基于計算機輔助設計的水切割工藝路線

西安工程大學工程訓練中心 西安 710048

1 水切割技術概述

水切割技術是20世紀70年代發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行切割，如果向這束高速密集的水射流中混入細顆粒磨料，磨料就會獲得很高的動能，所產生的加砂水射流可切割任何硬質材料，包括金屬、復合材料、石材和玻璃等。當這束含磨料的高速水射流噴到工件上時，磨料就對工件產生切削作用［2-4］。

水切割技術現已在航空、航天、船舶、機械制造、石油化工及火工品制造等領域得到了廣泛應用。與傳統切割工藝相比，水切割技術對材料幾乎無限制，無熱效應，且切口質量較高，特別適用于高溫合金、非金屬材料、陶瓷等的切割［5-7］。

2 計算機輔助設計的重要性

計算機輔助設計（CAD）由計算機幫助工程設計人員進行設計，主要服務于機械、電子、航空、建筑、紡織、化工等產品的總體設計，以及造型設計、結構設計、工藝過程設計等環節。CAD是生產技術準備工作中重要的一步，也是連接產品設計與產品制造的橋梁，對組織生產、保證產品質量、提高勞動效率、降低成本及縮短生產周期等都有重要影響，因此是生產中的關鍵［8］。水切割機床中的CAD系統，其性能好壞直接決定切割的精度和效率，對完善機床的功能，進一步推動切割機的廣泛使用有很大影響。

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

3 應用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、多線段構成。圓由兩個圓弧構成，橢圓由多個圓弧構成。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。圖形必須已經設置過補償量，并且用分解命令分解。

▲圖1 切割圖形

3.2 設置進刀點和退刀點

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。這樣進刀線就是線段退刀線就是線段 BC、EF。

（1）執行命令PE；

（2）回車確認，將所選對象中不是多段線的轉換為多段線；

（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；

（7）按回車或空格確認，并結束命令。

▲圖2 進退刀線

▲圖3 加工路線選擇

3.3 生成水切割系統可識別文件

（1）建立水切割系統零點。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）在水切割系統下將保存文件打開，執行 “仿真”—“代碼轉換”，得到可以切割的數控程序。

4 結論

（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）實現了水切割數控控制,結合計算機和AutoCAD，使水切割機床成為新一代切割設備。

（4）后期將研究和解決利用水切割技術實現四軸及五軸聯動的切割工藝和數控程序。

▲圖5 DXF選項對話框