一種水切割地質(zhì)巖石樣品加工裝置及其加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于巖土工程科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種水切割地質(zhì)巖石樣品加工裝置及其加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]經(jīng)野外勘探取回的巖石樣品既可能是長度(直徑)不等、端面粗糙的圓柱狀巖心，也可能是在地質(zhì)露頭或者探井中掘取的巖塊。現(xiàn)有巖土工程科學(xué)技術(shù)規(guī)范要求，在對巖石樣品進(jìn)行力學(xué)測試的過程中，只能采取特定尺寸的正方體、長方體或圓柱體等基本測量單位，從而必須在測量前對巖石樣品進(jìn)行二次加工。然而，現(xiàn)有的巖石樣品切割加工設(shè)備只能通過單刀(平行雙刀)切開樣品，或者只能回旋鉆進(jìn)巖石樣品內(nèi)制備出圓柱體，再利用巖石切割設(shè)備修平端面。巖心樣品采用這一加工方式存在的問題是:(I)人工全程操作，自動化程度不高，噪聲和揚(yáng)塵嚴(yán)重?fù)p害人體健康；(2)切割或鉆進(jìn)過程中巖石樣品易產(chǎn)生熱效應(yīng)、尺寸效應(yīng)和應(yīng)力集中效應(yīng)，影響力學(xué)測試結(jié)果的準(zhǔn)確性；(3)對于脆性巖石或者軟巖，鉆壓鉆速、進(jìn)退刀速要求高，易產(chǎn)生邊角掉塊，難以符合測試技術(shù)規(guī)范。
[0003]自1968年美國密執(zhí)安大學(xué)諾曼教授首次成功研制出水切割技術(shù)以來，因其具有切縫窄、不產(chǎn)生熱應(yīng)力、無粉塵、幾乎可切割任何材料等優(yōu)點(diǎn)，已在各類(非)金屬、塑(脆)性硬材料等領(lǐng)域取得了廣泛應(yīng)用。同時，因水切割技術(shù)屬冷切割工藝，不同于常規(guī)切割技術(shù)，不會破壞待切除材料的物化、機(jī)械等性能，有望免除加工后產(chǎn)品的后續(xù)處理。但另一方面，由于現(xiàn)有的水切割設(shè)備主要用作商業(yè)生產(chǎn)，機(jī)器超高壓系統(tǒng)壓力達(dá)400?500MPa，機(jī)器笨重且需要大量的輔助設(shè)備和動力源，設(shè)備造價高昂，加工種類單一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷與不足，本發(fā)明的目的在于提供一種水切割地質(zhì)巖石樣品加工裝置及其加工方法。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:
[0006]該加工裝置包括下箱體、上箱體、用于裝夾巖石樣品的液動三爪卡盤、用于切削巖石樣品的水切割系統(tǒng)以及用于驅(qū)動所述水切割系統(tǒng)進(jìn)行X向、Y向和Z向切削進(jìn)給運(yùn)動的三軸直線滑臺；所述下箱體內(nèi)設(shè)置有排污口、液壓缸以及超高壓水射流發(fā)生系統(tǒng);所述上箱體設(shè)置于下箱體的上端，上箱體內(nèi)設(shè)置有入水口、凈水器、工作臺架以及與所述液壓缸相連的水箱，所述水箱的側(cè)壁上設(shè)置有注水孔，所述水箱的底部設(shè)置有與所述排污口相連的清污孔，入水口分別與凈水器的進(jìn)口和注水孔相連，凈水器的出口與所述超高壓水射流發(fā)生系統(tǒng)相連，工作臺架的上端與上箱體固定，工作臺架的下端嵌入所述水箱內(nèi)；所述三軸直線滑臺和液動三爪卡盤設(shè)置于所述上箱體的上端，所述水切割系統(tǒng)與所述超高壓水射流發(fā)生系統(tǒng)相連。
[0007]所述超高壓水射流發(fā)生系統(tǒng)包括依次相連的電磁閥1、超高壓蓄能器、增壓栗、水栗、電磁閥II以及回水箱，所述凈水器的出口與回水箱相連，所述水切割系統(tǒng)與電磁閥I相連。
[0008]所述入水口采用三通兩路電磁閥，其中一路的出口端與所述凈水器的進(jìn)口相連，另一路的出口端與所述注水孔相連，進(jìn)口端設(shè)置有用于連接外部水源的管接頭。
[0009]所述下箱體內(nèi)還設(shè)置有回油箱、油栗、電磁閥III以及中低壓蓄能器，所述液壓缸分別與中低壓蓄能器以及所述回水箱相連，所述液動三爪卡盤分別與中低壓蓄能器以及所述回水箱相連，中低壓蓄能器與所述電磁閥I相連，所述回油箱、油栗以及電磁閥III依次相連，所述增壓栗分別與回油箱以及電磁閥III相連。
[0010]所述超高壓蓄能器的公稱壓力為50?400MPa，所述中低壓蓄能器的公稱壓力為O?3OMPa。
[0011]所述加工裝置還包括設(shè)置于所述上箱體上的集成操控箱，所述集成操控箱分別與所述液動三爪卡盤、水切割系統(tǒng)、三軸直線滑臺、液壓缸、水栗、油栗以及入水口相連。
[0012]所述加工裝置還包括設(shè)置于所述下箱體底部的萬向輪。
[0013]所述上箱體以及下箱體包括基礎(chǔ)框架以及設(shè)置于基礎(chǔ)框架上的蒙皮，下箱體上設(shè)置有檢視柜門，所述水箱呈凹形斗狀。
[0014]上述水切割地質(zhì)巖石樣品加工裝置的加工方法，包括以下步驟:
[0015]I)經(jīng)注水孔向所述水箱內(nèi)注入一定量的水后，利用液壓缸將所述水箱升高至水箱內(nèi)的水可以淹沒工作臺架為止；
[0016]2)將巖石樣品裝夾于所述液動三爪卡盤上，然后將經(jīng)過凈水器以及超高壓水射流發(fā)生系統(tǒng)處理的水送至所述水切割系統(tǒng)，同時利用所述三軸直線滑臺驅(qū)動所述水切割系統(tǒng)對巖石樣品自動切削加工。
[0017]本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:
[0018]本發(fā)明是利用水切割技術(shù)來切削制備巖石樣品測量單元，可適用于各類型巖石樣品，不會產(chǎn)生影響測量結(jié)果的物化、尺寸和應(yīng)力集中效應(yīng)，也可有效避免邊角掉塊現(xiàn)象;水切割系統(tǒng)由三軸直線滑臺驅(qū)動，巖石樣品切削的精度高且規(guī)格類型多；采用液動三爪卡盤夾持巖石樣品，可對心自動裝夾，采用液壓缸驅(qū)動水箱，自動化程度高并可快速升降加工水面;采用凈水器為水切割系統(tǒng)供應(yīng)純凈水，大幅降低設(shè)備的龐雜度。
[0019]進(jìn)一步的，通過增設(shè)中低壓蓄能器，減少了所需的動力源數(shù)，設(shè)備造價低。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明所述水切割地質(zhì)巖石樣品加工裝置的總體裝配結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2是本發(fā)明所述水切割地質(zhì)巖石樣品加工裝置下箱體內(nèi)主要部件裝配布局結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3是本發(fā)明所述水切割地質(zhì)巖石樣品加工裝置上箱體內(nèi)主要部件裝配布局示意圖；
[0023]圖中:1、萬向輪，2、下箱體，3、上箱體，4、集成操控箱，5、三軸直線滑臺，6、水切割系統(tǒng)，7、液動三爪卡盤;20、中低壓蓄能器，21、電磁閥I，22、超高壓蓄能器，23、增壓栗，24、液壓缸，25、水栗，26、電磁閥II，27、排污口，28、電磁閥III，29、油栗，210、回水箱，211、回油箱，212、檢視柜門；31、凈水器，32、入水口，33、工作臺架，34、水箱，341、清污孔，342、注水孔;51、X軸體，52、Y軸體，53、Z軸體;61、水切割頭，62、磨料斗。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作詳細(xì)說明。
[0025]參見圖1，本發(fā)明所述水切割地質(zhì)巖石樣品加工裝置主要包括萬向輪1、下箱體2、上箱體3、集成操控箱4、三軸直線滑臺5、水切割系統(tǒng)6和液動三爪卡盤7。
[0026]參見圖2，下箱體2為基礎(chǔ)框架外敷蒙皮形式，下箱體內(nèi)部設(shè)有中低壓蓄能器20、電磁閥I 21、超高壓蓄能器22、增壓栗23、液壓缸24、水栗25、電磁閥II 26、排污口27、電磁閥III 28、油栗29、回水箱210和回油箱211;下箱體2的前部設(shè)有檢視柜門212，以便于在運(yùn)行時調(diào)校部分設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，或者方便維修維護(hù)操作。所述超高壓蓄能器22的公稱壓力為50?400MPa，所述中低壓蓄能器20的公稱壓力為O?30MPa。
[0027]所述萬向輪I分別安裝在下箱體2基礎(chǔ)框架下方的四角，以便于整機(jī)在不同工作區(qū)間的移動或者搬運(yùn)。
[0028]參見圖3，所述上箱體3采用基礎(chǔ)框架外敷蒙皮形式，下箱體內(nèi)設(shè)置有凈水器31、入水口32、工作臺架33和水箱34;其中，入水口32帶有管接頭，方便外部水源的水管連接。所述工作臺架33上端邊沿固定在上部基礎(chǔ)框架，為切割下來的巖石樣品碎肩提供支撐基礎(chǔ)，防止大的碎肩進(jìn)入水箱，方便清理;所述水箱34自工作臺架33底部向上包圍于工作臺架33的外側(cè);所述水箱34呈凹形斗狀，其箱底平面上設(shè)有與排污口 27相連的清污孔341，右側(cè)上部設(shè)有與入水口 32相連的注水孔342，以便在清理水箱34時污物能夠順暢排出。
[0029]所述集成操控箱4設(shè)置于上箱體3的前側(cè)右上部，以由此(集成操控箱4)接入外部動力電源。
[0030]所述三軸直線滑臺5包括X軸體51、Y軸體52和Z軸體53，其中，X軸體51和Y軸體52分別位于上箱體3的右側(cè)和后側(cè)的基礎(chǔ)框架上；
[0031]所述水切割系統(tǒng)6安裝在Z軸體53上，水切割系統(tǒng)6包括水切割頭61和磨料斗62，系統(tǒng)整體可隨三軸直線滑臺5做X向、Y向和Z向切削進(jìn)給運(yùn)動;加工過程中，磨料斗62可為水切割頭61提供切削磨料顆粒。
[0032]所述凈水器31(進(jìn)口連接至入水口)、回水箱210、電磁閥II 26、水栗25、增壓栗23、超高壓蓄能器22、電磁閥I 21依次連接構(gòu)成超高壓水路，為裝置的水切割系統(tǒng)6提供穩(wěn)定的超高壓水射流。所述凈水器31將外部水源予以凈化并暫存于回水箱210內(nèi)；所述水栗25經(jīng)電磁閥II 26抽取回水箱內(nèi)210凈化水以供給增壓栗23;所述增壓栗23產(chǎn)生的超高壓水進(jìn)入超高壓蓄能器22中穩(wěn)壓蓄能后，經(jīng)電磁閥I 21接出至水切割系統(tǒng)6的水切割頭61，實(shí)現(xiàn)巖石樣品的切削加工。
[0033]所述液動三爪卡盤7設(shè)置