磨料水射流(AWJ)切割技术自上世纪80年代出现以来,经过30多年的改进,目前已成为了一种成熟的加工技术。该技术与激光、等离子等高能束加工技术相同,属于新一代的特种加工技术,并且作为唯一一种冷态高能束加工技术,在加工领域有着其他技术所无法取代的优势。其切缝小、无热损伤、不带来残余应力的优点,尤其适用于航空航天、高铁等对材料有着极高要求的高精尖领域的机械加工。随着五轴磨料水射流设备的出现以及计算机辅助制造技术的提高,经过适当培训的普通工人也可以轻易用磨料水射流加工出有着极高精度的产品。目前该技术已经开始由2D加工逐步走向3D加工,国际磨料水射流设备巨头Flow、OMAX等欧美公司已纷纷投入巨资开始研发磨料水射流3D加工技术。反观我国,目前掌握五轴磨料水射流设备的生产制造与精密加工技术的单位屈指可数,磨料水射流技术对我国的精密工业加工来说还是新鲜的东西,但磨料水射流3D加工技术缩小了我国与世界先进水平之间的差距,对该技术的研发是我国磨料水射流技术实现弯道超车的绝佳机会,同时该技术也是李克强总理提出的中国版工业4.0计划中不可或缺的高精尖工业加工智能控制技术。由于磨料水射流切割破碎物料的影响因素众多,其本身固液气三相流相互作用过程极为复杂,很难从纯理论上建立广泛适用的模型。本文在综合研究前人的理论基础上,选择了从体积移除的角度入手,通过对实际切割过程的可视化研究,从十二万张照片中寻找出切割过程的规律,并通过该规律将磨料水射流切割过程重新分类。新的分类统合了目前最为广泛接受的两种切割前沿形成的理论,并发现了为前人所忽视,但在实际切割过程中最为常见的一种切割状态。针对该状态本文提出了全新的假设,并详细研究了该假设的成立条件。随后本文根据该假设设计了详细的实验,针对磨料水射流切割过程中最为重要的两个平面上的曲线(切割前沿后拖量曲线、切缝宽度变化曲线)开发了全新的精确实验方法与精确测量方法(实验方法即将获得发明专利授权),获得了大量精确的实验数据(约六万多组)。通过对实验数据图像的分析,对切割前沿后拖量曲线和切缝宽度变化曲线分别采用理论推导与经验总结的方式建立了回归模型和经验模型,并经由实验验证了以上模型的有效性,最终证明了前文假设的正确性。通过上述两个模型,可以准确的预测给定参数下磨料水射流切割所获得的主要切面3D形貌,并可根据预测值选择最优的补偿参数,以获得更加精密的加工结果。