淺談數控火焰切割機在生產中的應用

孫海燕

摘要：主要論述了數控火焰切割機的主要用途及特性，數控火焰切割技術在零件下料過程中產生工件變形的原因及解決方案，以及利用數控切割技術取得的經濟效益。

Abstract： Mainly discusses the main purpose and characteristics of the CNC flame cutting machine， the reasons and solutions for the deformation of the workpiece caused by the CNC flame cutting technology in the part blanking process， and the economic benefits obtained by using the CNC cutting technology.

關鍵詞：數控;火焰切割;特性;變形

Key words： CNC;flame cutting;characteristics;deformation

中圖分類號：U472.41? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）12-0091-02

1? 概述

近年來，隨著機械制造業(yè)的迅速發(fā)展，對零件加工速度、加工精度的要求與日俱增。如何精密高效地完成各種復雜形狀零件下料作業(yè)？數控火焰切割技術是一個很好的解決方案。數控火焰切割技術能夠實現生產過程自動化，提高下料零件的質量，降低生產過程的人工費和材料成本費用，改善員工的勞動環(huán)境，確保安全高效生產，為企業(yè)的快速發(fā)展提供良好的經濟效益。但是在實際生產過程中，因為各種原因也會產生零件變形，如何提高數控下料工件一次交驗合格率，成了生產中亟待解決的難題。

2? 數控火焰切割機的主要用途及特性

2.1 數控火焰切割機的主要用途

作為煤礦機械設備制造廠，我們主要生產皮帶機、支架、無極繩絞車、平板車等礦用設備。每種設備都有形狀不規(guī)則及板厚較厚的零件。這種情況下，數控火焰切割機是解決這個問題的最好方法。

數控火焰切割機有效的將電子計算機、數控火焰切割機、熱切割三者有機融合在一起，是一種可以適用于各種形狀、各種材質下料的一種新型自動化設備。在車間生產實際過程中，數控火焰切割機主要用于6mm以上厚度鋼板的切割加工，6mm以下鋼板規(guī)則形狀采用剪板機剪版下料，6mm以上不規(guī)則形狀采用等離子切割的形式下料。數控火焰切割機的切割方式與等離子切割機的切割方式存在很大區(qū)，火焰切割是利用高溫將鋼板表面加熱到鋼板的燃燒點，接著在火焰周圍配以高壓氧氣，使鋼板能很好的被切割的一種方法。

2.2 數控火焰切割機的特性

2.2.1 共性

①數控火焰切割機，可以切割任意形狀零件，不管是簡單的零件，還是復雜的帶孔的零件，都可以依靠數控火焰切割機完成下料作業(yè)。

②可切割的材質范圍廣，可用于各種碳素鋼、錳鋼等各種尺寸大小的零件的下料工作。在車間實際生產作業(yè)中，根據產品的結構特征以及用途，數控火焰切割機主要切割Q235-A、Q460、Q550、16Mn等材質的板材。

③可以切割的厚度范圍廣，除了可用于各種材質的鋼板下料之外，數控火焰切割機還可用于不同厚度的鋼板的切割下料，切割鋼板厚度范圍（6-200mm）。

④根據實際生產情況，數控火焰切割機可以選擇不同的切割寬度：4m、5m、6m、8m、12m等。車間生產中，根據鋼板的寬度以及生產場地限制要求，主要用4m、5m的切割寬度。

2.2.2 運行精度高

數控火焰切割機運行過程采用雙邊驅動，機器自重輕，剛性好，動態(tài)特性優(yōu)秀?？v向裝置和橫向裝置均采用交流伺服電機驅動并配合精密齒輪齒條無間隙嚙合傳動。整個機器在運行過程中，伴有位置檢測功能，保證整個切割過程的運行精度。

2.2.3 切割品質良好

與傳統(tǒng)手工氣割相比，數控火焰切割機根據不同的板厚和材質能保持相對恒定的運行速度，而且運行精度也得到了保證。同時，在切割過程中，具有切割補償功能，切割精度較高，切割部件的表面光潔度更好。

2.2.4 自動化程度高

數控火焰切割機所切割的零件是電腦上事先編程好的，穿孔點、補償量、切割順序等都已經事先在編程軟件里模擬運行，操作人員只需將技術人員編程好的文件拷貝到數控火焰切割機的主機內，整個切割過程可以實現全過程自動化操作。零件切割前，機器的割炬會自動下降到工作的起始位置，自動點火，自動打開預熱氧，自動打開切割氧，自動穿孔，整個編程切割完成后，機器會自動熄火，割炬自動提升，自動返起始位置。

3? 數控火焰切割工件變形的原因及控制方法

3.1 切割工件變形的原因

鋼板在火焰切割過程中，由于受到局部高溫高熱的影響，會沿切割方向急劇膨脹，使金屬板材切口邊緣產生應力，并且這種應力很難消除，當應力超過金屬板材自身的屈服強度時，就會沿著切割方向產生一系列的變形，這就是熱變形。下面就熱變形產生的因素進行逐條分析：

3.1.1 切割過程參數的選擇不適當

在開始每一張新的板材的數控下料前，都要事先根據鋼板的厚度及材質選擇合適的切割參數，切割參數主要包括：切割氣體、切割氧氣壓力、預熱氧氣壓力、氣體切割速度以及割嘴距離鋼板表面的距離等。

3.1.2 鋼板支撐平面不平整

鋼板在切割過程中，由于支撐平面的高低有差別，工件由于自重也會產生傾斜，因此切割過程會產生誤差，特別是對于厚度較薄的鋼板，在切割割過程中很可能產生扭曲變形。針對這種情況，在切割過程中應加強對支承面的修整來解決。

3.2 控制切割變形的有效措施

3.2.1 合理布局零件圖樣

鋼板整體切割時，零件編程及切割的先后順序對防止零件切割變形至關重要，合理科學的零件編程布局是影響數控火焰切割先后的主要因素。在電腦上安排零件布局時，應遵循如下原則：

①先大后小，在數控編程排版時應該注意，為了提高鋼板的利用率，達到節(jié)能減排的目的，一般先擺放大零件再擺放較小的零件，在鋼板的邊邊角角中放置一些小零件。但是在切割的過程中，一般先切割小零件再切割較大零件。

②先內后外，在切割內部有孔的或者大零件中嵌套有小零件的圖形時，要先割嵌套在里面的小零件，后割外面的大零件，這樣可以防止外部大零件割完后產生位移或有些大零件切割完掉下切割平臺導致里面的小零件無法繼續(xù)切割。

③預留切割斷點，數控火焰切割機在下料過程中，經常會遇到寬度較窄但是長度很長的零件（以下簡稱細長條零件），由于火焰切割的原理是熱切割，下料過程中鋼板的切割邊緣會吸收大量的熱量，極容易出現受熱不均勻導致工件的立彎變形，嚴重時甚至會導致工件報廢，因此細長條工件在下料時必須預留若干個斷點，斷點的長度為20-30mm長，這些斷點的預留相當于很多根長條緊緊的捆在一起，它們相互牽扯，能有效的控制長條零件的塑性變形。零件越長，所留的斷點也就越多，這是因為斷點的間隔越長，長條零件的變形量就越大。但是并不是斷點預留越多越好，在一般情況下，長度一定時，零件的寬度越寬，斷點預留應該越少，反之，零件的寬度越窄，預留的斷點應該越多。

3.2.2 正確調節(jié)氣體壓力、切割速度和割嘴型號

①生產實際中，操作工應該根據鋼板材質的不同、板厚區(qū)別，選擇不同的的氣體壓力。切割氧壓力太高，不僅會造成不必要的能源浪費，而且會造成由于氧氣壓力過大，在切割件頂部產生多余的溝槽，影響切割零件表面質量;切割氧壓力太低，切割零件表面會有較厚的鱗皮融入，難以清除。

②切割速度是指割炬和割嘴在鋼板切割過程中的運行快慢。切割速度過快或過慢都不利于保證切割零件的質量，切割速度過快會造導致零件割不斷，切割速度過慢不僅會造成能源浪費而且會使零件切口頂部出現熔化在一起的現象，需要進行二次切割，費時費力;因此，在開始切割之前，一定要根據板厚和材質，選擇合適的切割速度，切割速度的合理選擇可以使切割表面的掛渣極少，甚至無掛渣，并且切割后清渣方便容易。

③不同的割嘴型號也是影響切割質量的主要因素之一，割嘴型號的選擇應該根據切割鋼板的厚度進行選擇，選取的原則是：鋼板越厚，割嘴號數越大;反之，鋼板越薄，割嘴號數越小。在切割過程中，割嘴與鋼板的距離也應該調節(jié)好，割嘴距離的調節(jié)應以火焰焰心與鋼板的距離為標準上下調節(jié)。如果割嘴距離鋼板太近，切割過程中的飛濺物會堵塞割嘴;如果割嘴距離鋼板太遠，無形中就會使鋼板預熱面積加大，整個切割過程中變形增大，而且會導致切割速度降低。

3.2.3 切割方向的選擇

在生產實踐中，數控火焰切割都采用“順時針”的切割方向進行，從鋼板的邊緣沿著零件內孔、外形做順時針切割運動。這樣的切割方向可以保證最后一條割邊與母板大部分脫離;如果采用“逆時針”的切割方向，會迫使零件的大部分與母版早早的脫離，從而無法進行以后的切割，或者說周邊的邊角框不足以抵抗切割過程中產生的熱變形，導致切割件在切割過程中移位，造成尺寸超差。因此，在電腦上編程時，首先應將切割方向選定為“順時針”切割。

3.2.4 穿孔點位置的選擇

穿孔點位置的選擇也是影響變形與否的重要因素。每一個工件的穿孔盡量選擇角入（即在工件的邊角穿入），而且一般選擇零件的左下角作為穿孔點。如果在零件的半腰穿入的，切割完成會導致由于變形扭曲而產生零件無法閉合的現象，其次在零件的半腰插入穿孔點容易燒傷工件，導致次品、廢品的產生，從而降低下料工件的一次交驗合格率。

4? 數控切割技術取得的經濟效益

相比于傳統(tǒng)的切割方式，數控火焰切割技術在計算機上可實現多種不規(guī)則形狀、大小不等零件的套料下料工作，布局合理，提高了鋼板的利用率;針對直角邊零件，在編程過程中采用借邊下料的方式，不僅提高了鋼板的利用率，而且減少了切割過程中的穿孔次數;對于相同且數量較多，并且零件中沒有孔的零件，采用連割的方式進行切割下料，切割過程只需一次穿孔即可完成整體切割。

在生產實際中，多數情況下，鋼板的利用率達到了90%以上，且數控下料工件的一次交驗合格率可達到95%以上，同時，數控下料切割過程中節(jié)約了各種能源，降低了生產成本，為企業(yè)帶來了較好的經濟效益，提高了企業(yè)的競爭力。

參考文獻：

[1]杜富強，陳東升.NC火焰切割過程中鋼板熱變形控制的研討[J].機械工人，2006.

[2]趙樹林，石建斌.數控切割機水平旋轉機構的設計[C].機械設計，2005.

[3]梁桂芳.切割技術手冊[M].機械工業(yè)出版社，1997.

[4]李東亞，董玉德，楊旭，等.數控火焰切割機系統(tǒng)開發(fā)中主要功能的實現[J].現代制造工程，2013（10）：46-50.