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水切割技術的發展趨勢
來源: 時間:2022-02-18 瀏覽:10457
水射流切割技術以其諸多優點得到了越來越廣泛的應用,同時也展現了不同的發展趨勢。 目前的產品生產越來越向多品種、小批量、高 精度方向發展,提高設備的智能化程度是一個主要發展方向,最典型的 就是各種多軸、多維水射流加工系統的投入使用。

多軸多維水射流加工系統最初應用于航空和宇航工業, 目前已成為航空制造業中的標準設備,已在逐步取代激光加工方法。 美國麥道飛機公司(現已并入波音公司)于 1988 年制造并安裝了第一臺實用的 三維磨料水射流切割系統。 該系統有5個控制軸,第六個輔助軸用于 操縱帽狀的射流收集器,其加工零件的尺寸范圍為X軸方向6m、Y軸 方向3m,Z軸方向0. 6m。 波音公司波音777計劃中,制造了一臺具有 兩個Z軸的大型磨料水射流切割系統,其中一個Z軸用于控制切割頭 在Z軸方向運動,另一個Z軸用作坐標測晝機。 整個系統帶有復雜的 由多傳感甜組成的檢測系統,能檢測加工零件和它們的加工誤差。 采 用的萬能夾具由上百個經過編程控制的滾珠絲杠手臂組成,每個手 臂端部帶有真空吸盤,山于水射流切割過程中產生的切削力極小,這些夾具只需承受工件的質噩,可以精確地保證工件的定位,加工精度極高,性能參數可見表15 - 16。 用這臺磨料水射流切割機切割多層碳纖維增強復合材料,切割速度可達2. 5m/min,代替原有的按模板剪切下料的傳統工藝可以節約材料20%,提高生產率40%。 為了克服大型水 射流切割設備價格高的缺點,水射流切割系統生產商開發了一類尺寸中等、價格較低的三維水射流切割設備。 美國開發的中等尺寸五軸機床,加工尺寸范圍為長3m、寬2m,最大加工速度為lOm/min,此時加 工精度為士O.2mm。


提高水射流設備自動化的另-··措施就是對其控制系統的改進。 水 射流加工過程中,既有如壓力、磨料流械、切割頭進給速度等動態控制 變量,也有如混合管直徑、噴嘴直徑等準靜態變凰,還有如混合管長度、 磨料種類等靜態變量。 為了提高精密加工的精度,必須控制動態變量,監測準靜態變量,合理選擇靜態變獄。 為此,開發了射流加工過程的專家控制系統,用于簡化系統設置過程。 在這個系統中,用戶只需輸入靜態參數,指定切割要求,如材料種類、厚度及表面加工質量等,給出按何 種優化方案加工,如最小材料耗費量、最大切割速度和最佳表面質量等 等,系統擰制軟件則在內建的專家知識庫的基礎上自動給出切割過程 中的控制參數,并且還允許修改。 隨著自動控制領域自學習機制研究的深入,目前已可做到只須人帶動機器手沿加工路線行走一遍,機器 手控制系統即可自動產生加工控制數據,輔以一定的人機對話交流信息,機器手即可自動加工,大大提高了系統的柔性。


為了提高系統的自動化程度,開發了全自動快換噴嘴。它由噴 頭本體、噴頭接插件、準直夾具和接插件安裝與拆卸系統組成。 更換噴 頭時,接插件安裝與拆卸系統拆下噴頭接插件,向噴頭本體內裝入新的 接插件,準直夾具用于校準接插組件使其軸線與混合管軸線重合,所有 操作均由機器手完成。 此外,通過計算機閉環控制系統壓力上升曲線, 可適應不同的加工材料,改善加工質攝;通過將力傳感器置于磨料顆粒流中測量磨料顆粒打擊動量的變化,可精確地測出磨料流量,誤差小于5%;通過聲學方法或測批噴頭中水噴嘴下方處混合腔內的真空度,可 以監測噴嘴的壽命;通過測量加工過程中加工材料的聲發射信號,可以在線測量某些加工尺寸,如孔深、切縫深度等等。所有這些發展,為提高射流加工的自動化提供了保證。

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