專利名稱：氣動式數控噴丸強化機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種可以顯著提高零部件抗疲勞性能和抗應力腐蝕能力，延長 使用壽命的表面噴丸強化處理設備。
背景技術：
噴丸強化機是用于對零件進行表面強化的設備，它通過大量高速運動的彈 丸撞擊零件表面，使其表面層發生塑性變形并形成殘余壓應力，從而提高零件 抗疲勞性能和抗應力腐蝕能力，延K其使用壽命的表面噴丸強化處理設備。
噴丸強化機主要按彈丸推進方式分為氣動式噴丸強化機和離心式噴丸強化 機，氣動式噴丸強化機是利用壓縮空氣推動彈丸形成高速的彈丸流來對工件表 面進行強化處理。噴丸強度是噴丸強化機的重要性能指標，其主要影響因素包
括彈丸種類(球、線)，丸粒大小(S-llO、 170、 230等)，彈丸材料(鋼丸、陶 瓷丸、玻璃丸)，彈丸速度，噴頭與零件表面距離，噴丸角度，噴丸時間和噴丸 覆蓋率。噴丸強化機關鍵的也在于對以上重要影響因素的控制。
目前現有技術的噴丸強化機多為結構簡單，功能單一的簡易噴丸強化機。 一般由噴丸室、噴丸罐、彈丸回收及處理裝置、除塵裝置、電氣系統組成。通 常不具備有數控機械手及旋轉工作臺，不能對內孔進行噴丸，也未配置彈丸流 量控制閥。其中有很大一部分還是手持式噴丸機，而多坐標數控噴丸機的目前 還極少， 一般也只做到四坐標控制。
現有技術的噴丸強化機噴槍一般不實現距離及角度的精確自動控制，在加 工的如鋼板、彈簧等質量要求不高的零件時能滿足其工藝要求，但在加工連桿、 葉片等表面形面較為復雜，對噴丸強度及覆蓋率等要求較高的零件時，這類噴 丸強化機則不能滿足要求。對較大曲面零件的加工，只能采用直線移動軌跡進 行噴丸，噴丸強度及覆蓋率將受很大影響，且為實現零件表面均勻噴丸，需要
多次對零件進行裝夾，加工效率較低。而彈丸流量未加精確控制將直接影響彈 丸速度及覆蓋率從而影響噴丸強度的大小，造成實際噴丸強度與產品要求差值 較大。
現有技術噴丸強化機的不足之處還在于彈丸速度，噴頭與零件表面距離， 噴丸角度和噴丸覆蓋率等主要影響噴丸強度的因素不能精確控制，由于其性能 及自動化程度低等原因無法完全滿足加工要求，噴丸加工質量普遍不高。
此外，現有技術的噴丸強化機一般其底部設置有大漏斗和絞龍加斗式提升 裝置，需要深地坑，機械故障率較高，維護困難。
發明內容
為提高噴丸加工質量，解決復雜零件噴丸加工時噴丸強化機不能精確控制 彈丸速度，噴頭與零件表面距離，噴丸角度和噴丸覆蓋率的不足之處，本發明 提供一種能夠對零件不同形面進行準確、均勻噴丸處理的氣動式數控噴丸強化 機，以解決上述現有技術存在的問題。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是 一種數控噴丸強化機，主要 包括，噴丸室、噴丸罐、彈丸回收及處理裝置、除塵裝置、電控裝置，其特征
在于，其噴丸室內設置有由CNC控制的，具有C向旋轉及Y向移動二個自由度 的數控旋轉工作臺，以及具有B、 C向轉動及X、 Z向移動四個自由度的數控機 械手。工件裝夾于工作臺上，由數控機械手夾持外壁噴槍對工件外表面進行噴 丸強化。數控機械手移動機構的Z向拖板上垂直安裝有可拆卸式內孔噴槍，可 對工件內孔表面進行噴丸強化。
本發明相比于現有技術具有如下有益效果。
本發明由數控系統控制彈丸流實現多自由度位置及速度精確控制，可以針 對不同零件編制加工程序，對零件不同形面進行準確的噴丸處理。噴頭與零件 表面距離、噴丸角度的精確控制通過數控旋轉工作臺及數控機械手實現五坐標 多軸聯動控制，并可對大尺寸零件及工件內孔表面進行加工。相比于現有技術 適應性較好，自動化程度高，并可實現彈丸流量的精確控制。數控機械手驅動
裝置置于噴丸室外部，可減小機械系統故障。可充分利用數控系統的示教功能 實現零件加工，簡化程序編制工作，控制更為靈活。
噴丸室內形成的自上而下氣流，能見度較好，室內粉塵濃度相對較低，簡 化了機械部分，降低了維護成本，工作環境也有所改善。與傳統的底部設置大 漏斗，絞龍加斗式提升相比，沒有深地坑。本發明采用的由蜂窩吸塵地板組成 的風力回收裝置結構簡單，維護方便，同一套系統可滿足回收及噴丸室除塵的 功能。
下面結合附圖詳細說明依據本發明氣動式數控噴丸強化機的細節和工作情況。
圖1是本發明數控噴丸強化機的組成結構正向透視圖。
圖2是圖1噴丸室的側向透視圖。
圖3是數控機械手夾持外壁噴槍的工作原理圖。
圖4是數控旋轉工作臺的工作原理圖。 附圖中l.噴丸室，2.外壁噴槍，3.數控機械手，4.X向伺服電機，5.機 身，6.X向直線導軌，7.X向拖板，8.Y向拖板，9.Z向直線導軌，10.立柱，11. Z 向伺服電機，12.支架，13.內孔噴槍，14.工件，15.螺旋選圓器，16.分離器， 17.振動篩選機，18.噴丸罐，19.除塵器，20.離心通風機，21.電控裝置，22. 數控旋轉工作臺，23. Y向伺服電機，24.直角減速器，25.齒輪齒條副，26.直 角減速器，27. Y向直線導軌，28.工作臺C向伺服電機，29.分氣管，30.小漏斗， 31.吸塵風管，32.彈丸流量控制閥，33.B向伺服電機，34.同步帶，35.機械手 C向伺服電機，36.箱體，37.軸承，38.軸，39.機械臂，40.直角減速器。
具體實施例方式
圖1、圖2描述了主要由CNC (即Computer number control的簡寫)計算 機數字控制的噴丸室1、噴丸罐18、數控旋轉工作臺22，數控機械手3、螺旋 選圓器15、分離器16、振動篩選機17、除塵器19、離心通風機20、電控裝置
21等組成的數控噴丸強化機的一個最佳實施例。
工件14裝夾于數控旋轉工作臺22上，由數控機械手3夾持外壁噴槍2對 工件外表面進行噴丸強化。
數控旋轉工作臺22的轉動自由度和移動自由度由伺服電機驅動。其中，C 向旋轉及定位通過其內安裝的工作臺C向伺服電機28及直角減速器26驅動；Y 向移動進給由Y向伺服電機23及直角減速器24連接的齒輪齒條副25驅動，并 沿安裝于噴丸室1底部柵格蜂窩吸塵地板上的Y向直線導軌27移動。
數控機械手3兩個方向的移動自由度和兩個方向的轉動自由度由伺服電機 驅動，其X向移動由安裝于機身5端部的伺服電機4連接減速機及滾珠絲杠副 驅動X向拖板7實現，并沿機身5上安裝的X向直線導軌6移動；立柱10安裝 于X向拖板7上，Z向移動由立柱10頂部安裝的Z向伺服電機11連接減速機及 滾珠絲杠副驅動Z向拖板8實現，并沿立柱10上安裝的Z向直線導軌9移動； 數控機械手3的C擺角由安裝于箱體36上的機械手C向伺服電機35連接的同 步帶34驅動機械臂39轉動，機械臂39由安裝于Z向拖板8正面的箱體36及 軸承37支承；數控機械手3的B擺角由機械臂39頂部安裝的B向伺服電機33 連接機械臂39臂管內的軸38傳動至機械臂39下端部的直角減速機40實現。
與Z向拖板8)固連的支架12上垂直安裝有可拆卸式內孔噴槍13，該噴槍 為直角反射式噴槍，彈丸由噴槍管道垂直向下后經噴槍端部反射面反射后成水 平方向彈丸流作用于工件內孔表面。加工時工件14安裝于數控旋轉工作臺22 上，保持工件14待加工內孔軸心線與數控旋轉工作臺22旋轉軸心線重合，然 后調整X、 Y軸使內孔噴槍軸心線與工件14孔軸心線重合、工件旋轉同時內孔 噴槍(13)上下進給運動實現內孔表面噴丸強化。
該數控噴丸強化機由六軸控制，可實現五坐標運動，通過CNC能的實現多 軸聯動加工，比如曲面的加工。數控系統可選擇SIEMENS或FANUC的數控系統。
噴丸室1由型鋼及鋼板焊接而成，其上部安裝進氣口及防爆燈具，壁板安 裝有耐磨橡膠板。噴丸室1下部裝有柵格蜂窩吸塵地板，其內均布有矩形小漏
斗30和吸塵管道，小漏斗30底部開小口與分氣管29相連，分氣管29與吸塵 風管31連接并連接至分離器16。工作時噴丸室l內形成自上而下的氣流。噴丸 的丸粒及粉塵落入噴丸室1底部后，直接被吸走進入分離器16，彈丸和粉塵的 混合物進行旋風分離，分離后的粉塵從分離器16的上部管道進入除塵器19。除 塵器19采用濾筒式除塵器，脈沖自動反吹清灰，除塵風機采用離心通風機。分 離后的彈丸進入振動篩選機17中進行篩選。將彈丸按直徑的大小篩分出來，符 合直徑要求的彈丸進入噴丸罐18繼續循環使用，超差的彈丸進入廢料桶。經振 動篩選機17篩選后的彈丸將定期被送入螺旋選圓器15進行選圓，合格的彈丸 被送回噴丸室1繼續循環使用。
噴丸罐18是由彈丸流量數控的保壓式噴丸罐，其進丸口連接與振動篩選機 17相通的儲丸斗。來自空氣壓縮機的壓縮空氣經吸附式干燥或冷凍干燥后，通 過多級過濾處理進入噴丸罐18。噴丸罐18可根據噴丸粒的大小設置一個或多個。 單個噴丸罐可帶多把噴槍同時工作，并優先選用大容量，具有噴丸壓力大、效 率高的雙級罐實現連續加壓循環噴丸，以滿足噴丸強化的要求。噴丸罐18的壓 縮空氣入口處裝配有壓力變送器，能在計算機控制系統中顯示噴丸壓力大小的。 彈丸流量控制由與噴丸罐18下部管道連接的彈丸流量控制閥32控制，按工藝 要求可無級數字調節彈丸流量，使用可靠，控制精度較高。該彈丸流量控制閥 32可采用美國EI公司生產的MAGNA VALVE系列流量控制閥。噴丸強化機的控制 采用人機界面，彈丸流量、噴丸壓力加工參數可通過人機交互控制單元分別控 制和顯示。
參閱圖3。所述數控機械手3夾持外壁噴槍2，具有X、 Z兩個方向的移動 自由度和B、 C兩個方向的轉動自由度。
參閱圖4。所述數控旋轉工作臺22，具有Y向移動自由度和C向轉動自由度。
權利要求
1.一種數控噴丸強化機，主要包括，噴丸室、噴丸罐、彈丸回收及處理裝置、除塵裝置、電控裝置，其特征在于，其噴丸室內設置有由CNC控制的，具有C向旋轉及Y向移二個自由度的數控旋轉工作臺，以及具有B、C向轉動及X、Z向移動四個自由度的數控機械手。工件裝夾于工作臺上，由數控機械手夾持外壁噴槍對工件外表面進行噴丸強化。數控機械手移動機構的Z向拖板上垂直安裝有可拆卸式內孔噴槍，可對工件內孔表面進行噴丸強化。
2. 按權利要求1所述的數控噴丸強化機，其特征在于，所述數控旋轉工作 臺(22)的轉動自由度和移動自由度由伺服電機驅動，其中，C向旋轉及定位通過 其內安裝的工作臺C向伺服電機(28)及直角減速器(26)驅動；Y向移動進給由 伺服電機(23)及直角減速器(24)連接的齒輪齒條副(25)驅動，并沿安裝于噴 丸室(1)底部柵格蜂窩吸塵地板上的Y向直線導軌(27)移動。
3. 按權利要求1所述的數控噴丸強化機，其特征在于，所述數控機械手(3) 兩個方向的移動自由度和兩個方向的轉動自由度由伺服電機驅動，其X向移動 由安裝于機身(5)端部的伺服電機(4)連接減速機及滾珠絲杠副驅動X向拖板(7)實現，并沿機身(5)上安裝的X向直線導軌(6)移動；立柱(10)安裝 于X向拖板(7)上，Z向移動由立柱(10)頂部安裝的Z向伺服電機(ll)連接 減速機及滾珠絲杠副驅動Z向拖板(8)實現，并沿立柱(10)上安裝的Z向直 線導軌(9)移動；數控機械手(3)的C擺角由安裝于箱體(36)上的機械手C 向伺服電機(35)連接的同步帶(34)驅動機械臂(39)轉動，機械臂(39) 由安裝于Z向拖板(8)正面的箱體(36)及軸承(37)支承；數控機械手(3) 的B擺角由機械臂(39)頂部安裝的B向伺服電機(33)連接機械臂(39)臂 管內的軸(38)傳動至機械臂(39)下端部的直角減速機(40)實現。
4. 按權利要求1所述的數控噴丸強化機，其特征在于，內孔噴槍(13)具 有Y向移動自由度，其噴槍軸心線垂直于數控旋轉工作臺(22)臺面，安裝于與Z 向拖板(8)背面固連的支架(12)上并可拆卸。
5. 按權利要求1所述的數控噴丸強化機，其特征在于，噴丸罐(18)是彈 丸流量數控的保壓式噴丸罐，其下部安裝有能精確控制及顯示彈丸流量的彈丸 流量控制閥(32)。
6. 按權利要求1所述的數控噴丸強化機，其特征在于，所述噴丸室下部裝 有柵格蜂窩吸塵地板，其內均布有矩形小漏斗(30)和吸塵管道，小漏斗(30) 底部開小口與分氣管(29)相連，分氣管(29)與吸塵風管(31)連接。
7. 按權利要求1所述的數控噴丸強化機，其特征在于，噴丸室頂部設置有 形成自上而下氣流的進氣口 ；其壓縮空氣入口處裝配有壓力變送器。
8. 按權利要求1所述的數控噴丸強化機，其特征在于，數控機械手(3)及 數控旋轉工作臺(22)均由CNC控制。
全文摘要
本發明公開的一種數控噴丸強化機，其噴丸室內設置有由CNC控制的，具有C向旋轉及Y向移動二個自由度的數控旋轉工作臺，以及具有B、C向轉動及X、Z向移動四個自由度的數控機械手。工件裝夾于工作臺上，由數控機械手夾持外壁噴槍對工件外表面進行噴丸強化。數控機械手移動機構的Z向拖板上垂直安裝有可拆卸式內孔噴槍，可對工件內孔表面進行噴丸強化。本發明可以針對不同零件編制加工程序，對其各形面進行準確、均勻的噴丸處理。相比于現有技術適應性好，自動化程度高，可實現對彈丸流的位置及角度、移動速度、彈丸流量的精確控制。解決了表面形面復雜的零件噴丸強化不能精確控制噴槍與零件表面距離、噴丸角度及彈丸流量及速度的不足之處。
文檔編號C21D7/06GK101338359SQ20081004585
公開日2009年1月7日 申請日期2008年8月22日 優先權日2008年8月22日
發明者凱 唐 申請人:成都飛機工業(集團)有限責任公司