第一節(jié) 萬(wàn)能水切割機(jī)基本生產(chǎn)技術(shù)、工藝或流程

高壓水射流切割的原理是將水增至超高壓(≤400MPa)，再經(jīng)節(jié)流小孔(￠0.15~0.4mm)，使水壓勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)樯淞鲃?dòng)能(流速高選900m／s)，用這種高速密集的水射流進(jìn)行切割。磨料射流切割則是再往水射流中混入磨料粒子，經(jīng)混合管(￠0.9～1.5mm)形成磨料射流，用磨料射流進(jìn)行切割。在磨料射流中，水射流作為載體使磨料粒子加速，由于磨粒質(zhì)量大、硬度高，所以磨料射流較之水射流，其射流動(dòng)能更大，切割效能更強(qiáng)。

WJJ／AWJ切割設(shè)備的組成和流程如下：

供水系統(tǒng)→增壓系統(tǒng)→高壓水路系統(tǒng)→磨料供給系統(tǒng)→wJ／AwJ切割頭裝置→接收裝置→運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)表明，藍(lán)寶石水噴嘴的工作壽命取決于水質(zhì)。直接使用自來(lái)永壽命為84小時(shí)，用軟化水的壽命為78小時(shí)，用反滲水壽命為180小時(shí)，用混合層軟水壽命高于200小時(shí)。

第二節(jié) 萬(wàn)能水切割機(jī)新技術(shù)研發(fā)、應(yīng)用情況

一、瑞士百超最新推出的高壓水切割機(jī)

2008年瑞士百超最新推出的高壓水切割機(jī)ByJet Pro L系列，最多可配置4個(gè)全數(shù)控自動(dòng)切割頭，在最短準(zhǔn)備時(shí)間，實(shí)現(xiàn)最高產(chǎn)量和最佳質(zhì)量，效率可達(dá)普通水切割的5倍。高精密切割頭HPT (High Precision Tool) 是高精密切割的重要保證。切割頭間距自動(dòng)調(diào)整，應(yīng)用靈活，大大降低非切割時(shí)間，同時(shí)切割頭間距也是最小的，實(shí)現(xiàn)了最高材料利用率和最高產(chǎn)量，即使最小尺寸零件。其多功能和高精度能夠幫助客戶獲得更多訂單，機(jī)床設(shè)計(jì)理念充分滿足用戶各種需要: 模塊結(jié)構(gòu)滿足用戶所有生產(chǎn)要求?？梢宰詣?dòng)根據(jù)零件幾何排版情況，靈活調(diào)整工作(大零件1個(gè)切割頭－－小零件4個(gè)切割頭)。切割頭高度自動(dòng)跟蹤，防碰撞等功能，保證高質(zhì)量切割，對(duì)于有變形的板材也能有效加工。

二、南京大地水刀研制的“五軸超高壓水切割機(jī)技術(shù)”國(guó)際領(lǐng)先

南京大地水刀股份有限公司自行研發(fā)的“五軸超高壓水切割機(jī)”日前通過(guò)科技成果鑒定。鑒定委員會(huì)認(rèn)為，該產(chǎn)品具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外該領(lǐng)域的空白，其主要性能指標(biāo)達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。

該產(chǎn)品通過(guò)在三軸水切割機(jī)的基礎(chǔ)上增加切割頭的回轉(zhuǎn)軸（C軸）和偏擺軸（B軸），調(diào)整切割頭在切割過(guò)程中的姿態(tài)，解決了切割厚板時(shí)切割面產(chǎn)生斜度的難題，提高了切割效率和切割精度；偏擺角達(dá)±45°，不僅可用于矯正切割斜度，還可用于切斷面為一定斜度（如加工焊接件坡口）的工件加工，并具有加工圓錐體、圓錐齒輪及勻速旋轉(zhuǎn)曲面的功能，拓展了水切割機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。

“以切入點(diǎn)為偏擺中心的偏刀機(jī)構(gòu)”（已獲國(guó)家發(fā)明專利）可將復(fù)雜的五軸聯(lián)動(dòng)控制轉(zhuǎn)化為四軸聯(lián)動(dòng)控制，降低了軟硬件成本，提高了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、航空航天、軌道交通、船舶、汽車、復(fù)合材料加工等 行業(yè) 。

第三節(jié) 萬(wàn)能水切割機(jī)國(guó)外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

從六十年代開(kāi)始，美，英，日和原蘇聯(lián)等國(guó)相繼開(kāi)展了該技術(shù)的 研究 工作。經(jīng)過(guò)約10年的 研究 和開(kāi)發(fā)，在1971年制造出了世界上第一臺(tái)高壓純水射流切割設(shè)備，并用于家具制造中的切割加工，在顯示出水射流切割的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，鑒于純水型的切割能力有限，可切割加工的材料受到限制，故自80年代初開(kāi)始 研究 在水中加入磨料的水射流加工技術(shù)，并取得了迅速發(fā)展。1982年即制成了第一臺(tái)高壓加磨料水射流切割設(shè)備，使之能切割各種金屬和陶瓷等硬質(zhì)材料，從而引起工業(yè)界對(duì)水射流切割方法的重視。

目前“水刀”的數(shù)控平臺(tái)多采用滾珠絲桿和滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的精密傳動(dòng)技術(shù)，控制精度都在±0.02m m以內(nèi)，同時(shí)加砂水射流的噴嘴和切割頭的聚焦性能及長(zhǎng)壽命的噴嘴材料的技術(shù)突破，配合了400MPa 大功率超高壓系統(tǒng)的連續(xù)平穩(wěn)工作，可全自動(dòng)供砂和控砂及高壓水啟、?？刂葡到y(tǒng)配合，使得“水刀”能24 小時(shí)自動(dòng)連續(xù)切割。

 “水刀”兼有強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和控制功能，特別在“轉(zhuǎn)角和尖角”切割時(shí)自動(dòng)減速，以減小切割中甩尾的影響，使得切割面光潔圓滑，加之“水刀”切割具有“磨削”的特性，這使得“水刀”在切割質(zhì)量和效率上都有了極大的變化和提高，而且可直接用于金屬零件的成形切割加工。

第四節(jié) 萬(wàn)能水切割機(jī)技術(shù)開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)、難點(diǎn) 分析

自八十年代以來(lái),我國(guó)僅在航空航天部門引進(jìn)了少量的國(guó)外設(shè)備,且價(jià)格都在數(shù)百萬(wàn)元以上。因此,形成這樣一種局面,一是此種設(shè)備只能依賴進(jìn)口,且價(jià)格昂貴,二是由于進(jìn)口設(shè)備價(jià)格昂貴，又制約了該項(xiàng)技術(shù)在中國(guó)的推廣。因而開(kāi)發(fā)具有我國(guó)超高壓技術(shù)特色,適合國(guó)內(nèi)及國(guó)際市場(chǎng)需求的水切割機(jī)產(chǎn)品是十分迫切和非常有意義的。

水切割機(jī)由超高壓系統(tǒng)(高壓水發(fā)生裝置),數(shù)控切割平臺(tái),高壓管路,噴射系統(tǒng),磨料控制系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)等部分組成,經(jīng)過(guò)對(duì)水切割機(jī)的深入 研究 ,我們認(rèn)為,超高壓技術(shù)是該項(xiàng)目的核心技術(shù)。在超高壓系統(tǒng)中,高壓缸,單向閥,蓄能器等零件要承受壓力從零到數(shù)百兆帕,每分鐘數(shù)十次的高交變應(yīng)力的作用,同時(shí)要經(jīng)受水的腐蝕,如何提高高壓零部件耐壓,耐沖擊,耐腐蝕,耐疲勞能力,提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性,穩(wěn)定性,是該項(xiàng)目急需解決的難題。

第五節(jié) 萬(wàn)能水切割機(jī)未來(lái)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

在各種加工 行業(yè) 中，追求高質(zhì)量、高效率的直接成形加工是目前國(guó)際上的發(fā)展趨勢(shì)，“水刀”切割機(jī)正是針對(duì)這種需求而在相關(guān)的技術(shù)應(yīng)用上不斷創(chuàng)新。

1、高精度的數(shù)控機(jī)床

隨著包括精密滾珠絲桿、伺服電機(jī)、諧振減速單元等技術(shù)的出現(xiàn)，機(jī)床可以達(dá)到更高的位置精度；而反向間隙補(bǔ)償、重復(fù)定位精度的提高，使機(jī)床制造廠商將更大的精力投入到 分析 機(jī)床幾何誤差產(chǎn)生的原因，從而通過(guò)采用球桿測(cè)量?jī)x和激光干涉儀等高。

2、大功率超高壓系統(tǒng)

提高水的能量，將提高其切割能力。水射流能量越大，切割效果越好，所以水切割機(jī)的壓力和最大輸出流量就成為影響切割能力的主要參數(shù)。目前，國(guó)際上對(duì)此也在做進(jìn)一步的 研究 和試驗(yàn)，試驗(yàn)證明，當(dāng)壓力達(dá)到700MPa 以上時(shí)，也可以用清水切割薄鋼板和較硬的復(fù)合材料，這樣進(jìn)一步提高增壓器的壓力可大大提高水切割機(jī)的切割能力。

另一方面，在同等的壓力之下，提高射流的流量（即加大射流的功率）也一樣可提高切割能力，因此而產(chǎn)生多增壓器并聯(lián)技術(shù)：在對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)不做大改動(dòng)的前提下，采用多增壓器并聯(lián)技術(shù)，即將2 個(gè)或多個(gè)高壓發(fā)生器并聯(lián)使用，可以很方便地提高增壓器的輸出流量，采用大口徑噴嘴進(jìn)行切割，這樣水射流有效切割能量更大，切割效果更好。

3、五軸水切割技術(shù)——自校正切割

由于能量梯度的作用，激光、氣體等離子、射流等切割手段在切面越深時(shí)（距噴嘴越遠(yuǎn)），切割能力越差，所以所形成的切割面往往不垂直于工件表面，被稱之為切割斜度，這是所有切割手段的一個(gè)固有缺陷。雖然通過(guò)提高切割能量或降低切割速度可以部分減小切割斜度，但依然存在不能完全垂直切割的問(wèn)題。于是，可傾斜切割頭的設(shè)想于1997 年被提了出來(lái)，目前國(guó)際上已有商用產(chǎn)品，這是解決切割斜度，提高精度最直接有效的方法。其原理是通過(guò)在原有三軸平臺(tái)的基礎(chǔ)上再增加2 個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，刀頭可向任何方向擺動(dòng)，并利用預(yù)先在系統(tǒng)中設(shè)置的斜度模型，通過(guò)對(duì)切割軌跡的實(shí)時(shí)計(jì)算，再根據(jù)被切工件的材料與厚度進(jìn)行修正，在切割的過(guò)程中不斷地?cái)[動(dòng)切割頭，使得切割出來(lái)的工件達(dá)到完美的無(wú)斜度狀態(tài)。

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