數控機床

  
 
 
      一、概述

      將普通的水通過（guò）加壓蓄能的方法而獲得200~400MPa及以上的高壓再通過孔徑為0.1~0.5mm的人造藍寶石噴嘴噴射而產生800~1000m/s的高速射流，運用這束高速水箭或再加入少量細砂對工（gōng）件進行（háng）壓射和運動而形成切割，其產生的溫度最高（gāo）在60℃以（yǐ）內，故可稱（chēng）之為“冷態切割技術”。這（zhè）項技術適用性廣泛（fàn），可以加工（gōng）很薄、很軟的金屬和非金屬材料，例如銅、鋁、塑料、木材、橡膠等（děng）七八十種材料和製品，可以代替硬質合金切（qiē）槽刀具。並且可以按照任（rèn）意角度切割，具（jù）有無熱變形、切縫窄（zhǎi）、精度高、切麵光（guāng）潔及綠色環保（bǎo）等優（yōu）點。

      在碳纖維、鈦（tài）合金、鋁（lǚ）合金、蜂（fēng）窩結構及複（fù）合材料的成形加工中（zhōng），水切割技術已經成為國際公認的最理想的加工方式。

       二、水射流技術的（de）發（fā）展動向

      當今世界上，追求高質量、高精度、高（gāo）效率的（de）直接成形加工（gōng）是各種切割及加工行業的（de）發展（zhǎn）動向（xiàng），“水刀”切割機正（zhèng）是針對這種需求在技術應用領域中不斷創新。

      （1）高精度的“水刀”數控機床隨著精密機床的精密零部件及技術等的出現，機（jī）床可以達到更高的位置精度、運（yùn）動速度和方向間隙補償，提高重複定位精度（dù）。分析機（jī）床幾何誤差產生的原因，再通（tōng）過采用球杆（gǎn）測量儀和（hé）激光（guāng）幹涉儀等高（gāo）精（jīng）度測量器具檢測機床幾何精度，並建立誤差映射表來給予精度修正，以（yǐ）此製造（zào）高精（jīng）度機床。

      （2）五軸控製技術實現斜度或垂直切割於1997年（nián）提出（chū）來的傾斜切割頭的設想，目前國（guó）際（jì）上已有商用產品供應。這是解決切（qiē）割（gē）斜度，提高加工精度最（zuì）直接有效的方法。它的特點是在（zài）原有三軸平台X、Y、Z的基礎上再增加兩個旋（xuán）轉軸，使刀頭向任何方向擺動，並利用在係統中預先設置的斜度模型，通過（guò）對切（qiē）割軌跡的實時（shí）分析（xī）及計算，再考（kǎo）慮對被切工（gōng）件的材料與厚度進（jìn）行修（xiū）正，在切割過程中不斷擺動切（qiē）割頭，使得切割出來的工件達到完美的斜度（dù）或垂直（或角度）切割。

      （3）六軸機器人“水刀”——空間曲線水切割係（xì）統“機器人水刀”運用（yòng）靈活、方便（biàn）、切割精度高。它（tā）分純水切割係（xì）統和（hé）加砂切割係統（tǒng）兩大類，可以切割任意空（kōng）間曲線。目前，技術已趨成熟，並已廣泛應用於汽車內（nèi）飾件及空間曲線構件的切（qiē）割。

      （4）大功率超高壓係（xì）統水射流能量越大，切割效果越好，所以水切（qiē）割機的壓力和輸（shū）出流量成為影響切割能（néng）力的主要（yào）參數。據國外研究證明：當壓力（lì）達到700MPa以上時，也可以用（yòng）純水切割薄鋼（gāng）板和較硬（yìng）的複合材料（壓力過低會（huì）降低切割邊質量，尤其對複合材料，容易引起材料離層（céng）或起（qǐ）鱗）。但提高係統壓力會帶來許（xǔ）多難題，相比之下，增加係統的（de）流量（liàng）會（huì）容易一些。另外，在同等壓力之下，加大射流的功率同樣可提高（gāo）切割（gē）能力，為此產（chǎn）生了多增壓器並聯技術，可以較方便地提高增壓器的輸出流量（liàng），采用大口徑噴嘴進行切割，水射流有效切割（gē）能量更大，效（xiào）果更好。

      發展和（hé）采用上述新技術（shù）和新設備可以完成零件（jiàn）檢測、導向、修邊和鑽孔等多（duō）種切割加工需求，可以省去采購多項（xiàng）設備，節（jiē）省產品在多種設備上的流轉流程，實現一次定位（wèi）加工，提高了產品的加工精度和生產成本（běn）。

       三、水射流技術（shù）在航空工業中的應用

      隨著航空工業以節能環保為起點的迅速發展，廣泛采（cǎi）用新材料、新工藝、新結構，由此帶來尋求（qiú）製造的新方法。航空製造業（yè）是“水刀”的一個重點應用領域。

      （1）飛機的外殼飛機外殼（ké）多采用鋼、不鏽鋼、鈦合金、鋁合金及碳纖（xiān）維材料製成，針對這種材質可以采用大型切割機，400MPa大功率高壓係統、五軸控製切割頭進（jìn）行切割（gē）加工。

      （2）機身、機翼、起（qǐ）落（luò）架等（děng）骨架結構件這些部件不但有高的強度要求，而且在（zài）滿足強度要求的（de）條件下，又需（xū）減（jiǎn）輕自身重量，減少（shǎo）能耗，為此常用材料有合金鋼（gāng）、不（bú）鏽鋼、鋁合金、鈦合金及碳纖維等。對從波（bō）音777和空中客車A380的尾（wěi）部到波音7E7和（hé）F117的機翼；從噴氣（qì）發動機的渦輪葉片到阿（ā）帕奇直升機，針對這些結構件可采用多功能水刀切割機，400MPa大功率高壓係統，5軸切割頭進行切割加工。

      （3）通風係統通風係統的管道（dào）及（jí）聯接法蘭（lán）考慮常采用鈦、鋁合金及碳纖維製成，針對這種材質可采（cǎi）用400MPa中小功率高壓係統，中小型切割機及通用切割頭進行切（qiē）割加工。

      （4）內飾、座椅等這些部件多采用鋁合金、工程塑料（liào）座支架承重。采用（yòng）泡（pào）沫（mò）塑料（liào）為襯墊，用化（huà）纖織品、皮革、人造革為包皮，可采用機器人水刀（dāo）（六軸控製）、400MPa中小功率高壓係統，純水切割頭進行切割加工。

      （5）飛機門窗以及（jí）內隔屏（píng）等（děng）它（tā）們都采（cǎi）用玻璃和（hé）夾膠玻（bō）璃製成。可采用中小型切割機（jī）、300~400MPa小功（gōng）率高壓係統，通用水（shuǐ）切割頭或（huò）水切割加工中心（xīn）進行切割加工。

       四、結語

      國外已成（chéng）功地用加砂水（shuǐ）刀對複合材料（liào）進行鑽孔和切割時無需進行表麵剝離，並能夠容易地和新式或者現有機器人（rén）和（hé）門架集成一起（qǐ），可以為短期運行快速重新編程，快速更換或者取消機（jī）頭、模板、導向器（qì）和手工修邊。這樣可使切割（gē）複合材料的速度（dù）更快，工具壽命更長，不（bú）產生（shēng）灰塵，能更（gèng）幹淨、更安全地提高生產效率。