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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
$ Z$ V: V5 N% G, _等離子切割種類介紹a.普通等離子弧切割
& F3 f9 ~# i0 s' m 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2 v& e M1 r- F b9 o7 E; L
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
6 |. E4 R, K6 K 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))
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空氣等離子切割機(jī)的工作原理/ y+ D) a/ \8 M* q' h. `) K7 X
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 : O& ^4 P2 S8 h; A7 M( J
1 E9 `1 {+ N; \$ i! M4 ^4 P0 R2 c 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),。 7 [2 s# l4 ?/ [: q
3 U; l" v2 `$ }國內(nèi)數(shù)控等離子切割的現(xiàn)狀
* t7 t' s7 L" r5 [( T, R, S 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,。 / B1 Y. ]' o; [% V4 C. D
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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,。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,。 6 e9 Y/ K0 o' J- q+ J9 k% ~
% o, h. X! m1 \! Z 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?& |& U; j; } L e
$ o* r9 y @, k* e等離子切割電源
1 w/ X2 x4 L6 u y! @& M 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- h# o3 z% B c( L& R
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)[!21ki@][@21ki!] : A* M! g2 v; j9 d
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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[!21ki@][@21ki!] 4 E) e' c% c3 z; u$ K, z
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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,,快速實現(xiàn)不同品種,、不同檔次產(chǎn)品的開發(fā) 5 z8 u! r9 g+ v: H: r
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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,。
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% E# t5 \' C( D% V7 W9 ]# N& R 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
$ `/ g) D/ @1 y L2 T 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。 b.工控機(jī)+運(yùn)動控制板
S8 t2 Q h) `4 M6 ^- q 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,。 3 z1 U& u$ M' n2 U
9 |2 }4 \4 q' W7 Q 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),。總體來說,,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,。 & w- ]9 x K1 A
7 K# T: L. p2 Z8 X4 ^2 o( V數(shù)控等離子切割系統(tǒng)的抗干擾措施
: l/ _5 m5 L! M% n% d 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
4 @0 s) |! F( T! e, p1 g,。 國內(nèi)外數(shù)控等離子切割現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢, l* L' A- B, ?
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,。 2 C" g% f; O- }: s, Y
1 z0 [0 P# k/ l6 U# ~8 q 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。
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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,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,。 % _/ @: a( h" S2 x8 z8 K
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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,。總體來說,,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: & o8 Y- N) [0 E4 R. P
3 a" R8 f$ s7 t. y 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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b.等離子電源應(yīng)進(jìn)一步提高穩(wěn)定性; 0 [* s' w7 C7 Q* R6 O
6 v* V! L ?$ s8 F! t6 e 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,; # |0 x2 O5 E, y2 C
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d.人機(jī)對話界面友好,適合切割下料工人操作,;
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e.網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)功能,。 |
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