磨料定量供料筒，磨料定量供料筒与磨料罐相连接，所述主机体的顶部安装喷雾器，喷雾器的吸雾口设置于磨料射流喷头装置工位的上方。

作为本实用新型的进一步改进，所述磨料定量供料筒的出料口通过第一磨料管与磨料射流喷头装置的上端进料口相连接，磨料定量供料筒的进料口通过第二磨料管与磨料罐的出料端相连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述防水伺服旋转工作台包括驱动组件、支撑基座、旋转轴、下轴承座、第一调心滚子轴承、密封装置、迷宫防尘密封圈、集水箱、工件安装台、压紧螺母、防砂维修盖、推力调心滚子轴承、防护罩，所述支撑基座固定在集水箱的底部，驱动组件安装于支撑基座上，防护罩罩设在支撑基座外部并固定安装在集水箱的底部，所述旋转轴下端与驱动组件的输出端相连接，旋转轴与第一调心滚子轴承及推力调心滚子轴承相配合，支撑基座的上端安装下轴承座，下轴承座的上端面固定上轴承座，推力调心滚子轴承安装于下轴承座上，第一调心滚子轴承安装于上轴承座上，上轴承座的上端面紧固连接压盖，压盖将第一调心滚子轴承压紧于上轴承座上，旋转轴上还安装密封装置，所述密封装置下端通过压盖支撑限位，旋转轴上还安装压紧螺母且压紧螺母压在密封装置上，防砂维修盖的上端通过螺钉固定安装在压紧螺母上，防砂维修盖与旋转轴上端之间设置迷宫防尘密封圈，防砂维修盖下端与压盖的上部弧形面滚动接触，工件安装台固定安装在旋转轴的顶端。

作为本实用新型的进一步改进，所述密封装置包括外套筒、内套筒，外套筒的下部筒体套设于内套筒的外表面，外套筒与内套筒形成的腔体内设置弹簧，弹簧的上端顶紧于外套筒的顶部内壁上端，弹簧的下端压紧于内套筒上，内套筒的下端抵靠接触定位套，定位套通过压盖支撑限位。

作为本实用新型的进一步改进，所述驱动组件包括交流伺服电机，交流伺服电机的输出端与高比行星齿轮变速箱的输入端相连，高比行星齿轮变速箱通过变速箱输出法兰实现动力输出，变速箱输出法兰通过安装螺栓组与主轴连接法兰固定连接，主轴连接法兰通过花键与旋转轴配合连接，交流伺服电机设有伺服控制接口。

作为本实用新型的进一步改进，所述磨料射流喷头装置包括安装支架，安装支架一端与柔性智能机器人的手腕相连接，安装支架另一端安装磨料射流喷头体，磨料射流喷头体一侧连接高压水开关阀，另一侧连接高压水喷嘴，高压水喷嘴连接磨料喷射管，磨料喷射管靠近高压水喷嘴一端设置混砂室。

作为本实用新型的进一步改进，所述下轴承座上轴向贯穿设置第一导流孔，支撑基座与驱动组件的连接处设置第二导流孔。

作为本实用新型的进一步改进，所述柔性智能机器人包括基座，基座上安装躯干，躯干与摆动臂相连接，摆动臂与旋转臂相连接，旋转臂连接手臂，手臂连接手腕。

作为本实用新型的进一步改进，所述高压管路包括由多个直角弯头依次连接的A1轴螺旋式高压硬管、A2轴螺旋式高压硬管、A3轴螺旋式高压硬管、A4轴螺旋式高压硬管、A5轴螺旋式高压硬管、A6轴螺旋式高压硬管，其中A1轴螺旋式高压硬管与高压水发生装置的出水口相连接，A6轴螺旋式高压硬管与磨料射流喷头装置相连接。

本实用新型的技术效果在于：配备有喷头精准一体化安装支架及定位机构，喷头安装定位效率高，安装精度高，同时配备，能够实现对复杂3D空间曲面的高效、高精度切割加工；提供一种水刀3D切割机械密封伺服旋转工作台。该旋转工作台采用的是一套一体化匹配兼容的电机/变速箱组件，避免了伺服电机与减速机现场装配误差积累，利用伺服电机/变速箱组件的高位置精度和运动精度，确保旋转工作台的位置精度和运动精度；采用合理布局的调心轴承配套使用，支撑旋转轴及工作台系统，确保旋转工作台的位置精度和运动精度；采用机械旋转密封加迷宫防尘密封圈双重密封结构，把水刀切割的水砂混合物阻挡在机械旋转密封外层，增加机械旋转密封系统可靠性和使用寿命；同时在旋转轴和轴承系统结构中，设置了导流孔，确保旋转轴和轴承系统结构中不会有水和泥沙积郁，提高系统可靠性和使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型中的防水伺服旋转工作台的结构示意图。

图3为图2中驱动组件的结构示意图。

图4为高压管路的布置示意图。

图5为磨料射流喷头装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明。

图1~5中，包括主机体1、高压水发生装置2、磨料罐3、控制系统4、集水箱5、防水伺服旋转工作台6、柔性智能机器人7、磨料射流喷头装置8、高压管路9、磨料定量供料筒10、第一磨料管11A、第二磨料管11B、射流喷嘴12、喷雾器13、驱动组件14、支撑基座15、旋转轴16、下轴承座17、第一调心滚子轴承18、密封装置19、外套筒191、内套筒192、弹簧193、定位套194、迷宫密封圈20、工件安装台21、压紧螺母22、防砂维修盖23、推力调心滚子轴承24、防护罩25、第一导流孔26、A1轴螺旋式高压硬管27、A2轴螺旋式高压硬管28、A3轴螺旋式高压硬管29、A4轴螺旋式高压硬管30、A5轴螺旋式高压硬管31、A6轴螺旋式高压硬管32、直角弯头33、基座34、躯干35、摆动臂36、旋转臂37、连接手臂38、手腕39、安装支架40、磨料射流喷头体41、高压水开关阀42、高压水喷嘴43、混砂室44、磨料喷射管45等。

如图1~5所示，本实用新型是一种磨料水射流柔性智能机器人3D曲面切割装置，包括主机体1、高压水发生装置2、磨料罐3，主机体1内部设置集水箱5、防水伺服旋转工作台6、柔性智能机器人7，其中柔性智能机器人7安装于集水箱5的侧部，防水伺服旋转工作台6与柔性智能机器人7相配合，柔性智能机器人7的执行端安装磨料射流喷头装置8，磨料射流喷头装置8的下部设置射流喷嘴12。

在具体生产实践中，高压水发生装置2采用液力双作用增压器增压的形式，将液压油油压增压放大到所需的切割压力，经过高压管路提供给磨料射流喷头装置8；高压水发生装置2产生的额定压力为360-600MPa、流量为3-5L/min。

磨料射流喷头装置8的进水端通过高压管路9连接高压水发生装置2的液力端高压出水口，所述磨料射流喷头装置8的上部进料端连接磨料定量供料筒10，磨料定量供料筒10与磨料罐3相连接，所述主机体1的顶部安装喷雾器13，喷雾器13的吸雾口设置于磨料射流喷头装置8工位的上方。

磨料定量供料筒10的出料口通过第一磨料管11A与磨料射流喷头装置8的上端进料口相连接，磨料定量供料筒10的进料口通过第二磨料管11B与磨料罐3的出料端相连接。

在工作时，采用压缩空气输送方及动平衡自动补砂式输送磨料，切割用磨料采用压缩空气经由输送软管即第一磨料管11A、第二磨料管11B从磨料罐3中压送到磨料定量供料筒10；高压水发生装置2提供400Mpa超高压，通过高压管路9输送到磨料射流喷头装置8内，压力水经过高压纯水射流喷嘴12之后形成高速水射流，该高速水射流在混砂室44空腔内形成负压，将磨料定量供料筒10中的磨料吸入混合腔，再通过硬质合金混砂管加速，形成高速磨料水射流进行磨料水切割。

防水伺服旋转工作台6的材质为不锈钢，防水伺服旋转工作台6包括驱动组件14、支撑基座15、旋转轴16、下轴承座17、第一调心滚子轴承18、密封装置19、迷宫防尘密封圈20、集水箱5、工件安装台21、压紧螺母22、防砂维修盖23、推力调心滚子轴承24、防护罩25，所述支撑基座15固定在集水箱5的底部，驱动组件14安装于支撑基座15上，防护罩25罩设在支撑基座15外部并固定安装在集水箱5的底部，所述旋转轴16下端与驱动组件14的输出端相连接，旋转轴16与第一调心滚子轴承18及推力调心滚子轴承24相配合，支撑基座15的上端安装下轴承座17，下轴承座17的上端面固定上轴承座，推力调心滚子轴承24安装于下轴承座17上，第一调心滚子轴承18安装于上轴承座上，上轴承座的上端面紧固连接压盖，压盖将第一调心滚子轴承18压紧于上轴承座上，旋转轴16上还安装密封装置19，所述密封装置19下端通过压盖支撑限位，旋转轴16上还安装压紧螺母22且压紧螺母22压在密封装置19上，防砂维修盖23的上端通过螺钉固定安装在压紧螺母22上，防砂维修盖23与旋转轴16上端之间设置迷宫防尘密封圈20，防砂维修盖23下端与压盖的上部弧形面滚动接触，工件安装台21固定安装在旋转轴16的顶端。

通过迷宫防尘密封圈20能够阻挡泥沙在密封面外，防止泥沙进入密封装置19，为双重防砂密封结构设计，同时在防水伺服旋转工作台6（机器人扩展轴）中设置了导流孔（第一导流孔26、第二导流孔），确保泄漏不会积郁在旋转轴和轴承系统中。

密封装置19包括外套筒191、内套筒192，外套筒191的下部筒体套设于内套筒192的外表面，外套筒191与内套筒192形成的腔体内设置弹簧193，弹簧193的上端顶紧于外套筒191的顶部内壁上端，弹簧193的下端压紧于内套筒192上，内套筒192的下端抵靠接触定位套194，定位套194通过压盖支撑限位。

如图3所示，驱动组件14包括交流伺服电机47，交流伺服电机47的输出端与高比行星齿轮变速箱48的输入端相连，高比行星齿轮变速箱48通过变速箱输出法兰49实现动力输出，变速箱输出法兰49通过安装螺栓组52与主轴连接法兰50固定连接，主轴连接法兰50通过花键51与旋转轴16配合连接，交流伺服电机47设有伺服控制接口46。由机器人伺服控制器同步或异步程序进行控制，交流伺服电机47的功率为3.75Kw，高比行星齿轮变速箱48的额定扭矩为3100Nm，减速比为118.5。

磨料射流喷头装置8包括安装支架40，安装支架40一端与柔性智能机器人7的手腕39相连接，安装支架40另一端安装磨料射流喷头体41，磨料射流喷头体41一侧连接高压水开关阀42，另一侧连接高压水喷嘴43，高压水喷嘴43连接磨料喷射管45，磨料喷射管45靠近高压水喷嘴43一端设置混砂室44。

下轴承座17上轴向贯穿设置第一导流孔26，支撑基座15与驱动组件14的连接处设置第二导流孔。

柔性智能机器人7包括基座34，基座34上安装躯干35，躯干35与摆动臂36相连接，摆动臂36与旋转臂37相连接，旋转臂37连接手臂38，手臂38连接手腕39。柔性智能机器人7的重复定位精度达到0.06mm，装置由6个自由度的RV关节轴柔性联结组成，包括第一轴RV联结基座34与躯干35、第二轴RV联结躯干35与摆动臂36、第三轴RV联结摆动臂36与旋转臂37、第四轴RV联结旋转臂37与手臂38、第五轴RV联结手臂38与手腕39、第六轴RV联结手腕39与磨料射流喷头装置8。

高压管路9包括由多个直角弯头33依次连接的A1轴螺旋式高压硬管27、A2轴螺旋式高压硬管28、A3轴螺旋式高压硬管29、A4轴螺旋式高压硬管30、A5轴螺旋式高压硬管31、A6轴螺旋式高压硬管32，其中A1轴螺旋式高压硬管27与高压水发生装置2的出水口相连接，A6轴螺旋式高压硬管32与磨料射流喷头装置8相连接。

本实用新型磨料水射流柔性智能机器人3D曲面切割装置的工作过程描述如下：安装好待切割工件，检测定位精度，根据待切割工件的材料性质，选用合适粒度和硬度的切割用磨料，将磨料装入大料罐（磨料罐3）中，开启磨料输送压缩空气，磨料通过送砂软管（第二磨料管11B），由大料罐压送到计量小料罐（磨料定量筒10）中达到动平衡暂存；选择机器人运行程序，启动高压水发生装置1，调节所需压力到达预定压力，待高压泵运行到达预定切割压力，打开水开关之后，高压水经过高压水喷嘴形成高速射流，并在吸砂管处形成负压；此时运行程序自动打开磨料开关阀，磨料会在真空气流带动下进入吸砂管，与高速射流混合，形成具有切割能力的磨料水射流，启动执行机器人的切割程序，磨料水射流将对待加工的零件按预定设置的程序进行加工，再切割加工过程中，大料罐中的磨料会再压缩空气的作用下持续的对小料罐进行补充。在切割完成后，切割程序控制系统会自动的关闭磨料以及水开关，最后关闭高压泵站1，关闭机器人，预定切割工序完成。

Claims (9)

1.一种磨料水射流柔性智能机器人3D曲面切割装置，其特征在于：包括主机体（1）、高压水发生装置（2）、磨料罐（3），主机体（1）内部设置集水箱（5）、防水伺服旋转工作台（6）、柔性智能机器人（7），其中柔性智能机器人（7）安装于集水箱（5）的侧部，防水伺服旋转工作台（6）与柔性智能机器人（7）相配合，柔性智能机器人（7）的执行端安装磨料射流喷头装置（8）；

所述磨料射流喷头装置（8）的进水端通过高压管路（9）连接高压水发生装置（2）的液力端高压出水口，所述磨料射流喷头装置（8）的上部进料端连接磨料定量供料筒（10），磨料定量供料筒（10）与磨料罐（3）相连接，所述主机体（1）的顶部安装喷雾器（13），喷雾器（13）的吸雾口设置于磨料射流喷头装置（8）工位的上方。

2.如权利要求1所述的磨料水射流柔性智能机器人3D曲面切割装置，其特征在于：所述磨料定量供料筒（10）的出料口通过第一磨料管（11A）与磨料射流喷头装置（8）的上端进料口相连接，磨料定量供料筒（10）的进料口通过第二磨料管（11B）与磨料罐（3）的出料端相连接。

3.如权利要求1所述的磨料水射流柔性智能机器人3D曲面切割装置，其特征在于：所述防水伺服旋转工作台（6）包括驱动组件（14）、支撑基座（15）、旋转轴（16）、下轴承座（17）、第一调心滚子轴承（18）、密封装置（19）、迷宫防尘密封圈（20）、集水箱（5）、工件安装台（21）、压紧螺母（22）、防砂维修盖（23）、推力调心滚子轴承（24）、防护罩（25），所述支撑基座（15）固定在集水箱（5）的底部，驱动组件（14）安装于支撑基座（15）上，防护罩（25）罩设在支撑基座（15）外部并固定安装在集水箱（5）的底部，所述旋转轴（16）下端与驱动组件（14）的输出端相连接，旋转轴（16）与第一调心滚子轴承（18）及推力调心滚子轴承（24）相配合，支撑基座（15）的上端安装下轴承座（17），下轴承座（17）的上端面固定上轴承座，推力调心滚子轴承（24）安装于下轴承座（17）上，第一调心滚子轴承（18）安装于上轴承座上，上轴承座的上端面紧固连接压盖，压盖将第一调心滚子轴承（18）压紧于上轴承座上，旋转轴（16）上还安装密封装置（19），所述密封装置（19）下端通过压盖支撑限位，旋转轴（16）上还安装压紧螺母（22）且压紧螺母（22）压在密封装置（19）上，防砂维修盖（23）的上端通过螺钉固定安装在压紧螺母（22）上，防砂维修盖（23）与旋转轴（16）上端之间设置迷宫防尘密封圈（20），防砂维修盖（23）下端与压盖的上部弧形面滚动接触，工件安装台（21）固定安装在旋转轴（16）的顶端。

4.如权利要求3所述的磨料水射流柔性智能机器人3D曲面切割装置，其特征在于：所述密封装置（19）包括外套筒（191）、内套筒（192），外套筒（191）的下部筒体套设于内套筒（192）的外表面，外套筒（191）与内套筒（192）形成的腔体内设置弹簧（193），弹簧（193）的上端顶紧于外套筒（191）的顶部内壁上端，弹簧（193）的下端压紧于内套筒（192）上，内套筒（192）的下端抵靠接触定位套（194），定位套（194）通过压盖支撑限位。

5.如权利要求3所述的磨料水射流柔性智能机器人3D曲面切割装置，其特征在于：所述驱动组件（14）包括交流伺服电机（47），交流伺服电机（47）的输出端与高比行星齿轮变速箱（48）的输入端相连，高比行星齿轮变速箱（48）通过变速箱输出法兰（49）实现动力输出，变速箱输出法兰（49）通过安装螺栓组（52）与主轴连接法兰（50）固定连接，主轴连接法兰（50）通过花键（51）与旋转轴（16）配合连接，交流伺服电机（47）设有伺服控制接口（46）。

6.如权利要求1所述的磨料水射流柔性智能机器人3D曲面切割装置，其特征在于：所述磨料射流喷头装置（8）包括安装支架（40），安装支架（40）一端与柔性智能机器人（7）的手腕（39）相连接，安装支架（40）另一端安装磨料射流喷头体（41），磨料射流喷头体（41）一侧连接高压水开关阀（42），另一侧连接高压水喷嘴（43），高压水喷嘴（43）连接磨料喷射管（45），磨料喷射管（45）靠近高压水喷嘴（43）一端设置混砂室（44）。

7.如权利要求3所述的磨料水射流柔性智能机器人3D曲面切割装置，其特征在于：所述下轴承座（17）上轴向贯穿设置第一导流孔（26），支撑基座（15）与驱动组件（14）的连接处设置第二导流孔。

8.如权利要求1所述的磨料水射流柔性智能机器人3D曲面切割装置，其特征在于：所述柔性智能机器人（7）包括基座（34），基座（34）上安装躯干（35），躯干（35）与摆动臂（36）相连接，摆动臂（36）与旋转臂（37）相连接，旋转臂（37）连接手臂（38），手臂（38）连接手腕（39）。

9.如权利要求1所述的磨料水射流柔性智能机器人3D曲面切割装置，其特征在于：所述高压管路（9）包括由多个直角弯头（33）依次连接的A1轴螺旋式高压硬管（27）、A2轴螺旋式高压硬管（28）、A3轴螺旋式高压硬管（29）、A4轴螺旋式高压硬管（30）、A5轴螺旋式高压硬管（31）、A6轴螺旋式高压硬管（32），其中A1轴螺旋式高压硬管（27）与高压水发生装置（2）的出水口相连接，A6轴螺旋式高压硬管（32）与磨料射流喷头装置（8）相连接。

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