一般的水刀切割机采用的是传统的数控系统,把水刀当做一个刚性刀具,这样的水刀切割出来的工件不可避免地带有前面所提到的切缝锥度误差、表面条纹、及转角处的裙摆误差。有经验的操作人员可以通过编程时设置合理的切割速度来减少上述误差,但这一来对操作人员的要求比较高,二来仅仅通过调整切割速度来减少上述误差会大大增加切割时间和成本,而且并不能从根本上消除上述误差,自主研发的五轴联动智能水刀针对水刀切割的特点,以射流从工件底部的射出点为控制目标,采用数学模型精准地预测射流行走路径上每一点的误差,通过对射流每一步行走的速度、加速度、以及切割头的偏摆角度进行精确的控制,在切割效率最大化的情况下达到自动消除这些误差以获得高精度的目的。操作人员只需要输入工件材料的名称及厚度,我们的智能系统就可以自动进行优化。
水射流切割技术属于一种冷加工技术,具有切割方向没有限制、对材料物化属性影响小、切割精度相对较高成本低、采用水切割因此材料内部不会出现热变形现象等优点。在工业切割、清洗领域应用已十分广泛。按水射流切割所采用的材料为纯水切割和加砂水射流切割也即是磨料水射流切割技术。纯水切割主要应用于造纸业、木材、布匹、塑料等软质材料,而加加砂水射流切割技术则主要应用于硬度较大的材料加工,如大理石切割与雕刻、陶瓷加工业、汽车模型制造[4]。对加工汽车内装饰件的企业来说,传统的加工方法效率低下、产品质量差而且劳动强度巨大,已远远不能满足当前发展的需求。随着水射流技术日新月异的变化和高速的发展,水射流技术和数控技术的联合使用得到了人们的青睐,随之基于数控系统控制的水射流切割设备脱颖而出。
激光切割设备的投资较大,目前大多用于薄钢板、部分非金属材料的切割,切割速度较快,精度较高,但激光切割时在切缝处会引起弧痕并引起热效应;另外对有些材料激光切割不理想,如铝、铜等有色金属、合金,尤其是对较厚金属板材的切割,切割表面不理想,甚至无法切割。目前人们对大功率激光发生器的研究,就是力图解决厚钢板的切割,但设备投资、维护保养和运行消耗等成本也很可观。水刀切割投资小,运行成本低,切割材料范围广,效率高,操作维修方便。
对金属的加工,线切割有更高的精度,但速度很慢,有时需要用其它方法另外穿孔、穿丝才能进行切割,而且切割尺寸受到很大局限,水刀切割可以对任何材料打孔、切割,切割速度快,加工尺寸可选余地大。对一些金属零件可采取冲剪工艺方法,效率高、速度快,但需要特定的模具和刀具,水刀切割与该切割方法相比柔性好,可随时进行任意形状工件的切割加工,尤其在材料厚、硬度高等情况下,冲剪工艺将很难或无法实现,而用水刀切割方法则较为理想;火焰切割也是金属领域常用的切割工艺,切割的厚度范围非常大,但与水刀切割相比其热效应明显、切割表面质量和精度较差。
另外水刀切割能很好地解决一些熔点高、合金、复合材料等特殊材料的切割加工。在玻璃、石材、陶瓷等切割加工行业,传统的方法是用金刚石刀具进行切、锯、铣等,切割的厚度范围非常大、速度较快,但对常规厚度的板材,水刀切割可进行高精度的任意曲线的切割加工,成品率高,降低生产成本,且大大提高加工产品的附加值。
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