磨料水射流喷嘴摆动切割超厚材料装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了磨料水射流喷嘴摆动切割超厚材料装置与方法，通过摆动气缸以一定的角度和频率来回摆动，进而带动喷嘴摆动切割，喷嘴摆动方向与横移方向垂直，切出一条宽缝，使得喷嘴可以深入工件进行后续多次切割。切至工件一半深度时，控制电机旋转180

【技术实现步骤摘要】
磨料水射流喷嘴摆动切割超厚材料装置与方法


[0001]本专利技术涉及磨料水射流
，具体涉及一种磨料水射流喷嘴摆动切割超厚材料装置与方法。

技术介绍

[0002]磨料水射流切割的原理是利用几十至几百兆帕的磨料水通过特殊设计的孔径极小的喷嘴，以每秒几百米的高速喷出磨料水射流来冲击、切削工件表面从而实现工件的切割。和传统接触式加工方式相比，磨料水射流切割具有无热应力、通用性强、环保等优势。
[0003]在利用磨料水射流切割工件时，磨料水射流的切割能力是有限度的，故存在一次切割无法将工件切穿的情况。由于磨料水射流切割得到的切缝宽度远远小于喷嘴直径，导致喷嘴无法深入工件完成切割，因此在一些专利文献中提出了多道走刀切割的方法，专利文献CN105081587A公开了一种水射流激光复合多道切割陶瓷的方法，通过多次走刀完成陶瓷材料的分离。对于磨料水射流多道切割，每次切割完成后，喷嘴到工件待切割表面的距离会增大，使得磨料射流切割能力急速下降，故多道切割是一种切割能力逐渐递减的切割方式，其切割深度最终会收敛于一个最大切割深度。对于超厚的工件，当其厚度大于多道切割的最大切割深度时，多道切割也无法将其切穿。因此，本专利技术提供了磨料水射流喷嘴摆动切割超厚材料方法与装置。

技术实现思路

[0004]针对
技术介绍
中存在的技术问题，本专利技术提供了磨料水射流喷嘴摆动切割超厚材料方法与装置，通过旋转调节螺丝和进出气节流阀，使得摆动气缸以一定的角度和频率来回摆动，进而带动喷嘴摆动切割，喷嘴摆动方向与横移方向垂直，切出一条宽缝，使得喷嘴可以深入工件进行后续多次切割。切至工件一半深度时，控制电机旋转180
°
，即工件旋转180
°
，并重复摆动切割过程最终实现工件的分离，完成超厚材料的切割。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下的技术方案：一种磨料水射流喷嘴摆动切割超厚材料方法的装置，其特征在于：包括悬架、底座、喷嘴摆动组件、工件翻转组件；其中，
[0006]所述喷嘴摆动组件固定设置在所述悬架上，所述悬架带动所述喷嘴摆动组件整体相对于所述底座做横移运动；
[0007]所述喷嘴摆动组件包括喷嘴、喷嘴夹头、夹头座、和摆动气缸，所述摆动气缸与所述夹头座通过法兰连接，夹头座通过螺栓连接固定在法兰上，夹头座与所述喷嘴夹头通过夹紧螺栓固定连接，喷嘴夹头夹持喷嘴，摆动气缸往复摆动，通过法兰带动夹头座摆动，从而带动喷嘴往复摆动；
[0008]所述工件翻转组件包括电机、第二联轴器、夹具体，工件被固定在所述夹具体上，电机转动时带动夹具体和工件旋转，进而实现工件的翻转。
[0009]进一步，所述底座内侧安装有翻转高度调节装置，所述翻转高度调节装置包括步进电机、第一联轴器、丝杠和导螺母，所述步进电机依次连接第一联轴器和丝杠，所述导螺
母设置在所述丝杠上，丝杠和导螺母配合，步进电机转动时通过第一联轴器驱动丝杠转动，进而实现导螺母的上下移动。
[0010]进一步，所述喷嘴夹头开有螺栓孔，夹紧螺栓和螺母配合使用，将喷嘴夹紧。
[0011]进一步，电机固定连接在所述导螺母上，所述电机依次连接第二联轴器和夹具体。
[0012]进一步，所述夹具体上设有螺杆，所述螺杆从所述夹具体外侧贯穿至所述夹具体内测与所述夹具体螺纹连接，所述螺杆位于所述夹具体外侧的一段固定连接转动销，通过旋转所述转动销，调整所述螺杆的伸缩，实现工件的夹紧。
[0013]进一步，所述螺杆另一端安装有顶块，用于配合夹具体实现工件的装夹。
[0014]进一步，所述摆动气缸顶部有进出气节流阀和调节螺丝，旋转所述进气节流阀和出气节流阀，可以调节摆动气缸左右摆动的速度，实现喷嘴摆动频率的调节，旋转所述调节螺丝，可以调节摆动气缸摆动的角度，实现喷嘴摆动角度的调节。
[0015]进一步，所述底座底部设有栅板，所述栅板用于支撑工件的装夹。
[0016]本专利技术还提供一种磨料水射流喷嘴摆动切割超厚材料方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0017]S1：将工件水平放置在栅板上，旋转转动销调节螺杆装夹工件，旋转进气节流阀和出气节流阀使得喷嘴摆动频率为f，旋转调节螺丝使得喷嘴摆动角为θ1，计算出喷嘴的横移速度v1，调节所述悬架横移速度为v1，使磨料水射流切割出连续的切缝，喷嘴的横移方向垂直于其摆动方向，第一道切割完成后得到宽度为s1的切缝；
[0018]S2：控制喷嘴返回切割起点，降低靶距，即喷嘴垂直于工件时出口至工件表面的距离，使其保持不变，旋转调节螺丝使得喷嘴摆动角为θ2，重新计算喷嘴1的横移速度v2，以相同的摆动频率f完成第二道切割，第二道切割完成后得到宽度为s2的切缝；
[0019]S3：第n道切割时，喷嘴的摆动角为θ
n
，一般的，有θ
n
＝θ
n
‑1‑
(3
°
～7
°
)，每次切割前降低靶距使其保持不变，并重新计算喷嘴的横移速度v
n
，同时不改变摆动频率f，第n道切割完成后切缝的宽度为s
n
；
[0020]S4：当切割至工件一半厚度时，控制步进电机带动丝杠旋转，使得电机和夹具体爬升；启动电机转动，通过第二联轴器带动夹具体转动180
°
，进而使工件完成翻转；重复步骤S1
‑
S3，直至完成工件的切穿。
[0021]进一步，所述步骤S1中，具体包括如下步骤：
[0022]S11：喷嘴摆动频率为f，即一秒内喷嘴来回摆动f次，则喷嘴摆动的周期为：
[0023][0024]S12：喷嘴的摆动角为θ，喷嘴的摆动切割增加了切缝的宽度，每道切割完成后，得到的切缝宽度为：
[0025]s＝2(h0+h1)tanθ
[0026]其中，h0为靶距，h1为喷嘴长度；
[0027]S13：喷嘴的横移速度为v，则喷嘴切割的倾斜角α，即切割路径与水平方向的夹角为：
[0028][0029]即
[0030]S14：故为了保证磨料水射流切割出连续的切缝而不是锯齿形的切缝，切缝轴线在横移方向的距离需满足：
[0031][0032]其中，d为切缝直径，
[0033]即喷嘴的摆动频率和横移速度需要满足：
[0034][0035]化简得
[0036]即在确定喷嘴摆动频率f、摆动角θ、靶距h0、喷嘴长度h1、切缝直径d的条件下，通过试数法求出满足上述不等式的喷嘴横移速度v。
[0037]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0038]1.本专利技术结构简单，通过调节摆动气缸的进出气节流阀和调节螺丝来控制喷嘴摆动的角度和频率，实现两种参数的定量调节。
[0039]2.本专利技术中的工件翻转组件可以实现工件的180
°
翻转，在切割参数相同的条件下，将切割深度扩展为原来的两倍。
[0040]3.本专利技术中的喷嘴摆动切割方法，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磨料水射流喷嘴摆动切割超厚材料方法的装置，其特征在于：包括悬架、底座、喷嘴摆动组件、工件翻转组件；其中，所述喷嘴摆动组件固定设置在所述悬架上，所述悬架带动所述喷嘴摆动组件整体相对于所述底座做横移运动；所述喷嘴摆动组件包括喷嘴、喷嘴夹头、夹头座、和摆动气缸，所述摆动气缸与所述夹头座通过法兰连接，夹头座通过螺栓连接固定在法兰上，夹头座与所述喷嘴夹头通过夹紧螺栓固定连接，喷嘴夹头夹持喷嘴，摆动气缸往复摆动，通过法兰带动夹头座摆动，从而带动喷嘴往复摆动；所述工件翻转组件包括电机、第二联轴器、夹具体，工件被固定在所述夹具体上，电机转动时带动夹具体和工件旋转，进而实现工件的翻转。2.根据权利要求1所述的磨料水射流喷嘴摆动切割超厚材料的装置，其特征在于：所述底座内侧安装有翻转高度调节装置，所述翻转高度调节装置包括步进电机、第一联轴器、丝杠和导螺母，所述步进电机依次连接第一联轴器和丝杠，所述导螺母设置在所述丝杠上，丝杠和导螺母配合，步进电机转动时通过第一联轴器驱动丝杠转动，进而实现导螺母的上下移动。3.根据权利要求1所述的磨料水射流喷嘴摆动切割超厚材料的装置，其特征在于：所述喷嘴夹头开有螺栓孔，夹紧螺栓和螺母配合使用，将喷嘴夹紧。4.根据权利要求1所述的磨料水射流喷嘴摆动切割超厚材料的装置，其特征在于：电机固定连接在所述导螺母上，所述电机依次连接第二联轴器和夹具体。5.根据权利要求1所述的磨料水射流喷嘴摆动切割超厚材料的装置，其特征在于：所述夹具体上设有螺杆，所述螺杆从所述夹具体外侧贯穿至所述夹具体内侧与所述夹具体螺纹连接，所述螺杆位于所述夹具体外侧的一段固定连接转动销，通过旋转所述转动销，调整所述螺杆的伸缩，实现工件的夹紧。6.根据权利要求5所述的磨料水射流喷嘴摆动切割超厚材料的装置，其特征在于：所述螺杆另一端安装有顶块，用于配合夹具体实现工件的装夹。7.根据权利要求1所述的磨料水射流喷嘴摆动切割超厚材料的装置，其特征在于：所述摆动气缸顶部有进出气节流阀和调节螺丝，旋转所述进气节流阀和出气节流阀，可以调节摆动气缸左右摆动的速度，实现喷嘴摆动频率的调节，旋转所述调节螺丝，可以调节摆动气缸摆动的角度，实现喷嘴摆动角度的调节。8.根据权利要求1所述的磨料水射流喷嘴摆动切割超厚材料的装置，其特征在于：所述底座底部设有栅板，所述栅板用于支撑工件的装夹。9....

【专利技术属性】
技术研发人员：李登，孙硕，巫世晶，康勇，王晓笋，万亮，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：