水刀原理（下）

在执行制成工件容差高于+/- 0.005英寸的高精度作业时，切割一个试样并确保已经设定了正确的切割器补偿值。由于操作人员没有确定最佳切割器补偿值，很多图纸被错误地切割。

程序设计误差最难的工件精度误差是程序误差，这是指工件程序的尺寸与原来的计算机辅助设计或手绘图的尺寸不能完全匹配。以图形形式出现在XY控制台屏幕上的部件程序通常不显示尺寸。因此，这种误差不会被检测出来。如果没有检测出其它误差，重新仔细检查工件程序的尺寸是否与原来的图纸的尺寸完全匹配。砂料粒度砂料粒度通常为120、80和50（与用于木材加工的砂纸的粒度类似）。不同的粒度对部件精度的影响大不相同。粒度对表面光洁度和整体切割速度具有重大影响。砂料越细（是指粒度大），切割速度越慢，表面越光滑。机器运动定位精度和机器的动态运动特征对部件精度具有影响。影响机器运动性能的因素有很多种。其中包括：

机器装置中的反冲力（方向的变化，当电动机从顺时针变为逆时针旋转时，齿轮或螺杆是否会产生反冲力？），重复性，机器是否会一次次返回同一点？伺服装置的调节极为重要。不适当的调节会引起反冲力以及垂直度和重复性误差，并且可能造成机器振动（频率高时会快速摆动）。

定位精度很重要，如同线性导轨的平直度和平行性一样。XY工作台上的长度和宽度都小于12英寸的较小工件不需要像较大工件一样高的定位精度。较大工件测量（例如4×4英尺）会对机器性能具有较大影响。由于较小部件掩盖了机器误差，所以看不到对制成工件容差具有主要影响的定位精度或导轨平直度。较大工件会更为明显地暴露这些误差。

应记住机器的运动特征不会直接与制成工件的容差一致。价格较高的超精密机器（例如，整个行程的线性定位精度为+/- 0.001英寸）不会自动生成精度为+/- 0.001英寸的制成工件，还要考虑其它工件精度因素（见上文）。

选择水刀切割系统

如同买东西一样，必须根据实际情况衡量需求。多种机器的存在产生了很多不同的价格等级。仔细检查您的生产需求并将机器与之相配，从而减少不必要的开支。

应用操作：

在厂内

备注

想要用水刀切割的材料以及材料的厚度：
1)
2)
3)

本表提出了泵的规格。如要切割厚度超过0.5英寸的工件，每个切割头至少50马力。较小的切割头每英寸的成本更高。

然而，有时使用两个小切割头比使用一个大切割头要更为有效。通过检查每次配置时的循环时间和每个工件的成本可知道使用一个还是两个切割头更为有效。

原料板（优先级）：
1)
2)
3)

为一个特别大的板材尺寸确定机器的尺寸，这种方法的代价较高。较为便宜的方法是在放入水刀之前将较大尺寸的板材分割开来，或将较大尺寸的板材悬于收集器边缘之外。

制成工件是否需要精度？

如同板材尺寸一样，您也应考虑要做的主要工作，而不是最精确的工作。

均方根值为100至250的喷砂表面光洁度是否可作为“原切割”？

如果不必执行二次操作来获取更为平滑的表面（均方根值高于100），您在水刀上花费的每个部件成本则会相当低。对于硬质材料（例如淬火钢、钛、镍合金和陶瓷），用水射流进行部件粗分离仍然可以节省大量成本，即使需要最终抛光。

操作人员是否精通？

您的操作人员是否也是程序设计人员？寻找程序设计人员和操作人员是否困难？如果困难，通过智慧控制更为复杂、难于掌握、基于计算机辅助制造和计算机数控的系统将会大大提高您的生产力。

由谁来执行维护？

如果操作人员也是维护人员，确保提供适当的培训。安装之后，也许您会考虑另外请一个现场操作人员，进行为期60天的维护培训。

操作人员是只操作水刀设备，还是同时操作其它机器？

如果操作人员同时操作不止一台机器，应使用辅助自动操作技术。例如，您可从制造商处购买切割性能监控器，如果与最佳性能出现偏差，该监控器就会自动关闭机器。如果批量尺寸允许，也可进行多层切割。这样射流的工作时间就会延长，但是工件生产量相当大。在射流进行切割时，操作人员还可以操作另一台机器。

是否在板上为部件嵌套？

可使用很多嵌套包装。尽管普通嵌套包装能够为水刀设备创建一个嵌套，但是为特定流程而设计的嵌套包装（和工具机控制装置）通常比普通的多流程版本更有效和更易于使用。

是否具有设施？

准备和制造商讨论所有设施问题。包括占地面积、电力、水、压缩空气、排水装置、用于高压维护的清洁车间区、编程办公区。

动力的影响

对于水刀尤其是加砂水刀切割，通常存在这样一种误解：最好使用最低的动力、压力以及最低的砂料完成切割。事实并非如此。关键是切割速度要快。对于大多数应用来说，以“全速”运作系统造成的操作成本增加远远超出在给定的时间内生产更多任务件所节省的资金。许多大学、水刀制造商、水刀用户和研究所通过研究得出了下图中的一般曲线。这些曲线显示了相同的趋势 – 随着砂料的流速从零开始上升，切割速度也会上升，而每英寸成本则会下降，直至达到峰值点，这时切割速度和每英寸成本都处于最佳状态。使用“经验法则”当然也有例外。事实上，如今的切割基本都符合这样一个规则：

最快的切割速度 = 最低的每英寸成本.

对于给出的参数集（压力、出水孔尺寸等），随着砂料流速的上升，切割速度上升，切割成本下降。最终达到最佳性能。

如要尽快操作，应使用可用的最大马力来运作系统。如果您的泵压力为60,000 psi，切割头为50 HP，如果可能，50 HP应全部使用。如果您的系统为100 HP，但是只有消耗50HP的切割头能有效运作，则要考虑使用两个切割头。

砂料占设备运作成本的三分之二。设备运作成本不包括劳动力、租赁或折旧、设施或其它间接成本。它包括电力、水、气、密封件、止回阀、出水孔、混合管、砂料、进水过滤器和长期备用部件（液压帮浦、高压汽缸等）。这些基本上就是需要定期更换的工件或超过水刀系统使用寿命的工件。

如要选择正确的泵，首先要检查您在应用操作（见上文）中是如何回答的。如果您要切割原型部件并且没有预测到大量生产要求，使用较大的泵很可能浪费资金。相反，如果您要在内部大量生产工件并且能够支付起理想的机器的费用，则应选择具有多头切割能力较大的泵。

可使用多种规格的泵。有些制造商生产的泵只有几种规格，而其它制造商生产的泵则具有全部规格。以下排量和多切割头表中列出了泵的全部规格。

功率

每分钟的排量加仑数

在全压下能够运行的最大单孔径（直径）

多切割头选项

25 HP

0.5 gpm

直径0.010英寸

使用此泵的多个切割头是特殊的 – 切割头很小

50 HP

1.0 gpm

0.014 inch

2个切割头，每个为0.010英寸

75 HP

1.5 gpm

0.017 inch

3个切割头，每个为0.010英寸

100 HP

2.0 gpm

0.21英寸
（因为加砂水刀的最大的切割头为0.016英寸，也可能是0.018英寸，所以很少使用排量为2.0加仑/分的泵）

4个切割头，每个为0.010英寸
2个切割头，每个为0.014英寸

150 HP

3.0 gpm

0.28英寸
（因为加砂水刀的最大的切割头为0.016英寸，也可能是0.018英寸，所以很少使用排量为2.0加仑/分的泵）

2个切割头，每个为0.017英寸
3个切割头，每个为0.014英寸
6个切割头，每个为0.010英寸

简化的泵排量表。尽管还有其它规格的泵（40马力、60马力、200马力等），上表所列出的规格是最普通的规格。

在上表中，最普通的泵是使用一个切割头的50马力泵。紧随其后依次为100HP、25HP和150HP。如今生产的泵有60%以上是50HP或100HP。

接受水刀设备或其它相对较贵的工具机之前，买方必须获得性能证明。供货商必须出示机器已经通过所有内部试验的证明。必须满足最终签订的报价单上规定的基本性能标准。附加接受标准应在购买机器之前由双方协商而确定。以下简表列出了需要执行的设备试验以及最佳试验方法。

性能检查

测试方法与备注

精度和重复精度

获取能够显示每个主轴的线性定位结果的雷射干涉仪测试的打印文本。将这些结果与报价单相比，看是否匹配。

对于高精度设备（在整个行程中精度为+/- 0.003英寸或更高），应根据ISO双向标准或3-sigma进行测试。

切割速度范围

获取在工厂内进行的球杆仪试验的打印文本。安装完成后，在您的厂内进行类似试验（可能简化步骤），从而确保试验结果与工厂结果类似，方可接受。

通过球杆仪进行的动态精确度试验显示了机器能够横动一个周期，同时保持列出的精度和重复精度。

行程长度

确保设备具有行程的全部长度。如果设备长度为6 x 10英尺，Z轴长度为10英寸，则要确认这些距离。

工作压力

确保高压泵在列出的压力下能够持续运行。谨记泵和XY工作台之间水管有时会出现压力损失。尽可能接近泵测试水压。

压力即生产能力。尽管水管运行会影响喷嘴压力，泵也要持续（不能使泵空载，同时启动切割头）输送列出的精确压力。

切割性能

如果在评估/报价期间供货商切割材料，则应在您的厂内用您的机器重新切割这些材料，这可以作为机器接受试验的一部分。比较切割结果。

这个试验通常可归入熟悉训练中。熟悉训练不能取代制造商在其工厂内举办的培训班。安装后通常立即进行熟悉训练，训练时间约为半天，目的在于确保操作人员和维护人员能够适应机器。安装设备之前和开始熟悉训练之前，最好送您的员工去制造商举办的培训班进行培训。

后记：经验法则 – 加砂水刀切割技巧

后记：切割速度