一种水切割地质岩石样品加工装置及其加工方法
【技术领域】
[0001]本发明属于岩土工程科学技术领域，涉及一种水切割地质岩石样品加工装置及其加工方法。
【背景技术】
[0002]经野外勘探取回的岩石样品既可能是长度(直径)不等、端面粗糙的圆柱状岩心，也可能是在地质露头或者探井中掘取的岩块。现有岩土工程科学技术规范要求，在对岩石样品进行力学测试的过程中，只能采取特定尺寸的正方体、长方体或圆柱体等基本测量单位，从而必须在测量前对岩石样品进行二次加工。然而，现有的岩石样品切割加工设备只能通过单刀(平行双刀)切开样品，或者只能回旋钻进岩石样品内制备出圆柱体，再利用岩石切割设备修平端面。岩心样品采用这一加工方式存在的问题是:(I)人工全程操作，自动化程度不高，噪声和扬尘严重损害人体健康；(2)切割或钻进过程中岩石样品易产生热效应、尺寸效应和应力集中效应，影响力学测试结果的准确性；(3)对于脆性岩石或者软岩，钻压钻速、进退刀速要求高，易产生边角掉块，难以符合测试技术规范。
[0003]自1968年美国密执安大学诺曼教授首次成功研制出水切割技术以来，因其具有切缝窄、不产生热应力、无粉尘、几乎可切割任何材料等优点，已在各类(非)金属、塑(脆)性硬材料等领域取得了广泛应用。同时，因水切割技术属冷切割工艺，不同于常规切割技术，不会破坏待切除材料的物化、机械等性能，有望免除加工后产品的后续处理。但另一方面，由于现有的水切割设备主要用作商业生产，机器超高压系统压力达400?500MPa，机器笨重且需要大量的辅助设备和动力源，设备造价高昂，加工种类单一。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中存在的缺陷与不足，本发明的目的在于提供一种水切割地质岩石样品加工装置及其加工方法。
[0005]为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案:
[0006]该加工装置包括下箱体、上箱体、用于装夹岩石样品的液动三爪卡盘、用于切削岩石样品的水切割系统以及用于驱动所述水切割系统进行X向、Y向和Z向切削进给运动的三轴直线滑台；所述下箱体内设置有排污口、液压缸以及超高压水射流发生系统;所述上箱体设置于下箱体的上端，上箱体内设置有入水口、净水器、工作台架以及与所述液压缸相连的水箱，所述水箱的侧壁上设置有注水孔，所述水箱的底部设置有与所述排污口相连的清污孔，入水口分别与净水器的进口和注水孔相连，净水器的出口与所述超高压水射流发生系统相连，工作台架的上端与上箱体固定，工作台架的下端嵌入所述水箱内；所述三轴直线滑台和液动三爪卡盘设置于所述上箱体的上端，所述水切割系统与所述超高压水射流发生系统相连。
[0007]所述超高压水射流发生系统包括依次相连的电磁阀1、超高压蓄能器、增压栗、水栗、电磁阀II以及回水箱，所述净水器的出口与回水箱相连，所述水切割系统与电磁阀I相连。
[0008]所述入水口采用三通两路电磁阀，其中一路的出口端与所述净水器的进口相连，另一路的出口端与所述注水孔相连，进口端设置有用于连接外部水源的管接头。
[0009]所述下箱体内还设置有回油箱、油栗、电磁阀III以及中低压蓄能器，所述液压缸分别与中低压蓄能器以及所述回水箱相连，所述液动三爪卡盘分别与中低压蓄能器以及所述回水箱相连，中低压蓄能器与所述电磁阀I相连，所述回油箱、油栗以及电磁阀III依次相连，所述增压栗分别与回油箱以及电磁阀III相连。
[0010]所述超高压蓄能器的公称压力为50?400MPa，所述中低压蓄能器的公称压力为O?3OMPa。
[0011]所述加工装置还包括设置于所述上箱体上的集成操控箱，所述集成操控箱分别与所述液动三爪卡盘、水切割系统、三轴直线滑台、液压缸、水栗、油栗以及入水口相连。
[0012]所述加工装置还包括设置于所述下箱体底部的万向轮。
[0013]所述上箱体以及下箱体包括基础框架以及设置于基础框架上的蒙皮，下箱体上设置有检视柜门，所述水箱呈凹形斗状。
[0014]上述水切割地质岩石样品加工装置的加工方法，包括以下步骤:
[0015]I)经注水孔向所述水箱内注入一定量的水后，利用液压缸将所述水箱升高至水箱内的水可以淹没工作台架为止；
[0016]2)将岩石样品装夹于所述液动三爪卡盘上，然后将经过净水器以及超高压水射流发生系统处理的水送至所述水切割系统，同时利用所述三轴直线滑台驱动所述水切割系统对岩石样品自动切削加工。
[0017]本发明的有益效果体现在:
[0018]本发明是利用水切割技术来切削制备岩石样品测量单元，可适用于各类型岩石样品，不会产生影响测量结果的物化、尺寸和应力集中效应，也可有效避免边角掉块现象;水切割系统由三轴直线滑台驱动，岩石样品切削的精度高且规格类型多；采用液动三爪卡盘夹持岩石样品，可对心自动装夹，采用液压缸驱动水箱，自动化程度高并可快速升降加工水面;采用净水器为水切割系统供应纯净水，大幅降低设备的庞杂度。
[0019]进一步的，通过增设中低压蓄能器，减少了所需的动力源数，设备造价低。
【附图说明】
[0020]图1是本发明所述水切割地质岩石样品加工装置的总体装配结构示意图；
[0021]图2是本发明所述水切割地质岩石样品加工装置下箱体内主要部件装配布局结构示意图；
[0022]图3是本发明所述水切割地质岩石样品加工装置上箱体内主要部件装配布局示意图；
[0023]图中:1、万向轮，2、下箱体，3、上箱体，4、集成操控箱，5、三轴直线滑台，6、水切割系统，7、液动三爪卡盘;20、中低压蓄能器，21、电磁阀I，22、超高压蓄能器，23、增压栗，24、液压缸，25、水栗，26、电磁阀II，27、排污口，28、电磁阀III，29、油栗，210、回水箱，211、回油箱，212、检视柜门；31、净水器，32、入水口，33、工作台架，34、水箱，341、清污孔，342、注水孔;51、X轴体，52、Y轴体，53、Z轴体;61、水切割头，62、磨料斗。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
[0025]参见图1，本发明所述水切割地质岩石样品加工装置主要包括万向轮1、下箱体2、上箱体3、集成操控箱4、三轴直线滑台5、水切割系统6和液动三爪卡盘7。
[0026]参见图2，下箱体2为基础框架外敷蒙皮形式，下箱体内部设有中低压蓄能器20、电磁阀I 21、超高压蓄能器22、增压栗23、液压缸24、水栗25、电磁阀II 26、排污口27、电磁阀III 28、油栗29、回水箱210和回油箱211;下箱体2的前部设有检视柜门212，以便于在运行时调校部分设备的运行状态，或者方便维修维护操作。所述超高压蓄能器22的公称压力为50?400MPa，所述中低压蓄能器20的公称压力为O?30MPa。
[0027]所述万向轮I分别安装在下箱体2基础框架下方的四角，以便于整机在不同工作区间的移动或者搬运。
[0028]参见图3，所述上箱体3采用基础框架外敷蒙皮形式，下箱体内设置有净水器31、入水口32、工作台架33和水箱34;其中，入水口32带有管接头，方便外部水源的水管连接。所述工作台架33上端边沿固定在上部基础框架，为切割下来的岩石样品碎肩提供支撑基础，防止大的碎肩进入水箱，方便清理;所述水箱34自工作台架33底部向上包围于工作台架33的外侧;所述水箱34呈凹形斗状，其箱底平面上设有与排污口 27相连的清污孔341，右侧上部设有与入水口 32相连的注水孔342，以便在清理水箱34时污物能够顺畅排出。
[0029]所述集成操控箱4设置于上箱体3的前侧右上部，以由此(集成操控箱4)接入外部动力电源。
[0030]所述三轴直线滑台5包括X轴体51、Y轴体52和Z轴体53，其中，X轴体51和Y轴体52分别位于上箱体3的右侧和后侧的基础框架上；
[0031]所述水切割系统6安装在Z轴体53上，水切割系统6包括水切割头61和磨料斗62，系统整体可随三轴直线滑台5做X向、Y向和Z向切削进给运动;加工过程中，磨料斗62可为水切割头61提供切削磨料颗粒。
[0032]所述净水器31(进口连接至入水口)、回水箱210、电磁阀II 26、水栗25、增压栗23、超高压蓄能器22、电磁阀I 21依次连接构成超高压水路，为装置的水切割系统6提供稳定的超高压水射流。所述净水器31将外部水源予以净化并暂存于回水箱210内；所述水栗25经电磁阀II 26抽取回水箱内210净化水以供给增压栗23;所述增压栗23产生的超高压水进入超高压蓄能器22中稳压蓄能后，经电磁阀I 21接出至水切割系统6的水切割头61，实现岩石样品的切削加工。
[0033]所述液动三爪卡盘7设置