基于計算機(jī)輔助設(shè)計的水切割工藝路線

西安工程大學(xué)工程訓(xùn)練中心 西安 710048

1 水切割技術(shù)概述

水切割技術(shù)是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的冷切割工藝。水切割將普通的水增壓到400 MPa或者更高，通過極小的噴嘴噴射出來，產(chǎn)生一道流速約為三倍聲速的水射流［1］。用這種高速密集的水射流進(jìn)行切割，如果向這束高速密集的水射流中混入細(xì)顆粒磨料，磨料就會獲得很高的動能，所產(chǎn)生的加砂水射流可切割任何硬質(zhì)材料，包括金屬、復(fù)合材料、石材和玻璃等。當(dāng)這束含磨料的高速水射流噴到工件上時，磨料就對工件產(chǎn)生切削作用［2-4］。

水切割技術(shù)現(xiàn)已在航空、航天、船舶、機(jī)械制造、石油化工及火工品制造等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)切割工藝相比，水切割技術(shù)對材料幾乎無限制，無熱效應(yīng)，且切口質(zhì)量較高，特別適用于高溫合金、非金屬材料、陶瓷等的切割［5-7］。

2 計算機(jī)輔助設(shè)計的重要性

計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）由計算機(jī)幫助工程設(shè)計人員進(jìn)行設(shè)計，主要服務(wù)于機(jī)械、電子、航空、建筑、紡織、化工等產(chǎn)品的總體設(shè)計，以及造型設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝過程設(shè)計等環(huán)節(jié)。CAD是生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備工作中重要的一步，也是連接產(chǎn)品設(shè)計與產(chǎn)品制造的橋梁，對組織生產(chǎn)、保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動效率、降低成本及縮短生產(chǎn)周期等都有重要影響，因此是生產(chǎn)中的關(guān)鍵［8］。水切割機(jī)床中的CAD系統(tǒng)，其性能好壞直接決定切割的精度和效率，對完善機(jī)床的功能，進(jìn)一步推動切割機(jī)的廣泛使用有很大影響。

水切割機(jī)床是數(shù)控機(jī)床的一種，執(zhí)行的是數(shù)控代碼［9］。在水切割機(jī)床加工過程中，不能直接將.DXF文件中的圖形元素加工出來，需要將.DXF文件轉(zhuǎn)換為水切割機(jī)床所能接收的專用格式文件，即數(shù)控程序。水切割機(jī)床執(zhí)行的程序由AutoCAD的.DXF文件轉(zhuǎn)換而來，在設(shè)計過程中，由于設(shè)計人員在設(shè)計過程中的隨機(jī)性、無序性，可能會導(dǎo)致加工路徑的隨機(jī)性和無序性，在加工過程中使空行程增多，效率降低，設(shè)備磨損加快，經(jīng)濟(jì)成本增加。因此，必須對由.DXF文件生成的加工軌跡進(jìn)行優(yōu)化，使其空行程減少，從而提高加工效率［10］。

3 應(yīng)用CAD軟件繪制水切割工藝路線

3.1 繪制切割圖形

如圖1所示，切割圖形只能由直線、圓弧、多線段構(gòu)成。圓由兩個圓弧構(gòu)成，橢圓由多個圓弧構(gòu)成。如果一條線段由多條線段組成，則多條線段要求可以用編輯多線段命令合并起來。圖形必須已經(jīng)設(shè)置過補(bǔ)償量，并且用分解命令分解。

▲圖1 切割圖形

3.2 設(shè)置進(jìn)刀點和退刀點

如圖2所示,line命令由A→B→C、D→E→F畫線，注意畫線的先后順序。這樣進(jìn)刀線就是線段退刀線就是線段 BC、EF。

（1）執(zhí)行命令PE；

（2）回車確認(rèn)，將所選對象中不是多段線的轉(zhuǎn)換為多段線；

（3） 輸入 J，合并線段；

（4）選擇對象，該步驟確定切割方向，如果順時針切割，選擇BK；如果逆時針切割，選擇BE,如圖3所示；

（5）選擇退刀路線BC；

（6）切割方向和退刀線確定后，輸入命令 ALL，按空格鍵確認(rèn)；

（7）按回車或空格確認(rèn)，并結(jié)束命令。

▲圖2 進(jìn)退刀線

▲圖3 加工路線選擇

3.3 生成水切割系統(tǒng)可識別文件

（1）建立水切割系統(tǒng)零點。在圖形合適位置畫點，并確定為零點。

（2）輸入 DXFOUT命令或點擊 “菜單”—“文件”—“另存為”，彈出如圖4所示對話框。

▲圖4 保存格式對話框

（3） 單擊“選項”，選擇“DXF 選項”標(biāo)簽，選中“選擇對象”，在如圖5所示的對話框中按確定，回到上一個對話框，輸入要保存的文件名后，再按保存。

（4）選擇要切割的圖形。先選擇零點，再選擇切割的圖形，選擇完后按回車確定。選擇的順序是實際切割的順序。

（5）在水切割系統(tǒng)下將保存文件打開，執(zhí)行 “仿真”—“代碼轉(zhuǎn)換”，得到可以切割的數(shù)控程序。

4 結(jié)論

（1）通過CAD繪制水切割工藝路線，可以得到合理的加工路線和數(shù)控程序，這樣可以大大提升人工編制加工工藝和程序代碼的速度及合理性［11］。

（2）通過在CAD圖形中加引導(dǎo)線，防止切入時因壓力過大而損傷工件，不會留下水柱穿透時的缺口。

（3）實現(xiàn)了水切割數(shù)控控制,結(jié)合計算機(jī)和AutoCAD，使水切割機(jī)床成為新一代切割設(shè)備。

（4）后期將研究和解決利用水切割技術(shù)實現(xiàn)四軸及五軸聯(lián)動的切割工藝和數(shù)控程序。

▲圖5 DXF選項對話框