一種基于數控模架加工切割輔助裝置及切割方法探討

陳海青

關鍵詞：數控模架加工;切割輔助裝置;切割方法

引 言：隨著時代不不斷地進步和發展，數控切割機逐漸應用在了建筑工業、醫療船運、航空航天等方面。它的自動化技術高，功作效率大，而且可以使用套料軟件編制材料工件的圖形形狀，根據板材厚度、材質、特殊成分含量的差異，也能夠采用不同的切割方法。

一、數控加工概念

數控加工概念：簡稱數控（NC）。指通過用數字輸出（傳遞）信號的方式，對機床的控制系統生成指令，使機床和其他輔助裝置相繼對零件進行切削加工，以達到想要型號的一種工藝方法。

由于數控是一種自動化控制技術，所以相比較傳統的人工切割，它具有的精度性更高、切割效率高、實用型更廣、操作誤差較小、安全性更高等優點。現今隨著建筑工業、醫療船運、航空航天對材料的需求日益增加，目前，在具體的工藝制作過程中加工切割板材已必不可少，如果再使用傳統的人工技術難免會跟不上總需，這時候以數控系統為核心的自動化切割技術顯得越來越重要。

二、數控切割輔助裝置

（1）數控切割簡述

指用于控制機床或設備的固定工件指令（或固定程序），是以一種特殊的數字形式轉變為的控制方式，其將指令（或程序）提供給特定的自動切割機控制裝置時，切割機便能按照原有人們編輯的程序，對材料進行有規律性的切割。

數控切割技術是傳統工藝和計算機技術、制造技術的結合體，是在精密工藝上發展起來的一項自動化高能切割技術。它主要由數控、編程、氣路及機械運行系統等部分組成;和傳統人工半自動切割相比，數控切割通過數控系統（即控制器）指令（或程序）的切割工藝、自動化技術，能夠有效控制、提高材料的切割質量和實用效率。

①優點：數控技術借助套料軟件操作，通過計算機繪制圖表、優化零件和語言編程，能有效地增加材料的利用率，從而提高切割生產時候的工作效率。而數控切割機通過數控系統（即控制器）提供的指令（或程序）工作，由此提高了整體對材料的切割質量和效率。

②缺點：數控切割隨著切割效率增大，套料的編程會更加復雜。如果沒有使用或是使用好優化的編程軟件，對鋼材的浪費會非常嚴重：會導致切割機切得快，切得多，浪費的也就多。如果沒有使用好數控系統，或是數控系統不具備應有的切割工藝和工件經驗，反倒會導致切割質量問題，從而降低切割效率，最終造成鋼材的浪費。

（2）輔助裝置

在工藝制作當中，依照數控切割機的類型不同，輔助裝置的形式也呈現多樣化，包括針對模架垂直度和水平、加工中心鉆孔、原型模具、定子接線、模芯等等，根據具體的切割機和材料分論而言。

下面就以專利文獻中的為例：

①碎屑收集裝置

本實用新型涉及機械設備的技術領域，特別是涉及一種模架加工用切割輔助裝置，其通過對切割裝置上的碎屑進行抽離和收集作用，有效防止碎屑對工作臺運動方向造成影響，同時有效防止碎屑對人體造成傷害，提高實用性和可靠性。包括底座（1），四組支腿（2），安裝支架（3），動力裝置，轉動軸，切割片（6）和工作臺（7），夾緊裝置，吸斗（9），固定支架，第一導管（11），電機（12），第一轉軸，減速器，第二轉軸，分離箱（16），扇葉座，扇葉和過濾板等[1]。

②基底安全輔助裝置

本實用新型公開了一種基于數控切割機下料階段具備安全功能的輔助裝置，所述輔助裝置包括：固定底板，所述固定底板為矩形，所述固定底板的四角分別設置有螺孔，所述固定底板通過預埋螺栓穿過所述螺孔固定在地面上;穩固撐架，所述穩固撐架的一端固定連接在所述固定底板上，所述穩固撐架（1）的另一端向所述固定底板的側上方延伸，所述穩固撐架上設置有第一貫穿孔（2）和第二貫穿孔（3）;第一穩固桿（12），所述第一穩固桿穿過所述第一貫穿孔，所述第一穩固桿上設置有供人踩踏的第一結構;第二穩固桿（13），所述第二穩固桿穿過所述第二貫穿孔，所述第二穩固桿上設置有供人踩踏的第二結構。本實用新型減少現場安全隱患的發生率，同時也進一步增加了整個防護欄裝置的實用性[2]。

三、切割方法簡述

（1）切割方法

按照切割機用于切割材料的不同，主要可以分為激光切割機、等離子切割機、火焰切割機、高壓水射流切割機等。

①激光切割法——

利用經過強烈縮合的高功率激光束透射材料，使被照射的工件部分迅速熔融、汽化、燃燒，同時借助與激光同軸的高速氣流排去材料物質，從而實現將工件割開，屬于熱切割方法之一。

按照使用類別不同可分為激光汽化切割、熔化切割、氧氣切割和激光劃片與控制斷裂四類。

優點：切割質量好，切割效率高，速度快，切割材料的種類多。

缺點：激光切割設備費用昂貴，受限于激光器功率和設備體積，只能切割中、小厚度的板材和管材，隨著工件厚度的增加，切割速度明顯下降。

②等離子切割法——

利用高溫等離子電弧產生的熱量，使鋼材切口處的金屬達到部分熔融（或者汽化），并借高速等離子的能量排去融化金屬的一種加工方法。

優點：切割靈活、裝夾工件簡單，能切割曲線，可以廣泛應用于金屬材料和非金屬材料的切割。能夠配合不同的工業氣體切割各種氧氣難以切割的物質，尤其是對于有色金屬（比如對不銹鋼、鋁、銅、鈦、鎳）的切割效果更佳;切割厚度不大的金屬時，等離子切割速度快，切割后的表面光潔、熱變形小、較少的影響到材質。

缺點：切割時會產生大量的有毒氣體，產生的火星會灼燒皮膚，產生的電磁輻射會對身體產生損傷等。

③火焰切割法

利用燃氣或者汽油和氧氣進行熔融金屬材料的一種設備切割方法。

優點：可以切割大厚度板材，切割設備和切割成本相對低廉，污染較小。

缺點：無法切割不銹鋼以及很多有色金屬，切割的材質有限，切割速度慢，精度不高。

④高壓水射流切割法——

高壓水射流切割采用的是1-2毫米（mm）以內的水體射流，水壓為常壓的幾十倍，用水量每秒鐘0.07升。

原理：將水加壓至200～400MPa的，使水有了巨大的動能，隨后送至孔徑很小的槍嘴中。這時加入特殊的磨料，水與磨料充分混合后，再以兩倍高于音速的速度噴出，形成對材料表面的切割。這個水壓切割由三種作用力組成：特殊磨料的沖擊力、磨料和水對工件共同的撞蝕、磨料對材質內部細微的滲透力。

優點：切邊準確、切面干凈光滑，用途材質廣泛，切割作用所產生的熱能及時被水帶走，可以防止材質變型，切割精度較高。

缺點：產生的噪音極大，水流需經過特殊配比，強烈的水壓會對人體產生極大危害。

四、總結

在模架生產中，基于其加工內容多為腔和孔的特點，利用數控機床內置的宏功能開發出相應的宏程序。加工時根據型腔的實際形狀和尺寸指定相關參數后，讓數控系統來完成后續的運算，判斷并控制機床正確運動，最終達到預期的加工要求[3]。

參考文獻：

戴慶松， 羅然， 周世超. 一種模架加工用切割輔助裝置：，CN210817659U[P]. 2020.

陳誠， 魯德智， 吉李祥，等. 一種基于數控切割機下料階段具備安全功能的輔助裝置：， CN211192457U[P]. 2020.

徐煒， 陳再良. CNC宏程序在模架加工中的應用[J]. 機械工程師， 2009（11）：4.