CN104875120A - 磨料水射流镜像车削实验装置 - Google Patents

Abstract

一种磨料水射流镜像车削实验装置，主要由磨料水射流装置、位移测量装置和夹具装置等组成。其中，磨料水射流装置由水射流加工平台、超高压系统、加砂切割系统、五轴水切割系统、磨料自动供应系统、软水处理系统以及油冷却系统等共同组成。夹具装置由夹紧件、夹紧块、杆件、连接块、支撑板及基板等组成。位移测量装置由红外线传感器、调理器及计算机等组成。通过该装置对工程陶瓷材料进行车削加工，镜像布置于工件材料左右两侧的双高压喷嘴喷出的磨料射流既可以实现对高硬脆的陶瓷材料的无裂痕加工，以提高其综合性能和使用寿命，又可以使左右两侧射流对工件的冲击力相互抵消，从而提高系统刚性，减小工件弹性变形，避免加工易变形等问题。

Description

磨料水射流镜像车削实验装置

技术领域

本发明涉及一种磨料水射流镜像车削实验装置，具体是一种工程陶瓷材料的磨料水射流镜像车削实验装置，通过该装置对工程陶瓷材料进行车削加工。

背景技术

工程陶瓷材料(氧化铝、氧化锆等)具有高硬度、高强度、耐腐蚀、耐磨、隔热、化学稳定性好等优良性能，在军事、航空航天、原子能、空间技术及制造等领域的应用日益广泛。但是，由于工程陶瓷材料的高硬度、高脆性及低断裂韧性等固有属性，其加工工艺性比其他材料差很多，在机械加工过程中极易产生细小的裂痕和应力集中现象，从而导致陶瓷零件的疲劳强度降低，影响陶瓷零件的综合性能和使用寿命。

磨料水射流加工技术作为一种非传统的冷加工技术，近年来得到了迅速发展。相对于其他的传统加工技术而言，它具有无热影响区、无工具磨损、反作用力小、加工范围广、加工柔性高、绿色环保以及操作简单等优点。在精密、微细加工领域，磨料水射流加工技术对高硬度、高脆性等难加工材料精密、微细加工的精度不断提高，拥有广阔的应用前景。

针对工程陶瓷材料的车削加工难题，提出了应用磨料水射流镜像车削，既可以实现对高硬脆的陶瓷材料的无裂痕加工，以提高其综合性能和使用寿命，又可以通过镜像布置的高压喷嘴，令两束射流对工件互为支撑，从而提高系统刚性，减小工件弹性变形、减小和抑制工艺系统振动，以避免切削加工易变形等问题。

发明内容

本发明的目的在于为解决陶瓷材料难加工的问题以及车削加工易产生弹性变形和振动的问题提出的应用磨料水射流对陶瓷材料进行加工，镜像布置两个高压喷嘴，令两束射流对工件互为支撑的方案，提供一种装置实现工程陶瓷材料的精细加工。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：该磨料水射流镜像车削实验装置主要由磨料水射流装置、位移测量装置和夹具装置等组成。

上述磨料水射流装置由水射流加工平台、超高压系统、加砂切割系统、五轴水切割系统、磨料自动供应系统、软水处理系统以及油冷却系统等共同组成。双高压磨料水射流喷嘴镜像布置于工件材料左右两侧。

上述夹具装置由夹紧件、夹紧块、杆件、连接块、支撑板及基板等组成，用于喷枪和车床大滑板连接，实现喷枪夹持、固定，并同时满足三个方向直线运动及一个方向的绕轴转动，方便喷枪的各向调节，满足实验参数调节需要，保证加工顺利进行。

上述位移测量装置由红外线传感器、调理器及计算机等组成，用来采集工件的位移信号，信号经调理器放大滤波，输入到位移采集卡，位移分析软件采集数据并进行分析，即可获得对应切削条件下的工间位移情况。

本发明的有益效果是，运用该磨料水射流镜像车削实验装置，即可以通过陶瓷材料的磨料水射流加工，解决陶瓷材料难加工的问题，提高陶瓷零件的综合性能和使用寿命，又可以通过镜像布置的高压喷嘴，令两束射流互为支撑，从而提高系统刚性，减小工件弹性变形、减小和抑制工艺系统振动，以避免切削加工易变形等问题。

附图说明

图1是磨料水射流镜像车削实验装置示意图。

图中1.车床大滑板，2.夹具装置，3.车床中滑板，4.高压喷嘴，5.进砂管，6.砂斗，7.顶尖，8.红外线传感器，9.三爪卡盘。

图2是夹具装置结构示意图。

图中1.夹紧件，2.夹紧块，3.杆件1，4.杆件2，5.连接块，6.支撑板，7.基板。

具体实施方案

根据图1，磨料水射流镜像车削实验装置主要由磨料水射流装置、位移测量装置和夹具装置等组成。水通过增压器增压至超高压，再通过小孔水喷嘴进入高压喷嘴4混合室，形成高速水射流，并在混合室内产生一定的真空度，磨料在自重和压力差的作用下从砂斗6经过进砂管5被吸入混合室，与水射流产生剧烈紊动扩散和混合，形成高速磨料射流，并以极高的速度经磨料喷嘴作用在陶瓷材料工件上。关于工件材料镜像布置的两个高压喷嘴4喷出的磨料射流，既可以互相支撑，抵消部分切削力以减小工件变形，又可以实现陶瓷材料的精细加工。陶瓷工件采用三爪卡盘9及顶尖7一夹一顶的装夹方式，车刀底部有垫片用于调节顶尖7对准工件中心。红外线传感器8固定在高压喷嘴4上，进行工件位移信号采集，经过传出、处理、分析等步骤，获得相应工况下的工件位移情况。夹具装置包括夹紧件1，夹紧块2，杆件3、4，连接块5，支撑板6，及基板7等。其中杆件3、4、支撑板6及基板7上均设有刻度标尺，用于高压喷嘴4夹持、固定，并同时满足三个方向的直线运动及一个方向的绕轴转动，方便其各向的准确调节，保证加工的顺利进行。

使用磨料水射流镜像车削实验装置，主要进行的是陶瓷材料的精细加工，所以在进行陶瓷材料的磨料水射流镜像车削加工前，先对陶瓷材料进行普通车削加工，得出此时加工后的表面粗糙度以及工件的加工变形情况，以便与接下来的磨料水射流镜像车削进行对比。

使用该磨料水射流镜像车削实验装置进行陶瓷材料加工时，首先应根据加工要求，合理选择好磨料种类，设置好喷射压力、磨料流量及喷射靶距等工艺参数。然后按照图1设计要求对夹具装置2及高压喷嘴4等进行组装连接。其中，高压喷嘴4为两个高压喷嘴组成的喷嘴组，两喷嘴喷出的高压射流既互为支撑，又对工件材料实现精细加工，因此，应确保两喷嘴各工艺参数相同，并且镜像布置于工件两侧。

加工结束后，切断所有电源，清理加工现场，分拆各个装置，对各部分进行清洁、干燥等处理，放置好以供下次加工继续使用。

Claims (4)

1.一种磨料水射流镜像车削实验装置，主要由磨料水射流装置、位移测量装置和夹具装置等组成。其特征是：所述磨料水射流装置由水射流加工平台、超高压系统、加砂切割系统、五轴水切割系统、磨料自动供应系统、软水处理系统以及油冷却系统等共同组成。其中，双高压磨料水射流喷嘴镜像布置于工件材料左右两侧。

2.根据权利要求1所述的磨料水射流镜像车削实验装置，其特征是：所述夹具装置由夹紧件、夹紧块、杆件、连接块、支撑板及基板等组成，其中基板通过螺钉固定于车床大滑板上，夹紧块与杆件采用焊接，杆件、支撑板及基板上均设有刻度标尺。

3.根据权利要求1所述的磨料水射流镜像车削实验装置，其特征是：位移测量装置由红外线传感器、调理器及计算机等组成，其中计算机为同一计算机且为工控计算机。

4.根据权利要求1所述的磨料水射流镜像车削实验装置，其特征是：所述两个高压喷嘴通过夹具装置镜像布置在车床中滑板上，喷头可调节方向和角度，喷嘴可根据加工要求进行替换。