CN201342620Y - 五坐标数控喷丸强化机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的一种五坐标数控喷丸强化机，其喷丸室内设置有由CNC控制的，具有转动自由度和移动自由度的数控旋转工作台，以及通过喷丸室上部坐标移动机构连接的Z向拖板和连接Z向拖板并由4个坐标控制的数控机械手，数控机械手夹持喷枪，并具有两个方向的移动自由度和两个方向的转动自由度。喷丸罐是由弹丸流量数控保压式喷丸罐。本实用新型可以针对不同零件编制加工程序，对其各形面进行准确、均匀的喷丸处理。相比于现有技术适应性好，自动化程度高，可实现对弹丸流的位置及角度、移动速度、弹丸流量的精确控制。解决了表面形面复杂的零件喷丸强化不能精确控制喷枪与零件表面距离、喷丸角度及弹丸流量及速度的不足之处。

Description

五坐标数控喷丸强化机

技术领域

本实用新型涉及一种可以显著提高零部件抗疲劳性能和抗应力腐蚀能力，延长使用寿命的表面喷丸强化处理设备。

背景技术

喷丸强化机是用于对零件进行表面强化的设备，它通过大量高速运动的弹丸撞击零件表面，使其表面层发生塑性变形并形成残余压应力，从而提高零件抗疲劳性能和抗应力腐蚀能力，延长其使用寿命的表面喷丸强化处理设备。

喷丸强化机主要按弹丸推进方式分为气动式喷丸强化机和离心式喷丸强化机，气动式喷丸强化机是利用压缩空气推动弹丸形成高速的弹丸流来对工件表面进行强化处理。喷丸强度是喷丸强化机的重要性能指标，其主要影响因素包括弹丸种类(球、线)，丸粒大小(S-110、170、230等)，弹丸材料(钢丸、陶瓷丸、玻璃丸)，弹丸速度，喷头与零件表面距离，喷丸角度，喷丸时间和喷丸覆盖率。喷丸强化机关键的也在于对以上重要影响因素的控制。

目前现有技术的喷丸强化机多为结构简单，功能单一的简易喷丸强化机。一般由喷丸室、喷丸罐、弹丸回收及处理装置、除尘装置、电气***组成。通常不具备有数控机械手及旋转工作台，也未配置弹丸流量控制阀。其中有很大一部分还是手持式喷丸机，而多坐标数控喷丸机的目前还极少，一般也只做到四坐标控制。

现有技术的喷丸强化机喷枪一般不实现距离及角度的精确自动控制，在加工的如钢板、弹簧等质量要求不高的零件时能满足其工艺要求，但在加工连杆、叶片等表面形面较为复杂，对喷丸强度及覆盖率等要求较高的零件时，这类喷丸强化机则不能满足要求。对较大曲面零件的加工，只能采用直线移动轨迹进行喷丸，喷丸强度及覆盖率将受很大影响，且为实现零件表面均匀喷丸，需要多次对零件进行装夹，加工效率较低。而弹丸流量未加精确控制将直接影响弹丸速度及覆盖率从而影响喷丸强度的大小，造成实际喷丸强度与产品要求差值较大。

现有技术喷丸强化机的不足之处还在于弹丸速度，喷头与零件表面距离，喷丸角度和喷丸覆盖率等主要影响喷丸强度的因素不能精确控制，由于其性能及自动化程度低等原因无法完全满足加工要求，喷丸加工质量普遍不高。

此外，现有技术的喷丸强化机一般其底部设置有大漏斗和绞龙加斗式提升装置，需要深地坑，机械故障率较高，维护困难。

发明内容

为提高喷丸加工质量，解决复杂零件喷丸加工时喷丸强化机不能精确控制弹丸速度，喷头与零件表面距离，喷丸角度和喷丸覆盖率的不足之处，本实用新型提供一种能够对零件不同形面进行准确、均匀喷丸处理的气动式五坐标数控喷丸强化机，以解决上述现有技术存在的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种五坐标数控喷丸强化机，主要包括，喷丸室、喷丸罐、弹丸回收及处理装置、除尘装置、电控装置，其特征在于，其喷丸室内设置具有转动自由度和移动自由度的数控旋转工作台，以及通过喷丸室上部坐标移动机构连接的Z向拖板和连接Z向拖板并由四个坐标控制的数控机械手，数控机械手夹持喷枪，并具有两个方向的移动自由度和两个方向的转动自由度。

本实用新型相比于现有技术具有如下有益效果。

本发明由数控***控制弹丸流实现多自由度位置及速度精确控制，可以针对不同零件编制加工程序，对零件不同形面进行准确的喷丸处理。喷头与零件表面距离、喷丸角度的精确控制通过数控数控机械手及旋转工作台实现五坐标多轴联动控制，并可对大尺寸零件进行加工。相比于现有技术适应性较好，自动化程度高，并可实现弹丸流量的精确控制。坐标驱动装置可置于喷丸室外部，减小机械***故障。可充分利用数控***的示教功能实现零件加工，简化程序编制工作，控制更为灵活。

喷丸室内形成的自上而下气流，能见度较好，室内粉尘浓度相对较低，简化的机械部分，降低了维护成本，工作环境也有所改善。与传统的底部设置大漏斗，绞龙加斗式提升相比，没有深地坑。本发明采用的由蜂窝吸尘地板组成的风力回收装置结构简单，维护方便，同一套***可满足回收及喷丸室除尘的功能。

附图说明

下面结合附图详细说明依据本实用新型五坐标数控喷丸强化机的细节和工作情况。

图1是本实用新型五坐标数控喷丸强化机的组成结构正向透视图。

图2是图1喷丸室的侧向透视图。

图3是数控数控机械手夹持喷枪透视图。

图4是图3的侧向局部透视图。

图5是数控数控机械手夹持喷枪的工作原理图。

图6是数控旋转工作台的工作原理图。

附图中：1.喷丸室，2.喷枪，3.风机，4.除尘器，5.喷丸罐，6.振动筛选机，7.分离器，8.螺旋选圆器，9.数控旋转工作台，10.坐标移动机构，11.电控装置，12.流量控制阀，13.床身，14.X向拖板，15.直线导轨，16.立柱，17.Z向拖板，18.数控机械手，19.直角变速机，20.机械臂，21.加长轴22.同步带。

具体实施方式

图1、图2描述了主要由CNC(即Computer number control的简写)计算机数字控制的气动式喷丸室1、喷丸罐5、数控旋转工作台9，装配在喷丸室顶部的坐标移动机构10、分离器7、振动筛选机6、螺旋选圆器8、除尘装置4、电控装置11等组成的五坐标数控喷丸强化机的一个最佳实施例。喷丸强化机由六轴控制，通过CNC能轻松的实现多轴联动加工，比如曲面的加工。喷丸罐5下部装有能精确控制及显示弹丸的流量控制阀12。数控***可选择SIEMENS或FANUC的数控***。工件装夹于可移动的数控旋转工作台9上。旋转工作台9具有转动自由度和移动自由度，即可实现Y向移动及C向旋转。数控旋转工作台9安装在喷丸室1底部的栅格地板上。

喷丸室1由型钢及钢板焊接而成，其上部安装进气口及防爆灯具，壁板安装有耐磨橡胶板。喷丸室1下部装有栅格蜂窝吸尘地板。该蜂窝吸尘地板由均布方形小斗及吸尘管道组成。小斗底部开小口与分气管相连，工作时形成自上而下的气流，其压缩空气入口处装配有压力变送器。喷丸的丸粒及粉尘落入喷丸室1底部后，直接被吸走进入分离器7，弹丸和粉尘的混合物进行旋风分离后粉尘从分离器7的上部管道进入除尘装置4。除尘器4采用滤筒式除尘器，除尘风机3采用离心通风机，脉冲自动反吹清灰。分离后的弹丸进入振动筛选机7中进行筛选。将弹丸按直径的大小筛分出来，符合直径要求的弹丸进入喷丸罐5继续循环使用，超差的弹丸进入废料桶。经振动筛选机7中筛选后的弹丸将定期被送入螺旋选圆器8进行选圆，合格的弹丸被送回喷丸室回收继续循环使用。

喷丸罐5是由弹丸流量数控的保压式喷丸罐，来自空气压缩机的压缩空气经吸附式干燥或冷冻干燥后，通过多级过滤处理进入喷丸罐5。与振动筛选机6相通的喷丸罐5可根据喷丸粒的大小设置一个或多个。单个喷丸罐可带多把喷枪2同时工作，并优先选用大容量，具有喷丸压力大、效率高的双级罐实现连续加压循环喷丸，以满足喷丸强化的要求。弹丸流量控制由设置在喷丸罐5下部的流量控制阀12控制，流量控制阀12按工艺要求无级调整设定流量，喷丸过程中流量控制阀根据设定值自动调整开口大小达到要求，使用可靠，控制精度较高。该流量控制阀12可采用美国EI公司生产的MAGNA VALVE系列流量控制阀。喷丸强化机的控制采用人机界面。弹丸流量、喷丸压力加工参数通过人机交互控制单元分别控制和显示。

参阅图3。数控机械手18两个方向的移动自由度和两个方向的转动自由度，通过安装在喷丸室1顶部的坐标移动机构10，实现X、Z向移动及B、C向旋转。数控机械手18通过立柱16连接Z向进给的Z向拖板，安装于Z向拖板15上，通过安装在立柱16的坐标移动机构10，实现X、Z向移动及B、C向旋转。数控机械手18X、Z向驱动由伺服电机及滚珠丝杠驱动，其X向移动由安装于床身13端部的伺服电机及滚珠丝杠驱动X向拖板14实现，并沿X向直线导轨15移动；Z向移动由安装于立柱16顶部的伺服电机和连接滚珠丝杠驱动的Z向拖板17实现，并沿Z向直线导轨15移动。

参阅图4。喷枪2由数控机械手18夹持。喷枪2固联于数控机械手18端部，固定于与直角变速机19输出轴相连接的支架上。数控机械手18的C摆角由安装于Z向拖板15上的伺服电机及同步带22驱动机械臂20旋转实现；B摆角由机械臂20顶部的伺服电机驱动，通过机械臂20臂管内的加长轴21传动端部的直角变速机19实现。

参阅图5。数控机械手18夹持喷枪2，具有X、Z两个方向的移动自由度和B、C两个方向的转动自由度。

参阅图6。所述数控旋转工作台9的转动自由度和移动自由度由伺服电机驱动来实现，数控旋转工作台5的旋转由伺服电机控制，可同时实现无级调速及角度定位。其中，C向旋转及定位通过其内安装的伺服电机及减速机驱动，Y向移动进给由伺服电机连接的齿轮齿条实现。

Claims (8)

1.一种五坐标数控喷丸强化机，主要包括，喷丸室、喷丸罐、弹丸回收及处理装置、除尘装置、电控装置，其特征在于，其喷丸室内设置具有转动自由度和移动自由度的数控旋转工作台，以及通过喷丸室上部坐标移动机构连接的Z向拖板和连接Z向拖板，并由四个坐标控制的数控机械手，数控机械手夹持喷枪，并具有两个方向的移动自由度和两个方向的转动自由度。

2.按权利要求1所述的五坐标数控喷丸强化机，其特征在于，所述数控旋转工作台的转动自由度和移动自由度由伺服电机驱动来实现，其中，C向旋转及定位通过其内安装的伺服电机及减速机驱动，Y向移动进给由伺服电机连接的齿轮齿条实现。

3.按权利要求1所述的五坐标数控喷丸强化机，其特征在于，所述数控机械手两个方向的移动自由度和两个方向的转动自由度，通过安装在喷丸室顶部的坐标移动机构(10)实现X、Z向移动及B、C向旋转。

4.按权利要求3所述的五坐标数控喷丸强化机，其特征在于，数控机械手(18)X、Z向驱动由伺服电机及滚珠丝杠驱动，其X向移动由安装于床身(13)端部的伺服电机及滚珠丝杠驱动X向拖板(14)实现，并沿X向直线导轨(15)移动；Z向移动由安装于立柱(16)顶部的伺服电机和连接滚珠丝杠驱动的Z向拖板(17)实现，并沿Z向直线导轨(15)移动，数控机械手(18)的C摆角由安装于Z向拖板()15上的伺服电机及同步带22驱动机械臂(20)旋转实现；B摆角由机械臂(20)顶部的伺服电机驱动，通过机械臂(20)臂管内的加长轴(21)传动端部的直角变速机(19)实现。

5.按权利要求1所述的数控喷丸强化机，其特征在于，喷丸罐(5)是由弹丸流量数控的保压式喷丸罐，其下部安装有能精确控制及显示弹丸流量的弹丸流量控制阀(12)。

6.按权利要求1所述的五坐标数控喷丸强化机，其特征在于，所述喷丸室下部装有栅格蜂窝吸尘地板，其内均布有矩形小斗和吸尘管道，小斗底部开小口与分气管相连。

7.按权利要求1所述的五坐标数控喷丸强化机，其特征在于，喷丸室顶部设置有形成自上而下气流的进气口，其压缩空气入口处装配有压力变送器。

8.按权利要求1所述的五坐标数控喷丸强化机，其特征在于，数控机械手及数控旋转工作台均由计算机数字控制CNC控制。

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