用于三维切割的五轴机器
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许多人造项目（例如飞机）上很少有平整表面 。复杂的三维复合材料和金属形成技术的发展预示了以后出现的平整部件会更少。因此，三维切割的需要逐年增长。水刀适用于三维切割。轻巧的切割头以及切割过程中较低的反冲力给机器设计工程师提供了自由，这在高负荷材料的打磨和铣切过程中是不能实现的。摇臂的使用为较薄的高压水管提供了移动自由。 7 g% S: ]# a1 k* d$ B* r
" C/ d& H7 p6 S. F' ^最简单的三维切割系统是通用水铣刀。该装置可用手移动，只能用于薄材料（例如飞机内部和其它薄复合材料）的纯水水刀切割。掌上型喷枪是平衡的，因此使用起来相当灵活。作为切割复合材料的最佳方法，该装置在二十世纪八十年代非常流行。作为铣刀的替代方法，操作人员也可对着模板按下特殊喷嘴，打开射流，并在绕部件走动时移动范本和喷嘴。在切割材料完成后，射流应射入定点收集器。如今，这些安全而有效的工具通常用于较薄的航空复合材料切割和其它场合。
) @. A0 [9 d1 A掌上型“通用水铣刀”。在切割薄材料后，定点收集器立即安全地停止射流。 由于要扩大生产，又要避免铣刀和通用水铣刀使用昂贵的模板，因此需要使用完全可编程的五轴机器。通过使用这些机器，程序设计人员可在办公室中创建工具路径，并将程序下载至操作人员用来切割材料的机器控制系统。 4 _ ?2 D) i1 n( g/ n
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即使先进的三维脱机程序设计软件有所提高，三维切割也比二维切割复杂，不管切割流程是水射流、铣刀还是其它流程。例如，对于左图所示的尾部复合材料，应采取数个步骤切割部件。首先下载切割路径和灵活的“Pogostick”工具的程序。当Pogostick旋至预先设计的高度时，材料通过桥式起重机进入。在部件被粗略定位并且被Pogostick真空吸杯固定后，特殊的Z轴（不用于切割）插入接触探针，以将部件固定在精确的位置。接触探针对多个点进行取样，从而确保获取部件高度和方向。然后进行程序部件转换。这时重新调整程序以匹配部件的实际位置。最后回缩接触探针Z，这时切割头Z进行摆动操作。
! y1 d- W' l) ~" ^' k30x15x4英尺的较大机器为波音777切割尾部组件。“Pogostick”工具将其旋至特定高度，然后真空吸杯将部件固定在适当位置。 切割相对较厚的复合材料（厚度大于0.05英寸）或金属需要使用磨料。那么在切割材料后，如何停止50马力的射流，以防止切断Pogostick和机床。迄今为止所知道的唯一方法就是用一个特殊的定点收集器来收集射流。在6英寸之内，钢珠定点收集器可停止50马力的射流，然后残渣被真空装置收集到废弃物处理罐中。C形框架将收集器连接至Z轴。该C形框架（图示为鲜橙色）能够旋转，以使切割头切割机翼部件的周边。. Z0 U0 _. w) n5 g* f7 s0 @9 d/ A
C形框架固定唯一的定点收集器。仅在6英寸之内此收集器就可以停止50马力的加砂水刀。真空装置会不断清除残渣。 定点收集器以大约0.5至1磅/时的速度消耗钢珠。射流实际上是由动能的分散停止的。随着射流进入钢珠的小容器中，钢珠开始旋转。旋转的钢珠会与相邻的钢珠互相摩擦并带动一起旋转。定点收集器中旋转的钢珠会消耗射流的能量，切割残渣漏到过滤的收集器底部。这些定点收集器非常有效，它们能够水平运作，甚至在完全倒置时也能运作。 8 Q6 G7 L: E/ U2 x7 x
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随着部件的尺寸增加，部件的正确定位、程序调整和精确切割也越来越复杂。许多车间每天都在使用三维机器来进行简单的二维切割和复杂的三维切割。尽管软件越来越容易，机器越来越先进，但是部件却越来越复杂。不管切割流程如何，都应意识到与三维切割相关的复杂性是一直存在的。 $ R/ X- ~$ ]' S4 U h2 ]( t. A
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如何进行机器测试 : { g3 s1 {3 T* p& I+ {6 ?+ g
. r! |6 ^1 q% p应对工具机的定位精度、重复性、动态路径精度、速度范围和运动平滑度进行测试。
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如何进行线性定位测试 3 q$ O4 ?) a/ ^ v% A! T1 l
& K& S& x- o# ~+ S( | |用雷射干涉仪测试线性定位精度和重复性。单独测试工具机的每个轴。事实上，雷射干涉仪分成激光束并测量未变化部分和变化部分之间的波长变化。由于雷射的波长非常小，这种测量方法极其精确。 & ]* k- E1 X, v# I$ A
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雷射是连续光，这意味着雷射的所有部分都具有相同的波长和状态。使用光学组件（特殊的反光镜）。将一组光学组件固定在切割头上。其它光学组件放在机器行程的一端。雷射射入切割头光学组件，然后垂向分量被反射回来。其余光束（水准分量）继续射入机器一端固定的光学组件，然后被反射回来。参照两个波长，给出移动光学组件的精确的尺寸，该尺寸精确到几百万分之一英寸。* _! g$ P2 i; n) ?; b: B: [
雷射干涉仪 在整个行程过程中，切割头在轴上每次移动1或2英寸，暂停一秒钟，记录偏差，然后移动到下一位置，记录偏差，这样可进行线性定位精度测试。用雷射测试线性定位精度和重复性的整个流程将花费6至12个小时，这取决于机器的尺寸和制造商遵循的品质标准。 0 W0 W( c7 _' p
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如何进行动态精度测试 $ ?* a3 E/ n' `/ b [1 P9 }
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通过切割部件或使用球杆仪可测试动态路径的精度。磁性底座（图标为灰色）在工作台上的所需测试位置。具有已知长度的精密球杆仪（红色）固定在磁铁底座上。首先移动机器，使其刚好高于磁性底座的中心。然后对机器进行程序设计，使其刚好移动到球杆的长度半径。将球杆固定在切割头位置（绿色）。然后对机器进行程序设计，使其刚好移动到磁性底座周围的圆圈中。1 l, I6 f8 Z6 D @( B4 F$ U
伸缩式球杆仪准备开始记录。
" T5 k; }, R! T机器会在底座周围作圆形运动，这时误差会被记录下来。 测试打印文本。感谢Renishaw（www.renishaw.com）提供。 随着机器进行圆周运动，电子测量装置（通常为伸缩式球杆仪中的高精度位移传感器）会读取与精确的圆周轨迹的偏差。这种测试方法可用来测试低速或高速下的动态路径精度。它能够检测出伺服装置随动误差、电动机调节问题、轴垂直度以及其它机械或电子误差。完成杆仪测试需要1至3个小时。因为球杆仪测试容易执行、能够快速设置并且能够快速进行测试，它已成为检查机器性能的最佳方法，可在工厂、安装以及以后的操作中使用。
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. r" M/ \( N9 b2 P* P很多工具机的精度标准（例如ISO 230、ASME B5.54和BS3 800）都含有球杆仪测试。在20摄氏度时，它被精确到+/- 0.5微米或20微英寸。
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发表于 2009-3-25 20:43:19
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