本發(fā)明涉及一種七自由度水射流切割器，屬于機(jī)械設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

航空航天行業(yè)大量采用高強(qiáng)度低密度的材料，例如鈦合金、碳纖維復(fù)合材料，高溫合金等。這些材料能提供高性能的同時(shí)，也給機(jī)械加工帶來難度。這些零部件在加工的過程中，需要去除90％以上的余量，大余量的去除耗費(fèi)了大量的時(shí)間和物料能源消耗。

目前針對鈦合金和高溫合金的去余量加工，多采用以下幾種方式：

1.切削加工：精度較高，加工穩(wěn)定，但是高剛性的機(jī)床設(shè)備投入大，加工效率低，周期長；材料中的ti、mo、nb等元素使刀具極易磨損，在加工過程中易產(chǎn)生積屑瘤，刀具損耗非常大。cr、ni等元素使得切屑不易斷開，阻力增大，刀具散熱不暢，影響了加工表面質(zhì)量和刀具壽命，總體來說，效率低下、經(jīng)濟(jì)效益差。

2.激光切割：效率高、柔性好，特別適合微小孔群的加工，但激光加工只適用于金屬材質(zhì)，且加工的材料厚度有限制，一般不超過10mm。加工面有高溫?zé)Y(jié)層，不利于后續(xù)精加工。

3.電火花加工：能實(shí)現(xiàn)難加工金屬材料的加工，具有無切削力、排屑方便的優(yōu)點(diǎn)，特別適合小孔加工，但是電火花加工材料在被熔化、汽化時(shí)，產(chǎn)物遇到冷卻介質(zhì)時(shí)會產(chǎn)生小的顆粒殘?jiān)缗懦患皶r(shí)，會影響加工表面質(zhì)量，另外，加工復(fù)雜三維曲面結(jié)構(gòu)的電火花設(shè)備價(jià)格高昂，電火花設(shè)備加工的效率非常低下。

4.電腐蝕加工：是利用電化學(xué)腐蝕原理加工零件的一種工藝方法，無刀具無切削，適用于難加工金屬材料的加工。在航空工業(yè)鋁合金、鈦合金、高溫合金等有廣泛應(yīng)用，但是電化學(xué)加工需要化學(xué)介質(zhì)的參與，不利于環(huán)境保護(hù)，電化學(xué)的加工比傳統(tǒng)加工效率低下。

5.水射流加工：已經(jīng)運(yùn)用于民用領(lǐng)域，但是國內(nèi)市場上通用的水射流加工設(shè)備多是用于民品加工，在切割復(fù)雜曲面零件時(shí)，由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)和防護(hù)裝置等的原因，存在著精度低、穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種七自由度水射流切割器，該七自由度水射流切割器適用于盤類零件加工，尤其是整體葉盤零件，利用高壓水射流和磨料混合對材料進(jìn)行切割，到達(dá)精度和切割穩(wěn)定性要求，其效率成倍提高，加工成本低，設(shè)備一次性投入少。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明提供的一種七自由度水射流切割器，包括殼體；所述殼體的底部設(shè)有底座，底座上設(shè)有旋轉(zhuǎn)工作臺、支架；所述殼體的內(nèi)壁設(shè)有防護(hù)裝置，在殼體外側(cè)一端設(shè)有小砂罐；所述支架上設(shè)有機(jī)器人；所述殼體外連接有冷水機(jī)、高壓管路裝置、大砂罐、電部控制柜、操作臺。

所述機(jī)器人的中部設(shè)有高壓管，一側(cè)設(shè)有噴頭，頂端設(shè)有法蘭，噴頭通過法蘭與機(jī)器人連接。

所述防護(hù)裝置分為內(nèi)外兩層，內(nèi)層為不銹鋼結(jié)構(gòu)，外層為冷軋板，中間通過加強(qiáng)筋螺接。

所述防護(hù)裝置的左右兩側(cè)設(shè)有兩扇觀察窗和正面單開圓弧門。

所述旋轉(zhuǎn)工作臺由基座、電機(jī)、減速機(jī)、旋轉(zhuǎn)主軸和工作臺組成，在旋轉(zhuǎn)工作臺的外部設(shè)有防護(hù)裝置罩。

所述機(jī)器人為六關(guān)節(jié)聯(lián)動。

所述大砂罐通過軟管與小砂罐連接。

所述高壓管路裝置上設(shè)有不銹鋼硬管。

所述噴頭由噴嘴、支架、混砂體、開關(guān)組成。

所述高壓管路裝置由冷水機(jī)、高壓泵、高壓管及高壓接頭組成。

本發(fā)明的有益效果在于：

1.提供七自由度的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可以加工復(fù)雜曲面的零件，其旋轉(zhuǎn)工作臺的使用，特別適合葉盤類零件的加工；

2.利用水射流和磨料混合進(jìn)行切割，適合鈦合金、高溫合金等難加工材料的大余量去除；

3.切割介質(zhì)為水和磨料砂，不會產(chǎn)生再生應(yīng)力和切口燒結(jié)，利于后續(xù)工序的加工；

4.加工精度達(dá)到0.1mm，表面滿足粗加工的要求，其切割效率是電火花切割的3倍以上，針對鈦合金和高溫合金材料，加工效率可以達(dá)到機(jī)械切削加工的4倍；

5.為非接觸式加工，損耗工具為噴頭，相比切削加工，刀具損耗??；

6.產(chǎn)生的廢料為水和砂子，分離后可直接排放，不對環(huán)境造成污染。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的俯視圖；

圖3是本發(fā)明的工作流程圖；

圖中：1-殼體，2-底座，3-旋轉(zhuǎn)工作臺，4-支架，5-防護(hù)裝置，6-小砂罐，7-機(jī)器人，8-高壓管，9-噴頭，10-冷水機(jī)，11-高壓管路裝置，12-大砂罐，13-電部控制柜，14-操作臺。

具體實(shí)施方式

下面進(jìn)一步描述本發(fā)明的技術(shù)方案，但要求保護(hù)的范圍并不局限于所述。

如圖1所示，一種七自由度水射流切割器，包括殼體1；所述殼體1的底部設(shè)有底座2，底座2上設(shè)有旋轉(zhuǎn)工作臺3、支架4，用于支撐機(jī)器人7、旋轉(zhuǎn)工作臺3、防護(hù)裝置5等其它機(jī)構(gòu)，為整體鑄造結(jié)構(gòu)，底座2采用ht300整體鑄造而成，是整個(gè)設(shè)備的基座；所述殼體1的內(nèi)壁設(shè)有防護(hù)裝置5，框定了裝置的工作區(qū)域，用于對加工區(qū)域提供防護(hù)裝置，既防止外來物的進(jìn)入，也防止加工時(shí)水汽和砂子的濺出，在殼體1外側(cè)一端設(shè)有小砂罐6；所述支架4上設(shè)有機(jī)器人7，機(jī)器人7為運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，同時(shí)又是高壓管8和切割刀頭的載體，機(jī)器人7具有6個(gè)自由度，防護(hù)裝置等級達(dá)到ip65，重量輕，剛性好，重復(fù)定位精度到達(dá)±0.05mm；所述殼體1外連接有冷水機(jī)10、高壓管路裝置11、大砂罐12、電部控制柜13、操作臺14，其中電部控制柜13是整套裝置的控制核心，包括控制邏輯、低壓電路部分等，對機(jī)器人7、照明、旋轉(zhuǎn)工作臺3、供砂、供水、排水等進(jìn)行集中控制，操作臺14是裝置的用戶終端，為分體式觸摸屏，操作便利、外形美觀。

其中，所述機(jī)器人7的中部設(shè)有高壓管8，一側(cè)設(shè)有噴頭9，噴頭9用于高壓水的混合和噴射，頂端設(shè)有法蘭，噴頭9通過法蘭與機(jī)器人7連接；所述防護(hù)裝置5分為內(nèi)外兩層，內(nèi)層為不銹鋼結(jié)構(gòu)，外層為冷軋板，中間通過加強(qiáng)筋螺接而成，防護(hù)裝置5整個(gè)內(nèi)表面密封，底面具有1度的斜度，并有一個(gè)最低點(diǎn)，保證加工過程中濺出的水能流向最低點(diǎn)，通過最低點(diǎn)的漏水口排出；所述防護(hù)裝置5的左右兩側(cè)設(shè)有兩扇觀察窗和正面單開圓弧門；所述旋轉(zhuǎn)工作臺3由基座、電機(jī)、減速機(jī)、旋轉(zhuǎn)主軸和工作臺組成，旋轉(zhuǎn)主軸是裝置的第7軸，可以實(shí)現(xiàn)±360度旋轉(zhuǎn)，工作臺為待加工零件的固定平臺，同時(shí)旋轉(zhuǎn)工作臺3經(jīng)過防水設(shè)計(jì)，可以浸泡在水中工作；旋轉(zhuǎn)工作臺的旋轉(zhuǎn)精度為±15，旋轉(zhuǎn)速度為15rpm，旋轉(zhuǎn)工作臺3基座為ht300整體鑄造加工而成，電機(jī)選用體積小的絕對編碼器,帶剎車抱閘，減速機(jī)選用體積小rv減速機(jī)，旋轉(zhuǎn)主軸和工作臺分別采用不銹鋼材料整體加工而成，旋轉(zhuǎn)工作臺3外部設(shè)有防護(hù)裝置罩，實(shí)現(xiàn)防水功能；所述機(jī)器人7為六關(guān)節(jié)聯(lián)動，行程不小于1600mm，重復(fù)定位精度為±0.05mm,末端負(fù)載不小于20kg，關(guān)節(jié)臂整體防護(hù)裝置等級為ip65,法蘭防護(hù)裝置為ip67，其機(jī)器人7可以實(shí)現(xiàn)工作區(qū)域內(nèi)的任意曲面軌跡路徑；所述大砂罐12通過軟管與小砂罐6連接，為設(shè)備提供穩(wěn)定的切割用砂；所述高壓管路裝置11上設(shè)有不銹鋼硬管；所述噴頭9由噴嘴、支架、混砂體、開關(guān)組成，采用后混合的方式；所示高壓管路裝置11由冷水機(jī)10、高壓泵、高壓管及高壓接頭組成，為設(shè)備提供高壓水；所述底座2和防護(hù)裝置5俯視呈扇形，如圖2所示，可有效節(jié)約占地面積。

本發(fā)明的工作過程如圖2所示，具體如下：

1.啟動電源：啟動電部控制柜13，裝置開始工作；

2.啟動冷水機(jī)：使水通過管道流向高壓泵，大砂罐12借助壓縮空氣的壓力將砂子通過管路輸送到小砂罐6，在重力和高壓水噴射形成的負(fù)壓作用下，砂子通過管路由小砂罐6到達(dá)噴頭12；

3.開啟高壓泵和大砂罐12：水和砂經(jīng)混合后流向高壓管，高壓泵提供高壓力的水流，經(jīng)過不銹鋼硬管和接頭輸送至噴頭12，其中冷水機(jī)10為高壓泵提供循環(huán)冷卻用水，確保泵的主體在適合的溫度下工作，高壓泵選用參數(shù)功率為50馬力，壓力為400mpa，冷水機(jī)10選用參數(shù)制冷量10kw，其工作溫度可調(diào)；

4.啟動機(jī)器人7和旋轉(zhuǎn)工作臺3：裝置開始工作，其機(jī)器人7和旋轉(zhuǎn)工作臺3共同組成了裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)盤類零件的復(fù)雜軌跡路徑；

5.切割待切物：打開水閥和砂閥，開始切割；

6.結(jié)束工作：切割結(jié)束后，關(guān)閉水閥和砂閥。