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专利号: 2023108978219
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-19
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种用于异形内腔结构的微细磨料水射流抛光系统,其特征在于:其包括控制柜、低/高压射流生成组件、自主供料组件、废料收集组件、工业机器人执行机构以及工作台主体框架;所述低/高压射流生成组件包括高压射流生成装置、低压射流生成装置、高低压转换开关、低/高压水进水管以及进水口;所述高压射流生成装置与所述低压射流生成装置集成化设置并借助于所述高低压转换开关进行切换;所述的高压射流生成装置包括第一水源、油源、第一进水过滤器、进/回油过滤器、油泵、第一消音器、溢流阀、进油压表、第一换向阀、液压柱塞泵、第一单向阀、第一低压水压力表以及第一水泵,所述低压射流生成装置包括第二水源、气泵、第二进水过滤器、空气过滤器、安全阀、气体压力表、空气截止阀、第二消音器、第二换向阀、气液增压泵、第二单向阀、第二低压水压力表以及第二水泵;

所述自主供料组件包括自主供料罐以及磨料进料管;所述磨料进料管的第一端连接所述自主供料罐的输出端,所述磨料进料管的第二端连接所述工业机器人执行机构的喷嘴;

所述废料收集组件包括废液收集控制箱、废液收集箱以及废液收集动力电机,所述废液收集箱位于所述工业机器人执行机构下方;所述废液收集控制箱与所述废液收集动力电机设置在所述废液收集箱的底部;

所述工业机器人执行机构包括工业机器人、机器人支撑架以及喷嘴,所述喷嘴设置在所述工业机器人的端部,所述工业机器人借助于机器人支撑架进行安装;所述自主供料罐中的磨料由磨料进料管输送至喷嘴的混合腔中;

所述机器人支撑架包括导轨、滚动轴承、轴承座、滑块、丝杠导轨、支撑板、机器人移动装置底座、双十字万向节、第一同步带轮、传送皮带、第二同步带轮以及驱动电机;所述机器人支撑架固定在支撑板上,所述支撑板通过滑块与导轨连接,所述丝杠导轨固定连接在机器人移动装置底座上;所述第一同步带轮与第二同步带轮之间通过传送皮带连接,所述滚动轴承通过轴承座设置在双十字万向节与丝杠导轨的两侧,所述第一同步带轮连接在驱动电机的输出端,所述第二同步带轮固定在滚动轴承的一端,所述驱动电机固定连接在机器人移动装置底座;

所述控制柜连接上位控制机,所述上位控制机设置有路径规划模块,所述路径规划模块用于对所述工业机器人的抛光路径进行规划,具体规划过程如下:S1、对具有复杂异形内腔结构零部件进行逆向建模,获得复杂曲面的几何模型;

S2、选取最优路径间距值L,假定抛光轨迹为半径R的圆,选择L=5/4R,确保复杂曲面的所有区域均被遍历抛光,生成抛光螺旋路径,抛光螺旋路径中,螺旋线方程为:x=a×cos(θ)

y=a×sin(θ)

z=b×θ

其中,x,y,z分别为三维坐标,a为螺旋线半径,θ为喷头旋转角度,b为螺旋线螺距;

S3、确定最优螺旋线螺距b和最优喷头旋转角度θ,最优螺旋线螺距b为 其中d为微细磨料水射流抛光轨迹的直径;最优喷头旋转角度θ为 其中R为待加工复杂异形内腔抛光轨迹的半径。

2.根据权利要求1所述的用于异形内腔结构的微细磨料水射流抛光系统,其特征在于:所述工作台主体框架包括框架机构、工作台、支撑架以及坐标栅格;所述工作台位于所述框架机构内部,所述坐标栅格设置在所述工作台上表面,所述支撑架设置在所述框架结构的底部。

3.根据权利要求2所述的用于异形内腔结构的微细磨料水射流抛光系统,其特征在于:所述坐标栅格为镂空结构,废液通过坐标栅格流入至废液收集箱中。

4.根据权利要求1所述的用于异形内腔结构的微细磨料水射流抛光系统,其特征在于:所述驱动电机为步进电机。

5.根据权利要求1所述的用于异形内腔结构的微细磨料水射流抛光系统,其特征在于:所述工作台的底部四个角处分别设置有安装架。

6.根据权利要求1所述的用于异形内腔结构的微细磨料水射流抛光系统,其特征在于:所述高低压转换开关连接有三通转换开关阀。

7.根据权利要求1所述的用于异形内腔结构的微细磨料水射流抛光系统,其特征在于:所述废液收集箱内部设置有筛网和加热盘,所述筛网用于过滤湿磨料,所述加热盘用于对所述湿磨料进行烘干,所述废液收集箱的底部借助于泵送装置连接有废水处理装置,所述废水处理装置用于对废液进行处理。

8.根据权利要求1所述的用于异形内腔结构的微细磨料水射流抛光系统,其特征在于:所述机器人支撑架通过内六角螺栓固定在支撑板上。

9.根据权利要求8所述的用于异形内腔结构的微细磨料水射流抛光系统,其特征在于:所述第一同步带轮与第二同步带轮均为高扭矩同步带轮。

10.一种基于权利要求1所述的用于异形内腔结构的微细磨料水射流抛光系统的抛光方法,其特征在于:其包括以下步骤:S1、对复杂异形内腔结构进行抛光路径规划,其包括以下子步骤:S11、对具有复杂异形内腔结构零部件进行逆向建模,获得复杂曲面的几何模型;

S12、选取最优路径间距值L,假定抛光轨迹为半径R的圆,选择L=5/4R,确保曲面的所有区域均被遍历抛光,生成抛光螺旋路径,抛光螺旋路径中,螺旋线方程为:x=a×cos(θ)

y=a×sin(θ)

z=b×θ

其中,a是螺旋线半径,θ是喷头旋转角度,b是螺旋线螺距;

S13、确定最优螺旋线螺距b和最优喷头旋转角度θ,最优螺旋线螺距b为其中d为微细磨料水射流抛光轨迹的直径;最优喷头旋转角度θ为 其中R为待加工复杂异形内腔抛光轨迹的半径;

S2、将抛光路径输入工业机器人,工业机器人开始抛光工作,并在加工过程中根据已抛光表面粗糙度对抛光路径的参数进行实时调整;

S3、将喷嘴固定在任意所需要的坐标点(X,Y)开始抛光加工,同时开启废液收集控制箱对废液进行收集。