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發(fā)表于 2010-7-6 20:09:19
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數(shù)控等離子切割技術(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,。因此,，等離子切割自20世紀(jì)50年代中期在美國研制成功以來，得到迅速發(fā)展,。隨著計(jì)算機(jī)及數(shù)字控制技術(shù)的迅速發(fā)展,，數(shù)控切割也得以蓬勃發(fā)展，并在改善加工精度,。節(jié)約材料,、提高勞動(dòng)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(dòng)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(jì)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% A, [3 _. f6 X. D
等離子切割種類介紹a．普通等離子弧切割; R3 C3 x3 B1 L' T" S" w
根據(jù)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,。 b．再約束等離子弧切割
. d0 B/ p6 M$ E+ ? 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。 c．精細(xì)等離子弧切割% s3 A% s8 q4 x
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,。（來自技術(shù)精英網(wǎng)） + M- m! Q' k3 ~3 T* y( z
/ O0 i/ T, F" B# o- a6 m+ i( l6 S空氣等離子切割機(jī)的工作原理+ n J, u$ A0 r# h, i: z9 A# F5 Q$ x* K
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(diǎn)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(gè)小孔里吹出來，電弧就是電離的空氣 : k3 O: g, b5 s) w7 J
$ y: A0 n q$ _4 ?6 M5 g6 B 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(shí)，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(shí)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)。
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- N( p7 ]3 N( `' F$ n! p% n# R/ j- x國內(nèi)數(shù)控等離子切割的現(xiàn)狀
* p t# T" m/ ~ 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(dòng)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(diǎn)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(shí)勞動(dòng)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(dòng)切割機(jī)雖然降低了工人勞動(dòng)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,。 0 U9 R% y- X4 m. o! x+ j
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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(shí)。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(dòng)環(huán)境，勞動(dòng)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(huì)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(jì)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,。
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我國數(shù)控切割機(jī)每年市場需求量約在400~500臺(tái)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(tái),，半自動(dòng)切割機(jī)每年銷售達(dá)上萬臺(tái)。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?
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等離子切割電源' P; U) ?$ k; d* z0 t
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 數(shù)控技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展 g B4 \/ {7 j! R: \! l$ t
計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展推動(dòng)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)[!21ki@][@21ki!] 2 P* c7 Q; d/ o
6 A! t/ m: l* S: d: ` 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(tái)上，面向最終用戶,，通過改變,、增加或剪[!21ki@][@21ki!]
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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(shí)現(xiàn)不同品種,、不同檔次產(chǎn)品的開發(fā) S7 D- A' E8 ]4 N
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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,。 + i* U, L$ x& t: ~, p0 Q
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目前,，開放系統(tǒng)具體有2種基本結(jié)構(gòu)： a．CNC+工控機(jī)主板
4 [; e# g' h( U1 j0 Q5 z 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(shí)時(shí)控制,，CNC主要用作以坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)為主的實(shí)時(shí)控制,。 b．工控機(jī)+運(yùn)動(dòng)控制板
- h: V5 K$ `$ j: u 將運(yùn)動(dòng)控制板插入工控機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)插槽中作實(shí)時(shí)控制用，而工控機(jī)主要作非實(shí)時(shí)控制,。
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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
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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(cuò)誤記錄、網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn),、全自動(dòng)生產(chǎn)等方面還存在較大差距,。 8 W- `. F$ c( n8 o1 G
. D* {6 a+ `+ T, j2 i. `) Q數(shù)控等離子切割系統(tǒng)的抗干擾措施' m+ Z% r/ P' n: i* ~
切割電源具有強(qiáng)烈的電磁干擾,，這就要求計(jì)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(shí)的高頻干擾,，也能抵抗工作時(shí)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(jì),，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
* P t" `- D }。 國內(nèi)外數(shù)控等離子切割現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
5 q; i" [. Q+ u4 \ 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(gè)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(gè)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,。 N: y: x8 W; l) V4 D
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近幾年來,，由于對切割質(zhì)量、勞動(dòng)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(shí)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,。 ( F$ O! r- M5 y: H$ O
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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(shí),，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,。
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z* ~% Y- R3 B1 J$ L 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：
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5 [$ K/ ~# t5 s* K a．應(yīng)加強(qiáng)等離子理論研究與生產(chǎn)的相關(guān)轉(zhuǎn)換；
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/ F7 Z c0 O: v b．等離子電源應(yīng)進(jìn)一步提高穩(wěn)定性,；
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; N, }/ Z( P: V: N) @/ j7 f0 v 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,； - v0 s6 C+ W) p" q
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d．人機(jī)對話界面友好,，適合切割下料工人操作； 0 Z; t0 p# t: j
4 o5 p9 g1 W) p! `* g" l e．網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)功能,。 |
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