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數(shù)控等離子切割機(jī),就是指用于控制機(jī)床或設(shè)備的工件指令(或程序) ,是以數(shù)字形式給定的一種新的控制方式。

與傳統(tǒng)手動和半自動切割相比,數(shù)控切割通過數(shù)控系統(tǒng)即控制器提供的切割技術(shù)、切割工藝和自動控制技術(shù),有效控制和提高切割質(zhì)量和切割效率。 數(shù)控切割：是指數(shù)控火焰、等離子、激光和水射流等切割機(jī),根據(jù)數(shù)控切割套料軟件提供的優(yōu)化套料切割程序進(jìn)行全時、自動、高效、高質(zhì)量、高利用率的數(shù)控切割。數(shù)控切割代表了現(xiàn)代高科技的生產(chǎn)方式,是先進(jìn)的優(yōu)化套料計算技術(shù)與計算機(jī)數(shù)控技術(shù)和切割機(jī)械相結(jié)合的產(chǎn)物。

在工業(yè)生產(chǎn)中,金屬熱切割一般有氣割、等離子切割、激光切割等。其中等離子切割與氣割相比,其切割范圍更廣、效率更高。而精細(xì)等離子切割技術(shù)在材料的切割表面質(zhì)量方面已接近了激光切割的質(zhì)量,但成本卻遠(yuǎn)低于激光切割。節(jié)約材料、提高勞動生產(chǎn)率等方面顯示出巨大優(yōu)勢。這促使等離子切割技術(shù)從手工或半自動逐步向數(shù)控方向發(fā)展,并成為數(shù)控切割技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。

數(shù)控等離子切割機(jī)以工作方式來分：有干式等離子、半干式等離子、水下等離子之分；以切割質(zhì)量來分有普通等離子、精細(xì)等離子、類激光等離子等。等離子在水下切割能消除切割時產(chǎn)生的噪聲,粉塵、有害氣體和弧光的污染,有效地改善工作場合的環(huán)境。采用精細(xì)等離子切割已使切割質(zhì)量接近激光切割水平,2012年以來隨著大功率等離子切割技術(shù)的成熟切割厚度已超過15mm,拓寬了數(shù)控等離子切割機(jī)切割范圍。由于數(shù)控等離子切割機(jī)本身切割速度快,切割質(zhì)量好的優(yōu)點,在不久的將來定會代替部分的人工等離子切割、人工火焰切割機(jī)及數(shù)控火焰切割！

等離子弧切割是利用高溫等離子電弧的熱量使工件切口處的金屬部局熔化(和蒸發(fā)),并借高速等離子的動量排除熔融金屬以形成切口的一種加工方法。

數(shù)控技術(shù)

在工業(yè)生產(chǎn)中,金屬熱切割一般有氣割、等離子切割、激光切割等。其中等離子切割與氣割相比,其切割范圍更廣、效率更高。而精細(xì)等離子切割技術(shù)在材料的切割表面質(zhì)量方面已接近了激光切割的質(zhì)量,但成本卻遠(yuǎn)低于激光切割。節(jié)約材料、提高勞動生產(chǎn)率等方面顯示出巨大優(yōu)勢。這促使等離子切割技術(shù)從手工或半自動逐步向數(shù)控方向發(fā)展,并成為數(shù)控切割技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。數(shù)控等離子切割技術(shù)是集數(shù)控技術(shù)、等離子切割技術(shù)、逆變電源技術(shù)等于一體的高新技術(shù),它的發(fā)展建立在計算機(jī)控制、等離子弧特性研究、電力電子等學(xué)科共同進(jìn)步基礎(chǔ)之上。我國的數(shù)控切割技術(shù)起步于20世紀(jì)80年代,而數(shù)控等離子切割技術(shù)起步更晚。但近年來,國內(nèi)一些高校、科研單位、制造廠商對數(shù)控等離子切割技術(shù)進(jìn)行了研究,并逐步開發(fā)生產(chǎn)了各種規(guī)格的數(shù)控等離子切割設(shè)備,縮小了與國外先進(jìn)技術(shù)的差距

根據(jù)所使用的主要工作氣體,主要分為氬[yà]等離子弧切割、氧等離子弧切割。氧等離子弧切割和空氣等離子弧切割等幾類。切割電流一般在100 A以下,切割厚度小于 30 mm。

根據(jù)等離子弧的再約束方式,主要分為水再壓縮等離子弧切割、磁場再約束等離子弧切割等。由于等離子弧受到再次壓縮,其電流密度、切割弧的能量進(jìn)一步集中,從而提高了切割速度和加工質(zhì)量。

等離子弧電流密度很高,通常是普通等離子弧電流密度的數(shù)倍,由于引進(jìn)了諸如旋轉(zhuǎn)磁場等技術(shù),其電弧的穩(wěn)定性也得以提高,因此,其切割精度相當(dāng)高。國外的精細(xì)等離子切割表面質(zhì)量已達(dá)激光切割的下限,而其成本只有激光切割的三分之一。

空氣機(jī)原理

由電控系統(tǒng)和噴嘴組成,電控系統(tǒng)產(chǎn)生電弧在由壓縮空氣壓縮后在噴嘴噴出,有點像二氧焊的性質(zhì),壓縮后的電弧有上萬度的高溫。從而進(jìn)行切割,可以切割銅,不銹鋼,鋁等有色金屬,并且切口窄。壓縮后的電弧溫度是很高的,用壓縮空氣把電弧在一個小孔里吹出來,電弧就是電離的空氣

等離子：隨著溫度的升高,一般物質(zhì)依次表現(xiàn)為固體、液體和氣體。它們統(tǒng)稱物質(zhì)的三態(tài)。當(dāng)氣體溫度進(jìn)一步升高時,其中許多,甚至全部分子或原子將由于激烈的相互碰撞而離解為電子和正離子。這時物質(zhì)將進(jìn)入一種新的狀態(tài),即主要有電子和正離子（或是帶正電的核）組成的狀態(tài)。這種狀態(tài)的物質(zhì)叫等離子體,它可以稱為物質(zhì)的第四態(tài)。

國內(nèi)現(xiàn)狀

我國工廠的板材下料中應(yīng)用最為普遍的是火焰切割和等離子切割,所用的設(shè)備包括手工下料、仿形機(jī)下料、半自動切割機(jī)下料及數(shù)控切割機(jī)下料等。與其他切割方式比較而言,手工下料隨意性大、靈活方便,并且不需要專用配套下料設(shè)備。但手工切割下料的缺點也是顯而易見的,其割縫質(zhì)量差、尺寸誤差大、材料浪費(fèi)大、后道加工工序的工作量大,同時勞動條件惡劣。用仿形機(jī)下料,雖可大大提高下料工件的質(zhì)量,但必須預(yù)先加工與工件相適應(yīng)的靠模,不適于單件、小批量和大工件下料。半自動切割機(jī)雖然降低了工人勞動強(qiáng)度,但其功能簡單,只適合一種形狀的切割。上述3種切割方式,相對于數(shù)控切割來說由于設(shè)備成本較低、操作簡單,所以在我國的中小企業(yè)甚至在一些大型企業(yè)中仍在廣泛使用。

隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)形勢的蓬勃發(fā)展以及“以焊代鑄趨勢的加速,數(shù)控切割的優(yōu)勢正在逐漸為人們所認(rèn)識。數(shù)控切割不僅使板材利用率大幅度提高,產(chǎn)品質(zhì)量得到改進(jìn),而且改善了工人的勞動環(huán)境,勞動效率進(jìn)一步提高。目前,我國金屬加工行業(yè)使用的數(shù)控切割機(jī)是以火焰和普通等離子切割機(jī)為主,但純火焰切割,已不能適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)的需要,而目前市場需求的數(shù)控切割機(jī)多為數(shù)控等離子切割機(jī),該類切割機(jī)可滿足不同材料、不同厚度的金屬板材的下料以及金屬零件的加工的需要,因此需求量將會越來越大,但與國外的差距仍極為明顯,主要表現(xiàn)為：發(fā)達(dá)國家金屬加工行業(yè)90%為數(shù)控切割機(jī)下料,僅10%為手工下料；而我國數(shù)控切割機(jī)下料僅占下料總量的10%,其中數(shù)控等離子切割下料所占比例更小。究其原因,較高的設(shè)備成本、復(fù)雜和維護(hù)和操作制約了數(shù)控切割在我國的進(jìn)一步普及。因此國內(nèi)數(shù)控切割機(jī)生產(chǎn)廠家引進(jìn)了國外控制系統(tǒng)技術(shù),經(jīng)過二次開發(fā)后運(yùn)用到了切割領(lǐng)域中,設(shè)計出了適合我國國情的數(shù)控切割機(jī)。某些廠家開發(fā)生產(chǎn)的專用數(shù)控切割設(shè)備,在技術(shù)上已經(jīng)達(dá)到或超過了國外同類產(chǎn)品。

我國數(shù)控切割機(jī)每年市場需求量約在400~500臺之間,產(chǎn)品主要以數(shù)控等離子切割機(jī)為主。相較而言,仿形切割機(jī)每年銷售幾千臺,半自動切割機(jī)每年銷售達(dá)上萬臺。由此可見,我國數(shù)控切割市場,尤其是數(shù)控等離子切割市場的發(fā)展?jié)摿κ蔷薮蟮摹?/P>

切割電源

原先在我國應(yīng)用較多的高漏抗變壓器加二次側(cè)整流式的切割機(jī)電源已逐漸被逆變式等離子切割電源所代替,其原理如圖1所示。國產(chǎn)等離子電源大多用于手工切割和配在小車切割機(jī)上,近年來由于性能有所改進(jìn),逆變式等離子切割電源采用先進(jìn)的igbt逆變技術(shù)。具有體積小、重量輕、噪音低、功耗小以及攜帶方便等優(yōu)點。操作簡單、切割速度快、切口窄而光潔、工件變形小。使用安全,可靠性高。設(shè)有過壓、欠壓、過流、過熱等自動保護(hù)功能。在逐漸取代傳統(tǒng)氧乙炔切割

計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展推動了數(shù)控技術(shù)的更新?lián)Q代,而這也日益完善了數(shù)控等離子切割的高精、高速、高效功能。代表世界先進(jìn)水平的歐洲、美國、日本的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)商利用工控機(jī)豐富的軟硬件資源開發(fā)的新一代數(shù)控系統(tǒng)具有開放式體系結(jié)構(gòu),即數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運(yùn)行平臺上,面向最終用戶,通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對象（數(shù)控功能）,形成系列化,并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技術(shù)訣竅集成到控制系統(tǒng)中,快速實現(xiàn)不同品種、不同檔次產(chǎn)品的開發(fā)開放式體系結(jié)構(gòu)使數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、擴(kuò)展性,并向智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

目前,開放系統(tǒng)具體有2種基本結(jié)構(gòu)：

CNC+工控機(jī)主板

將一塊工控機(jī)主板插入傳統(tǒng)的CNC機(jī)器中,工控板主要用作實時控制,CNC主要用作以坐標(biāo)軸運(yùn)動為主的實時控制。

工控機(jī)+運(yùn)動控制板

將運(yùn)動控制板插入工控機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)插槽中作實時控制用,而工控機(jī)主要作非實時控制。

我國生產(chǎn)的數(shù)控等離子切割機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)多是在引進(jìn)國外數(shù)控技術(shù)的基礎(chǔ)上,加以自主開發(fā)而成,并逐步形成了更能適應(yīng)國內(nèi)用戶的數(shù)控系統(tǒng)�？傮w來說,在數(shù)控系

統(tǒng)方面具備了國外同類系統(tǒng)的基本功能,但與國外先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)相比,在錯誤記錄、網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)、全自動生產(chǎn)等方面還存在較大差距。

抗干擾措施

切割電源具有強(qiáng)烈的電磁干擾,這就要求計算機(jī)控制系統(tǒng)必須具有很高的抗干擾能力,既能抵抗等離子引弧時的高頻干擾,也能抵抗工作時大電流等離子弧的干擾,還能抵抗工作現(xiàn)場的其他干擾源。經(jīng)過抗干擾設(shè)計,改善了數(shù)控等離子切割系統(tǒng)的可靠性,其故障率也降低。

國內(nèi)外趨勢

國外數(shù)控切割機(jī)的生產(chǎn)廠家主要集中在德國、美國和日本。從機(jī)械結(jié)構(gòu)上看,其發(fā)展經(jīng)歷了十字架型（輕型）、門型（小型）、龍門型（大型）3個階段,相應(yīng)的型號種類繁多。能夠代表數(shù)控等離子切割技術(shù)最高水平的廠家主要集中在德國,如德國ESAB公司的精細(xì)等離子切割機(jī)的切割精度已達(dá)激光切割下限,目前,國外已有廠家在龍門式切割機(jī)上安裝一個專用切割機(jī)械手,開發(fā)出五軸控制系統(tǒng)的龍門式專用切割工具,該系統(tǒng)可以在空間切割出各種軌跡,利用特殊的跟蹤探頭,在切割過程中控制切割運(yùn)行軌跡。相比之下,國內(nèi)雖然十字架型、門型、龍門型都有所生產(chǎn),但廣度不夠,生產(chǎn)廠家產(chǎn)品型號較為單一,尚無龍門式專用型材切割機(jī)產(chǎn)品。

近幾年來,由于對切割質(zhì)量、勞動環(huán)境等的要求越來越高,國外的大型水下等離子切割法、精細(xì)等離子切割法等先進(jìn)等離子切割技術(shù)得到較快發(fā)展,其相應(yīng)產(chǎn)品在我國的市場需求量也逐年上升。在我國的等離子切割設(shè)備生產(chǎn)行業(yè)中,由于缺乏等離子切割理論研究與生產(chǎn)實踐相轉(zhuǎn)換的機(jī)制,因此新技術(shù)運(yùn)用不廣、新產(chǎn)品開發(fā)速度不快,制約了等離子切割技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和運(yùn)用。

可以預(yù)見,我國的數(shù)控切割機(jī)的市場需求仍將以數(shù)控等離子切割機(jī)為主。與此同時,國外廣泛應(yīng)用的大型水下等離子切割、精細(xì)等離子切割等先進(jìn)切割設(shè)備在我國的市場需求量呈逐年上升趨勢。

從國外數(shù)控等離子切割行業(yè)發(fā)展的趨勢來看,智能化精密切割將成為切割行業(yè)今后發(fā)展的方向。我國鋼產(chǎn)量早已達(dá)億噸級,再加上制造業(yè)的蓬勃發(fā)展,這必將促進(jìn)國內(nèi)數(shù)控等離子切割技術(shù)的良性發(fā)展�？傮w來說,我國數(shù)控等離子切割在基本功能上已達(dá)到國外同類產(chǎn)品水平,但要完全達(dá)到或超過國外水平還有很長的路要走。國內(nèi)各企業(yè)、科研單位應(yīng)加大科研力度,重視企業(yè)間的橫向合作,形成優(yōu)勢互補(bǔ),并在以下方面爭取進(jìn)一步提高：

a、應(yīng)加強(qiáng)等離子理論研究與生產(chǎn)的相關(guān)轉(zhuǎn)換；

b、等離子電源應(yīng)進(jìn)一步提高穩(wěn)定性；

c、積極開發(fā)適合我國國情、經(jīng)濟(jì)可靠的數(shù)控等離子切割設(shè)備；

d、人機(jī)對話界面友好,適合切割下料工人操作；

e、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)功能。