新型可调机器人水刀夹持装置

管 依，肖立军，常 勇，张学博

（北京机械工业自动化研究所，北京 100120）

0 引言

水刀是将普通水经过一个超高压加压器，将其压力增加到250—400Mpa后，再经过一直径约0.1-0.4mm的喷嘴喷出，形成一高速“水箭”的设备，该高速“水箭”的速度能达800-1000m/s(约3倍音速)，可以直接用来清洗或切割软基性材料(如泡膜，塑料，橡胶，纸张，皮革，肌肉组织等)，如果在水箭中加入适量的细砂，则几乎可以用来切割任何坚硬的材料（比如石材，陶瓷，不锈钢，铜，铝，玻璃等）。

目前，水刀被广泛地用在机器人上，构成机器人水切割设备，在机器人水切割设备中，机器人与水刀之间使用的连接为硬连接，即通过一安装块将水刀直接固连在机器人的机械臂第六轴上，这种硬连接的问题在于：当水刀更换易损件、更换新水刀或者水刀头发生碰撞时，由于安装精度的误差或水刀碰撞后发生位置改变，导致水刀末端的喷嘴空间位置偏移，为此必须重新编写示教机器人的程序，并且由于重新示教编程会造成大量的原材料浪费和人工时间耽误生产计划。

因此，如何能将水刀可调节的安装于机床或机器人上，就成为目前水切割设备亟待解决的问题之一。

1 可调水刀夹持装置

新型可调水刀夹持装置其结构包括连接杆、连接轴、中间连接件和固定件四部分。

连接杆：用于与机器人的机械臂固定连接。

连接轴：用于与水刀固定连接。连接轴上固定连接一压块，压块及连接轴上具有相对应的弧形开口以构成圆形开口，用于紧固水刀的枪管。

中间连接件：其一端与连接杆连接、另一端与连接轴连接，其与连接杆连接或与连接轴连接至少其中之一的连接方式为转动连接。

固定件：用于固定中间连接件，使连接杆和连接轴之间的相对位置满足于需要位置。

2 安装及使用方法

夹持装置用于将水刀可调安装于机器人的机械臂上，具体来说，是安装于机器人的末端第六轴上。

第一步，用紧固螺钉将连接杆固定于机器人六轴上。

第二步，为了使中间连接件一端与连接杆转动连接、另一端与连接轴转动连接，通过紧固件夹紧中间连接件，将连接杆和连接轴容置于中间连接件的容置口中，此处的紧固件可以是常用的螺钉、螺栓等。

最后，连接连接轴与水刀，连接轴上固定连接一压块，压块上具有弧形开口，连接轴上具有相对应的弧形开口，水刀的枪管穿过两弧形开口对应组成的圆形开口，在通过螺钉将压块固定连接与连接轴后，水刀也就固定连接在连接轴上了。

当水刀需要更换总成或者零件时，松开夹持装置的压块，把水刀拿出更换，更换后由于装配误差使得水刀最前端的加工位置（即，喷嘴位置）出现偏差。这时，需要调整水刀使得更换后的基准达到标准基准，具体调整方法是：拧松紧固件以松开中间连接件，轻微转动连接轴，直到更换后的水刀基准达到标准基准，然后用紧固件把中间连接件重新拧紧。

为了保证中间连接件的夹持力，连接杆和连接轴容置于中间连接件所组成的容置口后，最好与该容置口为线接触，具体而言，可将开口设置为锥形开口 ，这样不仅能使得中间连接件与连接杆和连接轴之间为线接触，从而夹持有力，而且，当连接杆和连接轴松动时由于锥面的存在使其安全可靠不至脱落。

3 结束语

通过新型可调水刀夹持装置的实际应用，改变了传统的水刀硬连接形式为软连接形式，调整方便；提高水刀的工艺性能，由于可以毫无差错的更换水刀及其配件，水刀设备无须给机器人进行程序调整，故此节约工时和备件费用，降低成本，有效的增强企业适应市场的能力和企业产品的市场竞争力。

[1] 梁桂芳.切割技术手册[M],机械工业出版社.