一種雙軸旋轉切割與均衡混合式的高壓水刀切削機構的製作方法
2024-02-25 19:41:15
本發明涉及一種雙軸旋轉切割與均衡混合式的高壓水刀切削機構。
背景技術：
在實際應用中，許多大型零件、工具機基座和殼體零件都是採用鑄造的方式進行加工。但是，由於沒有針對清除生產鑄件澆注口的器械，工人需做很多繁瑣的工作。然而，目前在我國廣泛採用的方法為氧炔焰切割法，但其會汙染環境和對工作人員身體造成傷害等。針對氧炔焰切割法會在切割過程中產生危害。所述旨在探尋一種高效的(具有同氧炔焰切割法近似的切割效率)、安全的(不產生汙染環境和危害人身健康)切割方法來替代氧炔焰切割法，高壓水刀切削機構由此而生。
水刀切割頭常用的有四種形式，分別為純水水射流切割頭、旋轉混合式切割頭、斜貫混合式切割頭、均衡式切割頭。水刀切割頭設計要點如下：(1)集流管的長度需較長，這樣可以很大程度上減少高壓水在進入水射流寶石噴嘴加速前，儘量多的降低高壓水流的紊流特徵，使其儘可能達到形成射流的前提條件。(2)關於形成射流的真空作用混合腔的設計，因為斜貫式混合腔大所以混合是散射的偶然性很大，而旋流式水切割頭與均衡式水切割頭在混砂時的效果較好。(3)儘量減少水噴嘴與磨料噴嘴間的距離，並且還要考慮兩嘴的對中性，因為如果對中性不好的話會嚴重影響射流速度和混料均勻性。本發明結合以上幾種切割頭的特點，將均衡與混合式優點相結合，設計出一種均衡混合式水切割頭，滿足水刀切割的特點。
目前關於切割平臺的研究，主要分為三類，一類是由於設計要求，採取固定式的切割方式僅能垂直切割，靈活性差，而且不能滿足傾角切割，因此為設計鑄件夾具帶來困難。另外兩類分別為可搖擺式切割與可旋轉式切割，雖然增加了一個自由度但是都有局限，可搖擺式切割雖然可以產生斜向切割，但是不能環切，在切割方法上有一定的局限性，在加工過程中會帶來一定的阻礙。雙軸旋轉切割是未來發展的趨勢，屬於高新現代加工工藝，相對於傳統切割工具機來說，其優點在於所佔空間小，方便布置，運動靈活，可以切割任意角度的零件。
由五軸銑床啟發，設計出此結構，在雙軸旋轉切割機構的設計中，分別採用齒輪嚙合與渦輪蝸杆傳動的方式來帶動旋轉切割和多角度擺動切割。雙方向旋轉式水刀刀頭基座，其特點是可以實現A軸和B軸的旋轉，在進行數控加工時，可以實現環形切割和斜向切割。
技術實現要素：
本發明的目的是為了提供一種雙軸旋轉切割與均衡混合式的高壓水刀切削機構，通過擺動臂在空間內的自由移動，來實現對各個方位鑄件口澆口的高壓射流切割。
本發明的目的是這樣實現的：包括與工具機連接的防塵凹槽、安裝在防塵凹槽下端的A軸電機、與A軸電機輸出端連接的A軸減速器、與A軸減速器輸出端連接的A軸輸出軸、安裝在A軸輸出軸上的A軸主動齒輪、與防塵凹槽下端中心位置固連的基座外法蘭盤、設置在基座外法蘭盤內的基座內法蘭盤、與基座內法蘭盤上端固連的A軸從動齒輪、與基座內法蘭盤下端固連的防塵箱箱體，所述A軸主動齒輪與A軸從動齒輪嚙合且二者均位於防塵凹槽內，所述基座內法蘭盤內部安裝有B軸電機，B軸電機的輸出端連接有B軸減速器，B軸減速器的輸出軸的端部穿過防塵箱體且其上安裝有B軸主動齒輪，防塵箱體內安裝有蝸杆支架，蝸杆支架上設置有蝸杆，蝸杆的上端安裝有B軸從動齒輪，B軸主動齒輪與B軸從動齒輪嚙合，防塵箱體內還設置有蝸輪軸支架，蝸輪軸安裝在蝸輪軸支架上，渦輪軸上安裝有渦輪，渦輪與蝸杆嚙合，渦輪軸上通過鍵連接有擺動臂，擺動臂的端部穿過防塵箱體且擺動臂的端部設置有高壓水刀。
本發明還包括這樣一些結構特徵：
1.所述高壓水刀包括水刀頭氣控開關、設置在水刀頭氣控開關內的空氣開關閥、與水刀頭氣控開關下端連接的卡箍外殼、與卡箍外殼下端連接的連接外殼、與連接外殼下端連接的導流套、與導流套下端連接的保護套，卡箍外殼的外表面設置有與擺動臂配合的凸臺，卡箍外殼內部設置有氣控頂針，連接外殼內設置有急流管，急流管的下端通過寶石頭與導流套內的混合腔連通，導流套內設置有環形沙道，且環形沙道與設置在導流套上的進沙管連通，所述環形沙道上還設置有與混合腔連通的孔，保護套內設置有磨料噴嘴，所述卡箍外殼上還設置有高壓進水管。
與現有技術相比，本發明的有益效果是：目前對於切割機構的功能單一，只能滿足一種工程應用的需要。與以往切割平臺不同的是，本發明可以實現三種方式的切割，防塵箱作為主要的支撐結構，且可以帶動水槍運動，電機作為動力源；高壓水刀的工作方式是由A軸旋轉機構和B軸擺動機構共同來決定的。本發明的雙軸旋轉切割機構不僅可以應用於高壓水刀切削機構，還可以應用於其他切割工具機等方面。具體的是本發明的高壓水刀切削機構的切割平臺由A軸旋轉機構、B軸擺動機構、高壓水刀三部分組成，採用電機作為動力，採用齒輪以及蝸輪蝸杆傳動的方式帶動高壓水刀旋轉與擺動，具有良好的運動可靠性。切割時採用的均衡混合式水切割頭可以在保證水射流速度的前提下，使雙流得到良好的混合。本發明實際可行，且可操作性極高，其在最大化的實現自動化切割生產後，可以有效減少所需操作人員的數量，大大降低操作人員在切割過程中人身安全受到危險的可能性，也極大地改善了操作人員的用工環境。本發明採用電機作為電流源，使用高集成化的電路板，通過齒輪傳遞動力，蝸輪蝸杆起改變運動方向以及減速的作用，高壓水刀安裝在防塵箱的擺動臂上，用高壓射流法進行切割，通過擺動臂在空間內的自由移動來實現各個方位鑄件口澆口的切割。它可以實現自動連續的切割工作，並有較長的進給行程。
附圖說明
圖1為本發明的整體軸測圖；
圖2為本發明的整體爆炸圖；
圖3為本發明的水刀切割頭的正面剖視圖。
具體實施方式
下面結合附圖與具體實施方式對本發明作進一步詳細描述。
結合圖1，旋轉切割平臺由A軸電機1、A軸減速器2、A軸輸出軸3、A軸主動齒輪4、基座內法蘭盤5、銷軸6、A軸從動齒輪7、防塵箱凹槽8、基座外法蘭盤9、開槽圓柱螺釘10、防塵箱箱體11和圓錐滾子軸承12等組成。防塵箱凹槽8起支撐固定作用，其可以安裝在不同的工具機上進行切割。A軸電機1與A軸減速器2通過內六角螺釘固定在防塵箱凹槽8上，A軸電機1作為動力源，其輸出的動力經A軸減速器2傳遞給A軸輸出軸3，A軸輸出軸3帶動A軸主動齒輪4轉動，A軸主動齒輪4與A軸從動齒輪7嚙合，基座內法蘭盤5與A軸從動齒輪7通過銷軸6連接，從而A軸從動齒輪7帶動基座內法蘭盤5在基座外法蘭盤9內轉動，基座外法蘭盤9通過螺釘固定在防塵箱凹槽8上，起支撐保護的作用。基座內法蘭盤5的另一端通過開槽圓柱螺釘與防塵箱箱體11固定，進而帶動防塵箱箱體11以及位於箱體上的高壓水刀旋轉，從而進行切割。
結合圖2，B軸擺動機構由B軸電機13、B軸減速器14、B軸輸出軸15、B軸主動齒輪16、B軸從動齒輪17、驅動蝸杆18、蝸杆支架19、渦輪軸支架20、輸出軸21、渦輪22、鍵23、擺動臂24等組成。B軸電機13位於基座內法蘭盤5的基座內，其通過螺釘固定在基座內法蘭盤5上，B軸電機13輸出的動力通過B軸減速器14傳遞給B軸輸出軸15，B軸輸出軸15將動力傳遞給B軸主動齒輪16，B軸主動齒輪16帶動與其嚙合的同齒模數的B軸從動齒輪17轉動，從而將動力傳遞給位於蝸杆支架19內的驅動蝸杆18，驅動蝸杆18帶動渦輪22轉動，動力經渦輪22和驅動蝸杆18減速後傳遞給輸出軸21，輸出軸21通過鍵23連接擺動臂24，從而使其擺動，進而帶動刀頭支撐擺動，進而帶動刀頭支撐擺動，其擺角範圍是0度到30度。(由於磨料水射流壓力大，切割能力強，考慮到工作人員的安全，其偏轉角不易過大。)
結合圖2、圖3，高壓水刀由進沙管25、高壓進水管26、空氣開關閥27、氣控頂針28、集流管29、O型密封圈30、寶石頭31、環形沙道32、混合腔33、保護套34、磨料噴嘴35、水刀頭氣控開關36、凸臺37、連接外殼38、導流套39和卡箍外殼40等組成。空氣開關閥27位於水刀頭氣控開關36中，氣控開關36與卡箍外殼40通過螺紋連接，高壓水刀通過卡箍外殼40上的凸臺37固定在防塵箱擺動臂24上。打開空氣開關閥27，位於卡箍外殼40內的氣控頂針28隨之彈開，從而，水射流通過進水管26進入並被初步加壓。卡箍外殼40與連接外殼38通過螺紋連接，急流管29位於連接外殼38內，在第二次加壓前，水射流經較長急流管29疏導，疏導後，水射流通過寶石頭31射出並流至混合腔33。連接外殼38、導流套39通過螺紋連接，環形沙道32位於導流套39中，磨料從進沙管25注入到的環形沙道32中，再從環形沙道32上對稱布置的兩個孔進入混合腔33，這種結構很容易的解決了沙流混合的非對稱性，而且在混合腔33的密封上採用了O型密封圈30來代替傳統的非標準密封，保證了高壓水射流形成的真空度，使雙流得到良好的混合。導流套39與保護套34通過螺紋連接，使得混合後的雙流經過位於保護套34內的射流磨料噴嘴35噴出形成磨料射流。
本發明的工作原理是：
A軸旋轉切割機構的原理是一個驅動元件將動力傳遞給一對齒輪，從而實現迴轉運動。其間通過兩個對頂的圓錐滾子軸承支撐，兩個法蘭盤分別連接水刀頭基體與水刀的縱向支撐，從而帶動防塵箱箱體以及位於箱體上的高壓水刀旋轉，進而進行切割。
B軸擺動切割的原理是由一個驅動元件將動力傳遞給一對同齒數模數的齒輪，然後將動力傳遞給蝸輪蝸杆，經過減速擴力後，再將動力傳遞給擺動軸，進而帶動刀頭支撐擺動，其擺角範圍是0度到30度。
均衡混合式的水刀切割頭實現了水射流與磨料的充分混合。打開空氣開關閥，水射流流入水刀頭，經初步加壓及寶石頭二次加壓後流至混合腔。磨料從外部攻沙管注入混合腔的環形沙道中，再從導流筒上的對稱布置的孔進入混合腔，形成了單沙管進沙雙沙道攻沙的優化結構，而且在混腔密封上採用了O型密封圈來代替傳統的非標準密封，保證了混流時高壓水射流形成的真空度，使雙流得到良好的混合，混合後的雙流經過射流磨料噴嘴噴出，形成磨料射流。