五軸水刀切割數(shù)控機(jī)床的研究現(xiàn)狀
國(guó)外的水刀切割技術(shù)大約產(chǎn)生于 20 世紀(jì) 60 年代，它主要應(yīng)用于沖蝕土壤和采礦等；在 70 年代末，美國(guó)推出了超高壓水切割機(jī)，此時(shí)水切割技術(shù)向著高壓水切割的趨勢(shì)在發(fā)展
國(guó)外的水刀切割技術(shù)大約產(chǎn)生于 20 世紀(jì) 60 年代，它主要應(yīng)用于沖蝕土壤和采礦等；在 70 年代末，美國(guó)推出了超高壓水切割機(jī)，此時(shí)水切割技術(shù)向著高壓水切割的趨勢(shì)在發(fā)展；大約在 80 年代中期，磨料水切割機(jī)（加磨料的水切割技術(shù)）已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)[8]。目前，國(guó)外的有關(guān)水切割設(shè)備公司中，比較出名的有日本的松野機(jī)器公司、英國(guó)的 Desith 公司、及美國(guó)的 Flow Systms 公司。其中美國(guó)的 Flow Systms公司生產(chǎn)的超高壓水切割數(shù)控系統(tǒng)中開(kāi)發(fā)了 CAD/CAM 軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)雜輪廓的自動(dòng)編程和加工操作的功能。目前，國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)主要是研究五軸或是六軸的水切割數(shù)控機(jī)器人結(jié)構(gòu)機(jī)床及離線自動(dòng)編程技術(shù)，這種結(jié)構(gòu)的機(jī)床主要用于小型汽車的內(nèi)飾件的加工，功能比較強(qiáng)大[9~10]。然而，由于機(jī)器人機(jī)床結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜且造價(jià)比較昂貴，所以在各行各業(yè)中的推廣應(yīng)用比較困難。 國(guó)外的水切割技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的比較成熟，然而我國(guó)對(duì)水切割技術(shù)的開(kāi)發(fā)與研究起步較晚，一直到 20 世紀(jì) 80 年代才開(kāi)始進(jìn)行專門的研究。我國(guó)最早投入到水切割機(jī)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用的有南京大地水刀股份有限公司，該公司于 1996 年成功的研制出了第一臺(tái)水切割機(jī)，打破了水切割機(jī)領(lǐng)域被國(guó)外少數(shù)公司所壟斷的局面，標(biāo)志著我國(guó)“水切割”技術(shù)的應(yīng)用起步[11]。2002 年成功研制了中國(guó)第一臺(tái)超高壓水切割廢彈藥銷毀系統(tǒng)，2004 年成功研制了國(guó)內(nèi)首臺(tái)超高壓空間水切割系統(tǒng)[12]。目前，國(guó)內(nèi)有專門生產(chǎn)數(shù)控高壓水切割機(jī)床的公司，如南京大地水刀、浙江蘭巖浙臣、上海維宏等水刀切割設(shè)備公司。近幾年，國(guó)內(nèi)的水切割技術(shù)在吸收世界先進(jìn)水切割技術(shù)的同時(shí)，不斷開(kāi)拓創(chuàng)新，努力學(xué)習(xí)和發(fā)展新技術(shù)并將其應(yīng)用于新的領(lǐng)域。目前已有或在開(kāi)發(fā)的新技術(shù)有： （1）水刀加工中心。將切、銑、磨等多個(gè)功能集成于一體的水切割數(shù)控機(jī)床。 （2）“廢舊彈藥銷毀”水刀。由于水切割屬于冷態(tài)切割，所以適用于易燃易爆產(chǎn)品的切割，且不會(huì)引爆產(chǎn)品，進(jìn)而達(dá)到安全的銷毀過(guò)期或是無(wú)用的彈藥的目的。 （3）空間曲線切割水刀（機(jī)器人水刀，如圖 1.2 所示）。機(jī)器人水切割系統(tǒng)現(xiàn)在主要被應(yīng)用于汽車內(nèi)飾件切割，可以切割任何空間曲線，功能比較強(qiáng)大。 （4）五軸水刀。雖然通過(guò)機(jī)器人水刀機(jī)床可以解決切割斜度的問(wèn)題，但仍存在精度的問(wèn)題，不適用于需要高精度產(chǎn)品的切割。所以為了達(dá)到無(wú)斜度且精度較高，還需研究五軸聯(lián)動(dòng)水切割機(jī)床。 （5）新開(kāi)發(fā)的 CAM 軟件在數(shù)控水切割機(jī)床中的應(yīng)用。對(duì)于水切割數(shù)控機(jī)床而言，需要根據(jù)水切割加工工藝，編制專用的數(shù)控加工 G 代碼，直接驅(qū)動(dòng)機(jī)床軸的運(yùn)動(dòng)。CAM 模塊就是根據(jù)給定的二維圖形及水刀工藝參數(shù)，自動(dòng)生成數(shù)控加工代碼，有效的提高了輔助設(shè)計(jì)及切割效率。 （6）大型多頭高精度水切割機(jī)床。
總而言之，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的水切割機(jī)床大多數(shù)為二維或二維半數(shù)控機(jī)床，可以對(duì)工件進(jìn)行切削加工，但是其只能對(duì)平面圖形進(jìn)行切割，功能相對(duì)單一且能力有限。五軸聯(lián)動(dòng)水切割數(shù)控機(jī)床由于在三軸數(shù)控機(jī)床上多出了兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，提高了數(shù)控加工的能力，但是也增加了數(shù)控編程的難度，現(xiàn)通用的 CAM 軟件并沒(méi)有針對(duì)水切割特殊的加工工藝要求進(jìn)行具體的設(shè)
計(jì)，并且五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床在進(jìn)行五軸數(shù)控 G 代碼編程時(shí)要考慮刀具半徑補(bǔ)償?shù)姆治觯箶?shù)控機(jī)床在硬件條件有限的情況下，能夠提高其加工精度。
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