超高壓水切割機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展

超高壓水切割機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展近年來，隨著“超高壓數(shù)控水切割機(jī)”（又稱“水刀”）的成熟和應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，其逐漸進(jìn)入一個(gè)成長(zhǎng)期，這也要部分歸功于中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。依托于更高精度的機(jī)床平臺(tái)和大功率高壓系統(tǒng)，可將水切割應(yīng)用范圍擴(kuò)展到金屬加工和工業(yè)制造領(lǐng)域，加工更多更精密的產(chǎn)品，而不僅僅局限在玻璃、陶瓷、石材等材料的加工。目前超高壓水切割行業(yè)的現(xiàn)狀1水刀切割特性例如在金屬切割中，各種加工手段并存，包括刀具、激光、火焰切割（等離子切割）、電火花、線切割、水切割等加工方式。各種切割手段各有優(yōu)勢(shì)，又都存在一定的局限性，各自占領(lǐng)了一部分市場(chǎng)。但在眾多的切割手段中，只有水切割屬于冷態(tài)切割，直接利用加磨料水射流的動(dòng)能對(duì)金屬進(jìn)行切削而達(dá)到切割目的，切割過程中無化學(xué)變化，具有對(duì)切割材質(zhì)理化性能無影響、無熱變形、切縫窄、精度高、切面光潔、清潔無污染等優(yōu)點(diǎn)，可加工傳統(tǒng)加工及其他加工方法無法加工或難于加工的材料，如玻璃、陶瓷、復(fù)合材料、反光材料、化纖、熱敏感材料等。隨著人們對(duì)水切割技術(shù)了解的進(jìn)一步加深，逐漸認(rèn)識(shí)到水切割技術(shù)在金屬切割行業(yè)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。以激光切割為例進(jìn)行比較，在薄板切割中激光雖然在切割速度方面要優(yōu)于水切割，但在16mm以上的金屬切割中采用激光切割則投資大成本高，而且激光切割材料的切縫周邊仍有一定的熱影響區(qū)。水刀切割金屬材料厚度一般可達(dá)30?100mm以上，并且對(duì)材料無任何影響，再加上水刀對(duì)切割材料沒有限制。綜合這些因素，很多原來選擇激光或其他切割手段的用戶轉(zhuǎn)而選用水切割機(jī)。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±0.02mm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。2水刀應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)切割金屬的粗糙度達(dá)1.6〃m，切割精度達(dá)±0.10mm，可用于精密成形切割；在有色金屬和不銹鋼的切割中無反光影響和邊緣損失；碳纖維復(fù)合材料、金屬復(fù)合材料、不同熔點(diǎn)的金屬復(fù)合體與非金屬的一次成形切割；低熔點(diǎn)及易燃材料的切割，如紙、皮革、橡膠、尼龍、毛氈、木材、炸藥等材料；特殊的場(chǎng)地和環(huán)境下切割，如水下、有可燃?xì)怏w的環(huán)境；高硬度和不可溶的材料切割，如石材、玻璃、陶瓷、硬質(zhì)合金、金剛石等。新技術(shù)在水刀切割中的應(yīng)用情況在各種加工行業(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，從而通過采用球桿測(cè)量?jī)x和激光干涉儀等高精度測(cè)量器具檢測(cè)機(jī)床幾何精度并建立誤差映射表給予精度修正，以此制造高精度機(jī)床。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題。于是，可傾斜切割頭的設(shè)想于1997年被提了出來，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，在切割的過程中不斷地?cái)[動(dòng)切割頭，使得切割出來的工件達(dá)到完美的無斜度狀態(tài)。中國(guó)水刀的發(fā)展中國(guó)水刀在吸收世界同行先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，秉承不斷創(chuàng)新的理念，近幾年經(jīng)共同努力，不斷拓展水刀的應(yīng)用領(lǐng)域，專注于研發(fā)新技術(shù)及輔助裝備。目前我們已有或在開發(fā)的新技術(shù)有：并聯(lián)增壓器的大功率系統(tǒng)。工作壓力可達(dá)到400MPa，功率輸出73.5?157kW。大型高精度數(shù)控水切割機(jī)。金屬切割用大型工作平臺(tái)；X向尺寸可達(dá)5000mm，Y向尺寸可達(dá)8?30m及以上;控制精度：±0.02mm/m;切削精度：±0.1mm;X、Y向運(yùn)動(dòng)速度：0?40m/min;最高壓力：400MPa;最大功率：73.5?157kW;切割頭數(shù)：2?4。NEWCAM軟件。為大幅度地提高“水刀”的切割效果，我們引進(jìn)了先進(jìn)的水切割專用NEWCAM軟件，其CAD模塊具有模塊化編程、自動(dòng)排版套料、CAM模塊具有拐角自動(dòng)減速、切斷自動(dòng)減速等特性，通過在拐角處與切斷點(diǎn)降低速度，解決水切割因水射流的滯后效應(yīng)引起的拐角過切現(xiàn)象與程序結(jié)束點(diǎn)無法切斷的情況，有效提高輔助設(shè)計(jì)、切割的質(zhì)量和效率?？臻g曲線切割水刀(機(jī)器人水刀)?！皺C(jī)器人水刀”有純水切割系統(tǒng)，和加砂切割系統(tǒng)可以切割任何空間曲線，目前被廣泛地應(yīng)用于汽車內(nèi)飾件切割。五軸水刀。雖然機(jī)器人水刀也可以達(dá)到傾斜刀頭切割的目的，然而在精度和剛度上不如傳統(tǒng)機(jī)床，不能用于高精密切割。要達(dá)到高精密的無斜度切割以及進(jìn)行圓錐面、圓弧面、旋轉(zhuǎn)曲面、斜面、坡口等切割，必須使用五軸聯(lián)動(dòng)水切割機(jī)。“廢舊彈藥銷毀”水刀。由于水刀優(yōu)異的低溫切割特性，使得水切割機(jī)可以用于易燃易爆工件的切割，其中最為典型的應(yīng)用就是“廢舊彈藥銷毀系統(tǒng)”。水射流在切斷彈殼的同時(shí)，絕對(duì)不會(huì)引爆其中的炸藥，從而達(dá)到安全、就地銷毀過期彈藥的目的。該技術(shù)已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。雙頭/多頭水切割機(jī)。與大功率高壓發(fā)生系統(tǒng)相匹配，采用多刀頭同時(shí)切割方式，切割效率可提高數(shù)倍而成本增加很少。水刀加工中心。研制成功“水刀加工中心”，集切、銑、磨等多功能于一體，又一次填補(bǔ)國(guó)際空白，通過省級(jí)鑒定，并已申請(qǐng)2項(xiàng)專利(1項(xiàng)發(fā)明專利)。其它輔助設(shè)備。為了提高加工效率，我們還開發(fā)了以下輔助裝備。-超高壓水開關(guān)DWCH：a工作壓力：400MPa;b工作方式：常閉式、氣動(dòng)開啟；c工作性能：10ms內(nèi)開啟或關(guān)閉。?SP7高效能加砂切割頭：水噴嘴與砂管有最近的距離，可最大限度得利用水射流能量，獲得最佳的切割效率。-防回水砂閥：通過引導(dǎo)水流向下流動(dòng)，可以有效地防止回水濕砂。-自動(dòng)供砂系統(tǒng)：將切割磨料不間斷地輸送到切割機(jī)，無需任何人工干預(yù)，并且自動(dòng)檢測(cè)砂量，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，實(shí)現(xiàn)一次加砂長(zhǎng)時(shí)間使用的目的。-自動(dòng)排砂系統(tǒng)：在切割的過程中，自動(dòng)將產(chǎn)生的泥漿抽出，經(jīng)過濾將砂、水分離，再將水反灌到水箱中，保證水箱水位，避免水箱中長(zhǎng)時(shí)間積砂并免除了人工清理。-自動(dòng)調(diào)高系統(tǒng)：在切割過程中，