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项目年度编号
1600130036
成果公布年份
2015
成果简介
项目背景：随着中国制造业的迅速发展，水切割技术得到了越来越广泛地应用。特别是在切割非可燃性材料等热切割无法加工的材料时，运用水切割技术不仅不会产生燃烧区和毛刺，材料的物理、机械性能也不会发生改变。一些易燃易爆材料以及在易燃易爆环境内的切割更是必须运用水切割才能完成。此外与激光切割、等离子切割相比，水切割切割材料厚度范围较为适中，切割表面更为平滑，且无需后续加工工序，降低了能耗，同时也加快了作业速度；在切割时不产生高温、任何气体以及蒸汽，是一种节能环保的加工工艺。但随着工业生产对产品质量、工艺精度的要求不断提高，传统水射流控制系统无法解决的水箭滞后和切口斜边问题严重影响值产品质量，为了彻底解决这一问题，公司从2010年起在原有的三轴水切割系统的基础上开始研发可自动调节切割坡面的五轴动态水刀，即超高压五轴联动智能水射流控制系统。主要创新内容：超高压五轴联动智能水射流控制系统是一个五轴水刀运动模型，通过对切割材料(种类、厚度、硬度等)、切割速度、切割方向、机床属性(压力、磨料流量等)等因素综合分析，在多轴联动过程中解决由于水剑能量衰减造成的水箭滞后和切口斜边问题。该项目的成功研发预示着水箭滞后和切口斜边不再是水刀工艺中难以解决的问题，同时能够自动调节倾斜角度和倾斜方向，切割工件一次成型，省去了二次打磨的操作，有效提高加工效率，节省加工成本。超高压五轴联动智能水射流控制系统所运用的关键创新点如下：1、刀路自动计算功能方便用户编程：五轴动态水刀，运用复杂的数学模型，通过二维图形信息计算出五维控制信息。2、消除尖角毛刺问题的拐角控制技术：在拐弯处能够根据切割质量要求，缓慢旋转，消除水流滞后导致拐弯处行程的毛刺问题。3、有效控制工件公差：在实际计算模型时，会充分考虑材质、厚度、切割质量的因素，有效去除工件下表面的斜边。4、自动实现旋转轴零点位置的补偿：通过对旋转轴机械结构的建模，对零点位置的偏差进行补偿，降低安装调试的复杂度，提高易用性。5、刀路的平滑处理以及速度平稳性控制：运用智能前瞻技术，控制系统的轨迹、速度和加速度更平滑，提高加工质量。通过关键技术的创新，项目产出的超高压五轴联动智能水射流控制系统能够在有效控制切割工件公差基础上自动调节刀头的倾斜角度和倾斜方向解决水流能量衰减以及水流滞后的问题，大幅度的提高切割的效率，改善切割质量。知识产权以及经济社会效益：该项目已获得两项发明专利授权，并拥有一项软件著作权。自2012年开始投入市场至2014年底，超高压五轴联动智能水射流控制系统已累计销售额近4000万，创造利润1400多万，税收近700万。项目在动态水切割技术方面的突破不仅填补了国内在该技术研究领域的空白，还打破了国际顶尖水刀设备公司的垄断，提升了中国水刀行业的整体水平，对拓宽水切割的应用领域，使国产水刀可用于航空、军事、半导体等对精度有较高要求的行业，摆脱国外势力对中国高精度行业的限制有推进作用。
完成单位
上海维宏电子科技股份有限公司
完成人
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