回转工件水射流表面强化抛光装置及其加工方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种回转工件水射流表面强化抛光装置及其加工方法，包括多自由度关节机器人、旋转体夹具模块和驱动模块、总控制系统模块、增压器、水射流强化与抛光工具、水射流强化与抛光工具移动驱动及夹具模块。多自由度关节机器人夹持水射流强化与抛光工具，回转工件安装于旋转体夹具模块上，多自由度关节机器人、旋转驱动模块、工具移动驱动模块集成在总控制系统模块中，以对三者进行协同控制，保证回转加工过程中工艺参数稳定和加工表面的全覆盖；可通过改变工件的夹持方式，分别对回转工件的内、外壁加工。加工过程中，强化和抛光的射流方向均与待加工工件轴线垂直，并在工件截面径向不同距离处同时进行加工，以实现表面强化与抛光一体化加工。光一体化加工。光一体化加工。

【技术实现步骤摘要】
回转工件水射流表面强化抛光装置及其加工方法


[0001]本专利技术涉及机械零件表面处理
，特别是涉及一种回转工件水射流表面强化抛光装置及其加工方法。

技术介绍

[0002]疲劳失效是机械零件的主要失效形式之一，零件的疲劳寿命及其表面性能与表面质量关系密切。表面强化是改善机械零件和构件表面性能，提高疲劳强度和耐磨性能的工艺方法；但传统喷丸强化后的金属表面往往会出现凹凸不平的形貌特征，需要进一步抛光处理，以优化其表面质量，以期提高零件的疲劳寿命，但这也暴露了传统强化加工的时间成本较高，工艺繁琐等问题。水射流技术是一种新型表面处理技术，具有热影响小、可调性高、适应性强的优点，在表面改性领域有着广泛的应用前景。
[0003]目前，水射流加工设备大多根据数控车床结构改装而成，研究对象多为平板类试验件。在对水射流加工工艺的研究中，我们发现，一方面，对于回转类工件和复杂受限空间区域，传统机床结构难以满足其加工需求，也难以实现双喷嘴协同调控，加工形式单一；另一方面，水射流强化后的工件表面形貌较为粗糙，在一定程度上对工件的疲劳寿命产生消极影响。并且目前针对回转工件水射流强化抛光装置尚未出现。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种回转工件水射流表面强化抛光装置及其加工方法，以解决上述现有技术存在的问题，实现回转工件内外壁表面强化与抛光一体化加工，极大地提高了加工效率，节省了时间成本；加工后工件的表面质量得到良好改善，并在工件表面引入一定的残余压应力，有望提高其疲劳寿命。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种回转工件水射流表面强化抛光装置，包括多自由度关节机器人、总控制系统模块、旋转体夹具模块、旋转体驱动模块、水箱、水射流强化工具和水射流抛光工具，
[0006]所述多自由度关节机器人为具有六个旋转轴的关节手臂机器人；所述旋转体夹具模块用于装夹和固定旋转体；与旋转体夹具模块连接的所述旋转体驱动模块用于驱动旋转体绕Z轴旋转；与增压器连接的所述水射流强化工具和水射流抛光工具分别用于对旋转体的内外壁进行强化和抛光，所述水射流强化工具和水射流抛光工具分别通过水射流强化工具夹具模块和水射流抛光工具夹具模块固定在多自由度关节机器人上，并在多自由度关节机器人的带动下沿Z轴移动；水射流抛光工具移动驱动和水射流强化工具移动驱动分别用于驱动水射流强化工具夹具模块和水射流抛光工具夹具模块带动水射流强化工具和水射流抛光工具在沿工件截面径向移动；所述总控制系统模块与多自由度关节机器人、旋转体驱动模块、水射流抛光工具移动驱动和水射流强化工具移动驱动电联接。
[0007]优选地，所述旋转体驱动模块包括电机和蜗轮蜗杆机构，所述电机用于驱动所述蜗轮蜗杆机构运动，所述旋转体夹具模块安装在蜗轮蜗杆机构中的蜗轮上并随蜗轮正反向
转动。
[0008]优选地，所述水射流强化工具和水射流抛光工具沿Z轴错位安装，所述水射流强化工具和水射流抛光工具的射流出口方向均与旋转体的轴线垂直，且水射流强化工具和水射流抛光工具分别定位安装在与旋转体待加工表面不同距离处。
[0009]优选地，所述水射流强化工具包括高压水入口、介质混合腔和斜向出口喷嘴，所述高压水入口通过管路与增压器相连，所述增压器中的水通过高压水入口进入所述介质混合腔进行介质混合，所述介质混合腔的出口处设置斜向出口喷嘴，所述斜向出口喷嘴朝向旋转体的内壁或外壁。
[0010]优选地，所述水射流抛光工具包括高压水入口、介质混合腔和斜向出口喷嘴，所述高压水入口通过管路与增压器相连，所述增压器中的水通过高压水入口进入所述介质混合腔进行介质混合，所述介质混合腔的出口处设置斜向出口喷嘴，所述斜向出口喷嘴朝向旋转体的内壁或外壁。
[0011]优选地，所述水射流抛光工具移动驱动包括电机和滚珠丝杠，所述多自由度关节机器人的工作端安装有基座，所述水射流抛光工具移动驱动和水射流强化工具移动驱动上下平行装配在所述基座上。
[0012]优选地，所述水射流抛光工具移动驱动包括电机和滚珠丝杠，所述水射流抛光工具夹具模块装配在所述滚珠丝杠上的丝杠螺母上，所述电机用于驱动滚珠丝杠运动。
[0013]优选地，所述水射流强化工具移动驱动包括电机和滚珠丝杠，所述水射流强化工具夹具模块装配在所述滚珠丝杠上的丝杠螺母上，所述电机用于驱动滚珠丝杠运动。
[0014]本专利技术还提供一种回转工件水射流表面强化抛光的加工方法，应用于上述的回转工件水射流表面强化抛光装置，包括以下步骤：
[0015]首先在旋转体夹具模块上固定好旋转体，然后总控制系统模块驱动多自由度关节机器人带动水射流强化工具和水射流抛光工具移动到位；
[0016]旋转体驱动模块启动，驱动旋转体夹具模块转动并带动旋转体绕Z轴做旋转运动，水射流强化工具和水射流抛光工具沿Z轴错位安装，调节射流出口方向使射流方向与旋转体轴线垂直，且水射流强化工具和水射流抛光工具分别定位安装在与旋转体待加工表面不同距离处；
[0017]水射流强化工具和水射流抛光工具在多自由度关节机器人的控制下沿Z轴移动，水射流抛光工具移动驱动和水射流强化工具移动驱动将按照预先建模的旋转体轮廓形状，实时调节径向距离，以适应不同的旋转体曲面轮廓，对旋转体的内外壁完成先强化后抛光的加工要求。
[0018]本专利技术相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
[0019]本专利技术提出了一种针对回转类工件内外壁的水射流表面强化与抛光一体工艺装置及加工方法，采用多自由度关节机器人辅助夹持水射流表面强化及抛光工具，协同配合旋转驱动模块和工具移动驱动模块，实现回转工件内外壁表面强化与抛光一体化加工。一方面，利用水射流技术灵活、可调的特点，结合工具移动驱动模块，实现不同轮廓形状回转体表面的全覆盖式自适应加工；另一方面，为进一步提高水射流表面强化加工后表面光洁度，提出了一种强化抛光一体的水射流加工装置和方法，强化与抛光同时进行，极大地提高了加工效率，节省了时间成本；加工后工件的表面质量得到良好改善，并在工件表面引入一
定的残余压应力，有望提高其疲劳寿命。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为回转工件水射流表面强化抛光装置的整体结构示意图；
[0022]图2为回转工件外壁旋转水射流表面强化与抛光示意图；
[0023]图3为回转工件外壁旋转水射流表面强化与抛光示意图；
[0024]图4为回转工件外壁旋转水射流表面强化与抛光加工过程示意图；
[0025]其中，1、多自由度关节机器人；2、总控制系统模块；3、旋转体夹具模块；4、旋转驱动模块；5、水箱；6、增压器；7、旋转体；8、水射流强化工具；9、水射流抛光工具；10、水射流抛光工具移动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种回转工件水射流表面强化抛光装置，其特征在于：包括多自由度关节机器人、总控制系统模块、旋转体夹具模块、旋转体驱动模块、增压器、水射流强化工具和水射流抛光工具，所述多自由度关节机器人为具有六个旋转轴的关节手臂机器人；所述旋转体夹具模块用于装夹和固定旋转体；与旋转体夹具模块连接的所述旋转体驱动模块用于驱动旋转体绕Z轴旋转；与增压器连接的所述水射流强化工具和水射流抛光工具分别用于对旋转体的内外壁进行强化和抛光，所述水射流强化工具和水射流抛光工具分别通过水射流强化工具夹具模块和水射流抛光工具夹具模块固定在多自由度关节机器人上，并在多自由度关节机器人的带动下沿Z轴移动；水射流抛光工具移动驱动和水射流强化工具移动驱动分别用于驱动水射流强化工具夹具模块和水射流抛光工具夹具模块带动水射流强化工具和水射流抛光工具在沿工件截面径向移动；所述总控制系统模块与多自由度关节机器人、旋转体驱动模块、水射流抛光工具移动驱动和水射流强化工具移动驱动电联接。2.根据权利要求1所述的回转工件水射流表面强化抛光装置，其特征在于：所述旋转体驱动模块包括电机和蜗轮蜗杆机构，所述电机用于驱动所述蜗轮蜗杆机构运动，所述旋转体夹具模块安装在蜗轮蜗杆机构中的蜗轮上并随蜗轮正反向转动。3.根据权利要求1所述的回转工件水射流表面强化抛光装置，其特征在于：所述水射流强化工具和水射流抛光工具沿Z轴错位安装，所述水射流强化工具和水射流抛光工具的射流出口方向均与旋转体的轴线垂直，且水射流强化工具和水射流抛光工具分别定位安装在与旋转体待加工表面不同距离处。4.根据权利要求1所述的回转工件水射流表面强化抛光装置，其特征在于：所述水射流强化工具包括高压水入口、介质混合腔和斜向出口喷嘴，所述高压水入口通过管路与增压器相连，所述增压器中的水通过高压水入口进入所述介质混合腔进行介质混合，所述介质混合腔的出口处设置斜向出口喷嘴，所述斜向出口喷嘴朝向旋转体的内壁或外壁。5.根据权利要求1所述的回转工件水射流表面强化抛光装置，其特征在于：所述水射流抛光工具包括高压水入口、介质混合腔和斜向出...

【专利技术属性】
技术研发人员：张显程，王公毓，迟雨欣，姚树磊，涂善东，张成成，陈亚龙，刘爽，石俊秒，王宁，贾云飞，
申请(专利权)人：中国航发商用航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：