（机械制造及其自动化专业论文）基于倾角补偿的磨料水射流曲线切割技术研究.pdf

a 。i s s e r t a t i 。ns u b m i t t e df o r t h ea p p l i c a t i 。n 。f 1 弼l i i h i ，l l 了i i u l l 4 l l l 8 i 1 1 6 l l m a s t e rd e g r e eo fe n g i n e e r i n gs c i e n c e t h er e s e a r c ho nc u r v ec u t t i n gt e c h n o l o g yo fa b r a s i v e w a t e rj e tb a s e do no b l i q u i t yc o m p e n s a t i o n c a n d i d a t e ： z h a n gs h u g u a n g s p e c i a l t y ：m e c h a n i c a lm a n u f a c t u r i n ga n da u t o m a t i o n s u p e r v i s o r ：p r o f h u a n g c h u a n z h e n s h a n d o n gu n i v e r s i t y a p r i l ，2 0 1 0 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：銎壁鍪垫 e l 期： z o o , 殳2 7 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：盟导师签名：，二蓬塑堂日 目录 目录 摘要 x l a l i i s t r a c t x l l l 第1 章绪论1 1 1 国内外磨料水射流的研究现状1 1 1 1 概j 苤l 1 1 2 国内外磨料水射流加工机理2 1 1 - 3 国内外磨料水射流加工工艺3 1 1 4 国内外磨料水射流加工设备5 1 2 磨料水射流切割性能的研究现状5 1 2 1 水射流喷射压力对切割性能的影响6 1 2 2 喷嘴横移速度对切割性能的影响。6 1 2 3 靶距对切割性能的影响6 1 2 4 磨料粒径和流量对切割性能的影响6 1 3 空间曲线切割的工艺方法7 1 3 1 火焰切割空间曲线7 1 3 2 等离子切割空间曲线7 1 3 3 激光切割空间曲线8 1 4 本课题研究的目的、意义及主要内容8 1 4 1 本课题研究的目的8 1 4 2 本课题的研究意义9 1 4 3 本课题的主要研究内容9 第2 章磨料水射流直线切割实验方法及切口特征l o 2 1 概述lo 2 2 磨料水射流六轴机器人加工中心组成及工作原理l o 2 3 实验材料l2 2 3 1 实验材料的成分和力学性能1 2 山东大学硕+ 学位论文 2 3 2 磨料的选择1 2 2 4 实验数据的测量1 2 2 4 1 数据测量和计算1 2 2 4 2 测量设备及其工作原理1 3 2 5 磨料水射流切割金属材料时切口宽度的缺陷1 4 2 6 磨料水射流切割金属材料时切口锥度的缺陷1 6 2 7 磨料水射流切割金属材料时切口侧面的缺陷1 7 2 8 本章小结19 第3 章磨料水射流切割金属材料的切口形状和表面质量实验研究2 0 3 1 概j 丕2 0 3 1 1 实验方法2 0 3 1 2 切割参数的选择2 1 3 1 3 各参数的取值范围2 1 3 1 4j 下交表格配置2 1 3 1 5 实验结果的数据分析方法2 3 3 2 磨料水射流切口宽度的实验研究2 5 3 2 18 0 # 磨料切割q 2 3 5 钢板切口宽度的实验研究2 6 3 2 21 0 0 # 磨料切割q 2 3 5 钢板切口宽度的实验研究2 9 3 2 38 0 # 磨料切割5 0 5 2 航空铝板切口宽度的实验研究3 l 3 2 41 0 0 # 磨料切割5 0 5 2 航空铝板切口宽度的实验研究3 4 3 2 5 切割金属材料时切割参数对切口宽度的影响3 7 3 3 磨料水射流切口锥度的实验研究3 8 3 3 18 0 # 磨料切割q 2 3 5 钢板切口锥度的实验研究3 8 3 3 21 0 0 # 磨料切割q 2 3 5 钢板切口锥度的实验研究4 l 3 3 38 0 # 磨料切割5 0 5 2 航空铝板切口锥度的实验研究4 4 3 3 41 0 0 # 磨料切割5 0 5 2 航空铝板切口锥度的实验研究4 6 3 3 5 切割金属材料时切割参数对切口锥度的影响4 9 3 4 本章小结5l 第4 章磨料水射流切口侧面的表面粗糙度研究5 2 目录 4 1 概述5 2 4 2 8 0 # 磨料切割q 2 3 5 钢板时的切口侧面表面粗糙度分析5 4 4 2 18 0 # 磨料切割q 2 3 5 钢板时的切口侧面上部表面粗糙度分析。5 4 4 2 28 0 # 磨料切割q 2 3 5 钢板时的切口侧面中部表面粗糙度分析。5 5 4 2 38 0 # 磨料切割q 2 3 5 钢板时的切口侧面下部表面粗糙度分析5 7 4 2 48 0 # 磨料切割q 2 3 5 钢板时的表面粗糙度比较5 8 4 3 1 0 0 # 磨料切割q 2 3 5 钢板时的切口侧面表面粗糙度分析5 9 4 3 11 0 0 # 磨料切割q 2 3 5 钢板时的切口侧面上部表面粗糙度分析5 9 4 3 21 0 0 # 磨料切割q 2 3 5 钢板时的切口侧面中部表面粗糙度分析6 1 4 3 31 0 0 # 磨料切割q 2 3 5 钢板时的切口侧面下部表面粗糙度分析6 2 4 3 41 0 0 # 磨料切割q 2 3 5 钢板时的表面粗糙度比较6 3 4 48 0 # 磨料切割5 0 5 2 航空铝板时的切口侧面表面粗糙度分析6 4 4 4 18 0 # 磨料切割5 0 5 2 航空铝板时的切口侧面上部表面粗糙度分析6 4 4 4 28 0 # 磨料切割5 0 5 2 航空铝板时的切口侧面中部表面粗糙度分析6 6 4 4 38 0 # 磨料切割5 0 5 2 航空铝板时的切口侧面下部表面粗糙度分析6 7 4 4 48 0 # 磨料切割5 0 5 2 航空铝板时的表面粗糙度比较6 9 4 51 0 0 # 磨料切割5 0 5 2 航空铝板时的切口侧面表面粗糙度分析7 0 4 5 11 0 0 # 磨料切割5 0 5 2 航空铝板时的切口侧面上部表面粗糙度分析7 0 4 5 21 0 0 # 磨料切割5 0 5 2 航空铝板时的切口侧面中部表面粗糙度分析7 l 4 5 31 0 0 # 磨料切割5 0 5 2 航空铝板时的切口侧面下部表面粗糙度分析7 3 4 5 41 0 0 # 磨料切割5 0 5 2 航空铝板时的表面粗糙度比较7 4 4 6 切割金属材料时的切口侧面表面粗糙度比较7 5 4 7 本章小结7 5 第5 章基于倾角补偿的磨料水射流曲线切割工艺理论分析7 7 5 1 概述7 7 5 2 磨料水射流曲线切割的参数定义7 7 5 3 磨料水射流横向倾角切割时的当量切割参数7 8 5 4 磨料水射流纵向倾角切割时的当量切割参数8 0 5 5 磨料水射流复合倾角切割时的当量参数8 l 山东大学硕十学位论文 5 6 曲线切割时的倾角补偿规律8 3 5 7 本章小结8 4 第6 章基于横向倾角和切口内外径补偿的喷嘴回转半径计算方法8 6 6 1 概j 盔8 6 6 2 平面曲线切割实验验证8 6 6 2 1 平面曲线切割的切口锥度8 6 6 2 2 基于横向倾角和切口内径补偿的喷嘴回转半径8 7 6 2 3 基于横向倾角和切口外径补偿的喷嘴回转半径8 9 6 2 4 切割椭圆曲线时基于横向倾角和切口内外径补偿的喷嘴回转半径9 0 6 2 5 基于横向倾角和切口内外径补偿的椭圆曲线切割实验验证9 l 6 3 基于横向倾角和切口内外径补偿的空间曲线切割9 2 6 3 1 马鞍线方程9 2 6 3 2 切割马鞍线时基于横向倾角和切口内外径补偿的喷嘴回转半径9 4 6 4 切割马鞍线时喷嘴路径规划9 6 6 5 本章小结9 7 结论与展望9 8 参考文献10 0 致谢10 4 附录1 椭圆加工程序1 0 5 附录2 马鞍线加工程序。1 0 9 i v t a b l eo fc o n t e n t s t a b l eo fc o n t e n t s a b s t r a c t ( i nc h i n e s e ) x i a b s t r a c t ( i ne n g l i s h ) x ll l c h a p t e r 1i n t r o d u c t i o n 1 1 1r e s e a r c hs t a t u sq u oo na b r a s i v ew a t e rj e tm a c h i n i n g 1 1 1 1i n t r o d u c t i o no f a w jm a c h i n i n g 1 1 1 2r e v i e wo nm a t e r i a lr e m o v a lm e c h a n i s m so f a w jm a c h i n i n g 2 1 1 3r e v i e wo nt e c h n o l o g i e so f a w jm a c h i n i n g 3 1 1 4r e v i e wo na w j s y s t e m s 5 1 2r e s e a r c hs t a t u sq u oo na w jc u t t i n gp e r f o r m a n c e 5 1 2 1e f f e c to f w a t e rp r e s s u r eo na w jc u t t i n gp e r f o r m a n c e 6 1 2 2e f f e c to f n o z z l et r a v e r s es p e e do na w jc u t t i n gp e r f o r m a n c e 6 1 2 3e f f e c to f s t a n d o f f d i s t a n c eo na w jc u t t i n gp e r f o r m a n c e 6 1 2 4e f f e c to fa b r a s i v ed i a m e t e ra n da b r a s i v ef l o wr a t eo na w jc u t t i n g p e r f o r m a n c e 6 1 3t e c h n o l o g i e sf o rs p a c ec u r v ec u t t i n g 7 1 3 1c u t t i n gs p a c ec u r v ew i t hf l a m e 7 1 3 2c u t t i n gs p a c ec u r v ew i t hp l a s m a 7 1 3 3c u t t i n gs p a c ec u r v ew i t hl a s e r 8 1 4p u r p o s e s ，s i g n i f i c a n c e sa n dc o n t e n t so f t h et h e s i s 8 1 4 1p u r p o s e so ft h et h e s i s 8 1 4 2s i g n i f i c a n c e so f t h et h e s i s 9 1 4 3c o n t e n t so ft h et h e s i s 9 c h a p t e r2e x p e r i m e n t a lp r o c e d u r ea n dk e r rc h a r a c t e r i s t i c so fa w jl i n e a r c u t t i n g 1 0 2 1i n t r o d u c t i o n 10 2 2t h ec o n s t r u c t i o na n dw o r k i n gp r i n c i p l eo fa w js i x - a x i sr o b o t sm a c h i n i n g c e n t e r 10 2 3e x p e r i m e n t a lm a t e r i a l s 12 2 3 1c h e m i c a lc o m p o s i t i o na n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so f w o r k p i e c e 12 2 3 2t h es e l e c t i o no ft h ea b r a s i v e 12 v 山东大学硕十学位论文 2 4d a t a a c q u i s i t i o n 12 2 4 1m e a s u r e m e n ta n dc a l c u l a t i o no fe x p e r i m e n t a ld a t a 12 2 4 2m e a s u r e m e n te q u i p m e n ta n di t sw o r k i n gp r i n c i p l e 13 2 5k e l l f 、m d t ho f m e t a l l i cm a t e r i a l sc u t b ya w j 一1 4 2 6k e r f t a p e ro f m e t a l l i cm a t e r i a l sc u tb va m 16 2 7k e r fl a t e r a ls u r f a c et o p o g r a p h yo fm e t a l l i cm a t e r i a l sc u tb ya w j 17 2 8c o n c l u d i n gr e m a r k s 19 c h a p t e r3e x p e r i m e n t a li n v e s t i g a t i o no nk e r fg e o m e t r ya n ds u r f a c eq u a l i t yo f m e t a l l i cm a t e r i a l sc u tb ya w j 2 0 3 1i n t r o d u c t i o n 2 0 ：；1 1t e c h n i c a ls c h e m eo f a w j c u t t i n g 2 0 ：；1 2e x p e r i m e n t a lp a r a m e t e r s 21 3 1 3l e v e l so f e x p e r i m e n t a lp a r a m e t e r s 2 1 ：；1 4o r t h o g o n a lt a b l ec o n f i g u r a t i o n 2 1 3 1 5a n a l y s i sm e t h o d so f e x p e r i m e n t a lr e s u l t s 2 3 3 2e x p e r i m e n t a li n v e s t i g a t i o no nk e r f w i d t h 2 5 3 2 1 e x p e r i m e n t a li n v e s t i g a t i o no nk e r fw i d t ho fs t e e lq 2 3 5c u tb y a b r a s i v e r8 0 # 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