CN103009267A - 一种高压水射流切割时准确获取后拖量信息的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高压水射流切割时准确获取后拖量信息的方法，包括以下步骤：（1）高压水射流切割机按照预先设计的切割工艺对工件进行切割；（2）当实际的切割速度与预先设计的切割速度相等时，在任意切割位置，切断磨料源；（3）测量工件的后拖量信息。其中切断磨料源的方法为在靠近喷嘴处切断磨料进入管。测量工件的后拖量信息的方法为采用钢针千分表测量工件在切深不同的多个测量点的后拖量。本发明所述的方法通过在切割速度达到预先设计的切割速度后的任意切割位置，切断磨料源，来保留后拖量信息；并采用特制的钢针千分表进行多点测量，来精确的获取后拖量信息。该方法简单易行，便于实施，可操作性强。
Description
技术领域
本发明属于高压水射流切割领域，确切的说，涉及一种高压水射流切割时准确获取后拖量信息的方法。
背景技术
高压水射流技术是近三十年来发展起来的一项新技术。此技术是通过高压泵将普通自来水加压并迫使高压水经一个直径很小的高压水射流喷嘴喷射而出,形成一股高速水射流,其速度可高达1000米/秒。此射流可用来加工各种较软材料或薄的硬质材料。通常情况下，在此射流中加入磨料，使其形成一股高速磨料射流，此磨料射流可用来加工任何材料，包括金刚石。高压水射流技术被认为是当前世界上发展最快的主流切割技术。与其它切割加工技术相比，高压水射流具有许多非常独特的优越性，如作用力小(<40N)、无热效应、无尘、适应性广、加工柔性强等显著优点。因此，高压水射流技术当前已被广泛应用于金属、塑料、石材、橡胶等领域的切割。
后拖量的存在是高压水射流切割时最常遇到的问题之一，如图1所示，射流对材料的切入点A1与切出点A2不在同一条垂直线上，切出点相对于切入点有一滞后量（y-x），该滞后量称为后拖量。后拖量对高压水射流切割过程有较大影响，主要表现在：1、采用高压水射流对材料进行直线切割时，切割头移动的距离必须超过实际需切割的距离。对于厚度不厚、形状简单、易切的材料而言，后拖量的存在对切割速度的影响不是很大，然而，如果待切割的材料厚度较厚、切割路径存在许多拐点且较难切割，则后拖量的存在将极大降低切割效率。2、切割转角和小圆弧时，后拖量的存在会造成被切割材料上下不一的形状误差以及切缝锥度误差。因此，有效减少甚至消除后拖量对高压水射流切割过程的影响不但可以大大节约切割时间、节省切割成本，同时还可提高切割精度，极大扩展高压水射流技术的应用空间。
一般情况下，切入点到切出点沿一条平滑曲线过渡，该平滑曲线信息的获取可帮助揭示切割机理、建立切割模型，对水射流切割机的开发设计具有重要意义。本发明中将从切入点到切出点之间的曲线信息称为后拖量信息。
通过调控切割速度或者采用可调角度切割头可有效减少甚至消除后拖量的影响。然而，进行这些调控和补偿的前提是要准确获取后拖量的信息，如在一组切割参数控制下对选定的材料进行切割时产生的后拖量是多少？从切入点到切出点之间的曲线如何过渡？只有在准确获取了后拖量信息的基础上，通过建立切割模型，并编写以该切割模型为核心的控制软件实现对切割过程的控制，才能真正有效减少、消除后拖量对切割过程的影响。
如何准确获取后拖量信息一直困扰着高压水射流领域的研究者。一般来说，准确获取后拖量信息包括两个步骤，第一个步骤为切割过程中如何准确保存后拖量信息，第二个步骤为如何有效测量后拖量信息。为准确获取后拖量信息，当前普遍采用的方法为突然转弯法，如图2所示，首先确定切割定位底面β，之后切割AB段时，射流以正常切割速度切割，当切割头到达B点时，切割头快速转向BC段，并进行空切或快切操作。切割完成后，以初始切进侧面α为测量基准，测量切入点及切出点距基准侧面α的距离，该两距离之差即为后拖量。采用上述方法虽然可以获得后拖量信息，然而，由于运动系统转弯时速度不能发生突变，因此，当切割头接近B点时，切割头开始减速。这样，减速后获得的后拖量信息与正常切割时的后拖量信息相比已发生改变，很难获得精确的后拖量信息。同时，上述方法只获得了一个后拖量，并未获得完整的后拖量信息。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种高压水射流切割时准确获取后拖量信息的方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种高压水射流切割时准确获取后拖量信息的方法，包括以下步骤：
（1）高压水射流切割机按照预先设计的切割工艺对工件进行切割；
（2）当实际的切割速度与预先设计的切割速度相等时，在任意切割位置，切断磨料源；
（3）测量工件的后拖量信息。
进一步的，步骤（2）中切断磨料源的方法为：在靠近喷嘴处切断磨料进入管。
进一步的，步骤（3）中测量工件的后拖量信息的方法为：选择切深不同的多个测量点，测量工件在每个测量点的后拖量，多个测量点的切深及后拖量的集合构成了所述工件的后拖量信息。
进一步的，采用千分表测量工件在每个测量点的后拖量；所述千分表的测头上安装有一直径小于磨料射流切缝宽度的钢针，钢针的轴线与测头的轴线重合。
进一步的，所述钢针的长度大于工件的磨料射流切进长度，测量时，将钢针以与射流切割方向一致的方向伸入磨料射流切缝。
本发明所述的方法通过在切割速度达到预先设计的切割速度后的任意切割位置，切断磨料源，来保留后拖量信息；并采用特制的钢针千分表进行多点测量，来精确的获取后拖量信息。该方法简单易行，便于实施，可操作性强。同时本发明所述的方法可用于任何切割轨迹、切割工艺和切割工件，具有广泛的适用性。
附图说明
图1为高压水射流切割的后拖量示意图；
图2为突然转弯法的示意图；
图3为本发明所述方法的流程图；
图4为切断磨料源后保留的后拖量信息示意图；
图5为后拖量信息测量方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明所述的方法做进一步详细的说明。
如图3所示，本发明所述的高压水射流切割时获取后拖量信息的方法，具体包括以下步骤：
（1）高压水射流切割机按照预先设计的切割工艺对工件进行切割；
由于后拖量是切割速度的函数，而影响切割速度的因素很多，如水压、水的流量、磨料流量、磨料粒度大小、磨料颗粒形状、待切割工件的材质、待切割工件的厚度和切割质量要求等。所以后拖量是与切割速度相对应的。
在实施本发明所述的方法之前需要根据待切割材料的材质、待切割材料的厚度和待切割材料的表面质量等参数来设计切割工艺，所述切割工艺包括切割参数和切割轨迹，切割参数包括水压、水的流量、喷嘴尺寸、磨料流量、磨料种类、磨料粒度和切割速度等。后拖量与切割轨迹无关，为了简便，本发明按照直线切割轨迹进行切割，当然也可以采用其他切割轨迹进行切割。
（2）当实际的切割速度与预先设计的切割速度相等后，在任意切割位置，切断磨料源；
切断磨料源的方法是快速在靠近喷嘴处切断磨料进入管。此时，虽然高压水射流并未停止，但由于磨料源被切断，纯水射流对材料的切割能力急剧下降，其切割效应可忽略不计，后拖量信息被准确保留下来。如图4所示，高压水射流切割机从D点开始，沿直线DE方向进行切割，在E点切断磨料源，则后拖量信息（即曲线EH的信息）被准确保留下来。本发明中将射线DE的方向称为射流切割方向，将线段DE的长度称为磨料射流切进长度，将曲线EH上的任意一点F距离直线DE的垂直距离称为该点的切深h，将曲线EH上的任意一点F在直线DE上的投影到E点的距离称为该点的后拖量a。
（3）测量工件的后拖量信息；
具体的讲，测量工件的后拖量信息的方法为：选择切深不同的多个测量点，逐点测量工件在每个测量点的后拖量，多个测量点的切深及后拖量的集合构成了所述工件的后拖量信息。选择的测量点越多，工件的后拖量信息描述的就越准确。
为了便于测量，本发明可以分割出保留了后拖量信息的小块样件，对小块样件进行测量；当然也可以不分割，直接测量工件。
为了使测量结果更准确，本发明首先以工件切割时所用定位底面作为测量定位面，对该测量定位面进行光滑处理，也就是指对切缝边缘进行去毛刺处理等。之后再将测量定位面固定在平面规上，开始测量。
如图5所示，本发明采用一种特制的千分表1来测量后拖量，该千分表1的测头上安装有一直径小于磨料射流切缝宽度的钢针2，该钢针2用于伸入磨料射流切缝3。安装钢针2时，钢针2的轴线要求与测头轴线重合，钢针2的长度大于工件4的磨料射流切进长度。
测量后拖量时，将钢针2以与射流切割方向一致的方向伸入磨料射流切缝3，记录钢针2在切深不同的测量点所对应的值，该值即为工件4在不同切深时的后拖量。 当然也可以采用其他方法测量后拖量，本发明所述的方法不局限于采用上述的钢针千分表来测量后拖量。
本发明经过大量试验研究证明，能够准确的获取切割过程中的后拖量信息。下面以一具体实例对本发明做进一步详细的说明。
根据待切割材料为铝合金，待切割材料厚度为50mm，待切割材料表面质量为3级精度，设计切割工艺如下：水压：385MPa，水喷嘴直径：0.33mm，磨料喷嘴直径：0.89mm，磨料流量：0.45kg/min，磨料粒度：100目，切割速度：147.32mm/min，并设定一长度为50mm的直线为切割轨迹。
按照本发明所述方法，采用高压水射流切割机按照上述切割工艺对工件进行切割；开始切割一段距离后，当切割速度到达上述预定切割速度后，在任意切割位置，迅速在靠近喷嘴处切断磨料进入管；本实施例选择16个测量点，采用钢针千分表测量出各测量点的后拖量，如表1所示，表1中的数据集合即为铝合金工件在上述切割工艺下的后拖量信息。
表1
本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。
Claims (5)
1.一种高压水射流切割时准确获取后拖量信息的方法，包括以下步骤：
（1）高压水射流切割机按照预先设计的切割工艺对工件进行切割；
（2）当实际的切割速度与预先设计的切割速度相等时，在任意切割位置，切断磨料源；
（3）测量工件的后拖量信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中切断磨料源的方法为：在靠近喷嘴处切断磨料进入管。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中测量工件的后拖量信息的方法为：选择切深不同的多个测量点，测量工件在每个测量点的后拖量，多个测量点的切深及后拖量的集合构成了所述工件的后拖量信息。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，采用千分表测量工件在每个测量点的后拖量；所述千分表的测头上安装有一直径小于磨料射流切缝宽度的钢针，钢针的轴线与测头的轴线重合。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述钢针的长度大于工件的磨料射流切进长度，测量时，将钢针以与射流切割方向一致的方向伸入磨料射流切缝。
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