一种七自由度水射流切割器的制作方法

本发明涉及一种七自由度水射流切割器，属于机械设备技术领域。

背景技术：

航空航天行业大量采用高强度低密度的材料，例如钛合金、碳纤维复合材料，高温合金等。这些材料能提供高性能的同时，也给机械加工带来难度。这些零部件在加工的过程中，需要去除90％以上的余量，大余量的去除耗费了大量的时间和物料能源消耗。

目前针对钛合金和高温合金的去余量加工，多采用以下几种方式：

1.切削加工：精度较高，加工稳定，但是高刚性的机床设备投入大，加工效率低，周期长；材料中的ti、mo、nb等元素使刀具极易磨损，在加工过程中易产生积屑瘤，刀具损耗非常大。cr、ni等元素使得切屑不易断开，阻力增大，刀具散热不畅，影响了加工表面质量和刀具寿命，总体来说，效率低下、经济效益差。

2.激光切割：效率高、柔性好，特别适合微小孔群的加工，但激光加工只适用于金属材质，且加工的材料厚度有限制，一般不超过10mm。加工面有高温烧结层，不利于后续精加工。

3.电火花加工：能实现难加工金属材料的加工，具有无切削力、排屑方便的优点，特别适合小孔加工，但是电火花加工材料在被熔化、汽化时，产物遇到冷却介质时会产生小的颗粒残渣，如排除不及时，会影响加工表面质量，另外，加工复杂三维曲面结构的电火花设备价格高昂，电火花设备加工的效率非常低下。

4.电腐蚀加工：是利用电化学腐蚀原理加工零件的一种工艺方法，无刀具无切削，适用于难加工金属材料的加工。在航空工业铝合金、钛合金、高温合金等有广泛应用，但是电化学加工需要化学介质的参与，不利于环境保护，电化学的加工比传统加工效率低下。

5.水射流加工：已经运用于民用领域，但是国内市场上通用的水射流加工设备多是用于民品加工，在切割复杂曲面零件时，由于执行机构和防护装置等的原因，存在着精度低、稳定性差的缺点。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种七自由度水射流切割器，该七自由度水射流切割器适用于盘类零件加工，尤其是整体叶盘零件，利用高压水射流和磨料混合对材料进行切割，到达精度和切割稳定性要求，其效率成倍提高，加工成本低，设备一次性投入少。

本发明通过以下技术方案得以实现。

本发明提供的一种七自由度水射流切割器，包括壳体；所述壳体的底部设有底座，底座上设有旋转工作台、支架；所述壳体的内壁设有防护装置，在壳体外侧一端设有小砂罐；所述支架上设有机器人；所述壳体外连接有冷水机、高压管路装置、大砂罐、电部控制柜、操作台。

所述机器人的中部设有高压管，一侧设有喷头，顶端设有法兰，喷头通过法兰与机器人连接。

所述防护装置分为内外两层，内层为不锈钢结构，外层为冷轧板，中间通过加强筋螺接。

所述防护装置的左右两侧设有两扇观察窗和正面单开圆弧门。

所述旋转工作台由基座、电机、减速机、旋转主轴和工作台组成，在旋转工作台的外部设有防护装置罩。

所述机器人为六关节联动。

所述大砂罐通过软管与小砂罐连接。

所述高压管路装置上设有不锈钢硬管。

所述喷头由喷嘴、支架、混砂体、开关组成。

所述高压管路装置由冷水机、高压泵、高压管及高压接头组成。

本发明的有益效果在于：

1.提供七自由度的执行机构，可以加工复杂曲面的零件，其旋转工作台的使用，特别适合叶盘类零件的加工；

2.利用水射流和磨料混合进行切割，适合钛合金、高温合金等难加工材料的大余量去除；

3.切割介质为水和磨料砂，不会产生再生应力和切口烧结，利于后续工序的加工；

4.加工精度达到0.1mm，表面满足粗加工的要求，其切割效率是电火花切割的3倍以上，针对钛合金和高温合金材料，加工效率可以达到机械切削加工的4倍；

5.为非接触式加工，损耗工具为喷头，相比切削加工，刀具损耗小；

6.产生的废料为水和砂子，分离后可直接排放，不对环境造成污染。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的俯视图；

图3是本发明的工作流程图；

图中：1-壳体，2-底座，3-旋转工作台，4-支架，5-防护装置，6-小砂罐，7-机器人，8-高压管，9-喷头，10-冷水机，11-高压管路装置，12-大砂罐，13-电部控制柜，14-操作台。

具体实施方式

下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

如图1所示，一种七自由度水射流切割器，包括壳体1；所述壳体1的底部设有底座2，底座2上设有旋转工作台3、支架4，用于支撑机器人7、旋转工作台3、防护装置5等其它机构，为整体铸造结构，底座2采用ht300整体铸造而成，是整个设备的基座；所述壳体1的内壁设有防护装置5，框定了装置的工作区域，用于对加工区域提供防护装置，既防止外来物的进入，也防止加工时水汽和砂子的溅出，在壳体1外侧一端设有小砂罐6；所述支架4上设有机器人7，机器人7为运动执行机构，同时又是高压管8和切割刀头的载体，机器人7具有6个自由度，防护装置等级达到ip65，重量轻，刚性好，重复定位精度到达±0.05mm；所述壳体1外连接有冷水机10、高压管路装置11、大砂罐12、电部控制柜13、操作台14，其中电部控制柜13是整套装置的控制核心，包括控制逻辑、低压电路部分等，对机器人7、照明、旋转工作台3、供砂、供水、排水等进行集中控制，操作台14是装置的用户终端，为分体式触摸屏，操作便利、外形美观。

其中，所述机器人7的中部设有高压管8，一侧设有喷头9，喷头9用于高压水的混合和喷射，顶端设有法兰，喷头9通过法兰与机器人7连接；所述防护装置5分为内外两层，内层为不锈钢结构，外层为冷轧板，中间通过加强筋螺接而成，防护装置5整个内表面密封，底面具有1度的斜度，并有一个最低点，保证加工过程中溅出的水能流向最低点，通过最低点的漏水口排出；所述防护装置5的左右两侧设有两扇观察窗和正面单开圆弧门；所述旋转工作台3由基座、电机、减速机、旋转主轴和工作台组成，旋转主轴是装置的第7轴，可以实现±360度旋转，工作台为待加工零件的固定平台，同时旋转工作台3经过防水设计，可以浸泡在水中工作；旋转工作台的旋转精度为±15，旋转速度为15rpm，旋转工作台3基座为ht300整体铸造加工而成，电机选用体积小的绝对编码器,带刹车抱闸，减速机选用体积小rv减速机，旋转主轴和工作台分别采用不锈钢材料整体加工而成，旋转工作台3外部设有防护装置罩，实现防水功能；所述机器人7为六关节联动，行程不小于1600mm，重复定位精度为±0.05mm,末端负载不小于20kg，关节臂整体防护装置等级为ip65,法兰防护装置为ip67，其机器人7可以实现工作区域内的任意曲面轨迹路径；所述大砂罐12通过软管与小砂罐6连接，为设备提供稳定的切割用砂；所述高压管路装置11上设有不锈钢硬管；所述喷头9由喷嘴、支架、混砂体、开关组成，采用后混合的方式；所示高压管路装置11由冷水机10、高压泵、高压管及高压接头组成，为设备提供高压水；所述底座2和防护装置5俯视呈扇形，如图2所示，可有效节约占地面积。

本发明的工作过程如图2所示，具体如下：

1.启动电源：启动电部控制柜13，装置开始工作；

2.启动冷水机：使水通过管道流向高压泵，大砂罐12借助压缩空气的压力将砂子通过管路输送到小砂罐6，在重力和高压水喷射形成的负压作用下，砂子通过管路由小砂罐6到达喷头12；

3.开启高压泵和大砂罐12：水和砂经混合后流向高压管，高压泵提供高压力的水流，经过不锈钢硬管和接头输送至喷头12，其中冷水机10为高压泵提供循环冷却用水，确保泵的主体在适合的温度下工作，高压泵选用参数功率为50马力，压力为400mpa，冷水机10选用参数制冷量10kw，其工作温度可调；

4.启动机器人7和旋转工作台3：装置开始工作，其机器人7和旋转工作台3共同组成了装置的执行机构，能够实现盘类零件的复杂轨迹路径；

5.切割待切物：打开水阀和砂阀，开始切割；

6.结束工作：切割结束后，关闭水阀和砂阀。