[发明专利]一种用于加工拐角结构的螺旋供料装置及磨料供给与轨迹协同调控加工拐角结构的方法

说明书

本发明提供一种用于加工拐角结构的螺旋供料装置及磨料供给与轨迹协同调控加工拐角结构的方法，所述供料装置包括气源、存储罐、磨料罐、螺旋进给机构、ECS控制系统和集束管；所述气源连接至所述存储罐；所述存储罐出口连接至所述磨料罐；所述螺旋进给机构包括伺服电机、减速器、密封外壳、端盖、套筒、格林头和螺杆；所述伺服电机和所述集束管与所述ECS控制系统电连接；所述密封外壳套设于所述螺杆外；所述格林头连接至所述磨料罐；所述密封外壳底部磨料螺旋供给出口与所述集束管连接；所述螺杆分为加料段、压缩段和均化段。本发明能够有效控制高能束射流柱直径，防止工件被“过冲蚀”，防止低压回水引发磨料堵塞。

技术领域

本发明涉及高压磨料水射流加工领域，具体而言，尤其涉及一种用于加工拐角结构的螺旋供料装置及磨料供给与轨迹协同调控加工拐角结构的方法。

背景技术

高压磨料水射流加工是利用高压水射流的动能携带微小自由磨粒以极高速度流经聚焦管，形成高能束喷射到工件表面，进行冲蚀、撞击和破坏，实现对工件材料的切割和去除，其中磨料供给能否均匀稳定及实时可控直接影响被加工零件的质量、效率和可靠性。特别在高压磨料水射流加工诸如叶轮、叶盘这类复杂曲面时，这类零件在叶根拐角处多表现为大曲率结构，为避免在此处出现“过切”现象，因此对磨料的精确供给和实时可调要求极高，市场上磨料水射流加工系统中磨料供给主要还是依靠高压水快速流经集束管形成的负压吸入磨料，通过手动调节阀口大小控制磨料流量；一方面这种供料方式必然导致磨料流动是非恒定连续的，而是一个不断地“拱顶”和“塌方”的“脉冲”式流动；另一方面由于磨粒供给量与高能束射流柱直径发散程度呈正相关，因此在加工叶轮叶片这类复杂曲面零件的大曲率根部时，受数控机床在轨迹根部曲面拐角处执行加/减过程的需要，此时如果磨料供给量不能实时控制，发散的高能束射流柱不仅会使被加工零件根部产生“过切”缺陷，同样部分磨粒逸出高能束射流柱并对表面产生“二次加工”。此外当空气湿度较大或发生低压回水时，势必引起磨料团聚结块，使得磨料不能充分均匀混合，容易在集束管混合腔内发生阻塞，进而影响零件的加工质量和加工效率。

综上所述，磨料水射流加工时磨料输送与轨迹协同调控过程中主要存在以下缺陷：

1、“拱顶”和“塌方”的“脉冲”式流动导致磨料供给量很难精确控制；

2、高能束射流柱发散程度不能得到及时控制进而导致被加工零件产生“二次加工”损伤；

3、在执行复杂轨迹操作时，容易在大曲率拐角处产生根部“过切”；

4、受空气湿度和低压回水影响，磨料容易积聚引起运输障碍；

5、一旦发生磨料堵塞，需要停机清理，造成零件加工质量大打折扣。

由此可见，设计一种能够精确、均匀稳定并且实时可调的磨料输送装置配合轨迹协同调控加工带有大曲率结构零件是实现磨料水射流在复杂曲面零件上应用的一个重要环节。

在以往的针对磨料精确供给的专利发明中，有一些不同类型的例子：

中国专利CN108940105A公开了一种能够精确控制射流前磨料浓度的混合装置，该装置对磨料水射流前混设备关于磨料和水均匀混合的改进，由磨料罐、给料杆、驱动机构、螺旋叶片等组成，通过伺服电机动态驱动螺旋叶片的给料杆转动实现螺旋给料，消除了磨料和水混合中因混入空气导致的射流紊动现象，从而提升高能束射流的稳定性。

中国专利CN103831733A公开了超声振动辅助流化微细磨粒供给装置，该装置涉及采用超声振动使磨料在机械激振和脉冲气流双重作用下发生流化，从而解决磨料堵塞的问题。

中国专利CN106272107A公开了微细磨料水射流脉冲式磁性磨料供给装置，该装置由料仓、气源、调压阀、截止阀、脉冲发射器、电磁控制回路、供气管和供料管组成，工作时，通过脉冲发射器间歇式供料，从而有效解决供料中断和自动化供料问题，提高了加工精度。