数控切割机

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机电一体化的切割机称之为数控切割机，例如数控等离子、火焰切割机(CNC Cutting Machine )，它们是通过数字程序驱动机床运动的，随着机床运动时，随机配带的切割工具对物体进行切割。

中文名

数控切割机

外文名

CNC Cutting Machine

分类

 便携 悬臂 台式 龙门

用途

 钢板切割下料

特点

完善、智能化、图形化、网络化

概述

在机械加工过程中，板材切割常用方式有手工切割、半自动切割机切割及数控切割机切割。手工切割灵活方便，但手工切割质量差、尺寸误差大、材料浪费大、后续加工工作量大，同时劳动条件恶劣，生产效率低。半自动切割机中仿形切割机，切割工件的质量较好，由于其使用切割模具，不适合于单件、小批量和大工件切割。其它类型半自动切割机虽然降低了工人劳动强度，但其功能简单，只适合一些较规则形状的零件切割。数控切割相对于手动和半自动切割方式来说，可有效地提高板材切割地效率、切割质量，减轻操作者地劳动强度。在我国的一些中小企业甚至在一些大型企业中使用手工切割和半自动切割方式还较为普遍。我国机械工业钢材使用量已达到3亿吨以上，钢材的切割量非常大；随着现代机械工业的发展，对板材切割加工的工作效率和产品质量的要求也同时提高，因而数控切割机的市场潜力还是很大，市场前景比较乐观。[1]

数控等离子、火焰切割机（点图浏览）

数控等离子、火焰切割机

现状

一、经过几十年的发展，数控切割机在切割能源和数控控制系统两方面取得了长足的发展，切割能源已由单一的火焰能源切割发展为多种能源(火焰、等离子、激光、高压水射流)切割方式；数控切割机控制系统已由当初的简单功能、复杂编程和输入方式、自动化程度不高发展到具有功能完善、智能化、图形化、网络化的控制方式； 驱动系统也从步进驱动、模拟伺服驱动到今天的全数字式伺服驱动；

数控火焰、等离子切割机

1）数控切割机从切割方式来分有以下几种：

数控火焰切割机；数控等离子切割机；数控高压水射流切割机。

2）数控切割机从机械结构形式分为以下几种：

数控火焰等离子两用切割机设备；龙门式数控切割机；悬臂式数控切割机；便携式数控切割机；打印式数控切割机；直条式数控切割机；台式数控切割机；机械人切割机；数控单边火焰；相贯线数控切割机；等离子切割机。

二、各类型数控切割机的特点及其应用情况

1、从切割方式的比较：

1）数控火焰切割机 ，切割具有大厚度碳钢切割能力，切割费用较低，但存在切割变形大，切割精度不高，而且切割速度较低，切割预热时间、穿孔时间长，较难适应全自动化操作的需要。它的应用场合主要限于碳钢、大厚度板材切割，在中、薄碳钢板材切割上逐渐会被等离子切割代替。

2）数控等离子切割机，等离子切割具有切割领域宽，可切割所有金属板材，切割速度快，效率高，切割速度可达10m/min以上。等离子在水下切割能消除 切割时产生的噪声，粉尘、有害气体和弧光的污染，有效地改善工作场合的环境。采用精细等离子切割已使切割质量接近激光切割水平。随着大功率等离子切割技术的成熟，切割厚度已超过150mm，拓宽了数控等离子切割机切割范围。

3）数控激光切割机，具有切割速度快，精度高等特点，激光切割机价格昂贵，切割费用高，只适合于薄板切割、精度要求高的场合，

4）数控高压水射流切割机，适用于任何材料的切割（金属、非金属、复合材料），切割精度高，不产生热变形，具环保的切割方式。它的缺点在于切割速度慢、效率低、切割费用高。

2、在机械结构上：

1）龙门式数控切割机即传统大中型机床的双底架横梁座立式结构，跨距和纵向行走距离大，适合大型板材加工。

2）悬臂式数控切割机也是一种传统经典的机械结构，单底座与横梁一端相接，割枪在横梁上横向移动，此类设备适合中小型板材加工。

3）便携式切割机是由半自动小车式切割机发展而来，在小车式切割机上加装了数控系统和传动装置，基本外型与小车式半自动切割机相似，此类机型成本低廉，结构轻巧，特别适合中小型板材加工。

4）台式切割机由雕刻机发展而来，外型颇似在工作台上加装了一台微型龙门切割机，此类设备在薄板切割领域有很大优势，被广泛应用于广告和汽车钣金行业。

5）数控相贯线切割机属于专用切割机，其结构特殊，专用于切割管材和圆柱型材，国内生产厂家不多，需求量也不大。

6）机械人切割机是国外开发的新型切割机，其割枪加装在一机械臂上，有数控系统操作实现多轴联动，可加工立体异型工件，实现3D切割，此类设备技术复杂、造价高昂，国内设备主要来源于进口。[1]

特点

S350系列是新一代高性能矢量变频器，有如下特点：

1）采用最新高速电机控制专用芯片DSP，确保矢量控制快速响应；

2）硬件电路模块化设计，确保电路稳定高效运行；

3）外观设计结合欧洲汽车设计理念，线条流畅，外形美观；

4）结构采用独立风道设计，风扇可自由拆卸，散热性好；

5）无PG矢量控制、有PG矢量控制、转矩控制、V/F控制均可选择；

6）强大的输入输出多功能可编程端子，调速脉冲输入，两路模拟量输出；

7）独特的“挖土机”自适应控制特性，对运行期间电机转矩上限自动限制，有效抑制过流频繁跳闸；

8）宽电压输入，输出电压自动稳压（AVR），瞬间掉电不停机，适应能力更强；

9）内置先进的 PID 算法 ，响应快、适应性强、调试简单 ； 16段速控制，简易PLC 实现定时、定速、定向等多功能逻辑控制，多种灵活的控制方式以满足各种不同复杂工况要求；

10）内置国际标准的 MODBUS RTU ASCII 通讯协议，用户可通过PC/PLC控制上位机等实现变频器485通讯组网集中控制。[1]

工作原理

通常数控切割系统是按照事先编制好的加工程序（常用的绘图软件AUTOCAD)，自动地对被加工零件进行加工。我们把零件的加工工艺路线、工艺参数、刀具的运动轨迹、位移量、切削参数(主轴转数、进给量、背吃刀量等)以及辅助功能(换刀、主轴正转、反转、切削液开、关等)，按照数控切割系统规定的指令代码及程序格式编写成加工程序单，再把这程序单中的内容记录在控制介质上(如穿孔纸带、磁带、磁盘、磁泡存储器)，然后输入到数控机床的数控装置中，从而指挥机床加工零件。

这种从零件图的分析到制成控制介质的全部过程叫数控程序的编制。数控切割设备与普通手用及半自动切割设备在加工零件时的区别在于数控切割设备是按照程序自动加工零件，而普通手用及半自动切割设备是需要由人来操作，我们只要改变控制机床动作的程序就可以达到加工不同零件的目的。因此，数控切割设备特别适用于加工小批量且形状复杂要求精度高的零件！

由于数控切割设备要按照程序来加工零件，编程人员编制好程序以后，输入到数控系统中来指挥机床工作。程序的输入是通过控制介质来的。这样用数控系统来控制完成加工零部件可以由绘图人员及时修改图形，使用起来更随心所欲，工件零部件的精度也较半自动切割设备的精度大大的提高！[2]

选型要点

人们都有一个普遍的概念，使用数控设备，可以得到高精度、高效率。并且，在同类设备中，进口的、高档配置的设备，有更高的精度和更高的生产效率。

然而，数控火焰或等离子切割机，则完全不是这样。无论数控火焰切割还是等离子切割，由于割口宽度受割嘴等多种因素的影响，无论设备本身的精度有多高，用其切割出的零件的精度，误差一般都在±0.5mm左右,其误差高出设备本身好几个数量级。即或用上百万的巨资进口的数控切割机，也只能是如此。

这是火焰或等离子的切割工艺方法所决定了的，无论如何都得不到象数控车床等其他数控设备一样的高的加工精度。也就是说，这种设备本身的精度是6级还是8级，都是不很重要的。从生产效率来看，切割速度的快慢，以火焰切割为例，完全取决于板材厚度、割嘴型号、氧气纯度、燃气质量等因素，设备的移动速度应满足和适应切割工艺的要求。也就是说，切割效率与设备本身并没有直接的关系。当然，数控切割机仍然体现了相当的高精度和高效率，但这是相对于手工下料切割而言的，与通常所说的机床加工精度和效率的提高，不是一个概念。从上叙分析可知，无论任何厂家生产的数控切割机，从切割精度和生产效率而言，都不会有多大的区别。即或用小到壹万多元的小数控与进口数百万的大数控相比，也仍是如此，其加工零件的精度、粗糙度、生产效率都不会有大的差别。

因此，对这种由于加工工艺的限制，本来只能完成粗加工的设备，也按加工中心等一类精加工设备一样，花昂贵的代价去追求旨在提高加工精度和效率的所谓高档配置，是不科学的。并不是将最昂贵的东西向设备上使用，该设备就成为了高档设备。衡量一种设备是否高档，评价的依据应该是使用该设备的可靠性和使用效果(其加工零件的精度、粗糙度、生产效率)，而不是在其上所使用的装备的昂贵性，更不是他的价格。

对此类设备，在满足切割各项工艺要求的前提下，系统的追求重点应该是：

数控下料切割工作环境差，粉尘大、温度变化大、设备运行时有震动，系统的可靠性是重中之重。

软硬件性能能很好地满足切割的各种工艺要求。

图型输入简便，现场操作性能好，符合中国国情，让现场操作人员易于操作与维护。

有更好的操作方便性，如在割炬上方，有各种必要的移动对位和控制键操作。

数控切割机本身就是粗加工，客户在选的时候，要看您的产品对于精度的要求高不高，线切割的精度是最高的，但却是切割速度最慢的。对于一些客户总是不清楚的切割机与电源的问题，切割机保证的是切割精度，而电源保证的是切割的厚度、倾斜度、有无毛刺和熔渣的问题，所以在选型的时候，你只需要关注你要的精度高不高，有多高？还有就是平时钢材最大切割的长与宽，这样您就能选到您所需要的产品了。[2]

操作规程

防止触电

当通电或机器正在运转时，请不要接触电器柜和操作台内的任何电气元件。否则会发生触电。

请不要湿手操作任何开关旋钮，以防止触电。

请不要带电进行查线或更换电气元件，否则会触电或受伤。

具备相应技术资格的维修人员，并应严格按照电气维修技术要求才可维修该设备。以防发生意外。

防止火灾

切割机使用的工作原料为易燃性气体如乙炔、丙烷、液化气等气体。因此需定期检查整个气路是否密封完好。

切割机的气源部分应远离明火，并在其附近放置性能正常的二氧化碳或其他相应的灭火装置。

操作人员在调火时应对其进行及时控制，以免发生火灾。

防止损伤

当切割机运行时应注意前方是否有人或其他物体，以免撞伤。

在每次切割完毕后，应提升割炬到最高处，以免碰到钢板，撞坏割炬。

机械维修人员在维修保养时应确保机器处于停止工作状态。并挂上警示牌，以免机器突然运行而发生人为事故。

在机器运行较长时间时，不得用手直接触摸模块上的散热片和其它的发热器件，以免烫伤。

操作注意事项

开机前检查机器管路是否有漏气现象，有漏气现象决不开机。

开机后要检查工作面和导轨上是否有障碍物，若有障碍物必须排除。

操作人员不能随意离开工作岗位，非操作人员不得随意开动机器。

在操作中如遇到紧急情况时，要立刻按下红色急停开关，防止发生意外。

维修保养数控时要注意有专管员指挥协调。

关机前关闭所有气阀，并放空气路中的剩余气体。

若发现管路有回火现象，要立即断电断气。对机器的故障现象要有记录。

如发现故障，应有故障记录。

其他注意事项

在吊装搬运前需拆掉控制器，并确保其无过大震动而运输。

该切割机在吊装时防止冲击、碰撞。并让割炬运行到机架的适当位置以保持平衡。

应严格按照图纸要求进行电源连接和气路布置，并保证电线和气路有合适的长度。

若配有等离子电源，则需严格按照等离子电源制造商的要求进行电、气的连接。[3]

常见故障

1）数控切割机工控机工作时间长。由于生产的需要，部分用户的工业控制系统需要长时间工作，给工控机操作系统带来巨大负荷。数控切割机工控机内部温度过高。在长时间高温运行的环境中，计算机各元件长时间处于高温状态，如不及时冷却则极易发生老化、硬盘故障。

2）数控切割机的供电电压波动大、容易停电。 数控切割机导轨要经常擦拭保养。

3）数控切割机在空气中的可吸入颗粒物多。由于数控切割机在切割时产生大量的金属粉尘会渗透到设备的各个部位，再加上数控切割机长期大量的切割，金属粉尘日积月累，也会给设备的运行造成很大的负担。

4）数控切割机地面震感大。机械制造工厂在生产中，由于拖动、震动等物理性位移动作，会产生极强的噪音，设备工作时带来的震动会给工控机磁盘、光驱、软驱带来强烈的损害。

5）数控切割机环境湿度不适宜。工控机主要是由众多电子元件的集成电路构成，它的绝缘性能跟环境湿度有着密不可分的关系。湿度太大容易使电路板短路而烧毁；湿度太小则容易产生静电，也会击穿部分电子元件。[3]

维修维护

1、机械部分维修维护

每周清理一次机器内的粉尘和污物，所有电器柜应关严防尘。

各导轨应经常清理，排除粉尘等杂物，齿条要经常擦拭，加润滑油，保证润滑而无杂物。

经常检查轨道的直线度及机器的垂直度，发现不正常及时维护调试。

2、气路部分维修维护

（1）气路系统维护

经常检查气路系统，发现漏气及不能正常使用的零部件应及时处理，保证气路畅通。应经常擦拭清除气路的灰尘及杂物，防止气路过早老化。

（2）减压阀的维护。调节减压器，将压力表调到需用的压力，调节过程中应使压力由小到大，确保减压器能连续调节。如不能连续调节或气体从安全阀中泄漏就必须更换新的减压器。自行折装气体减压器之零部件，将会造成设备损坏，甚至严重人身伤害。

（3）割炬割嘴回火防止器的维修

割炬采用专业厂家生产的机用割炬，割炬长期使用，密封面损坏，与割嘴密封不严，必须用专用工具修复。割炬也采用专业厂家生产的标准快速割嘴，对于新割嘴，必须经检查合格方可使用。割嘴污染了需用专用工具清理预热火焰孔及切割氧通道。

（4）回火防止器是保证安全的重要部件，根据安全部门的要求，回火防止器严禁私自拆卸。因此，回火防止器使用久后气阻，保证不了气体流量要求时或漏气，一定请专业人员更换。[3]

发展方向

（1）复合化发展。随着数控机械技术的发展，机械复合技术和复合加工技术逐渐成熟，在每一台机床上都可以符合多重任务完成各种生产要求。这样的复合生产将是新一轮的先进生产方式，数控切割行业的技术研究应该更加注重数控复合化发展，研究建造出可以完成多重任务完成各种生产要求的数控切割机。

　　（2）实现数控切割的全面智能化。过去的人工控制数控切割已经不能满足数控机械管理的发展需求。未来的控制需要通过计算机对数控切割机的操控，使我们的数控切割向智能化迈进，在整个系统中，智能化也成为数控发展的又一大突破。

　　（3）现代高精度化。加紧技术研究，提高精密度。对于精密加工技术，加工精度由原来的丝级提升至的数控切割微米级和亚微米级，向纳米级别的精度靠拢。因为精度化更加迎合了现代高科技产品的高要求，符合了新的时代发展要求。所以要适应时代新的发展要求必须加快精度研究的步伐。

　　（4）向柔性化发展。引进柔性自动化技术，对于切割过程中高精度复杂规格的器件，保证规格的高要求，准精度。这样的柔性技术能够满足市场对产品的高要求，改变市场供不应求的现状。是一项先进的而有时效性的切割技术，它已经成为数控切割机发展的主流趋势。

　　（5）结合计算机实现网络化。网络的力量在21世纪已经无法阻挡，数控切割网络化也是历史之必然。要加紧数控切割机与网络结合生产研发，结合网络优势综合开发新的切割机项目。这样的发展一定会促进网络带动数控切割技术的新一代变革。

　　（6）加强企业合作。通过数控切割业内的合作交流，更加有利于技术的进步，同时有利于促进数控切割技术的大幅发展。加大企业联盟发展程度才能达到交流无阻的状态，这样才能更好的促进数控切割机技术的进步。[3]

参考资料

[1] 数控技术的机械加工优势——便携式火焰切割机应用实例 孔庆存 青海教育 2017-05-25

[2] 数控切割机的操作经验及问题应对 杨可平 山东工业技术 2017-12-01

[3] 关于数控切割机的故障分析与维修研究 郑林 科技与创新 2017-11-25