[0001] 本发明属于大型工件加工技术领域，尤其涉及一种可移动式的大型构件水切割加工系统及实施方法。

[0002] 随着大厚度高强度钢在船舶制造等领域的推广与应用，对其加工技术的要求愈来愈高。然而大厚度高强度钢的难加工特性使得普通高速切削技术无法胜任其加工所需要的高强度、高硬度、大厚度等特征。为此，国内外许多学者积极研究特种加工方式，并以此来提高大厚度钢材加工的质量，降低加工成本。

[0003] 专利文献CN116079597A公开了一种封头机器人水切割系统及实施方法，包括封头工件、防水飞溅挡板、行走地轨、智能显示屏、智能切割控制系统、倒挂龙门机构、智能切割机器人、水切割头、水切割增压系统、砂罐和蓄水料台，所述封头工件为切割的产品，切割方式为开孔作业，所述防水飞溅挡板用于防止水切割穿孔时产生的水飞溅溢出；所述行走地轨与倒挂龙门机构、智能切割机器人组成切割执行机构。该装置通过龙门架子控制水切割头的位置，但是龙门架的大小也限制了该装置适用的工件大小。

[0004] 专利文献CN115781817A公开了一种悬臂式水刀切割机及其切割方法，包括括收集箱，所述收集箱的一侧上端设置有精确移动组件，精确移动组件的上端设置有定位安装组件，定位安装组件的一侧设置有支撑臂，支撑臂的一端底部设置有水刀喷头，收集箱的内部上端四角处设置有调节压紧组件，收集箱的内部中间设置有渗水网，渗水网的一侧设置有刮除清理组件，收集箱的一侧设置有排水管。该装置采用了悬臂式的水刀切割头，但是该装置仅适合小工件的切割工作，同时需要布置供水口在设备附近，相较于大型工件并不能适用。

[0035] 以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

[0036] 如图1所示，为本实施例提供的大型构件水切割加工系统，包括移动平台1和搭载在移动平台上的水切割机构，以及与水切割机构配套使用的水循环系统4。

[0037] 更具体地，移动平台1位于水切割机构的后部，机械臂部分2位于可水切割机构的中部；水刀组件3位于机械臂部分2的前部上方；水循环系统4位于水切割机构的前部下方。

[0038] 如图2至图6所示，移动平台1包括砂桶5、水冷机67、高压泵、控制柜8、电气柜9、电池10、车体11、轮子12、撑脚13、机器人电柜14以及附件架15，其中砂桶5用于水切割砂的提供；所述水冷机6用于给增压系统降温；所述高压泵7用于产生水切割所需的压力；所述控制柜8及电气柜9用于整个系统的设备、电气控制；所述电池10用于移动平台1的供电；所述车体11和轮子12用于构成移动平台1设备，实现平台组装和移动；所述撑脚13用于固定移动平台1；所述机器人电柜14用于水切割机的控制；所述附件架15用于高压泵7的固定。

[0039] 水切割机构由机械臂部分2、伸缩臂过渡座17、伸缩臂底座18、限位轮组件19、辅助支撑组件20、护板21、减速机22、导轨23和齿条24。所述机械臂部分2作为水切割机构的主体存在，是水切割机构的主要构件，用于连接伸缩臂底座17及水刀组件3，可以进行伸缩带动水刀组件3移动到工作位置；所述伸缩臂过渡座17用于连接伸缩臂底座和伸缩臂；所述伸缩臂底座用于连接伸缩臂16和移动平台1；所述限位轮组件19用于伸缩臂16的限位；所述辅助支撑组件20用于支撑伸缩臂19；所述护板21用于保护伸缩臂16的主体部分；所述减速机22主要用于伸缩臂16伸缩活动时的减速；所述导轨23用于维持伸缩臂16运动轨迹，保证伸缩臂16的直线运动；所述齿条24用于伸缩臂16的伸缩运动驱动，将驱动电机的转动转化为伸缩臂16的直线伸缩运动。

[0040] 限位轮组件20包括齿条、滑块、齿轮、小滑座、小滑座电机、小滑座减速机、限位轮座、大限位轮、小限位轮等主要部分。所述齿条通过被齿轮驱动实现整个限位轮组件的直线运动；所述滑块将限位轮组件与伸缩臂相连，同时实现两者的相对运动；所述齿轮作为传动部件，通过转动借助齿条实现限位轮组件的直线运动；所述小滑座通过滑块与伸缩臂相连，同时连接下方的限位轮座；所述小滑座电机固定在小滑座上用于驱动整个限位轮组件运动；所述小滑轮座减速机用于限位轮组件运动的减速，保证运动的稳定性和安全性；所述限位轮座作为限位轮的主体，限位轮安装在限位轮座上；所述大限位轮用于伸缩臂底部的限位；所述小限位轮用于限位轮组件在沿着伸缩臂方向运动时的限位和保护。

[0041] 如图7至图10所示，水循环系统4包括手柄50、驱动座51、车架52、控制电柜53、水循环电柜54、软水池55、钢水管56、蓄水池57、过渡水箱58、液压站59、格栅网板60、橡胶圈70、水箱架71、上安装台72、剪刀叉升降机73、滑台74、滑台导轨75、吊环76、滑台风琴罩77、水管拖链78、水阀79、水管拖链槽80、水车撑脚81、废水车82、空气压缩机83、钠离子罐84、净水箱85、车架护板86和水箱车轮87。

[0042] 其中，手柄50用于水循环系统4的推动和转向；驱动座51用于安装驱动电机，驱动水循环系统4移动；车架52为水循环系统4的主体结构，用于承载水循环系统4上的各个组件；所述控制电柜53用于水循环系统4以及其上集成系统的电气控制；所述水循环电柜54用于专门对水循环系统4进行电气控制；所述软水池55用于水的软化和存储；所述钢水管56用于水的输送；所述蓄水池57用于水切割后废水的存储；所述过渡水箱58用于水切割收集的废水过渡；所述液压站59用于产生液压，方便废水的快速输送；所述格栅网板60用于防止水切割时穿透的水柱对水箱造成破坏；所述橡胶圈61具有一定弹性，用于贴合大型件的外轮廓，保证废水的收集效率；所述水箱架62用于水箱的放置和固定；所述上安装台63为升降机的上安装台，与水箱架相连，从而实现将水箱固定在升降机上；所述剪刀叉升降机64用于水箱的上升下降驱动，实现水箱的上下移动；所述滑台65作为底座与下方可移动的组件相连，当工程需要时实现水箱的左右移动；所述滑台导轨66用于保证滑台维持一定方向的直线移动；所述吊环67用于水箱替换时吊装的连接点，方便水箱的替换；所述滑台风琴罩68用于导轨的防尘，具有一定的保护作用；所述水管拖链69用于水管的引导和保护；所述水阀70控制水的开关；所述水管拖链槽71用于安装固定水管拖链69；所述水车撑脚72用于保证水循环系统4工作时的固定；所述废水车73用于排出含有大量废切割砂的废水；所述空气压缩机74用于空气压缩产生气压；所述钠离子罐75用于提供软化水所需要的钠离子；所述净水箱76用于经处理废水的再次清洁和提纯；所述车架护板77用于保护水循环系统4的主体结构，同时预防车架52上的部分模块掉落；所述水箱车轮78用于实现水循环系统4的移动及支撑。

[0043] 相机组件包括气缸尾座85、迷你气缸86、翻盖接头87、翻盖88、双目相机89、活页90、相机罩91。所述气缸尾座85用于迷你气缸86的安装；所述迷你气缸86用于对翻盖88进行工作控制，实现翻盖88的开关；所述翻盖接头87用于迷你气缸86和翻盖88的连接，实现迷你气缸86对翻盖88的控制；所述翻盖88用于双目相机89的镜头保护；所述双目相机89用于对工件的加工位置检测，实现对切割位置的调控，保证加工精度；所述活页90用于翻盖88运动的维持，避免翻盖88转动时出现死区并卡住；所述相机罩91用于双目相机89的机身保护，防止反射激溅的加工废水对相机产生伤害，缩短双目相机89工作寿命，或使其损坏。

[0044] 辅助支撑组件20包括安装座25、安装座底板26、电机接头27、电机28、球窝座29、力传感器30、风琴罩31、小拖链架32、小拖链33、丝杆升降机34、传感器35。所述安装座25用于辅助支撑组件25的安装，将其安装在伸缩臂16上；所述安装座底板26将安装座与辅助支撑组件20的丝杆升降机34和电机接头27等部件相连；所述电机接头27将电机28与丝杆升降机34相连，传递驱动力；所述电机28作为辅助支撑组件20的驱动，为其支撑运动提供动力；所述球窝座29作为辅助支撑组件20的底座，与构建内部直接接触发挥支撑作用；所述力传感器30用于力的检测，能够检测力的大小，排除异常状况；所述风琴罩31用于辅助支撑组件20内部撑杆的防尘，起到一定的保护作用；所述小拖链架32用于安装拖链，维持拖链的安装位置防止出现干涉；所述小拖链33对液压管、电路等一系列线缆实现收纳、牵引和保护的作用；所述丝杆升降机34在电机的驱动下进行升降实现辅助支撑组件的上升下降，为伸缩臂提供支撑；所述传感器35用于支撑的接触检测，完成异常情况的监控和预警任务。

[0045] 本实施例提供还提供了一种大型构件水切割加工实施方法，基于上述实例提供的大型构件水切割加工系统实现，包括以下步骤：

[0046] 当大型件完成入位调姿工作，即完成大型件放置、姿态调整、固定等相关工作后，由人工遥控操控移动平台1到达工作的既定位置。移动平台1通过伸缩臂底座18与机械臂部分2连接，当收到人工遥控指令后开始工作，携带机械臂部分2和水刀组件3前往加工位置，在到达预定位置与地面标识对齐后，由人工放下撑脚13，将其固定在工作位置。

[0047] 机械臂部分2通过伸缩臂底座18与移动平台1连接，同时通过盘管圈板43与水刀组件3连接。在工作时，经过移动平台1的移动，机械臂部分2基本到达待加工大型件的待加工位置。工作人员通过上位机对机械臂部分2发出指令，机械臂部分2驱动开始工作，通过齿条24传递力矩，驱动伸缩臂沿着导轨23伸出指定长度，待机械臂部分2伸出至既定长度时，辅助支撑组件20开始工作，电机28驱动丝杆升降机34实现支撑组件球窝座29的上下移动，直至球窝座29底部与大型件接触，起到支撑作用，保证加工时伸缩臂的稳定性。限位轮组件19也通过上位机进行控制。在接收到控制信息后，小滑座电机通过小滑座减速机传递驱动力，通过齿轮与齿条将旋转运动转化为直线运动，使限位轮组件19在机械臂部分2下方运动，直至运动到大限位轮和小限位轮与大型件相接触达到平衡才停止运动，实现工件在加工时的稳定及与伸缩臂的相对静止。

[0048] 水刀组件3在机械臂部分2到达既定位置后开始工作。在大型件进行加工之前，通过人工在其加工位置附近标记有特征点，水刀组件3开始工作前初始保持安全姿态，开始工作后，其运行测量程序，通过双目相机89测量可加工范围内设定的定位点(4、8个定位点)，识别点位名称并测量点位坐标，如果位置存在偏差则根据定位点的测量值和理论值，建立加工末端与待加工件的坐标转换关系，通过程序控制机器人42进行位置修正，最终将实际位置与理论位置统一。完成定位后，加工模块运行水刀切割程序，对待加工区域进行加工，其中，高压泵通过高压管路为水切割头83提供压力，产生高压水，砂盒40通过管线将安装在AGV移动平台的砂桶5内的水切割砂输送到加工末端，同样通过管线与水刀头组件38相连，当高压水从水切割头83冲出时，产生的负压将水切割砂带出并与高压水混合，最终达到水切割的效果，当水切割加工完成后，加工末端将对加工区域进行清理，检查加工质量。接着，机器人换开坡口切割头，运行水刀离产品高度测量程序，对水刀离产品高度进行测量，根据高度测量结果，自动修正水刀开内、外坡口轨迹。机器人换口划线器，对内、外坡口加工轨迹进行划线，在人工确认内外坡口轨迹正确性后，机器人换开坡口切割头，分步完成内、外坡口加工。完成加工区域制孔后，机器人调整至安全姿态。

[0049] 水循环系统4在移动平台1就位后由人工操纵至大型件加工位置下方，放下其周围四个水车撑脚72进行固定后开始工作。人工操作手柄50，由驱动座51提供动力，操纵水循环系统4移动，其中，手柄50用于方向操控。在水切割加工开始工作时，水循环系统4的格栅网板60位于加工位置正下方，防止水切割时穿透的水柱对水箱造成破坏；水切割时，橡胶圈61贴合在大型件加工位置周围区域，由于具有弹性，贴合性较好，且由于下方剪刀叉升降机64、滑台65、滑台导轨66的存在，能够使水箱架62拖动水箱实现上下移动贴合大型件的下表面，也能够实现在小范围内的左右移动，节约加工区域较大时来回挪动水循环系统的时间。
水切割产生的含砂废水，经由水箱通过水管进入到过渡水箱58，其中水切割砂将在过渡水箱58中进行沉淀；随后，通过空气压缩机74产生气压，将废水通过净水箱76，使用钠离子罐
75提供的钠离子对其进行软化，经过净化的水最后存储在蓄水池57中，等待被循环使用。

[0050] 综上所述，本发明提供的加工系统能够根据工作条件与要求进行自由移动，适应多种复杂变换的工作环境。