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摘 要：在S型曲线加减速算法的基础上，设计开发了一种新的速度变化率与插补位置的非线性算法，得到一种新的速率平滑处理方法.并针对水射流切割速度对切割质量的主要影响因素，进行了一系列的速率处理方式变化、速率平滑处理下加减速距离变化的模拟实验，从而找到水射流切割速率与切割质量的关系和规律。
关键词：S型曲线;磨料水射流;平滑处理
Abstract：Based on the S-curve acceleration and deceleration algorithm， a new non-linear algorithm of velocity change rate and interpolation position is designed and developed， and a new rate smoothing processing method is obtained. A series of simulation experiments are carried out on the change of rate processing mode and the change of acceleration and deceleration distance under the rate smoothing treatment according to the main factors affecting the cutting quality caused by water jet cutting speed The relationship between water jet cutting rate and cutting quality is found.
Key words：S-shaped curve; abrasive water jet; smoothing treatment
1 引 言
隨着计算机计算速度的提高和开放式CNC（ComuterNumericalCotrol）系统的发展，现代数控系统的功能越来越丰富，一些相对复杂的算法相继在数控加工系统中得到应用，从而使得数控加工速度和精度也在不断的提高[1，2]。与此同时，磨料水射流技术作为唯一的冷态切割技术，具有显著的优势，如无热变形及热变质、作用力小加工柔性高洁净等几乎可以切割所有的工程材料，特别适合切割各种热敏压敏脆性复合硬及特硬等现有方法难以或不能加工的材料[3][4]。对数控系统来言，最重要的就是在高速切割的同时保持切割的精确性。磨料水射流切割区别于传统数控系统影响其精度最大的因素是速度变化导致的水线的偏摆，在切割速度变化率较大时，切割断面通常存在粗糙的斜条纹，如图1所示，可以清晰的看到切割断面存在大量的斜条纹。国内外对切割出现断面斜条纹的原因进行了大量的研究[5，6]，其中最主流的观点是Hashish提出的断面切割条纹是水射流的固有属性[7]。
目前主要通过调整表面进给速度变化率降低断面条纹对切割质量的影响。为此，国内外学者对进给速度平滑优化策略进行了深入研究[8，9]。文献[10]等人提出了用微线段拐点圆弧转接方法实现速度平滑化，但算法相对复杂;文献[11]根据期望的轮廓精度，对程序段间的拐点速度进行优化，但在精密加工应用场合中，拐点速度限制过低导致切割速度不高;文献[12]是通过设定运动矢量间夹角的阈值来进行速度平滑处理，但阈值设定人为影响较大，缺乏规范性。主流的速度处理方式为S型曲线加减速的方式，即将每段切割路径划分为加加速、加速、减加速、匀速、加减速、减速、减减速7大阶段，不同阶段采用不同的速度平滑处理方法，能够有效减少断面条纹，然而需根据加工段初速度、加工段末速度和加工段长度判断段内各个阶段是否存在，计算量大，不易于编写。在上述速度平滑处理的基础上，提出一种新的速度变化率与插补点位置的非线性关系，计算插补点的实时速度，保持切割速度与精度的基础上大大简化计算量，最后通过仿真测试验证了算法的正确性。
2 算法的分析与设计
2.1 算法分析
用不同的速度变化率对同一元件进行切割测试，保持其他参数不变，经过大量的测试发现：当切割处于加速段时，速度变化率与切割质量成正比，当加速到一定程度时，速度变化率对切割质量影响较小。同理在减速段时，减速段前部速度变化率对切割质量影响较小，当减速到转角或0时，速度变化率与切割质量成正比。这与S型曲线加减速法的加速段初始和减速段末尾的加减速度变化率高，靠近匀速段的加减速度变化率低是一致的。根据测试结果对S型曲线加减速算法进行优化，推导出切割加减速段中插补点的速度变化率与位置的关系为：
其中y为当前插补点距加减速段起始位置的距离，k为比例系数（默认为1），a为当前插补点的加减速度，l为加减速段的长度。当切割处于加速段时k
关键词：S型曲线;磨料水射流;平滑处理
Abstract：Based on the S-curve acceleration and deceleration algorithm， a new non-linear algorithm of velocity change rate and interpolation position is designed and developed， and a new rate smoothing processing method is obtained. A series of simulation experiments are carried out on the change of rate processing mode and the change of acceleration and deceleration distance under the rate smoothing treatment according to the main factors affecting the cutting quality caused by water jet cutting speed The relationship between water jet cutting rate and cutting quality is found.
Key words：S-shaped curve; abrasive water jet; smoothing treatment
1 引 言
隨着计算机计算速度的提高和开放式CNC（ComuterNumericalCotrol）系统的发展，现代数控系统的功能越来越丰富，一些相对复杂的算法相继在数控加工系统中得到应用，从而使得数控加工速度和精度也在不断的提高[1，2]。与此同时，磨料水射流技术作为唯一的冷态切割技术，具有显著的优势，如无热变形及热变质、作用力小加工柔性高洁净等几乎可以切割所有的工程材料，特别适合切割各种热敏压敏脆性复合硬及特硬等现有方法难以或不能加工的材料[3][4]。对数控系统来言，最重要的就是在高速切割的同时保持切割的精确性。磨料水射流切割区别于传统数控系统影响其精度最大的因素是速度变化导致的水线的偏摆，在切割速度变化率较大时，切割断面通常存在粗糙的斜条纹，如图1所示，可以清晰的看到切割断面存在大量的斜条纹。国内外对切割出现断面斜条纹的原因进行了大量的研究[5，6]，其中最主流的观点是Hashish提出的断面切割条纹是水射流的固有属性[7]。
目前主要通过调整表面进给速度变化率降低断面条纹对切割质量的影响。为此，国内外学者对进给速度平滑优化策略进行了深入研究[8，9]。文献[10]等人提出了用微线段拐点圆弧转接方法实现速度平滑化，但算法相对复杂;文献[11]根据期望的轮廓精度，对程序段间的拐点速度进行优化，但在精密加工应用场合中，拐点速度限制过低导致切割速度不高;文献[12]是通过设定运动矢量间夹角的阈值来进行速度平滑处理，但阈值设定人为影响较大，缺乏规范性。主流的速度处理方式为S型曲线加减速的方式，即将每段切割路径划分为加加速、加速、减加速、匀速、加减速、减速、减减速7大阶段，不同阶段采用不同的速度平滑处理方法，能够有效减少断面条纹，然而需根据加工段初速度、加工段末速度和加工段长度判断段内各个阶段是否存在，计算量大，不易于编写。在上述速度平滑处理的基础上，提出一种新的速度变化率与插补点位置的非线性关系，计算插补点的实时速度，保持切割速度与精度的基础上大大简化计算量，最后通过仿真测试验证了算法的正确性。
2 算法的分析与设计
2.1 算法分析
用不同的速度变化率对同一元件进行切割测试，保持其他参数不变，经过大量的测试发现：当切割处于加速段时，速度变化率与切割质量成正比，当加速到一定程度时，速度变化率对切割质量影响较小。同理在减速段时，减速段前部速度变化率对切割质量影响较小，当减速到转角或0时，速度变化率与切割质量成正比。这与S型曲线加减速法的加速段初始和减速段末尾的加减速度变化率高，靠近匀速段的加减速度变化率低是一致的。根据测试结果对S型曲线加减速算法进行优化，推导出切割加减速段中插补点的速度变化率与位置的关系为：
其中y为当前插补点距加减速段起始位置的距离，k为比例系数（默认为1），a为当前插补点的加减速度，l为加减速段的长度。当切割处于加速段时k