專利名稱：以切入點(diǎn)為中心的水切割頭姿態(tài)控制機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水切割設(shè)備，尤其是一種五軸控制的水切割設(shè)備中的控制切割頭回轉(zhuǎn)和偏擺的傳動(dòng)裝置，具體地說是一種以切入點(diǎn)為中心的水切割頭姿態(tài)控制機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
眾所周知，水刀設(shè)備在進(jìn)行切割時(shí)，1)有時(shí)需要得到理想的垂直切割面，2) 有時(shí)為了便于金屬板材的焊接連接，必須對(duì)斷面進(jìn)行坡口加工，3)切割圓錐體，4)切割圓錐齒輪或凸輪，5)切割等轉(zhuǎn)角的旋轉(zhuǎn)曲面，而要達(dá)到這五個(gè)目的，必須對(duì)水刀刀頭進(jìn)行偏擺。 目前常用的方法有手動(dòng)調(diào)整和通過偏擺機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整二種方式，手動(dòng)調(diào)整只能適合于直線形切割面，而且調(diào)整的難度較大，效率低，操作強(qiáng)度大，必須停機(jī)才能進(jìn)行，因此，目前使用最為廣泛的是利用五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控技術(shù)的機(jī)動(dòng)偏擺機(jī)構(gòu)，五軸聯(lián)動(dòng)即刀頭的前后、左右、上下、回轉(zhuǎn)、偏擺五個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)加工曲線時(shí)，還必須進(jìn)行法向面的第五個(gè)聯(lián)動(dòng)(即回轉(zhuǎn)進(jìn)行補(bǔ)償，為此人們?cè)O(shè)計(jì)了各種各樣的真五軸和準(zhǔn)五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，如申請(qǐng)?zhí)枮?007100246868 的中國專利公開了以切入點(diǎn)為偏擺中心的偏刀機(jī)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)存在的問題是圓形導(dǎo)軌精度很難控制，而且在運(yùn)動(dòng)過程中復(fù)位難，重復(fù)性較差，因此加工精度不高，而中國專利200910183362. 8的公開的具有回轉(zhuǎn)和偏擺功能的五軸控制水切割頭運(yùn)動(dòng)控制機(jī)構(gòu)由于回轉(zhuǎn)和偏擺時(shí)切入點(diǎn)發(fā)生改變，存在編程軟件復(fù)雜，它利用同步皮帶來控制回轉(zhuǎn)軸和偏擺軸的運(yùn)行，不僅體積大，控制精度不高，而且回轉(zhuǎn)時(shí)存在電纜線、氣管等的纏繞問題， 而且由于重量很大，因此對(duì)于機(jī)床的剛度要求很高。為了減少回轉(zhuǎn)和偏擺機(jī)構(gòu)的體積，人們普遍采用空心電機(jī)來直接驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)和偏擺機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)力矩小、精度低，形成的切割誤差大， 在實(shí)際運(yùn)用中存在很多的問題，且空心電機(jī)制造成本高，運(yùn)行過程中不能實(shí)現(xiàn)自鎖，需要增設(shè)抱剎裝置，在很大程度上限制了五軸聯(lián)動(dòng)水切割設(shè)備的推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有的五軸控制的水切割設(shè)備的回轉(zhuǎn)和偏擺機(jī)構(gòu)復(fù)雜或成本高的問題，設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡單，有自鎖能力，成本低、控制精度高和控制方便的以切入點(diǎn)為中心的水切割頭姿態(tài)控制機(jī)構(gòu)。本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種以切入點(diǎn)為中心的水切割頭姿態(tài)控制機(jī)構(gòu)，包括空心主軸7和斜軸27，其特征是所述的空心主軸7通過軸承安裝在軸套4中，軸套4固定在支架座5上，支架座5與Z軸掛板1相連，空心主軸7上安裝或加工有被動(dòng)齒輪11，被動(dòng)齒輪11與安裝在支架座5中的主動(dòng)齒輪17相嚙合，主動(dòng)齒輪17與被動(dòng)齒輪11的軸心線空間投影相交；所述的斜軸27安裝在支架10上，所述的支架10與空心主軸7相連并同步轉(zhuǎn)動(dòng)，斜軸27連接有驅(qū)動(dòng)其自轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，斜軸27的下端連接有能隨其轉(zhuǎn)動(dòng)的夾板21，所述的夾板21上安裝有水切割頭25， 所述的水切割頭25的切割點(diǎn)位于空心主軸7與斜軸27軸心線的相交點(diǎn)上；高壓水管沈的一端通過旋轉(zhuǎn)接頭23與高壓水發(fā)生器相連，另一端穿過空心主軸7與安裝在斜軸27中的第二旋轉(zhuǎn)接頭22的進(jìn)水端相連，第二旋轉(zhuǎn)接頭22的出水端通過高壓連接管觀與水切割頭 25相連。所述的空心主軸7與斜軸27軸心線的夾角為45度。所述的被動(dòng)齒輪11為蝸輪或錐齒輪，相應(yīng)地所述的主動(dòng)齒輪17為蝸桿或錐齒輪， 所述的主動(dòng)齒輪17由電機(jī)直接或通過變速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)；所述的蝸輪蝸桿的軸線空間投影相交，所述的錐齒輪副的軸線也空間投影相交。所述的夾板21通過導(dǎo)壓板20與斜軸27相連。本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明采用具有自鎖功能的蝸輪蝸桿作為回轉(zhuǎn)和偏擺傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，不僅精度高，而且具有自鎖功能，蝸桿可采用普通伺服或步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，不僅體積小，而且成本低。本發(fā)明首次在偏擺支架上使用了全新設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)接頭使高壓水直接能引入切割頭中，高壓水管不會(huì)受到運(yùn)動(dòng)干涉，無需在偏擺頭上纏繞彈性高壓水管，不僅降低了偏擺機(jī)構(gòu)的重量，而且減少了高壓水因管路過長造成的壓降。本發(fā)明通過綜合使用空心軸來代替空心電機(jī)，并使用具有自鎖功能的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)， 不僅減少了回轉(zhuǎn)和偏擺機(jī)構(gòu)的體積，而且提高了運(yùn)動(dòng)精度，有利于提高水切割設(shè)備的控制精度，降低制造成本。本發(fā)明可用于各種復(fù)雜型面的加工，由于在回轉(zhuǎn)與偏擺時(shí)切入點(diǎn)不變，因此編程和控制電路更為簡單，更易于實(shí)現(xiàn)。


圖1是本發(fā)明的回轉(zhuǎn)和偏擺軸的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖中I-Z軸掛板，2-旋轉(zhuǎn)接頭支架，3-大調(diào)整蓋，4-軸承套，5-機(jī)座，6-軸承，7-空心主軸，8-密封圈，9-C軸定位板，10-支架，11-蝸輪，12-傳感器固定架，14-小調(diào)整蓋， 15-軸承蓋，16-軸承，17-蝸桿，18-密封圈，19-聯(lián)軸器，20-導(dǎo)壓板，21-夾板，22-旋轉(zhuǎn)接頭，23-旋轉(zhuǎn)接頭，24-高壓水開關(guān)閥，25-切割頭，26-高壓水管，27-斜軸，28-高壓連接管。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。如圖1-3所示。一種以切入點(diǎn)為中心的水切割頭姿態(tài)控制機(jī)構(gòu)，包括空心主軸7和斜軸27 (最好是空心斜軸)以及帶動(dòng)切割頭作水平移動(dòng)的X、Y軸以及帶動(dòng)切割頭作上下移動(dòng)的Z軸，其中的X、Y、Z三個(gè)方向的控制機(jī)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)完全相同，本發(fā)明的關(guān)鍵是空心主軸7和斜軸 27的驅(qū)動(dòng)控制結(jié)構(gòu)，所述的空心主軸7與斜軸27軸心線的夾角為45度，具體實(shí)施時(shí)兩者的夾角也可根據(jù)需要在20-80度之間選擇，但以45度為最佳，夾角為45度時(shí)各種數(shù)學(xué)關(guān)系和空間幾何關(guān)系最為簡單。所述的空心主軸7通過軸承安裝在軸套4中，軸套4固定在支架座5上，支架座5與Z軸掛板1相連，空心主軸7上安裝或加工有被動(dòng)齒輪11，被動(dòng)齒輪11 與安裝在支架座5中的主動(dòng)齒輪17相嚙合，主動(dòng)齒輪17與被動(dòng)齒輪11的軸心線空間投影相交(正交或非正交，圖1中為正交結(jié)構(gòu))，具體實(shí)施時(shí)，被動(dòng)齒輪11可為蝸輪或錐齒輪，相應(yīng)地所述的主動(dòng)齒輪17應(yīng)為蝸桿或錐齒輪，下面以蝸輪蝸桿為例加以說明，所述的主動(dòng)齒輪17由電機(jī)直接或通過變速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)；所述的蝸輪蝸桿的軸線空間相交(可為正交或非正交)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)動(dòng)的自鎖，傳動(dòng)誤差小，如圖1所示。所述的斜軸27通過支架10與空心主軸8相連并同步轉(zhuǎn)動(dòng)，斜軸27連接有夾板21，所述的夾板21上安裝有水切割頭25，具體實(shí)施時(shí)，所述的夾板21還可通過導(dǎo)壓板20與斜軸27相連(如圖1，2所示)。所述的水切割頭25的切割點(diǎn)位于空心主軸7與斜軸27軸心線的相交點(diǎn)上；高壓水管沈的一端通過旋轉(zhuǎn)接頭23與高壓水發(fā)生器相連，旋轉(zhuǎn)接頭23通過旋轉(zhuǎn)接頭支架2安裝在Z軸掛板上，回轉(zhuǎn)用的旋轉(zhuǎn)接頭23可采用現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)接頭，也可采用申請(qǐng)人在先申請(qǐng)的相關(guān)旋轉(zhuǎn)接頭加以實(shí)現(xiàn)，高壓水管26的另一端穿過空心主軸7與安裝在斜軸27中的第二旋轉(zhuǎn)接頭22的進(jìn)水端相連，第二旋轉(zhuǎn)接頭22的出水端通過高壓連接管觀與水切割頭25相連。如圖1所示。本發(fā)明的工作原理是
如果需要回轉(zhuǎn)，則控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)帶動(dòng)回轉(zhuǎn)蝸桿17轉(zhuǎn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)蝸桿帶動(dòng)蝸輪11轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸輪11帶動(dòng)空心主軸7轉(zhuǎn)動(dòng)所需的角度以實(shí)現(xiàn)曲線或曲面的切割。當(dāng)需要進(jìn)行偏擺時(shí)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(可采用現(xiàn)有類似驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)或與空心主軸7類似的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)加以實(shí)現(xiàn)) 帶動(dòng)斜軸27轉(zhuǎn)動(dòng)至設(shè)定的角度，使切割頭發(fā)生偏擺，實(shí)現(xiàn)斜面或曲線切割，當(dāng)五軸聯(lián)動(dòng)時(shí)即可加工出類似葉片之類的復(fù)雜型面。由圖1可看出，不論回轉(zhuǎn)和偏擺機(jī)構(gòu)如何運(yùn)動(dòng)，其切入點(diǎn)的位置不變，且空心主軸與斜軸的夾角終始為45度。由于采用了斜置的旋轉(zhuǎn)接頭22， 高壓水管從空心主軸中穿過后直接進(jìn)入斜置第二旋轉(zhuǎn)接頭22中，再從導(dǎo)壓板20上引出，用與夾板21長度相當(dāng)?shù)母邏核芗纯蓪⒏邏核肭懈铑^中，由于空心主軸的尺寸較大，因此控制用的電源線以及送砂管等輔助管路和線路均可直接通過空心主軸進(jìn)入到相應(yīng)的位置處。本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種以切入點(diǎn)為中心的水切割頭姿態(tài)控制機(jī)構(gòu)，包括空心主軸(7)和斜軸(27)，其特征是所述的空心主軸(7)通過軸承安裝在軸套(4)中，軸套(4)固定在支架座(5)上，支架座(5 )與Z軸掛板(1)相連，空心主軸(7 )上安裝或加工有被動(dòng)齒輪(11)，被動(dòng)齒輪(11) 與安裝在支架座(5)中的主動(dòng)齒輪(17)相嚙合，主動(dòng)齒輪(17)與被動(dòng)齒輪(11)的軸心線空間投影相交；所述的斜軸(27)安裝在支架(10)上，所述的支架(10)與空心主軸(7)相連并同步轉(zhuǎn)動(dòng)，斜軸(27)連接有驅(qū)動(dòng)其自轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，斜軸(27)的下端連接有能隨其轉(zhuǎn)動(dòng)的夾板(21)，所述的夾板(21)上安裝有水切割頭(25)，所述的水切割頭(25)的切割點(diǎn)位于空心主軸(7)與斜軸(27)軸心線的相交點(diǎn)上；高壓水管(26)的一端通過旋轉(zhuǎn)接頭(23)與高壓水發(fā)生器相連，另一端穿過空心主軸(7)與安裝在斜軸(27)中的第二旋轉(zhuǎn)接頭(22)的進(jìn)水端相連，第二旋轉(zhuǎn)接頭(22)的出水端通過高壓連接管(28)與水切割頭(25)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以切入點(diǎn)為中心的水切割頭姿態(tài)控制機(jī)構(gòu)，其特征是所述的空心主軸(7 )與斜軸(27 )軸心線的夾角為45度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以切入點(diǎn)為中心的水切割頭姿態(tài)控制機(jī)構(gòu)，其特征是所述的被動(dòng)齒輪(11)為蝸輪或錐齒輪，相應(yīng)地所述的主動(dòng)齒輪(17)為蝸桿或錐齒輪，所述的主動(dòng)齒輪(17)由電機(jī)直接或通過變速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)；所述的蝸輪蝸桿的軸線空間投影相交，所述的錐齒輪副的軸線也空間投影相交。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以切入點(diǎn)為中心的水切割頭姿態(tài)控制機(jī)構(gòu)，其特征是所述的夾板(21)通過導(dǎo)壓板(20 )與斜軸(27 )相連。
全文摘要
一種以切入點(diǎn)為中心的水切割頭姿態(tài)控制機(jī)構(gòu)，包括空心主軸(7)和斜軸(27)，其特征是所述的空心主軸(7)通過軸承安裝在軸套(4)中，空心主軸(7)上設(shè)有被動(dòng)齒輪(11)，被動(dòng)齒輪(11)與主動(dòng)齒輪(17)相嚙合；所述的斜軸(27)安裝在支架(10)上，所述的支架(10)與空心主軸(7)相連并同步轉(zhuǎn)動(dòng)，斜軸(27)也安裝在支架(10)上，所述的斜軸(27)連接有夾板(21)，所述的夾板(21)上安裝有水切割頭(25)，所述的水切割頭(25)的切割點(diǎn)位于空心主軸(7)與斜軸(27)軸心線的相交點(diǎn)上。本發(fā)明不僅精度高，而且具有自鎖功能，體積小，成本低。
文檔編號(hào)B26D5/00GK102357924SQ20111020770
公開日2012年2月22日 申請(qǐng)日期2011年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月25日
發(fā)明者羅金玉, 陳波 申請(qǐng)人:南京大地水刀股份有限公司