我國數控等離子切割機應用技術雜談（tán）

    在金（jīn）屬材料（liào）加工領域，用於材料的切割熔斷處理（lǐ）的方（fāng）式還是比較豐富的，而能廣泛普及應用於工業（yè）生產加工，需要在使（shǐ）用加工成本與操作穩定性方麵都有（yǒu）較好的（de）表現，數控等離子切割機顯然具備上述兩大特性。
    工業生產（chǎn）的（de）金屬材料切割加工，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（gē）範圍更廣、效率更高。而精細等離子切割技術（shù）在材料的切割表麵質量方麵已接（jiē）近了激光切割的質量，但成本卻遠（yuǎn）低於激光切割。因此，等離子切割自20世紀50年（nián）代中期在美國研製成功以來，得到迅速發展。隨著計（jì）算機（jī）及數字控製技術的迅（xùn）速發展（zhǎn），數控切割也得以蓬勃發展，並在改善加工精度。節約材料、提高勞動生產率等方麵（miàn）顯示出巨大優勢（shì）。這促使等離子切割技術從（cóng）手工或半自動逐步向數控方向發展（zhǎn），並成（chéng）為數控切割技術發展的主要方向之一。武漢嘉倍德科技認為，數控等離子切割技術是集數控技術、等離（lí）子切割技術、逆變電源技術等（děng）於一體的（de）高新技術，它的（de）發展建立在計算機控製、等離（lí）子弧特性研究、電力電子等學科共同進步基礎（chǔ）之上。我國的數控（kòng）切割技術起步於20世紀（jì）80年代（dài），而數控等離子切割技術起（qǐ）步更晚。但近年來，國內一些高（gāo）校、科研單位、製造（zào）廠商對數控等離子切割技術（shù）進行了研究，並逐步（bù）開發生產了各種規格的數控等離子切割設備，縮小了與國外先進技術的差距。

一、國內數（shù）控等離子切割機發展現狀
　　我國工廠的板材下料中應用最為普遍的是火焰切割和等離子切割，所用的設備包括手工下料（liào）、仿形機下（xià）料、半自動切割機下料及數控切割機下（xià）料等。與其他切割（gē）方式比較而言，手工下料隨（suí）意（yì）性大、靈（líng）活方（fāng）便，並且不需要專用配套下料設備。但手工（gōng）切割下料的缺點也是顯而易見的，其割縫質量差、尺寸誤差（chà）大、材料（liào）浪費大、後道加工工序的工作量（liàng）大，同時勞動條件惡（è）劣。用仿形機下料，雖可大大提高下料工件的質量，但必須預先加工與工件相（xiàng）適應的靠模，不適（shì）於單件、小批量和大工件下料。半自動切割機雖然降低了工人勞（láo）動強度，但其功能簡單，隻適合一種形狀的切割。上述3種切割方式，相對於數控切割來說由於設備（bèi）成（chéng）本較低、操作簡單，所以在我國的中小企業甚至在一些大型企業中仍在廣泛使用。
　　隨著國（guó）內經濟形勢的蓬勃（bó）發展以及“以焊（hàn）代鑄趨勢的加速，數（shù）控切割的優勢正在逐漸（jiàn）為人們所認識。數控切割不僅使板材利用率（lǜ）大幅度提高，產品質量得到改進，而且改善了工人的（de）勞動（dòng）環境（jìng），勞動（dòng）效率進一步提高。目前，我國金屬加工行業使用（yòng）的數控切割（gē）機是以火焰和普通等離子切割機為主，但純火焰（yàn）切割，已不（bú）能適（shì）應現代生（shēng）產的需要，而目前市場需（xū）求的數控切割機多為數控等離子切割機，該類切割機可滿足不同材料、不同厚度的金屬板材的下料以及金屬零（líng）件的加工的需要，因此需求量將會越（yuè）來越大（dà），但與國外的差距仍極為明顯，主要表現為：發達國家（jiā）金屬加（jiā）工行業90%為數控切割（gē）機下（xià）料，僅10%為（wéi）手工下料；而我（wǒ）國數控切割機下（xià）料僅占下料總量的10%，其中數控等離子切割（gē）下料所占（zhàn）比例（lì）更小。究其原因，較高的設備成本、複雜和維護（hù）和操作（zuò）製約了數控切割在我國的進一（yī）步普及。因此國內數控切割機生產廠家引進了國外控製係統技術，經過二次開發後運用到了切割（gē）領域中，設計出了適合我國國情的數控切割機。某些廠家開發生產的專用數控切割設（shè）備，在技術上已經達到或（huò）超（chāo）過了國外同類產品。
　　我國數控切割機每年市場需求量約在400~500台之間（jiān），產品主要以數（shù）控等（děng）離（lí）子切割機為主。相較而（ér）言，仿形切割機每年銷售幾千台（tái），半自動（dòng）切割機每年銷售達上萬台（tái）。由此（cǐ）可見，我（wǒ）國數控（kòng）切割市場，尤其是數控等（děng）離子切割市場的發展潛力是巨大的。

    1. 等離子切割（gē）種類介（jiè）紹
　　a．普通等離子弧切割。根據所使用的主要工作氣體，主要分為氬等離子弧切割、氧等離子弧切割。氧等離子弧切割（gē）和空氣（qì）等離子弧切割等幾類。切割電流一般（bān）在100 A以下（xià），切割厚度小於 30 mm。
　　b．再約束等離子弧切割。根據等離子弧的再約束方式，主要分為水再壓縮等離子弧切割（gē）、磁場再約束等離子（zǐ）弧切割等。由於等離子弧受到再次壓縮，其電流密度、切（qiē）割弧（hú）的能量進一步集中，從而提高了切割速度和加工質量（liàng）。
　　c．精細等離子弧切割。等（děng）離（lí）子弧電流（liú）密（mì）度很高，通（tōng）常是（shì）普通（tōng）等（děng）離子弧電流密度（dù）的（de）數倍，由於引（yǐn）進了諸如旋轉磁場等技術，其電弧的穩定性也得以提高，因（yīn）此，其切割精度相當高。國外的精細等離子（zǐ）切割表麵質量已達激光切割的下限，而其（qí）成本隻有激光切割的三分之一。

    2. 等離子切割（gē）電源
　　原（yuán）先在我國應（yīng）用較多的高漏抗變壓器加二次側整流式的切割機（jī）電源已逐漸被逆變式等離子切（qiē）割電源所代替，其原理如圖1所示。國產等離子電（diàn）源大多（duō）用於手工切割和（hé）配（pèi）在小車切割機上，近年來由（yóu）於性能有所改善，因此也逐步配用於數控切（qiē）割機，但仍需進一步提高。

    3. 數控技術的現狀與發展
　　計算機技術的飛速發（fā）展推動了數控技術的更新換代，而這也日益完善了數控等離子切割的高（gāo）精、高速、高效功能。代表世界先進水平的歐洲、美國（guó）、日本的數（shù）控係統生產商利用工控機豐富的軟硬件資源開發的新一（yī）代數控係統具有開（kāi）放式體係結構，即數控係統的開發可以在統一的運（yùn）行平台上，麵向最終用戶，通過改變、增（zēng）加或剪裁結構對象（數控功能），形成係列化，並可方便地將用戶的特殊應用和技術訣竅（qiào）集成到控製係統中，快速實現不同品種、不同檔次產品的開發。開放式體係結構使數控係統有更好的通用性、柔性、適應（yīng）性（xìng）、擴（kuò）展（zhǎn）性（xìng），並（bìng）向智能化、網絡化方向發展。

　　目前，開放係統具體有2種（zhǒng）基本結（jié）構：
    3.1 CNC+工控機主板（bǎn）。將一塊工（gōng）控機主板插入傳統的CNC機器中，工控板主要用作實時控製，CNC主要用作以坐標軸運動為（wéi）主的實時控製。
    3.2工控機+運動控（kòng）製板。將（jiāng）運動控製板插入工控機的標準插槽中作實時控製用，而工控機主要作非實時控製。
　  我國生產的數控等離子切割機的數控係統多是在引（yǐn）進國外數控技術（shù）的基（jī）礎上，加以自主（zhǔ）開發而成，並（bìng）逐步（bù）形成了更能適應國內用戶的數（shù）控係（xì）統。總體來說，在數控係統方麵具備了國外同類係（xì）統的基（jī）本功（gōng）能，但與國外先進的（de）數控係統相比，在錯誤記錄、網絡化生產、全自動生產等方（fāng）麵還存在（zài）較大（dà）差距。

    4. 數控等離子切割係統的抗幹擾措施
　　切割電源具有強烈的電磁幹擾，這就要求計算（suàn）機控製係統必須具有很高的抗幹擾能力，既（jì）能抵抗等離子引（yǐn）弧時（shí）的高頻幹擾，也能抵抗工作時（shí）大電（diàn）流等離子弧的幹擾，還能抵抗工作現場的其他幹擾源。經過抗幹擾設計，改善了數控等離子切割係統的可靠性，其故（gù）障率也降低。

二、國（guó）內外數控等離子切割現狀與發展趨勢
　　國外（wài）數控切割機（jī）的生產廠家主要集中在德國（guó）、美國和日本。從機械結構上看，其發展經曆了十（shí）字架（jià）型（輕型）、門型（小型）、龍門型（xíng）（大型）3個階段，相應的型號種類繁多。能夠（gòu）代表數控等離子切割技術最高水（shuǐ）平的廠家主要集中在德國，如德國ESAB公司的精細等離子切割機的（de）切割精度已達激光切割下限，目前，國外已有廠家在龍門（mén）式（shì）切割機上安裝一個專用切割機械手，開發出五軸控製（zhì）係統的龍門式專用切割工具（jù），該係（xì）統可以在空間切（qiē）割出各（gè）種軌跡，利用特殊的跟蹤探頭，在切割過程中控製切割運行軌跡。相比之下，國內雖然十字（zì）架型、門型、龍門型（xíng）都有所生產，但廣度（dù）不夠，生產廠家產（chǎn）品型號較為單一，尚無（wú）龍門式（shì）專用型（xíng）材切割機產品。
　　近幾年來，由於對（duì）切割質量、勞動環境等的（de）要求（qiú）越來越高，國外的大型水下等離（lí）子切割法、精細等離子切割法等先進（jìn）等離子切割技術得（dé）到較快發展，其相應產品在我國的市場（chǎng）需求量也逐年上升。在我國的等離子切割設備生產行（háng）業中，由於缺乏等離子（zǐ）切割理論研究與生產實踐相轉換的機製，因此新（xīn）技術運用不廣、新產品開發速度不快，製約了（le）等離子（zǐ）切割技（jì）術的進一步發（fā）展和運用。
　　可以預見，我國的數控（kòng）切割機的市場需求仍將以數控等（děng）離子切割機為（wéi）主（zhǔ）。與此（cǐ）同時，國（guó）外廣泛應用的大型水下等離子切割、精細等離子切割等先進切割設（shè）備在我國的市場需求量呈逐年上（shàng）升（shēng）趨勢。從國外數控等離子（zǐ）切割行業發展的趨勢（shì）來看，智能化精密切（qiē）割將成為切割行業今後發展（zhǎn）的方向。

三、結論
　　我國鋼產量早已達億噸級，再加（jiā）上（shàng）製造業的蓬勃發展，這必將促進國內數控（kòng）等離（lí）子切割技術的良性發展（zhǎn）。總體來說，我國數控等離子切割在基本功能上已達到國外同類產品水平，但要完全達（dá）到（dào）或超過國外水平還有很長的路要走。國內各企業、科研單位應加大科研力度，重視企（qǐ）業間的橫向合作，形成優勢互（hù）補，並在以下方麵爭（zhēng）取進一步提高：
    1. 應加強等離子理論研究與（yǔ）生產的相關轉換；
    2. 等離子電源應進一步提高穩定性；
    3. 積極開（kāi）發適合我國國情、經濟可靠（kào）的（de）數控等（děng）離子切割設備；
    4. 人機對話界麵友好，適合切割下料工人操作；
    5. 網絡互聯功能。

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