水切割技术的发展趋势

水射流切割技术以其诸多优点得到了越来越广泛的应用，同时也展现了不同的发展趋势。 目前的产品生产越来越向多品种、小批量、高 精度方向发展，提高设备的智能化程度是一个主要发展方向，最典型的 就是各种多轴、多维水射流加工系统的投入使用。

多轴多维水射流加工系统最初应用于航空和宇航工业， 目前已成为航空制造业中的标准设备，已在逐步取代激光加工方法。 美国麦道飞机公司（现已并入波音公司）于 1988 年制造并安装了第一台实用的 三维磨料水射流切割系统。 该系统有5个控制轴，第六个辅助轴用于 操纵帽状的射流收集器，其加工零件的尺寸范围为X轴方向6m、Y轴 方向3m,Z轴方向0. 6m。 波音公司波音777计划中，制造了一台具有 两个Z轴的大型磨料水射流切割系统，其中一个Z轴用于控制切割头 在Z轴方向运动，另一个Z轴用作坐标测昼机。 整个系统带有复杂的 由多传感甜组成的检测系统，能检测加工零件和它们的加工误差。 采 用的万能夹具由上百个经过编程控制的滚珠—丝杠手臂组成，每个手 臂端部带有真空吸盘，山于水射流切割过程中产生的切削力极小，这些夹具只需承受工件的质噩，可以精确地保证工件的定位，加工精度极高，性能参数可见表15 - 16。 用这台磨料水射流切割机切割多层碳纤维增强复合材料，切割速度可达2. 5m/min，代替原有的按模板剪切下料的传统工艺可以节约材料20%，提高生产率40%。 为了克服大型水 射流切割设备价格高的缺点，水射流切割系统生产商开发了一类尺寸中等、价格较低的三维水射流切割设备。 美国开发的中等尺寸五轴机床，加工尺寸范围为长3m、宽2m，最大加工速度为lOm/min，此时加 工精度为士O.2mm。

提高水射流设备自动化的另-··措施就是对其控制系统的改进。 水 射流加工过程中，既有如压力、磨料流械、切割头进给速度等动态控制 变量，也有如混合管直径、喷嘴直径等准静态变凰，还有如混合管长度、 磨料种类等静态变量。 为了提高精密加工的精度，必须控制动态变量，监测准静态变量，合理选择静态变狱。 为此，开发了射流加工过程的专家控制系统，用于简化系统设置过程。 在这个系统中，用户只需输入静态参数，指定切割要求，如材料种类、厚度及表面加工质量等，给出按何 种优化方案加工，如最小材料耗费量、最大切割速度和最佳表面质量等 等，系统拧制软件则在内建的专家知识库的基础上自动给出切割过程 中的控制参数，并且还允许修改。 随着自动控制领域自学习机制研究的深入，目前已可做到只须人带动机器手沿加工路线行走一遍，机器 手控制系统即可自动产生加工控制数据，辅以一定的人机对话交流信息，机器手即可自动加工，大大提高了系统的柔性。

为了提高系统的自动化程度，开发了全自动快换喷嘴。它由喷 头本体、喷头接插件、准直夹具和接插件安装与拆卸系统组成。 更换喷 头时，接插件安装与拆卸系统拆下喷头接插件，向喷头本体内装入新的 接插件，准直夹具用于校准接插组件使其轴线与混合管轴线重合，所有 操作均由机器手完成。 此外，通过计算机闭环控制系统压力上升曲线， 可适应不同的加工材料，改善加工质摄；通过将力传感器置于磨料颗粒流中测量磨料颗粒打击动量的变化，可精确地测出磨料流量，误差小于5%；通过声学方法或测批喷头中水喷嘴下方处混合腔内的真空度，可 以监测喷嘴的寿命；通过测量加工过程中加工材料的声发射信号，可以在线测量某些加工尺寸，如孔深、切缝深度等等。所有这些发展，为提高射流加工的自动化提供了保证。