[发明专利]一种水切割刀头角度调整机构

说明书

技术领域

本发明涉及机械角度调整机构，具体涉及一种水切割刀 头角度调整机构。

背景技术

随着水切割超高压密封、安全等关键技术的逐步解决， 水切割设备在很多行业已获得广泛应用，但是切割斜度的问 题一直困扰国内行业的发展。

包括水切割在内的所有切割手段都有一个固有缺陷，切 割做功后一定会产生能量的衰减，由于能量梯度的作用，工 件厚度越大，切割能力越差，所形成的切割面往往不垂直于 工件表面，导致切割材料顶部和底部的切割曲线不一致，称 之为切割斜度，一般斜度会在3-5度。斜度大小与材料的厚 度、切割速度、运行压力等有关，厚度越小、切割速度越慢、 压力越大斜度就越小，但切割斜度依然不能完全消除。这正 好和客户的使用要求相反，客户希望以尽可能快的速度、切 割更厚的工件，并达到尽可能高的切割精度，同时国产水切 割设备的实际运行压力一般在220MPa左右，属中低压水平， 本身切割的工艺性就较差，所以切割斜度的问题亟待解决。

要解决切割斜度的问题，需要水切割刀头角度能够实时 调整。目前的解决方法是通过在原有三轴平台XYZ或简单的 二轴平台XY(其中高度方向Z轴可采取手动)的基础上再增 加两个旋转轴，变成五轴联动或四轴联动系统，实现刀头可 向任何方向摆动。现有的方法虽然可解决刀头角度调整的问 题，但由于系统复杂、成本高，并未获得广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种水切割刀头角度调整机 构，它具有结构简单、操作稳定可靠、空间调整范围大、工 作寿命长等特点。

本发明的技术解决方案是：该角度调整机构包括三根相 同的杆件、固定平台和刀座，所述的杆件由小型伺服电机、 联轴器、丝杠组成，小型伺服电机通过联轴器联接丝杠，刀 座上呈等边三角形分布三个转动副，杆件下端的小型伺服电 机通过转动副与刀座相联，杆件中的丝杠与螺母组成螺旋 副，螺母通过球面副与固定平台相联，固定平台上的三个球 面副呈等边三角形分布。

安装时，在刀座上联接水切割刀头，三个转动副的中心 与水切割刀头的中心重合；工作时，在小型伺服电机的带动 下，三根杆件通过转动副、螺旋副、球面副自如的改变空间 角度并延轴向改变长度，从而带动刀座向任何方向的摆动， 最终实现刀头角度调整。

本机构是刀头角度调整的执行机构，系统中应预先设置 斜度模型，斜度模型通过对切割轨迹的计算，获得刀头的实 时偏摆角度；切割前需根据本次切割的具体材料和设定的工 艺输入修正参数，修正预先设置的斜度模型，修正参数包括 四项：被切工件的材质、工件厚度、切割速度、运行压力， 刀头切割时按已修正斜度模型不断地摆动刀头、实时调整角 度，使得切割出来的工件达到无斜度状态。

本机构具有以下显著的优点：本机构的运动主要靠杆件 的伸缩和偏摆完成，传统杆件的伸缩和偏摆多通过液压缸、 液压杆的运动实现，其运动控制则靠液压油的流量来实现， 不可避免地存在控制精度低、实时性差的缺点，特别是微量 运动时，由于液压装置极易泄漏，控制精度更低；同时采用 液压缸杆还需单独配置液压站，附属装置复杂、庞大，成本 高；采用液压缸杆实现杆件的伸缩，还会由于液压杆行程的 限制导致整个机构的运动范围受限；同样由于液压装置的密 封与泄漏问题，液压系统的工作寿命普遍较短。而本机构杆 件的运动由小型伺服电机控制，通过丝杠螺母的运动实现， 有效克服了上述缺陷，本机构的三根杆件通过转动副、螺旋 副、球面副运动自如，运动控制准确，实时性好，整体结构 简单可靠，空间调整范围大，工作寿命长。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的刀座部分示意图。

图中：1刀头，2刀座，3转动副，4小型伺服电机， 5联轴器，6丝杠，7螺母，8球面副，9螺旋副，10固定平 台。

具体实施方式

如图1所示，该角度调整机构包括三根相同的杆件、固 定平台10和刀座2，所述的杆件由小型伺服电机4、联轴器 5、丝杠6组成，小型伺服电机4通过联轴器5联接丝杠6， 刀座2上呈等边三角形分布三个转动副3，杆件下端的小型 伺服电机4通过转动副3与刀座2相联，杆件中的丝杠6与 螺母7组成螺旋副9，螺母7通过球面副8与固定平台10相 联，固定平台10上的三个球面副8呈等边三角形分布。

安装时，如图2所示，在刀座2上联接水切割刀头1， 三个转动副3的中心与水切割刀头1的中心重合；工作时， 在小型伺服电机4的带动下，三根杆件通过转动副3、螺旋 副9、球面副8自如的改变空间角度并延轴向改变长度，从 而带动刀座2向任何方向的摆动，最终实现刀头1的角度调 整。