基于磨料水射流切割的运动轨迹控制装置

摘要

本发明涉及切割机械设备技术领域，提供了一种基于磨料水射流切割的运动轨迹控制装置，包括底座、纵向运动轨迹控制单元、横向运动轨迹控制单元、作业喷嘴；所述纵向运动轨迹控制单元与所述底座固定连接，所述横向运动轨迹控制单元与所述纵向运动轨迹控制单元可移动连接、所述作业喷嘴与所述纵向运动轨迹控制单元连接；本发明的有益效果为：解决了传统磨料水射流切割设备成本高，体积庞大的问题，结构简单，成本低，可实现复杂轨迹的切割控制，喷嘴运行轨迹控制精度高；体积小，便于携带，工况适应能力强，系统运行稳定安全。

说明书

技术领域

本发明涉及切割机械设备技术领域，特别涉及一种基于磨料水射流切割的运动轨 迹控制装置。

背景技术

磨料水射流切割技术是近几十年发展起来的一种精密切割技术。磨料水射流切割 技术具有对切割材料无选择性、无热变形以及热变质、作用力小、加工柔性高，不破坏材料 内部组织结构等特点。磨料水射流设备中的水与磨料均可循环使用，无三废排放，绿色环 保。

磨料水射流切割技术环境适应性强，可在易燃、易爆、热敏、压敏、脆性、有毒、深 水、岩层狭缝等极度恶劣的工况下作业。

实现磨料水射流精密切割的前提之一是喷嘴运动过程的精准控制，传统的控制模 式主要是借助数控机床来实现的。这种控制模式可实现各种复杂轨迹的切割，控制精准，然 而成本高，体积庞大，也难以在一些特定工况（如易燃易爆、深水、狭缝）下作业。

磨料水射流切割技术的发展与市场推广，亟需一种便捷、可靠、精准、成本低廉的 运动轨迹控制装置。

发明内容

本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供一种基于磨料水射流切割的运动轨 迹控制装置，包括底座、纵向运动轨迹控制单元、横向运动轨迹控制单元、作业喷嘴；

所述纵向运动轨迹控制单元与所述底座固定连接，所述横向运动轨迹控制单元与所述 纵向运动轨迹控制单元可移动连接、所述作业喷嘴与所述横向运动轨迹控制单元连接。

进一步的，所述纵向运动轨迹控制单元包括电机、减速箱、丝杠、光杠，均固定在所 述底座上；其中，所述纵向为沿所述光杠轴向方向，所述横向为垂直于所述纵向方向。

进一步的，所述横向运动轨迹控制单元包括1排位置控制档杆、上下限位板、2组加 紧手轮、行走架；所述加紧手轮、所述上下限位板均固定于所述底座，所述位置控制档杆位 于所述上下限位板内，所述上下限位板限制所述位置控制档杆竖直方向的自由度；旋转所 述加紧手轮可固定所述位置控制档杆位置；所述行走架分别与所述丝杠、所述光杠连接；所 述行走架上设置有限位滑块、弹簧。

进一步的，所述位置控制档杆由数百根宽度1mm、高度10mm、长度500mm的刚性小档 杆组成，每根刚性小档杆均沿横向布置，所述位置控制档杆通过横向移动来形成设定的切 割轨迹曲线。

进一步的，所述作业喷嘴安装在所述行走架上，限制所述作业喷嘴竖直方向的自 由度，弹簧连接所述作业喷嘴和所述行走架，并对所述作业喷嘴施加横向拉力，弹簧与所述 位置控制档杆配合，控制所述作业喷嘴的横向位置，限位滑块可沿所述行走架上的导槽横 向移动，在任意横向位置固定所述作业喷嘴，便于加工前的准备工作以及加工中断时对所 述作业喷嘴位置的准确固定。

进一步的，所述电机通过减速箱减速后，带动所述丝杠旋转，实现所述行走架在所 述光杠上移动，弹簧连接所述作业喷嘴和所述行走架，并对所述作业喷嘴施加横向拉力，使 所述作业喷嘴与所述刚性小档杆紧密贴合，使所述作业喷嘴沿设定的切割轨迹曲线运动。

进一步的，相邻的所述刚性小档杆接触面具有粗糙度，所述两组加紧手轮上设有 压力传感器。

本发明的有益效果为：

（1）结构简单，成本低，可实现复杂轨迹的切割控制，喷嘴运行轨迹控制精度高；

（2）体积小，便于携带，工况适应能力强，系统运行稳定安全。

附图说明

图1所示为本发明实施例基于磨料水射流切割的运动轨迹控制装置结构示意图。

图2所示为本发明实施例的纵向运动轨迹控制示意图。

图3所示为本发明实施例横向运动轨迹控制示意图。

图4所示为行走架工作原理图。

图5所示为喷嘴结构图。

图6所示为本发明实施例要切割的不规则“凸”字状轨迹图。

图7所示为图6“凸”字状切割轨迹控制示意图。

图中：1-电机、2-减速箱、3-丝杠、4-光杠、5-行走架、6-弹簧、7-限位滑块、8-作业 喷嘴、9-位置控制档杆、10-上下限位板、11-加紧手轮、12-底座。

具体实施方式

下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中 描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达 到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或 者部件，可应用于不同实施例中。

如图1、2所示，本发明实施例一种基于磨料水射流切割的运动轨迹控制装置，包括 底座12、纵向运动轨迹控制单元、横向运动轨迹控制单元、作业喷嘴8；

所述纵向运动轨迹控制单元与所述底座12固定连接，所述纵向运动轨迹控制单元与所 述横向运动轨迹控制单元可移动连接、所述作业喷嘴8与所述纵向运动轨迹控制单元连接。

优选的，如图3、4所示，所述纵向运动轨迹控制单元包括电机1、减速箱2、丝杠3、光 杠4，均固定在所述底座8上。

优选的，所述横向运动轨迹控制单元包括1排位置控制档杆9、上下限位板10、2组 加紧手轮11、行走架5；所述加紧手轮11、所述上下限位板10均固定于所述底座12，所述位置 控制档杆9位于所述上下限位板10内，所述上下限位板10限制所述位置控制档杆9竖直方向 的自由度；所述2组加紧手轮11分别位于所述1排位置控制档杆9的两端，旋转所述加紧手轮 11可固定所述位置控制档杆9位置，进而固定切割轨迹曲线；所述行走架5分别与所述丝杠 3、所述光杠4连接；所述行走架5上设置有限位滑块7、弹簧6。所述限位滑块7可以沿所述行 走架5上的导槽进行纵向移动，约束所述作业喷嘴8沿所述弹簧6拉力方向的自由度，可实现 所述作业喷嘴8停在所述行走架5上的任意位置。

如图4所示，优选的，所述位置控制档杆9由数百根宽度1mm、高度10mm、长度500mm 的刚性小档杆组成；所述每根刚性小档杆沿横向布置，所述位置控制档杆9通过横向移动以 形成设定的切割轨迹曲线。

如图3所示，优选的，所述作业喷嘴8安装在所述行走架5上，限制所述作业喷嘴8竖 直方向的自由度，弹簧6连接所述作业喷嘴8和所述行走架5，并对所述作业喷嘴8施加横向 拉力，弹簧与所述位置控制档杆9配合，控制所述作业喷嘴8的横向位置，限位滑块7可沿所 述行走架5上的导槽横向移动，在任意横向位置固定所述作业喷嘴8，便于加工前的准备工 作以及加工中断时对所述作业喷嘴8位置的准确固定。

如图2、4所示，优选的，所述电机1通过减速箱2减速后，带动所述丝杠3旋转，实现 所述行走架5在所述光杠4上移动，弹簧6连接所述作业喷嘴8和所述行走架5，并对所述作业 喷嘴8施加横向拉力，使所述作业喷嘴8在切割过程沿横向移动，始终与所述位置控制档杆9 紧密贴合，使所述作业喷嘴8沿设定的切割轨迹曲线运动。

如图4所示，优选的，相邻的所述刚性小档杆接触面具有粗糙度，所述两组加紧手 轮11上设有压力传感器。

如图5所示，优选的，所述作业喷嘴8包括弧形导块81、高压水接口82、定位阶梯面 83、、挂环84、以及限位槽85，所述限位槽85与所述一排位置控制档杆9形成接触约束，保证 所述作业喷嘴8按特定的轨迹切割，所述挂环84与所述弹簧6连接，对所述作业喷嘴8施加纵 向拉力，所述定位阶梯面83实现所述作业喷嘴8与所述行走架5的准确定位，约束所述作业 喷嘴8沿垂直方向的自由度，所述弧形导块81切割时与所述行走架5接触滑动，保证所述作 业喷嘴8切割位置的准确,同时承受工作时所述作业喷嘴8产生的反向冲击力。

本发明实施例一种基于磨料水射流切割的运动轨迹控制装置，可以根据不同的切 割曲线对装置进行调整，下面以一种“凸”字状曲线切割方案（如图6所示）为例。

具体调节方式如下：

（1）将所述作业喷嘴8安装到所述行走架5上，用所述限位滑块7将所述作业喷嘴8固定 在所述行走架5的一端，外部磨料水射流接口连接喷嘴的高压水接口82。

（2）切割曲线的设定：根据切割曲线设定横向运动轨迹控制装置中的所述1排位置 控制档杆9的位置，如图7所示。设定完毕后，转动所述两组夹紧手轮11，固定位置控制档杆 9，即固定切割轨迹。

（3）将所述限位滑块7沿所述行走架5的导槽移动到一端，所述作业喷嘴8在弹簧的 拉力下沿横向移动，与所述一排位置控制档杆9接触，启动横向运动轨迹控制装置中所述电 机1，开始进行“凸”字状曲线轨迹的切割。

本发明的有益效果为：

（1）结构简单，成本低，可实现复杂轨迹的切割控制，喷嘴运行轨迹控制精度高；

（2）体积小，便于携带，工况适应能力强，系统运行稳定安全。

本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在 不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不 应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。