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在中国制造 2025 的大环境下，为了快速促进制造业产业化升级，朝着“互联网+”的发展趋势，将信息化和工业化进行融合，把重点放在开发新一代科技信息技术产业，如高档数控机床、机器人结构机床、航空航天制造业、先进轨道交通和电力装备、新型材料、生物医疗器械装备及农业器械装备等[1]。参与制定泉州制造 2025 规划及市级“燎原计划”重大关键技术解决方案有工业机器人控制器开发及产业化，高性能交流伺服驱动及电机的研制与跨行业示范应用以及国产数控技术在热熔胶器涂布复合机的应用、节能伺服系统在制鞋业行业的应用、卫生用品多轴同步张力控制系统的研制与应用、高精度柔性折弯机专用数控系统研发与推广应用、高性能数控激光设备的研发与推广应用、石材专用数控设备的研发与实践应用推广等国产数控系统产品开发与示范应用。数字化、网络化及智能化是传统制造业进行转型升级的主要考虑方向，也是制造业未来发展的一个必然趋势[2]。从“数代”到“智能一代”，泉州华中科技大学智能制造研究院作为泉州市政府培养的重点企业，也将努力为实施“中国制造2025”强国战略做出应有的贡献。
近年来，随着“超高压数控水切割机床”技术的不断更新和完善，数控水切割机床在市场上已逐渐推广和应用。水切割是利用水（纯水或是加磨料的水）喷射的动能对工件进行加工，它可以对反光型材料、复合型材料、化学纤维、热敏感型材料及玻璃陶瓷等材料进行加工；水刀切割相比于激光切割、电火花切割等切割方式有以下一些优点：是一种冷态切割，切割面没有热变形；水切割在加工过程中没有发生材料的化学变化，即不影响切割材料物理性质；切割工件表面清洁且环保等[3]。对于三轴的水切割数控系统，由于能量梯度和水的聚焦发散作用，切面越深时（距喷嘴越远时），水切割能力就会越差，所切割出的切割面与工件表面经常就会不垂直，切割面如图1.1 所示，虽然可以通过提高水的能量或是降低水切割的速度可以减低部分不垂直度，但是大部分水刀切割石材产品都用于石材水刀拼花（即石材工件与石材工件镶嵌的过程，不同颜色或不同形状也可以都相同的石材工件），这就需要切割面有一定的倾斜度，以更好的镶嵌，使边缘的拼缝小且美观大方。这些都是三轴水切割数控系统机床无法完成的。为了解决切割不垂直度的问题，五轴联动的水切割数控机床概念就被提了出来，它的基本原理是：在原有三个直线轴 X、Y、Z 的基础上再加两个摆动轴 A、B 或 A、C 或 B、C，来实现水刀刀头向任意方向的摆动，并用 RTCP（Realtime
Transport Control Protocol）技术，将控制点定在刀具的中心点，通过实时刀具长度补偿确保刀具的中心点沿着指定的路径移动[4]。从而使水切割产品达到无斜度切面或形成指定角度的切面。

CAD/CAM/CNC 技术是计算机科学、信息技术与现代设计生产制造相结合的产物，是实现产品设计和生产制造具有自动化、集成化的关键技术[5]。在现有的 CAD/CAM（UG、
Solid Works、Auto CAD、Pro/Engineer、CATIA、CAXA、Master CAM 等）大型商业化软件中，其中 UG、CAXA 等软件都已经发展的比较成熟，但是这些大型的商业化软件对于一些中小型企业存在以下问题：
（1）比较昂贵；
（2）功能强大导致操作比较繁琐复杂，对操作工人技术要求比较高。
因此，本文拟开发一套适用于中小型企业的、具有自主知识产权的 CAD/CAM 一体化的五轴联动水切割数控系统。本课题是在华中八型数控系统的基础上，通过对软硬件平台的扩充与完善，构建专用数控装置及软硬件开发平台，在石材水刀加工类方向，进行具有交互式图形化编程系统的专用数控系统的开发，即实现由二维图形（如.dxf 文件）生成五轴数控加工 G 代码直接驱动水切割机床轴的运动。这对于推广国产数控系统的市场占有率具有很大的积极作用[6]。研究 CAD/CAM 一体化的五轴联动水切割专用数控系统作为泉州制造 2025 规划中专用数控系统的研究专项之一，若研制成功将有利于国产数控系统形成完整的产品系列与产业链，将有效的降低了产品设计的成本，减少了产品从设计到投产的时间（即开发周期），减少了废品率，提高了劳动生产率，减轻了劳动者的劳动强度及提高了劳动者的创造力等[7]，进而提升国产数控系统的整体竞争力，减少对国外关键技术与产品的依赖，加快国内机械产品及产业的技术升级和增加机械行业整体的技术储备，有利于整个制造业的发展。