台达B2伺服在超高压数控水刀上的应用

　　1 前言

　　人类自古就利用水流的冲击力，制成水车、水磨等水力机械。如果水流从高压水枪中喷出，其冲击力就更大。前苏联用于采煤工业，名曰水力采煤。高速喷出的水流受阻于煤层，速度骤然下降，顷刻间会产生足够大的冲击力，使煤层出现脆性断裂，完成采煤作业。受此启发，前苏联科学家开发出高压水喷流切割技术，而美国公司取得了此项技术的专利权，使之商品化。水刀应用的行业面非常广泛，航空、汽车、石材、陶瓷、玻璃、金属、混凝土等行业上，而随着产品的成熟和应用面的扩大，超高压数控水切割机(水刀)逐渐进入一个成长期，这也要归功于机械工业近些年的长足发展，依托于更高精度的数字化平台，可以应用水刀进行精细加工，将水切割应用范围扩展到行业更加广阔的金属加工领域，而不是仅仅局限在玻璃、陶瓷、石材等材料的加工。

　　以金属切割为例，各种加工手段呈现百花齐放态势，包括激光、火焰切割(等离子切割)、电火花切割、线切割等。各种切割手段各有优势，又都存在一定的局限性，各自占领了一部分市场。但在众多的切割手段中，水切割属于一种特殊的冷态切割，直接利用加磨料水射流的动能对金属进行切削而达到切割目的，切割过程中无化学变化，具有对切割材质理化性能无影响、无热变形、切缝窄、精度高、切面光洁、清洁无污染等优点，可加工传统手段无法加工的材料，如玻璃、陶瓷、复合材料、反光材料、化纤、热敏感材料等。实际加工效果图如图1所示。

　　图1 实际加工效果图

　　随着人们对水切割技术了解的进一步加深，市场逐渐认识到水切割技术在金属切割行业的独特优势。以激光切割为例进行比较，激光在金属薄板切割方面，其速度和精度要优于水切割，但一般而言，激光很难切割大于16mm的金属板(尤其是有色金属)，而且激光切割材料的周边仍有一定的热影响区;水刀切割金属材料厚度一般可达50mm以上，并且对材料无任何影响，切割金属的光洁度达1.6μm ，切割精度达±0.10mm，可用于精密成形切割。此外，水切割在有色金属和不锈钢的切割方面还有着独到之处，无反光影响和边缘损失，再加上水刀对切割材料没有限制。综合这些因素，很多早期选择激光或其它切割手段的用户转而选用水切割。

　　在金属切割行业中，追求高质量，高效率的直接成形加工，是目前国际上的主流发展趋势，“水刀”切割机正是针对这种需求而在相关的技术应用上不断创新：随着包括精密滚珠丝杆、伺服电机、谐振减速单元等技术的出现，机床可以达到更高的位置精度、反向间隙补偿以及重复定位精度的提高。因此，机床制造厂商将更大的精力投入到机床几何误差产生的原因分析上，通过采用球杆测量仪和激光干涉仪等高精度测量器具检测机床几何精度，并建立误差映射表来给予精度修正，以此制造高精度机床。数控机床零部件材料和元器件的选用、制造工艺、质量检测手段是提高数控机床精度及稳定性的保证。