CN105291194A - 具有精度调节装置的五轴头及水切割加工设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有精度调节装置的五轴头及水切割加工设备，其中包括回转轴结构、偏转轴结构、水射流喷出装置和精度调节装置，回转轴结构与偏转轴结构相连接，偏转轴结构与水射流喷出装置相连接，回转轴结构和偏转轴结构的轴线成一定角度且相交于一焦点，水射流喷出装置用以喷出高速水射流，精度调节装置用以调节水射流轴线使得水射流轴线与焦点重合且调节水射流轴线姿态使得水射流轴线姿态与回转轴重合。采用该种结构的具有精度调节装置的五轴头及水切割加工设备，通过调节焦点与射入点的位置偏差，大大减小了此偏差造成的加工精度影响，从而提高了水切割设备的加工精度，具有更广泛的应用范围。

Description

具有精度调节装置的五轴头及水切割加工设备
技术领域
本发明涉及水切割技术领域，尤其涉及水切割加工设备技术领域，具体是指一种具有精度调节装置的五轴头及水切割加工设备。
背景技术
在水切割工艺中，水射流因能量衰减的原因，会造成切割过程中造成切割倾角，较大的影响了切割精度，为了补偿切割倾角对切割精度的影响，目前多采用偏转射流角度以补偿切割倾角的方法，且为了能够加工3D面，需要至少采用五轴的切割设备，目前常用的五轴切割设备XYZ三轴加工平台加两个旋转姿态轴，两个旋转姿态轴可称为五轴头，常见的五轴头有两种，一种五轴头中的两个旋转轴交点与水射流射入点不重合，一种五轴头中的两个旋转轴交点与水射流射入点理论重合。在前一种五轴头加工中，两轴旋转时水射流射入点位置变化，需要XYZ轴的同步运动对切割点进行补偿；在后一种五轴头加工过程中，两轴旋转时水射流射入点会因为零部件精度、装配、热变形、工件不平等因素，造成一定的偏差，该偏差就成为了切割精度的重要影响因素，因此目前很多水切割设备很难完成高精度的加工。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种能够实现调节装配过程中焦点与射入点的位置偏差、且根据热误差模型补偿热变形造成的两轴交点与射入点的位置偏差的具有精度调节装置的五轴头及水切割加工设备。
为了实现上述目的，本发明的具有精度调节装置的五轴头及水切割加工设备具有如下构成：
该具有精度调节装置的五轴头，其主要特点是，所述的五轴头包括回转轴结构、偏转轴结构、水射流喷出装置和精度调节装置，所述的回转轴结构与偏转轴结构相连接，所述的偏转轴结构与水射流喷出装置相连接，所述的回转轴结构和偏转轴结构的轴线成一定角度且相交于一焦点，所述的水射流喷出装置用以喷出高速水射流，所述的精度调节装置用以调节水射流轴线使得水射流轴线与所述的焦点重合且调节水射流轴线姿态使得水射流轴线姿态与回转轴重合。
较佳地，所述的精度调节装置包括设置于所述的偏摆轴上的直线调节机构和偏摆调节机构，所述的直线调节机构用以调节水射流轴线使得水射流轴线与所述的焦点重合，所述的偏摆调节机构用以调节水射流轴线姿态使得水射流轴线姿态与回转轴重合。
更佳地，所述的直线调节机构包括第一直线调节机构和第二直线调节机构，所述的第一直线调节机构和第二直线调节机构的调节方向相互垂直。
更进一步地，所述的偏摆轴结构包括偏转轴电机、偏转轴电机罩、第二旋转接头固定架、第二旋转接头、连接法兰、连接板、压块和第二高压水管，其中偏摆轴电机固连在所述斜连接板上，偏转轴电机罩设置在偏转轴电机外且固连在斜连接板上，第二旋转接头固定架固连在偏转轴电机罩上，第二旋转接头固定于第二旋转接头固定架上，第二旋转接头固定端与所述的第一高压水管固连，第二旋转接头旋转端与第二高压水管固连，连接法兰与偏摆轴电机动子固连，连接板与连接法兰通过第一直线调节机构连接，压块与连接板通过偏摆调节机构、第二直线调节机构连接。
较佳地，所述的回转轴结构包括横连接板、旋转轴电机、旋转轴电机罩、第一旋转接头、第一旋转接头固定架、斜连接板、高压水路和第一高压水管，所述的旋转轴电机的定子固连在横连接板上，所述的旋转轴电机罩设置在旋转电机外且固连在横连接板上，所述的第一旋转接头固定架固连在旋转轴电机罩上，所述的第一旋转接头固定于旋转接头固定架上，所述的第一旋转接头固定端连接高压水路，所述的第一旋转接头的旋转端与第一高压水管固连，所述的斜连接板与旋转电机的动子固连，所述的第二高压水管固定于所述的压块中且与所述的水射流喷出装置相连接。
本发明还涉及一种包括所述的五轴头的水切割加工设备，所述的设备还包括加工平台，所述的五轴头设置于所述的加工平台上部。
较佳地，所述的加工平台为XYZ正交三轴加工平台，所述的五轴头与所述的加工平台的Z轴相连接。
更佳地，所述的设备还包括调整装置，所述的调整装置用以调节所述的回转轴结构的轴线与XY平面的垂直度。
较佳地，所述的设备还包括控制***，所述的控制***用以通过五轴头热变形模型补偿所述的水射流轴线位置姿态变化。
更佳地，所述的设备还包括工件测高装置，所述的工件测高装置用以测量到工件表面的距离并通过所述的控制***补偿工件的位置偏差。
采用了该发明中的具有精度调节装置的五轴头及水切割加工设备，通过调节焦点与射入点的位置偏差，解决了装配过程中两轴交点与射入点的位置偏差，大大减小了此偏差造成的加工精度影响，从而提高了水切割设备的加工精度，具有更广泛的应用范围。
附图说明
图1为本发明的具有精度调节装置的五轴头的结构示意图。
图2为本发明的水切割加工设备的结构示意图。
附图标记：
1高压水路
2第一旋转接头
3旋转轴电机罩
4横连接板
5斜连接板
6第一直线调节机构
7第二高压水管
8水射流喷出装置
9偏摆调节机构
10焦点
11第二直线调节机构
12压块装置
13连接板
14连接法兰
15偏摆轴电机罩
16第二旋转接头
17偏摆轴
18第二旋转接头固定架
19第一高压水管
20第一旋转接头固定架
21回转轴
22Z轴
23X轴
24水池
25床身
26Y轴
27五轴头
28调整装置
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
为了实现上述目的，本发明的具有精度调节装置的五轴头包括五轴头包括回转轴结构、偏转轴结构、水射流喷出装置和精度调节装置，所述的回转轴结构与偏转轴结构相连接，所述的偏转轴结构与水射流喷出装置相连接，所述的回转轴结构和偏转轴结构的轴线成一定角度且相交于一焦点10，所述的水射流喷出装置用以喷出高速水射流，所述的精度调节装置用以调节水射流轴线使得水射流轴线与所述的焦点10基本重合且调节水射流轴线姿态使得水射流轴线姿态与回转轴21重合。
在一种较佳的实施方式中，所述的精度调节装置包括设置于所述的偏摆轴17上的直线调节机构和偏摆调节机构9，所述的直线调节机构用以调节水射流轴线使得水射流轴线与所述的焦点10基本重合，所述的偏摆调节机构9用以调节水射流轴线姿态使得水射流轴线姿态与回转轴21重合。
在一种更佳的实施方式中，所述的直线调节机构包括第一直线调节机构6和第二直线调节机构11，所述的第一直线调节机构6和第二直线调节机构11的调节方向基本上相互垂直。
在一种更进一步的实施方式中，所述的偏摆轴结构包括偏转轴电机、偏转轴电机罩15、第二旋转接头固定架18、第二旋转接头16、连接法兰14、连接板13、压块12和第二高压水管7，其中偏摆轴电机固连在所述斜连接板13上，偏转轴电机罩15设置在偏转轴电机外且固连在斜连接板5上，第二旋转接头固定架18固连在偏转轴电机罩15上，第二旋转接头16固定于第二旋转接头固定架18上，第二旋转接头16固定端与所述的第一高压水管19固连，第二旋转接头旋转端与第二高压水管7固连，连接法兰14与偏摆轴电机动子固连，连接板13与连接法兰14通过第一直线调节机构6连接，压块12与连接板13通过偏摆调节机构9、第二直线调节机构11连接。
在一种较佳的实施方式中，所述的回转轴结构包括横连接板4、旋转轴电机、旋转轴电机罩3、第一旋转接头2、第一旋转接头固定架20、斜连接板5、高压水路1和第一高压水管19，所述的旋转轴电机的定子固连在横连接板上，所述的旋转轴电机罩3设置在旋转电机外且固连在横连接板4上，所述的第一旋转接头固定架20固连在旋转轴电机罩3上，所述的第一旋转接头2固定于旋转接头固定架20上，所述的第一旋转接头固定端连接高压水路，所述的第一旋转接头的旋转端与第一高压水管固连，所述的斜连接板5与旋转电机的动子固连，所述的第二高压水管7固定于所述的压块12中且与所述的水射流喷出装置相连接。
本发明还涉及一种包括所述的五轴头的水切割加工设备，所述的设备还包括加工平台，所述的五轴头设置于所述的加工平台上部。
在一种较佳的实施方式中，所述的加工平台为XYZ正交三轴加工平台，所述的加工姿态轴与所述的加工平台的Z轴22相连接。
在一种更佳的实施方式中，所述的设备还包括调整装置，所述的调整装置用以调节所述的回转轴结构的轴线与XY平面的垂直度。
在一种较佳的实施方式中，所述的设备还包括控制***，所述的控制***用以通过五轴头热变形模型补偿所述的水射流轴线位置姿态变化。
在一种更佳的实施方式中，所述的设备还包括工件测高装置，所述的工件测高装置用以测量到工件表面的距离并通过所述的控制***补偿工件的位置偏差。
下面结合图1和图2进一步具体描述本发明：
一种五轴水切割机床，包括一个XYZ正交三轴加工平台、调整装置和一个高精度五轴头，其特征在于具有精度调节装置的高精度五轴头。高精度五轴头包括一个回转轴结构、一个偏摆轴结构及一个水射流喷出装置，回转轴结构的轴线回转轴21与偏摆轴结构的轴线偏摆轴17成一定角度，且相交于焦点10。
所述回转轴结构包括横连接板4、旋转轴电机、旋转轴电机罩3、第一旋转接头2、第一旋转接头固定架20、斜连接板5、高压水路1、第一高压水管19，其中旋转轴电机的定子固连在横连接板4上，旋转轴电机罩3设置在旋转电机外且固连在横连接板4上，第一旋转接头固定架20固连在旋转轴电机罩上，第一旋转接头2固定于第一旋转接头固定架20上，第一旋转接头固定端连接高压水路，第一旋转接头旋转端与第一高压水管固连，斜连接板5与旋转电机的动子固连；
所述偏摆轴结构包括偏转轴电机、偏转轴电机罩15、第二旋转接头固定架18、第二旋转接头16、连接法兰14、连接板13、压块12、第一直线调节机构6、第二直线调节机构11、偏摆调节机构9、第二高压水管7，其中偏摆轴电机固连在所述斜连接板5上，偏转轴电机罩设置在偏转轴电机外且固连在斜连接板5上，第二旋转接头固定架固连在偏转轴电机罩15上，第二旋转接头16固定于第二旋转接头固定架18上，第二旋转接头固定端与所述第一高压水管19固连，第二旋转接头旋转端与第二高压水管7固连，连接法兰14与偏摆轴电机动子固连，连接板13与连接法兰14通过第一直线调节机构6连接，压块装置12与连接板13通过偏摆调节机构9、第二直线调节机构11连接；
所述水射流喷出装置固定于所述压块装置12中，且与第二高压水管7固连。
所述水射流喷出装置可以喷出高速水射流，通过所述第一直线调节机构6、第二直线调节机构11调节水射流轴线使之与焦点10重合，通过所述偏摆调节机构9和偏摆轴电机调节射流轴线姿态使之与回转轴21近似重合。
所述高精度五轴头与所述加工平台Z轴通过调整装置28连接，且该调整装置28可调节所述回转轴21与XY平面的垂直度。
建立五轴头热变形模型，在加工过程中，通过控制***补偿射流轴线位置姿态变化。
所述水切割加工设备可以包括一个工件测高装置，所述工件测高装置可以测量到工件表面的距离，通过控制***补偿工件放置不平及工件平面度的误差造成的焦点与工件表面的位置偏差。
采用了该发明中的具有精度调节装置的五轴头及水切割加工设备，通过调节焦点与射入点的位置偏差，解决了装配过程中两轴交点与射入点的位置偏差，大大减小了此偏差造成的加工精度影响，从而提高了水切割设备的加工精度，具有更广泛的应用范围。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (10)

1.一种具有精度调节装置的五轴头，其特征在于，所述的五轴头包括回转轴结构、偏转轴结构、水射流喷出装置和精度调节装置，所述的回转轴结构与偏转轴结构相连接，所述的偏转轴结构与水射流喷出装置相连接，所述的回转轴结构和偏转轴结构的轴线成一定角度且相交于一焦点，所述的水射流喷出装置用以喷出高速水射流，所述的精度调节装置用以调节水射流轴线使得水射流轴线与所述的焦点重合且调节水射流轴线姿态使得水射流轴线姿态与回转轴结构的轴线重合。
2.根据权利要求1所述的具有精度调节装置的五轴头，其特征在于，所述的精度调节装置包括设置于所述的偏摆轴结构上的直线调节机构和偏摆调节机构，所述的直线调节机构用以调节水射流轴线使得水射流轴线与所述的焦点重合，所述的偏摆调节机构用以调节水射流轴线姿态使得水射流轴线姿态与回转轴结构的轴线重合。
3.根据权利要求2所述的具有精度调节装置的五轴头，其特征在于，所述的直线调节机构包括第一直线调节机构和第二直线调节机构，所述的第一直线调节机构和第二直线调节机构的调节方向相互垂直。
4.根据权利要求3所述的具有精度调节装置的五轴头，其特征在于，所述的偏摆轴结构包括偏转轴电机、偏转轴电机罩、第二旋转接头固定架、第二旋转接头、连接法兰、连接板、压块和第二高压水管，其中偏摆轴电机固连在所述斜连接板上，偏转轴电机罩设置在偏转轴电机外且固连在斜连接板上，第二旋转接头固定架固连在偏转轴电机罩上，第二旋转接头固定于第二旋转接头固定架上，第二旋转接头固定端与所述的第一高压水管固连，第二旋转接头旋转端与第二高压水管固连，连接法兰与偏摆轴电机动子固连，连接板与连接法兰通过第一直线调节机构连接，压块与连接板通过偏摆调节机构、第二直线调节机构连接。
5.根据权利要求3所述的具有精度调节装置的五轴头，其特征在于，所述的回转轴结构包括横连接板、旋转轴电机、旋转轴电机罩、第一旋转接头、第一旋转接头固定架、斜连接板、高压水路和第一高压水管，所述的旋转轴电机的定子固连在横连接板上，所述的旋转轴电机罩设置在旋转电机外且固连在横连接板上，所述的第一旋转接头固定架固连在旋转轴电机罩上，所述的第一旋转接头固定于旋转接头固定架上，所述的第一旋转接头固定端连接高压水路，所述的第一旋转接头的旋转端与第一高压水管固连，所述的斜连接板与旋转电机的动子固连，所述的第二高压水管固定于所述的压块中且与所述的水射流喷出装置相连接。
6.一种包括权利要求1所述的五轴头的水切割加工设备，其特征在于，所述的设备还包括加工平台，所述的五轴头设置于所述的加工平台上部。
7.根据权利要求6所述的五轴头的水切割加工设备，其特征在于，所述的加工平台为XYZ正交三轴加工平台，所述的五轴头与所述的加工平台的Z轴相连接。
8.根据权利要求7所述的水切割加工设备，其特征在于，所述的设备还包括调整装置，所述的调整装置用以调节所述的回转轴结构的轴线与XY平面的垂直度。
9.根据权利要求6所述的水切割加工设备，其特征在于，所述的设备还包括控制***，所述的控制***用以通过五轴头热变形模型补偿所述的水射流轴线位置姿态变化。
10.根据权利要求9所述的水切割加工设备，其特征在于，所述的设备还包括工件测高装置，所述的工件测高装置用以测量到工件表面的距离并通过所述的控制***补偿工件的位置偏差。
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