数控等离子切割技术

数控等离子切割技术 数控等离子切割技术 1、国内数控等离子切割的现状 我国工厂的板材下料中应用最为普遍的是和，所用的设备包括手工下料、 仿形机下料、半自动切割机下料及数控切割机下料等。与其他切割方式比较而 言，手工下料随意性大、灵活方便，并且不需要专用配套下料设备。但手工切 割下料的缺点也是显而易见的，其割缝质量差、尺寸误差大、材料浪费大、后 道加工工序的工作量大，同时劳动条件恶劣。用仿形机下料，虽可大大提高下 料工件的质量，但必须预先加工与工件相适应的靠模，不适于单件、小批量和 大工件下料。半自动切割机虽然降低了工人劳动强度，但其功能简单，只适合 一种形状的切割。上述 3 种切割方式，相对于数控切割来说由于设备成本较低、 操作简单，所以在我国的中小企业甚至在一些大型企业中仍在广泛使用。 在工业生产中，金属热切割一般有气割、等离子切割、激光切割等。其中 等离子切割与气割相比，其切割范围更广、效率更高。而精细等离子切割技术 在材料的切割表面质量方面已接近了激光切割的质量，但成本却远低于激光切 割。因此，等离子切割自 20 世纪 50 年代中期在美国研制成功以来，得到迅速 发展。随着计算机及数字控制技术的迅速发展，数控切割也得以蓬勃发展，并 在改善加工精度。节约材料、提高劳动生产率等方面显示出巨大优势。这促使 等离子切割技术从手工或半自动逐步向数控方向发展，并成为数控切割技术发 展的主要方向之一。数控等离子切割技术是集数控技术、等离子切割技术、逆 变电源技术等于一体的高新技术，它的发展建立在计算机控制、等离子弧特性 研究、电力电子等学科共同进步基础之上。我国的数控切割技术起步于 20 世纪 80 年代，而数控等离子切割技术起步更晚。但近年来，国内一些高校、科研单 位、制造厂商对数控等离子切割技术进行了研究，并逐步开发生产了各种规格 的数控等离子切割设备，缩小了与国外先进技术的差距。 随着国内经济形势的蓬勃发展以及“以焊代铸趋势的加速，数控切割的优势 正在逐渐为人们所认识。数控切割不仅使板材利用率大幅度提高，产品质量得 到改进，而且改善了工人的劳动环境，劳动效率进一步提高。目前，我国金属 加工行业使用的数控切割机是以火焰和普通等离子切割机为主，但纯火焰切割， 已不能适应现代生产的需要，而目前市场需求的数控切割机多为数控等离子切 割机，该类切割机可满足不同材料、不同厚度的金属板材的下料以及金属零件 的加工的需要，因此需求量将会越来越大，但与国外的差距仍极为明显，主要 表现为：发达国家金属加工行业 90%为数控切割机下料，仅 10%为手工下料；而 我国数控切割机下料仅占下料总量的 10%，其中数控等离子切割下料所占比例 更小。究其原因，较高的设备成本、复杂和维护和操作制约了数控切割在我国 的进一步普及。因此国内数控切割机生产厂家引进了国外控制系统技术，经过 二次开发后运用到了切割领域中，设计出了适合我国国情的数控切割机。某些 厂家开发生产的专用数控切割设备，在技术上已经达到或超过了国外同类产品。 具体体现在： 1.数控系统与等离子系统的电磁兼容技术 这是数控等离子切割机成功的关键，只有解决了这一难题，才能实现数字 控制下的等离子切割。 HR92Y8 2.符合热切割工艺要求的专用控制软件 该类控制软件的特点如下： (1)采用图形输入方式，比代码输入更加直观，操作快捷方便。 (2)中文界面，更适合中国国情。 (3)输入方式多元化，所有调控指令化。 (4)利用自动套料编程软件，可提高板材利用率 10%左右。 3.大功率等离子系统 该系统具有 100%暂载率和完备的数控接口、弧压接口、遥控接口，并提供 全套的接口附件，从而实现与数控系统的紧密结合。 二、国外数控等离子切割技术发展现状 国外数控切割机的生产厂家主要集中在德国、美国和日本。其主要厂家有 德国的伊萨(ESAB)、梅塞尔(MESSER)，日本的田中(TANAKA)、小池(KOIKE)，美 国的 L-TEC、林德(LINDA)等。能够代表数控等离子切割技术最高水平的厂家集 中在德国，德国伊萨的数控切割机是当今世界上品种最全，功能最多，水平最 高，几乎包括了所有非接触式切割手段的数控切割机。其中 NEC520 连续轨迹控 制器与 RPC600(单台或双台并联)水射流式等离子系统配合可以切割 130mm 以下 金属板材；与 HD3070 精细等离子配合可对 1~12mm 金属材料实施高速(7.6m/min) 和高精度(接近激光切割下限)切割。 上述配置代表了数控等离子切割机的最高配置，其主要特点如下： (1)自动化切割即等离子切割的全部过程 (如初始定位、引弧、穿孔、切割、 调高、升降水等)均在数控指挥下完成，并可通过编程来修改其参数。 (2)多功能即通过加挂不同附件增加数控机床的柔性，为下道工序提供定位、 焊接、储存基础。例如打标记功能可提供安装和定位基准。等离子切割可进行 X、V、Y 和 K 形等坡口加工，且不仅可完成直线坡口还可完成曲线、圆弧形坡 口，为焊接提供方便。 (3)水下切割可有效地减小钢板热变形，充分抑制尘粉、弧光、噪声和飞溅。 我国数控切割机每年市场需求量约在 400~500 台之间，产品主要以数控等 离子切割机为主。相较而言，仿形切割机每年销售几千台，半自动切割机每年 销售达上万台。由此可见，我国数控切割市场，尤其是数控等离子切割市场的 发展潜力是巨大的。 1.1 等离子切割种类介绍 a.普通等离子弧切割。根据所使用的主要工作气体，主要分为氩等离子弧 切割、氧等离子弧切割。氧等离子弧切割和空气等离子弧切割等几类。切割电 流一般在 100A 以下，切割厚度小于 30mm。 b.再约束等离子弧切割。根据等离子弧的再约束方式，主要分为水再压缩 等离子弧切割、磁场再约束等离子弧切割等。由于等离子弧受到再次压缩，其 电流密度、切割弧的能量进一步集中，从而提高了切割速度和加工质量。 c.精细等离子弧切割。等离子弧电流密度很高，通常是普通等离子弧电流 密度的数倍，由于引进了诸如旋转磁场等技术，其电弧的稳定性也得以提高， 因此，其切割精度相当高。国外的精细等离子切割表面质量已达激光切割的下 限，而其成本只有激光切割的三分之一。 1.2 等离子切割电源 原先在我国应用较多的高漏抗变压器加二次侧整流式的切割机电源已逐渐 被逆变式等离子切割电源所代替，其原理如图 1 所示。国产等离子电源大多用 于手工切割和配在小车切割机上，近年来由于性能有所改善，因此也逐步配用 于数控切割机，但仍需进一步提高。 1.3 数控技术的现状与发展 计算机技术的飞速发展推动了数控技术的更新换代，而这也日益完善了数 控等离子切割的高精、高速、高效功能。代表世界先进水平的欧洲、美国、日 本的数控系统生产商利用工控机丰富的软硬件资源开发的新一代数控系统具有 开放式体系结构，即数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向最终用户， 通过改变、增加或剪裁结构对象(数控功能)，形成系列化，并可方便地将用户 的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次产品 的开发。 开放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，并 向智能化、网络化方向发展。 目前，开放系统