專利名稱：板材高壓水射流柔性漸進成形方法及裝置的制作方法
板材高壓水射流柔性漸進成形方法及裝置
技術領域：
本發明涉及板材加工技術領域，特別是涉及一種板材高壓水射流柔性漸進成形方法及裝置。
背景技術：
金屬板材成形在制造業中有著廣泛的應用，特別是在汽車、宇航、船舶、兵工、家電和日用品等工業部門。在傳統金屬板材成形方法中，模具必不可少，模具成形方法生產效率高、加工件的精度高，多年來一直占據著主導地位，但缺點是模具設計制造周期長，維護費用高，往往成形一個零件需要多個模具，對于樣機或小批量產品的試制和生產很不經濟。
發明內容基于此，有必要提供一種板材高壓水射流柔性漸進成形方法及裝置，以達到實現板材無模化成形的目的，降低生產成本。為此，提出一種板材高壓水射流柔性漸進成形方法，其特征在于板材在平面內沿既定軌跡作進給運動，通過噴射裝置將高壓水作用于板材表面并對其進行漸進加工，其中，噴射裝置在加工過程中轉動且在既定范圍內擺動，使得高壓水柱亦在既定范圍內擺動且以水柱軸向為軸心轉動，進而完成對板材的加工。在優選的實施例中，所述板材沿既定軌跡作X軸方向和Y軸方向的水平運動。在優選的實施例中，所述噴射裝置上還連接有推桿，所述推桿的一例固定有固定套，所述固定套連接有兩伺服電機，以分別驅動噴射裝置轉動和擺動。在優選的實施例中，所述噴射裝置系安裝在可沿Z軸方向上下移動的噴射裝置固定座上。在優選的實施例中，所述噴射裝置固定座與絲杠機構連接，并通過伺服電機驅動絲杠的移動，進而帶動噴射裝置固定座在Z軸方向上移動。此外，還提供了一種板材高壓水射流柔性漸進成形裝置，其包括固定板材的工作臺，用以帶動板材在平面內沿既定軌跡作進給運動；與工作臺相對設置的噴射裝置，所述噴射裝置用以與高壓水源連接，其中所述噴射裝置連接有兩驅動裝置，以分別驅動噴射裝置轉動和擺動，進而對固定在工作臺上的板材進行加工。在優選的實施例中，所述噴射裝置連接有推桿，所述推桿的一例固定有固定套，兩驅動裝置連接于所述固定套，以分別驅動噴射裝置繞Z軸轉動及相對于X軸擺動，其中兩驅動裝置為兩伺服電機。在優選的實施例中，所述噴射裝置系安裝在噴射裝置固定座上，所述噴射裝置固定座與絲杠機構連接，并通過伺服電機驅動絲杠移動，進而帶動噴射裝置固定座在Z軸方向上移動。在優選的實施例中，還包括機架，所述工作臺通過兩絲杠與機架活動連接，以分別
3沿既定軌跡作X軸方向和Y軸方向的水平運動，其中兩絲杠分別連接有驅動所述兩絲杠移動的伺服電機。在優選的實施例中，還包括高壓系統、水循環系統和數控系統，其中高壓系統包括與水循環系統連接用于產生高壓水及通過高壓軟管與噴射裝置相連的高壓泵、壓力表及溢流閥；水循環系統包括水箱、管道泵、低壓水管、過濾器及高壓軟管，所述管道泵用以將水從水箱抽出，流經低壓水管和過濾器，進入高壓泵產生高壓水；所述數控系統包括控制單元， 所述控制單元通過對伺服電機的控制實現對噴射裝置或工作臺的運動控制。上述板材高壓水射流柔性漸進成形方法及裝置，利用高壓水流作用于板材表面， 將高壓水流的動能轉化為作用于板材的壓力，通過漸進成形的方式完成對板材的加工，不需要使用模具，降低生產成本。
圖1為板材高壓水射流柔性漸進成形方法的原理圖；圖2為板材高壓水射流柔性漸進成形方法的數控系統原理圖；圖3為板材高壓水射流柔性漸進成形裝置的示意圖。圖4為圖3中A部分的放大圖。
具體實施方式
基于高壓水射流柔性漸進成形方法可以實現對板材的無模化加工，提出了一種高壓水射流柔性漸進成形方法及裝置。高壓水射流柔性漸進成形方法及裝置的基本構想是利用噴射裝置將高壓水產生的壓力作用于板材，在漸進式加工過程中，使噴射裝置產生旋轉和擺動兩個自由度，進而可以改變高壓水射流與板材加工面之間的角度，使高壓水射流具有更高的柔性，故可降低產品開發周期，同時由于高壓水射流具備了柔性，可以方便實現內凹等復雜特征的加工，形成復雜零件。為此，提出一種板材高壓水射流柔性漸進成形方法，特征在于板材在平面內沿既定軌跡作進給運動，通過噴射裝置將高壓水作用于板材表面并對其進行漸進加工，其中，噴射裝置在加工過程中轉動且在既定范圍內擺動，使得高壓水柱亦在既定范圍內擺動且以水柱軸向為軸心轉動，進而完成對板材的加工。另外，提出一種板材高壓水射流柔性漸進成形裝置，包括固定板材的工作臺，用以帶動板材在平面內沿既定軌跡作進給運動；與工作臺相對設置的噴射裝置，所述噴射裝置用以與高壓水源連接，其中所述噴射裝置連接有兩驅動裝置，以分別驅動噴射裝置轉動和擺動，進而對固定在工作臺上的板材進行加工。下面結合具體實施例，對板材高壓水射流柔性漸進成形方法和裝置進行具體的描述。首先請參照圖1至圖2，詳細描述板材高壓水射流柔性漸進成形方法及裝置的原理。實現板材高壓水射流柔性漸進成形加工的高壓水射流柔性漸進成形裝置通常包括有高壓系統、水循環系統、執行系統和數控系統四部分。所述高壓系統由高壓泵5，壓力表7，溢流閥8和噴射裝置9組成。高壓泵5用于
4產生高壓水，壓力表7用于顯示水的壓力值，最終高壓水由噴射裝置9噴出，為了保證安全， 采用溢流閥裝置，當水壓超過允許值時，溢流閥8自動打開迅速降壓。所述水循環系統由水箱1，管道泵2，低壓水管3，過濾器4和高壓軟管6組成。水箱1用于儲水，水從水箱1出發，由管道泵2抽出，流經低壓水管3和過濾器4，進入高壓泵 5產生高壓水，經過高壓軟管6，由噴射裝置9噴出，噴射出的水，由另一個回收泵13抽回水箱1，由過濾器4過濾后，再進入下一個循環使用，其中噴射裝置9具有三個自由度，沿Z軸移動，繞Z軸旋轉及繞X軸擺動。沿Z軸移動的目的在于完成對板材某層加工面的加工后調整噴射裝置9與板材之間的距離以便對板材的下一層加工面進行加工；繞Z軸旋轉及繞 X軸擺動的目的在于在加工過程中調整噴射裝置9與板材加工面之間的角度，從而改善高壓水的柔性。所述執行系統由夾具10和工作臺11組成。金屬板材工件夾持在夾具10上，夾具 10固定在工作臺11上，工作臺可實現X和Y方向的進給運動，進而帶動板材沿既定軌跡在平面內運動。所述數控系統包括控制臺12。在同一控制單元上集成了設備的運行停止控制，噴射裝置9、工作臺11的運動控制和高壓水壓力的調節控制。高壓水射流柔性漸進成形裝置 100使用Z軸伺服電機14、A軸伺服電機27和C軸伺服電機沈分別控制噴射裝置9的上下運動、繞X軸的擺動和繞Z軸的轉動，其中C軸和Z軸一樣系在豎直方向。另外，利用X軸伺服電機23、γ軸伺服電機21分別控制工作臺11在現X和Y方向的進給運動。控制臺12 通過變頻伺服電機控制高壓泵5的流量和壓力。數控系統實現了全零件成形時的自動化加工；控制集中，操作方便，在同一控制面板即可進行所有的控制操作。金屬板材高壓水射流柔性漸進成形原理如附圖1所示。設備啟動后，將水箱1注滿水，由管道泵2抽出，流經低壓水管3和過濾器4，進入高壓泵5產生高壓水，經過高壓軟管6，由噴射裝置9噴出，對工作臺11上夾具10夾持的板材工件進行成形加工；控制臺12 按設定的程序運行，一方面調節高壓水的壓力和流量，另一方面控制噴射裝置9和工作臺 11的運動，將板材加工成要求的形狀。噴射出的水在工作臺11的底部匯集，利用回收泵13 將其抽回水箱1，由過濾器4過濾后，再進入下一個循環使用。請參考附圖3和附圖4，提供了一種利用上述原理制成的板材高壓水射流柔性漸進成形裝置100，所述板材高壓水射流柔性漸進成形裝置100包括機架25，安裝在機架25上的工作臺11、噴射裝置9。工作臺11上設有固定板材的夾具10 ；所述工作臺11通過Y軸絲杠20和X軸絲杠 22連接在機架25上，Y軸絲杠20和X軸絲杠22分別裝設有驅動所述兩絲杠分別在X和Y 方向實現移動的Y軸伺服電機21和X軸伺服電機23。噴射裝置9，其固定在噴射裝置固定座16上，而噴射裝置固定座16通過Z軸絲杠 15安裝在機架25上。板材高壓水射流柔性漸進成形裝置100通過Z軸伺服電機14驅動Z 軸絲杠15在Z軸方向上移動，進而帶動噴射裝置9在Z軸方向上移動，最終實現調整噴射裝置9與板材加工面之間的角度，實現高壓水的柔性。在具體的實施方式中，所述噴射裝置9連接有推桿四，所述推桿四的一例固定有固定套觀，兩驅動裝置連接于所述固定套28，以分別驅動噴射裝置9繞Z軸轉動及相對于 X軸擺動，其中兩驅動裝置即為前面敘述過的C軸伺服電機沈和A軸伺服電機27。
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在較佳的實施方式中，工作臺11周圍還設置有透明防護罩19，防止水流濺出，同時又方便操作者觀察加工狀況。機架25上還可以設置外殼罩M，用于進一步增強安全保護。在較佳的實施方式中，高壓水射流柔性漸進成形裝置100還包括高壓系統、水循環系統和數控系統，其中高壓系統包括與水循環系統連接用于產生高壓水及通過高壓軟管 6與噴射裝置9相連的高壓泵5、壓力表7及溢流閥8 ；水循環系統包括水箱1、低壓水管3、 過濾器4，當然還可以設置一管道泵，所述管道泵用以將水從水箱抽出，流經低壓水管3和過濾器4，進入高壓泵5以產生高壓水；所述數控系統包括控制臺12，所述控制臺12是一變頻控制柜，變頻控制柜在同一控制單元上集成了設備的運行停止控制，噴射裝置9、工作臺 11的運動控制和高壓水壓力的調節控制。在較佳的實施方式中，高壓系統、水循環系統和數控系統等是整合在機架25上， 使高壓水射流柔性漸進成形裝置100成為一臺完整的自動化加工設備，只需要接通電源就可以使用，因此，實際應用時，通常會整合在一起。當然，高壓系統、水循環系統和數控系統也可以單獨設置，如高壓泵5等元件不需要整合在機架25上，使用時只需要將噴射裝置9 接上高壓水源即可，這樣的方式也是可行的，只是自動化程度相對較低而已。高壓水射流柔性漸進成形裝置100啟動后，先將水箱1中注滿水，管道泵將水從水箱1中抽出，流經低壓水管3，由過濾器4過濾后，進入高壓泵5，增壓成高壓水，通過高壓軟管6由噴射裝置固定座16上的噴射裝置9噴出，對固定在夾具10上的板材工件進行沖擊。 數控系統按照設定的加工軌跡，分別通過X軸伺服電機23、Y軸伺服電機21，驅動X軸絲杠 22、Υ軸絲杠20，最終帶動工作臺12移動，以實現板材工件Χ、Υ方向的進給運動。加工完一層后，Z軸伺服電機14驅動Z軸絲杠15，帶動噴射裝置9沿Z軸移動至指定高度，再進行下一層加工，如此循環，直至將零件成形成所需形狀。C軸伺服電機沈，通過固定套觀和固定在其上的推桿四，驅動噴射裝置9繞Z軸旋轉，A軸伺服電機27，通過推桿四，驅動噴射裝置9繞X軸擺動，亦可稱為在既定范圍內旋轉，噴射裝置9具有三個自由度，因此具有較好的柔性，可成形復雜零件。在成形中，還可實時動態的調節高壓水的壓力和流量，壓力調節一般通過控制臺12，即變頻控制柜精確調節，粗調也可使用溢流閥8手動調節，壓力表7實時的顯示工作壓力。為了保證安全，噴射裝置9、夾具10和金屬板材工件都置于防護罩19 內，防護罩19采用強化玻璃加密封裝置，即保證工作時水流不會外濺又不妨礙操作者實時觀察零件的成形過程。防護罩19底部還設有蓄水槽，通過管道泵和低壓水管3將蓄水槽的水回流到水箱1中，實現循環利用。以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
權利要求
1.一種板材高壓水射流柔性漸進成形方法，其特征在于板材在平面內沿既定軌跡作進給運動，通過噴射裝置將高壓水作用于板材表面并對其進行漸進加工，其中，噴射裝置在加工過程中轉動且在既定范圍內擺動，使得高壓水柱亦在既定范圍內擺動且以水柱軸向為軸心轉動，進而完成對板材的加工。
2.根據權利要求1所述的板材高壓水射流柔性漸進成形方法，其特征在于，所述板材沿既定軌跡作X軸方向和Y軸方向的水平運動。
3.根據權利要求1所述的板材高壓水射流柔性漸進成形方法，其特征在于，所述噴射裝置上還連接有推桿，所述推桿的一例固定有固定套，所述固定套連接有兩伺服電機，以分別驅動噴射裝置轉動和擺動。
4.根據權利要求1所述的板材高壓水射流柔性漸進成形方法，其特征在于，所述噴射裝置系安裝在可沿Z軸方向上下移動的噴射裝置固定座上。
5.根據權利要求4所述的板材高壓水射流柔性漸進成形方法，其特征在于，所述噴射裝置固定座與絲杠機構連接，并通過伺服電機驅動絲杠的移動，進而帶動噴射裝置固定座在Z軸方向上移動。
6.一種板材高壓水射流柔性漸進成形裝置，其特征在于，包括固定板材的工作臺，用以帶動板材在平面內沿既定軌跡作進給運動；與工作臺相對設置的噴射裝置，所述噴射裝置用以與高壓水源連接，其中所述噴射裝置連接有兩驅動裝置，以分別驅動噴射裝置轉動和擺動，進而對固定在工作臺上的板材進行加工。
7.根據權利要求6所述的板材高壓水射流柔性漸進成形裝置，其特征在于，所述噴射裝置連接有推桿，所述推桿的一例固定有固定套，兩驅動裝置連接于所述固定套，以分別驅動噴射裝置繞Z軸轉動及相對于X軸擺動，其中兩驅動裝置為兩伺服電機。
8.根據權利要求6所述的板材高壓水射流柔性漸進成形裝置，其特征在于，所述噴射裝置系安裝在噴射裝置固定座上，所述噴射裝置固定座與絲杠機構連接，并通過伺服電機驅動絲杠移動，進而帶動噴射裝置固定座在Z軸方向上移動。
9.根據權利要求7或8所述的板材高壓水射流柔性漸進成形裝置，其特征在于，還包括機架，所述工作臺通過兩絲杠與機架活動連接，以分別沿既定軌跡作X軸方向和Y軸方向的水平運動，其中兩絲杠分別連接有驅動所述兩絲杠移動的伺服電機。
10.根據權利要求9所述的板材高壓水射流柔性漸進成形裝置，其特征在于，還包括高壓系統、水循環系統和數控系統，其中高壓系統包括與水循環系統連接用于產生高壓水及通過高壓軟管與噴射裝置相連的高壓泵、壓力表及溢流閥；水循環系統包括水箱、管道泵、 低壓水管、過濾器及高壓軟管，所述管道泵用以將水從水箱抽出，流經低壓水管和過濾器， 進入高壓泵產生高壓水；所述數控系統包括控制單元，所述控制單元通過對伺服電機的控制實現對噴射裝置或工作臺的運動控制。
全文摘要
一種板材高壓水射流柔性漸進成形方法，其特征在于板材在平面內沿既定軌跡作進給運動，通過噴射裝置將高壓水作用于板材表面并對其進行漸進加工，其中，噴射裝置在加工過程中轉動且在既定范圍內擺動，使得高壓水柱亦在既定范圍內擺動且以水柱軸向為軸心轉動，進而完成對板材的加工。上述板材高壓水射流柔性漸進成形方法利用高壓水流作用于板材表面，將高壓水流的動能轉化為作用于板材的壓力，通過漸進成形的方式完成對板材的加工，不需要使用模具，降低生產成本。此外，還公開了一種板材高壓水射流柔性漸進成形裝置。
文檔編號B21D26/021GK102430635SQ20111034767
公開日2012年5月2日 申請日期2011年11月4日 優先權日2011年11月4日
發明者何凱, 李全昌, 李赳華, 毛賀, 羅群 申請人:中國科學院深圳先進技術研究院