本發(fā)明涉及一種數(shù)控水流切割加工裝置和施工方法，更具體的說，是涉及一種基于pmac的水切割機及軌跡優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

水切割技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)相對較廣，其原理是外來自來水從進口快接接口進入儲水罐經(jīng)過濾器過濾之后，由高壓水泵進行加壓，進入增壓器兩端的高壓缸內(nèi)。通過各個管件形成源源不斷的高壓水流。調(diào)節(jié)調(diào)壓溢流閥改變壓力表的壓力大小，磨料系統(tǒng)輸出的磨料混入高壓水流由高壓出水口輸出，通過高壓管輸送到噴射頭，高壓水流在噴嘴的約束下形成具有極大動能的高速磨料水射流，可以穿透任何堅硬材料。此水切割機可切割范圍非常廣泛，除一些特殊材質(zhì)確實不適合接觸水的除外。采用水切割技術(shù)其主要優(yōu)點是切割過程中無熱量產(chǎn)生、無火花，切割無磨削、無材料的拉伸變形，操作簡單，需要作業(yè)空間較小，運輸方便可迅速應(yīng)對突發(fā)事件，而且能適應(yīng)野外、無電源等各種環(huán)境下的作業(yè)。

現(xiàn)有的水切割設(shè)備數(shù)控系統(tǒng)往往采用傳統(tǒng)的cnc系統(tǒng)。因此，其數(shù)控系統(tǒng)面臨著傳統(tǒng)cnc系統(tǒng)所面臨的問題，數(shù)控系統(tǒng)無法根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)特性進行二次開發(fā)，無法對加工軌跡的參數(shù)做出最優(yōu)選擇。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有產(chǎn)品的不足，而提供一種可根據(jù)產(chǎn)品不同的加工要求和加工精度選擇不同加工水嘴和控砂系統(tǒng)的一種基于pmac的水切割機及軌跡優(yōu)化方法。

本發(fā)明的一種基于pmac的水切割機，所述水切割機包括驅(qū)動主機、一號水嘴系統(tǒng)、二號水嘴系統(tǒng)、三號水嘴系統(tǒng)，所述驅(qū)動主機內(nèi)設(shè)置有液壓伺服系統(tǒng)、高壓切割水裝置和pmac控制系統(tǒng)，所述pmac控制系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)仿真模塊、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算模塊、通訊模塊、數(shù)控模塊，所述pmac控制系統(tǒng)通過數(shù)控模塊對液壓伺服系統(tǒng)進行控制，所述液壓伺服系統(tǒng)對高壓切割水裝置運行參數(shù)自動進行調(diào)整，所述高壓切割水裝置包括一號水嘴系統(tǒng)、二號水嘴系統(tǒng)、三號水嘴系統(tǒng)，控砂裝置；所述一號水嘴位于二號水嘴的右側(cè)，所述三號水嘴位于二號水嘴的左側(cè)；

所述的一號水嘴系統(tǒng)單元包括固定在所述的底座上的一號水嘴垂直支架、安裝在所述的一號水嘴垂直支架上的一號水槍支架、安裝在所述的一號水槍支架的一號水槍坡口調(diào)節(jié)裝置、安裝在所述的一號水槍坡口調(diào)節(jié)裝置上的一號水嘴；述的一號水槍坡口調(diào)節(jié)裝置包括旋轉(zhuǎn)齒輪、與所述的旋轉(zhuǎn)齒輪相傳動連接的電機，所述的旋轉(zhuǎn)齒輪的軸心線位于水平面上；

所述的二號水嘴系統(tǒng)包括可轉(zhuǎn)動地安裝在所述的底座上的二號水嘴垂直支架、固定安裝在所述的二號水嘴垂直支架上的二號水嘴，所述的二號水嘴的中心線沿豎直方向布置，所述的二號水嘴垂直支架的繞底座的轉(zhuǎn)動軸心線與所述的底座繞機架的轉(zhuǎn)動軸心線重合；

所述的三號水嘴系統(tǒng)包括固定在所述的底座上的三號水嘴垂直支架、安裝在所述的三號水嘴垂直支架上的三號水嘴支架、安裝在所述的三號水嘴支架上的三號水嘴坡口調(diào)節(jié)裝置、安裝在所述的三號水嘴坡口調(diào)節(jié)裝置上的三號水嘴；所述的三號水嘴坡口調(diào)節(jié)裝置包括旋轉(zhuǎn)齒輪、與所述的旋轉(zhuǎn)齒輪相傳動連接的伺服電機，所述的旋轉(zhuǎn)齒輪的軸心線位于水平面上；

所述一號水嘴垂直支架的底部設(shè)置有激光定位頭，所述激光定位頭控制導(dǎo)向頭按照加工軌跡運行；

所述的控砂裝置包括一號水嘴控砂系統(tǒng)、二號水嘴控砂系統(tǒng)、三號水嘴控砂系統(tǒng)，所述三個控砂系統(tǒng)分別和一號水嘴系統(tǒng)、二號水嘴系統(tǒng)、三號水嘴系統(tǒng)連接。

所述的一號水嘴控砂系統(tǒng)所用切割砂石為石榴石，所述二號水嘴控砂系統(tǒng)所用切割砂石為精鋼砂，所述三號水嘴控砂系統(tǒng)所用切割砂石為橄欖石。

一種基于pmac的水切割機的軌跡優(yōu)化方法，所述軌跡優(yōu)化方法包括以下步驟；

步驟1、通過數(shù)控仿真技術(shù)將加工工件建立加工零件三維模型，所述加工零件三維模型通過pmac控制系統(tǒng)的通訊模塊將模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成nc代碼，所述nc代碼導(dǎo)入數(shù)據(jù)仿真模塊，通過數(shù)據(jù)模擬仿真在切割坯料上設(shè)定切割坡口線，所述的切割坡口線將工件分為精加工成型區(qū)和粗加工工件成型區(qū)，所述數(shù)據(jù)仿真模塊通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算模塊進行模擬仿真零件加工過程及走刀路線；

步驟2、將編碼路徑按照封閉路徑和非封閉路徑進行分類；以其中一條路徑沿加工方向的末點為基點，求基點和余下路徑的距離；該基點與每一非封閉路徑兩端點均有距離值，將較近距離和較遠距離值分別放入集合v和w，分別求出v和w中的最大值與最小值max(v)與min(v)，max(w)與min(w)，且min(w)≥max(v)；

步驟3、設(shè)可變參數(shù)r，若max(w)/min(w)>r且max(v)/min(v)≈1，則將繪制順序調(diào)整為先加工w中取值為min(w)的路徑，其加工方向為從基點到該路徑的一端點，再從此端點加工該路徑至取值為min(w)的端點，在加工中先加工該路徑，加工順序按照最近算法確定；

步驟4、通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算模塊將待加工的路徑分為n條，對每條路徑編號為0，1，2…，n，將加工路徑分為n！種組合方式，采用二進制編碼形式對精加工路徑和粗加工路徑進行組合編碼，根據(jù)精加工路徑和粗加工路徑參數(shù)要求，在數(shù)控模塊選擇不同型號的水嘴和控砂系統(tǒng)。

步驟5、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算模塊對設(shè)置的加工參數(shù)進行計算和優(yōu)化，然后將優(yōu)化好的加工參數(shù)保存在數(shù)據(jù)庫中的同時將加工數(shù)據(jù)提供給pmac控制系統(tǒng)。

步驟6、pmac控制系統(tǒng)根據(jù)工件加工軌跡選定切割方向，從編碼軌跡判斷待加工工件的切割線是否由精加工的線構(gòu)成，如果為是精加工的軌跡線，則所述的數(shù)控模塊采用一號號水嘴控砂系統(tǒng)和一號水嘴系統(tǒng)一直沿精加工的軌跡線切割；

如果為粗加工軌跡線，則所述的數(shù)控模塊采用二號水嘴控砂系統(tǒng)和二號水嘴系統(tǒng)一直沿粗加工軌跡線切割；

對于外切工件和內(nèi)切工件，切割過渡線要與切割坡口線形成光滑過渡，則所述的數(shù)控模塊采用三號水嘴控砂系統(tǒng)和三號水嘴系統(tǒng)一直沿切割過渡線切割；

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點及顯著效果：

(1)本發(fā)明提供的一種基于pmac的水切割機，采用多種水嘴和控砂系統(tǒng)能滿足不同加工精度要求，針對不同形狀的坡口軌跡，進行360°的坡口切割，并能較好的滿足復(fù)雜產(chǎn)品的需要。

(2)本發(fā)明提供的一種基于pmac的水切割機，采用激光定位頭可直觀的了解待加工工件表面尺寸要求；導(dǎo)向頭可根據(jù)激光定位進行導(dǎo)向加工。

(3)本發(fā)明提供的一種基于pmac的水切割機，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算模塊對設(shè)置的加工參數(shù)進行計算和優(yōu)化，然后將優(yōu)化好的加工參數(shù)保存在數(shù)據(jù)庫中的同時將加工數(shù)據(jù)提供給pmac控制系統(tǒng)。

(4)本發(fā)明提供的一種基于pmac的水切割機的軌跡優(yōu)化方法，通過不斷改變加工順序、加工方向、水嘴和控砂系統(tǒng)的優(yōu)化方法，優(yōu)化了水切割機床加工的路徑，減少了大量的無效空行程，根據(jù)不同產(chǎn)品加工精度要求選擇最佳水嘴和控砂系統(tǒng)，提高了加工效率，降低了經(jīng)濟成本。

(5)本發(fā)明提供的一種基于pmac的水切割機的軌跡優(yōu)化方法，采用數(shù)據(jù)仿真模塊，檢驗刀具運動軌跡的正確性、安全性，基本保證零件的加工質(zhì)量，大大提高系統(tǒng)的可靠性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明水切割機的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明水切割機的軌跡優(yōu)化前路線；

圖3為本發(fā)明水切割機的軌跡優(yōu)化后路線；

圖中：驅(qū)動主機1、一號水嘴垂直支架2、電機3、一號水槍坡口調(diào)節(jié)裝置4、一號水槍支架5、激光定位頭6、一號水嘴7、二號水嘴8、三號水嘴9、電磁換向閥10、導(dǎo)向頭11、三號水嘴支架12、三號水嘴坡口調(diào)節(jié)裝置13、二號水嘴垂直支架14、伺服電機15、三號水嘴垂直支架16、底座17。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。

在圖中，本發(fā)明的一種基于pmac的水切割機主要由驅(qū)動主機1、一號水嘴垂直支架2、電機3、一號水槍坡口調(diào)節(jié)裝置4、一號水槍支架5、激光定位頭6、一號水嘴7、二號水嘴8、三號水嘴9、電磁換向閥10、導(dǎo)向頭11、三號水嘴支架12、三號水嘴坡口調(diào)節(jié)裝置13、二號水嘴垂直支架14、伺服電機15、三號水嘴垂直支架16、底座17組成。

如圖1所示，本發(fā)明一種基于pmac的水切割機，所述水切割機包括驅(qū)動主機1、一號水嘴系統(tǒng)、二號水嘴系統(tǒng)、三號水嘴系統(tǒng)，所述驅(qū)動主機1內(nèi)設(shè)置有液壓伺服系統(tǒng)、高壓切割水裝置和pmac控制系統(tǒng)，所述pmac控制系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)仿真模塊、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算模塊、通訊模塊、數(shù)控模塊，所述pmac控制系統(tǒng)通過數(shù)控模塊對液壓伺服系統(tǒng)進行控制，所述液壓伺服系統(tǒng)對高壓切割水裝置運行參數(shù)自動進行調(diào)整，所述高壓切割水裝置包括一號水嘴系統(tǒng)、二號水嘴系統(tǒng)、三號水嘴系統(tǒng)，控砂裝置；所述一號水嘴7位于二號水嘴8的右側(cè)，所述三號水嘴9位于二號水嘴8的左側(cè)；

所述的一號水嘴系統(tǒng)單元包括固定在所述的底座17上的一號水嘴垂直支架2、安裝在所述的一號水嘴垂直支架2上的一號水槍支架5、安裝在所述的一號水槍支架5的一號水槍坡口調(diào)節(jié)裝置4、安裝在所述的一號水槍坡口調(diào)節(jié)裝置4上的一號水嘴7；述的一號水槍坡口調(diào)節(jié)裝置4包括旋轉(zhuǎn)齒輪，與所述的旋轉(zhuǎn)齒輪相傳動連接的電機3，所述的旋轉(zhuǎn)齒輪的軸心線位于水平面上；

所述的二號水嘴系統(tǒng)包括可轉(zhuǎn)動地安裝在所述的底座17上的二號水嘴垂直支架14、固定安裝在所述的二號水嘴垂直支架14上的二號水嘴8，所述的二號水嘴8的中心線沿豎直方向布置，所述的二號水嘴垂直支架14的繞底座17的轉(zhuǎn)動軸心線與所述的底座17繞機架的轉(zhuǎn)動軸心線重合；

所述的三號水嘴系統(tǒng)包括固定在所述的底座17上的三號水嘴垂直支架16、安裝在所述的三號水嘴垂直支架16上的三號水嘴支架12、安裝在所述的三號水嘴支架12上的三號水嘴坡口調(diào)節(jié)裝置13、安裝在所述的三號水嘴坡口調(diào)節(jié)裝置13上的三號水嘴9；所述的三號水嘴坡口調(diào)節(jié)裝置13包括旋轉(zhuǎn)齒輪、與所述的旋轉(zhuǎn)齒輪相傳動連接的伺服電機15，所述的旋轉(zhuǎn)齒輪的軸心線位于水平面上；

所述一號水嘴垂直支架2的底部設(shè)置有激光定位頭6，所述激光定位頭6控制導(dǎo)向頭11按照加工軌跡運行；

所述的控砂裝置包括一號水嘴控砂系統(tǒng)、二號水嘴控砂系統(tǒng)、三號水嘴控砂系統(tǒng)，所述三個控砂系統(tǒng)分別和一號水嘴系統(tǒng)、二號水嘴系統(tǒng)、三號水嘴系統(tǒng)連接。

所述一號水嘴控砂系統(tǒng)、二號水嘴控砂系統(tǒng)、三號水嘴控砂系統(tǒng)通過電磁換向閥10進行控制切換。

所述的一號水嘴控砂系統(tǒng)所用切割砂石為石榴石，所述二號水嘴控砂系統(tǒng)所用切割砂石為精鋼砂，所述三號水嘴控砂系統(tǒng)所用切割砂石為橄欖石。精鋼砂比較尖銳、硬度高、不易破碎,因此切割效率比較高,但同時也加速了混合腔的磨損；橄欖石和石榴石質(zhì)地軟，切割效率不高，混合腔的磨損慢，根據(jù)選擇不同產(chǎn)品要求選擇不同的砂石進行加工，提高加工效率。

一種基于pmac的水切割機的軌跡優(yōu)化方法，所述軌跡優(yōu)化方法包括以下步驟；

步驟1、通過數(shù)控仿真技術(shù)將加工工件建立加工零件三維模型，所述加工零件三維模型通過pmac控制系統(tǒng)的通訊模塊將模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成nc代碼，所述nc代碼導(dǎo)入數(shù)據(jù)仿真模塊，通過數(shù)據(jù)模擬仿真在切割坯料上設(shè)定切割坡口線，所述的切割坡口線將工件分為精加工成型區(qū)和粗加工工件成型區(qū)，所述數(shù)據(jù)仿真模塊通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算模塊進行模擬仿真零件加工過程及走刀路線；

步驟2、將編碼路徑按照封閉路徑和非封閉路徑進行分類；以其中一條路徑沿加工方向的末點為基點，求基點和余下路徑的距離；該基點與每一非封閉路徑兩端點均有距離值，將較近距離和較遠距離值分別放入集合v和w，分別求出v和w中的最大值與最小值maxv與min(v)，max(w)與min(w)，且min(w)≥max(v)；

步驟3、設(shè)可變參數(shù)r，若max(w)/min(w)>r且max(v)/min(v)≈1，則將繪制順序調(diào)整為先加工w中取值為min(w)的路徑，其加工方向為從基點到該路徑的一端點，再從此端點加工該路徑至取值為min(w)的端點，在加工中先加工該路徑，加工順序按照最近算法確定；

步驟4、通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算模塊將待加工的路徑分為n條，對每條路徑編號為0，1，2…，n，將加工路徑分為n！種組合方式，采用二進制編碼形式對精加工路徑和粗加工路徑進行組合編碼，根據(jù)精加工路徑和粗加工路徑參數(shù)要求，在數(shù)控模塊選擇不同型號的水嘴和控砂系統(tǒng)；

步驟5、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算模塊對設(shè)置的加工參數(shù)進行計算和優(yōu)化，然后將優(yōu)化好的加工參數(shù)保存在數(shù)據(jù)庫中的同時將加工數(shù)據(jù)提供給pmac控制系統(tǒng)。

步驟6、pmac控制系統(tǒng)根據(jù)工件加工軌跡選定切割方向，從編碼軌跡判斷待加工工件的切割線是否由精加工的線構(gòu)成，如果為是精加工的軌跡線，則所述的數(shù)控模塊采用一號號水嘴控砂系統(tǒng)和一號水嘴系統(tǒng)一直沿精加工的軌跡線切割；

如果為粗加工軌跡線，則所述的數(shù)控模塊采用二號水嘴控砂系統(tǒng)和二號水嘴系統(tǒng)一直沿粗加工軌跡線切割；

對于外切工件和內(nèi)切工件，切割過渡線要與切割坡口線形成光滑過渡，則所述的數(shù)控模塊采用三號水嘴控砂系統(tǒng)和三號水嘴系統(tǒng)一直沿切割過渡線切割；

如圖2所示，根據(jù)設(shè)計順序?qū)i順次記錄在文件中，且ti的加工順序為圖2所示順序，該圖表示優(yōu)化前的加工順序。經(jīng)過上述優(yōu)化方法的加工順序及過程如圖3所示，各圖元的加工順序及其各點的加工順序發(fā)生了改變，按如圖箭頭方向加工。

圖2和圖3所示的空行程∑l空＝∑li，li表示途中編號i的線段長度。

在圖3中l(wèi)空＝379.3mm，優(yōu)化后的空行程l空＝111.3mm，空行程減少約70.66％。實踐表明，若所加工的圖形元素越多，設(shè)計順序的隨機性越大，則空行程的優(yōu)化程度越高。

通過上述分析，本發(fā)明所提出的優(yōu)化算法在實際加工中是有效的。通過不斷改變軌跡加工順序以及加工方向的優(yōu)化方法，優(yōu)化了水切割機床加工的路徑，減少了大量的無效空行程，提高了加工效率，降低了經(jīng)濟成本。

上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。