超高压水射流机器人切割系统电气控制设计

赵艳丽 庄严 石晓磊

摘 要：随着经济不断的发展，信息技术不断发展，超高压水射流技术与机器人技术也日渐成熟。超高压水射流技术与机器人技术进行融合，更加的安全、更加的环保。由于这两种技术的融合，在越来越多的领域中应用，如航天领域、建筑领域、航弹切割等。本文主要对水射流切割机器人的系统构成原理进行分析，并探究超高压水射流机器人切割系统的关键技术。

关键词：超高压水射流 机器人切割系统 系统设计

超高压水射流切割技术一直是我国近10年来水射流行业的研究热点问题，水射流有着高能、冷态、点割等特点，对切割的材料有着良好的包容性，在切割的过程中对环境的影响较小。超高压水射流切割机器人将普通的水通过超高压加压器将水流压制到410Mp后使用直径为0.3mm的水喷嘴产生的水射流在计算机的控制下进行材料的切割工作。广泛的应用在各个领域中，所以要对超高压水射流机器人切割系统的原理进行分析，并对其关键技术进行研究。

一、水射流切割机器人系统构成原理

水射流切割机器人的工作系统主要的组成部分包括：高压水发生系统、高压水通路、辅助设备、机器人、切割头等组成的，主要的系统结构如图1所示：

如上图所示，该系统的控制核心是机器人控制柜，控制柜能够对机器人在切割过程中的行动轨迹进行控制，确定切割的位置，保障切割的准确性。使用I/O口对平台的外部动作进行控制。例如，对关闭切割头与打开切割头进行控制、抽风除尘系统装置的控制等。其中变量柱塞泵恒压控制系统是由机器人模拟量的输出口进行控制工作，可以达到调节高压水切割水流的目的，从而可以对任意厚度的切割材料进行切割工作。RS232串口将机器人控制柜与增压泵系统之间进行连接工作，实现两者之间的通讯，一旦二者之间其中一个出现了故障问题后，为了保障工作站的安全，另外一个系统也将关闭。

二、超高压水射流切割机器人的关键技术

超高压水射流切割技术参数，水射流的参数确定是以水射流的压力、喷嘴的直径以及喷嘴的材料特性等进行确定的。其中水压、水流速的直径、喷嘴的直径扩散率等参数的变化都会影响切割的质量。所以超高压水射流切割技术参数的确定是超高压水射流机器人切割系统的关键组成部分。超高压水射流技术的切割效果与纯水射流切割相比，切割效果更好。在增压泵或者是水流增压器的功率参数确定后，明确水射流需要的压力与流量后，可以根据相关公式计算出单喷嘴喷头的水射流的流量。或者在设备进行作业时，需要知道水射流的工程参数，可以通过喷嘴的形状、增压泵的功率进行计算工作。根据相关计算德驰，随着高压喷嘴的直径增加，水射流的切割速度会随之下降、切割材料的深度也会随之减小，并且材料出现破碎。进行靶距与水射流切割速度关系的研究，从而进行控制系统参数的确定工作。在切割速度保持不变的前提下，如果高压喷嘴的直径较大，则靶距的切割范围较大。但是随着水射流压力的逐渐增加，最大切割速度下的靶距范围会逐渐的缩小，材料切缝的宽度会随着靶距的增加而逐渐的增加。

超高压水射流主泵机组的设计，在超高压水射流主泵机组系统中超高压往复柱塞泵是重要的组成部分。但是在运行的过程中发现柱塞泵存在着泵头寿命较短、柱塞加工难以及泄露等严重问题。所以在超高压水射流动力源的选择时，往复柱塞泵的功率的设计功率要在250KW左右，压力值的设定在280Mp。

总结：综上所述，在进行超高压水射流机器人电气系统设计的过程中，控制系统的参数十分的重要。将超高压水射流技术与机器人技术进行有效的融合，在未来社会发展的过程中将会有着更大的发展空间，超高压水射流机器人切割系统的智能化、模块化的标准不断的提高，更应该注重每一个环节的设计控制工作，提高设备的使用寿命，保障设备在运行的过程中能够更加精准的进行切割，保障工程

质量。

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