数控等离子切割工作原理

由电控系统和喷嘴组成，电控系统产生电弧在由压缩空气压缩后在喷嘴喷出，有点像二氧焊的性质，压缩后的电弧有上万度的高温。从而进行切割，可以切割铜，不锈钢，铝等有色金属，并且切口窄。压缩后的电弧温度是很高的，用压缩空气把电弧在一个小孔里吹出来，电弧就是电离的空气

等离子:随着温度的升高，一般物质依次表现为固体、液体和气体。它们统称物质的三态。当气体温度进一步升高时，其中许多，甚至全部分子或原子将由于激烈的相互碰撞而离解为电子和正离子。这时物质将进入一种新的状态，即主要有电子和正离子(或是带正电的核)组成的状态。这种状态的物质叫等离子体，它可以称为物质的第四态。

根据所使用的主要工作气体，主要分为氩等离子弧切割、氧等离子弧切割。氧等离子弧切割和空气等离子弧切割等几类。切割电流一般在100 A以下，切割厚度小于 30 mm。

根据等离子弧的再约束方式，主要分为水再压缩等离子弧切割、磁场再约束等离子弧切割等。由于等离子弧受到再次压缩，其电流密度、切割弧的能量进一步集中，从而提高了切割速度和加工质量。

等离子弧电流密度很高，通常是普通等离子弧电流密度的数倍，由于引进了诸如旋转磁场等技术，其电弧的稳定性也得以提高，因此，其切割精度相当高。国外的精细等离子切割表面质量已达激光切割的下限，而其成本只有激光切割的三分之一。

在工业生产中，金属热切割一般有气割、等离子切割、激光切割等。其中等离子切割与气割相比，其切割范围更广、效率更高。而精细等离子切割技术在材料的切割表面质量方面已接近了激光切割的质量，但成本却远低于激光切割。节约材料、提高劳动生产率等方面显示出巨大优势。这促使等离子切割技术从手工或半自动逐步向数控方向发展，并成为数控切割技术发展的主要方向之一。数控等离子切割技术是集数控技术、等离子切割技术、逆变电源技术等于一体的高新技术，它的发展建立在计算机控制、等离子弧特性研究、电力电子等学科共同进步基础之上。我国的数控切割技术起步于20世纪80年代，而数控等离子切割技术起步更晚。但近年来，国内一些高校、科研单位、制造厂商对数控等离子切割技术进行了研究，并逐步开发生产了各种规格的数控等离子切割设备，缩小了与国外先进技术的差距

等离子弧切割是利用高温等离子电弧的热量使工件切口处的金属部局熔化(和蒸发)，并借高速等离子的动量排除熔融金属以形成切口的一种加工方法。

我国工厂的板材下料中应用最为普遍的是火焰切割和等离子切割，所用的设备包括手工下料、仿形机下料、半自动切割机下料及数控切割机下料等。与其他切割方式比较而言，手工下料随意性大、灵活方便，并且不需要专用配套下料设备。但手工切割下料的缺点也是显而易见的，其割缝质量差、尺寸误差大、材料浪费大、后道加工工序的工作量大，同时劳动条件恶劣。用仿形机下料，虽可大大提高下料工件的质量，但必须预先加工与工件相适应的靠模，不适于单件、小批量和大工件下料。半自动切割机虽然降低了工人劳动强度，但其功能简单，只适合一种形状的切割。上述3种切割方式，相对于数控切割来说由于设备成本较低、操作简单，所以在我国的中小企业甚至在一些大型企业中仍在广泛使用。

随着国内经济形势的蓬勃发展以及"以焊代铸趋势的加速，数控切割的优势正在逐渐为人们所认识。数控切割不仅使板材利用率大幅度提高，产品质量得到改进，而且改善了工人的劳动环境，劳动效率进一步提高。目前，我国金属加工行业使用的数控切割机是以火焰和普通等离子切割机为主，但纯火焰切割，已不能适应现代生产的需要，而目前市场需求的数控切割机多为数控等离子切割机，该类切割机可满足不同材料、不同厚度的金属板材的下料以及金属零件的加工的需要，因此需求量将会越来越大，但与国外的差距仍极为明显，主要表现为:发达国家金属加工行业90%为数控切割机下料，仅10%为手工下料;而我国数控切割机下料仅占下料总量的10%，其中数控等离子切割下料所占比例更小。究其原因，较高的设备成本、复杂和维护和操作制约了数控切割在我国的进一步普及。因此国内数控切割机生产厂家引进了国外控制系统技术，经过二次开发后运用到了切割领域中，设计出了适合我国国情的数控切割机。某些厂家开发生产的专用数控切割设备，在技术上已经达到或超过了国外同类产品。

我国数控切割机每年市场需求量约在400~500台之间，产品主要以数控等离子切割机为主。相较而言，仿形切割机每年销售几千台，半自动切割机每年销售达上万台。由此可见，我国数控切割市场，尤其是数控等离子切割市场的发展潜力是巨大的。

原先在我国应用较多的高漏抗变压器加二次侧整流式的切割机电源已逐渐被逆变式等离子切割电源所代替，其原理如图1所示。国产等离子电源大多用于手工切割和配在小车切割机上，近年来由于性能有所改进，逆变式等离子切割电源采用先进的IGBT逆变技术。 具有体积小、重量轻、噪音低、功耗小以及携带方便等优点。 操作简单、切割速度快、切口窄而光洁、工件变形小。 使用安全，可靠性高。 设有过压、欠压、过流、过热等自动保护功能。在逐渐取代传统氧乙炔切割

计算机技术的飞速发展推动了数控技术的更新换代，而这也日益完善了数控等离子切割的高精、高速、高效功能。代表世界先进水平的欧洲、美国、日本的数控系统生产商利用工控机丰富的软硬件资源开发的新一代数控系统具有开放式体系结构，即数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象(数控功能)，形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次产品的开发开放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，并向智能化、网络化方向发展。

目前，开放系统具体有2种基本结构:

将一块工控机主板插入传统的CNC机器中，工控板主要用作实时控制，CNC主要用作以坐标轴运动为主的实时控制。

将运动控制板插入工控机的标准插槽中作实时控制用，而工控机主要作非实时控制。

我国生产的数控等离子切割机的数控系统多是在引进国外数控技术的基础上，加以自主开发而成，并逐步形成了更能适应国内用户的数控系统。总体来说，在数控系

统方面具备了国外同类系统的基本功能，但与国外先进的数控系统相比，在错误记录、网络化生产、全自动生产等方面还存在较大差距。

切割电源具有强烈的电磁干扰，这就要求计算机控制系统必须具有很高的抗干扰能力，既能抵抗等离子引弧时的高频干扰，也能抵抗工作时大电流等离子弧的干扰，还能抵抗工作现场的其他干扰源。经过抗干扰设计，改善了数控等离子切割系统的可靠性，其故障率也降低。

国外数控切割机的生产厂家主要集中在德国、美国和日本。从机械结构上看，其发展经历了十字架型(轻型)、门型(小型)、龙门型(大型)3个阶段，相应的型号种类繁多。能够代表数控等离子切割技术最高水平的厂家主要集中在德国，如德国ESAB公司的精细等离子切割机的切割精度已达激光切割下限，目前，国外已有厂家在龙门式切割机上安装一个专用切割机械手，开发出五轴控制系统的龙门式专用切割工具，该系统可以在空间切割出各种轨迹，利用特殊的跟踪探头，在切割过程中控制切割运行轨迹。相比之下，国内虽然十字架型、门型、龙门型都有所生产，但广度不够，生产厂家产品型号较为单一，尚无龙门式专用型材切割机产品。

近几年来，由于对切割质量、劳动环境等的要求越来越高，国外的大型水下等离子切割法、精细等离子切割法等先进等离子切割技术得到较快发展，其相应产品在我国的市场需求量也逐年上升。在我国的等离子切割设备生产行业中，由于缺乏等离子切割理论研究与生产实践相转换的机制，因此新技术运用不广、新产品开发速度不快，制约了等离子切割技术的进一步发展和运用。

可以预见，我国的数控切割机的市场需求仍将以数控等离子切割机为主。与此同时，国外广泛应用的大型水下等离子切割、精细等离子切割等先进切割设备在我国的市场需求量呈逐年上升趋势。

从国外数控等离子切割行业发展的趋势来看，智能化精密切割将成为切割行业今后发展的方向。 我国钢产量早已达亿吨级，再加上制造业的蓬勃发展，这必将促进国内数控等离子切割技术的良性发展。总体来说，我国数控等离子切割在基本功能上已达到国外同类产品水平，但要完全达到或超过国外水平还有很长的路要走。国内各企业、科研单位应加大科研力度，重视企业间的横向合作，形成优势互补，并在以下方面争取进一步提高:

a.应加强等离子理论研究与生产的相关转换;

b.等离子电源应进一步提高稳定性;

c.积极开发适合我国国情、经济可靠的数控等离子切割设备;

d.人机对话界面友好，适合切割下料工人操作;

e.网络互联功能。

数控等离子切割机是一种用于金属板材下料切割的机电一体化先进设备，已在造船、机械制造等行业获得了广泛的应用。影响数控等离子切割机切割质量的因素很多，除了切割机的设计参数外，还与操作控制、切割工艺等有关。为了提高切割质量，我们对其进行了全面的切割试验，根据试验数据进行分析和整理，得出了数控等离子切割机的部分最佳工作参数。现叙述如下:

1、数控等离子切割的特点及质量评定

用数控等离子切割机可以切割各种形状复杂的丁'件，并具有切割速度快、效率高、切割面质量好、切割尺寸精确、工件热变形小等优点。切割的零件不需机械加丑就可直接进行焊接和应用。但数控等离子切割机是用等离子弧进行切割，它与氧气切割相比，仍有一定的缺陷，主要体现在切割面的倾斜度较大，光洁度没有氧气切割的好。

评定数控等离子切割质量好坏的主要判据是:切割面的倾斜度、切缝的割纹深度、挂渣多少等。一个优质的切割面其倾斜度应在30以下，割纹深度应在0.15 mm以下，且挂渣少，容易清除。

在电压、电流稳定的条件下，影响切割质量的因素除了电极、喷嘴本身质量以外，主要还有二个方面的原因:一是割嘴高度与稳定;二是切割速度与工作气压的匹配。

割嘴离钢板的高度当采用弧压调高器来控制时，因其动态定位精度可达±0.013 mm.所以能保证割嘴与钢板的高度保持不变，故切割面的倾斜度小而均匀，且光洁度好。当用手T来调节割嘴离钢板的高度时，被切钢板要尽量放平，以减少割炬的调节次数，保证割炬切割过程中的稳定。本文采用手工调节方式，将割嘴离钢板的高度控制在6~8 mm，通过一系列的切割试验，阐述了切割速度(口)、工作气压(P)与切割质量的关系。

2、试验方法

试验设备为南黛大学蓝光机电设备有限公司生产的CNC-3000型数控等离子切割机，备有LG-100K、LG-120K、LG-160K、LG-200K型四种功率不同的空气等离子切割机各一台，每种机型的电

极、喷嘴各6套。

将四台空气等离子切割机的割炬，按先后顺序装在数控切割机的切割小车上。每一种型号的空气等离子切割机都要单独完成所有试验的全过程，即用不同的切割速度，使用不同的气压，对不同厚度的A3钢板进行切割(用自来水冷却)。切割从低气压向高气压，从低速向高速逐步进行。气压由过滤控制阀渊节，切割速度由数控切割机控制。切割零件为100 mmxl00 mm的正方形零件。

3、试验结果及分析

用LG-IOOK型空气等离子切割机切割6 mm和IO mm两种不同厚度钢板的试验结果如表1所示。由于试验数据太多，用该机切割其它厚度钢板的试验数据，以及用LG一120K、LG-160K、LG-200K型机切割的试验数据就不一一列出，在下面将用图示的方式表达出来。

表lLG-100K型空气等离子切割机切割试验结果

从表1结果可看H{，当切割速度过高、气压过低时，切割面的倾斜度大。这是因为速度过快，弧柱严重后倾割缝话跟不上。所以切割的零件大小，下平面尺寸大，尤其是切割直角…在拐角处的底部割缝成圆弧形 不是直角形。如果切割速度过低、气压过高则挂渣严重，不易清除，光洁度较差。如果切割速度合适，工作气压过高.弧柱的挺度和圆滑度受到破坏，切割能力下降，切割光洁度差。所以，切割不同厚度的钢板，需要合理地选择不同的切割功率、切割速度和工作气压，才能得到最佳的切割效果。

从表l数据还可看Ⅱn不同的钢板厚度有不同的最佳切割速度和工作气压。我们根据四种不同型号机型的试验数据进行分析和整理，绘制出了用不同功率的等离子切割机切割不同厚度钢板的最佳切割速度与T作气压参数曲线图，如图1所不。图1不同功率切割机的最佳切割参数对应图

根据四种不同功率机型的试验结果，得出了不同功率切割机切割不同厚度钢板的最佳切割参数如表2所示。根据这些数据我们在部分厂家进行了实际应用切割，效果很好?切割质量大大提高。

1. 保证等离子正确的气压和流动

等离子体正确的气压和流动对消耗件的使用寿命非常重要。如果气压太高，电极的寿命就会大大减少;气压太低，喷嘴的寿命就会受到影响。 设置时参照等离子切割机的使用说明书。

2. 采用合理的切距

切距即切割喷嘴与工件表面的距离，这个距离尽量保持恒定，一般在3-8MM左右，太远了不但耗电量太大，切割穿透能力会下降，而且相对比较消耗电极，使电极使用寿命下降;太近了那更简单，非常费喷嘴，喷嘴的使用寿命会成倍的下降，甚至装上去即被烧掉;当穿孔时，尽量采用正常切距的2倍距离或采用等离子弧所能传递的最大高度。

3. 穿孔厚度和切割厚度应在机器系统的允许范围内

等离子切割机不能在超过工作厚度的钢板上穿孔，通常的穿孔厚度为正常切割厚度的1/2 。尽量在等离子切割机额定的正常切割厚度范围内切割，尽量不要在极限切割厚度上切割，国产切割机的正常切割厚度一般是生产标注的最大切割厚度的60%，尽量在这个厚度范围内切割，就能最好的保护割嘴.

4. 喷嘴不要过载使用

让喷嘴过载(即超过喷嘴的工作电流)，将使喷嘴很快损坏。电流强度应为喷嘴的工作电流的95%为宜。例如:100A的喷嘴的电流强度应设定为95A。

5. 保持等离子气体的干燥和洁净

等离子系统需要干燥和洁净的等离子气体才能正常工作。脏污的气体通常是气体压缩系统的问题，它会缩短消耗件的使用寿命，造成非正常损坏。测试气体质量的方法是将割炬设在测试状态，在其下方放一面镜子，消耗割炬内的气体，如果在镜子上出现水气和雾状物，则需要查明原因。

数控等离子切割机具有操作简单、精确度高、工作效率高、劳动强度低等多种优点,在多个种类的加工件中应用十分广泛。数控等离子切割机常被应用于多个行业,如:化工机械、汽车工业、通用工程机械等。

对于那些采用传统方式难以切割的材料,可通过数控等离子切割机完成。此外,在切割速度上,在切割小厚度普通碳素钢薄板时,数控等离子切割速度快于传统氧切割速度的数倍,同时,切割面保持光洁,热变形情况较好。数控等离子切割机切割件质量对于产品质量有着十分关键的影响,科学合理的优化切割路径具有重要价值。

切割件热变形的原因分析在进行等离子切割机操作的过程中,出现时热变形的情况的概率较小,然而,在金属板材轧制和冷却中难以避免产生残余内应力。这是因为,在切割过程中,由于受到局部高温热源因素的影响,金属板材会沿着切割的方向发生膨胀,膨胀后的金属板材周围的母板便会受到一定的限制,导致金属板材在切口边缘的位置上发生较大的应力作用。

等离子切割机

机架采用全焊接结构，经实效振动处理器消除内应力，从而使机架稳定性提高，变性量较小。X轴采用高精度直线圆形导轨，Y轴采用高精度直线导轨，其运行阻力较小。X轴和Y轴安装警多功能仪器检测安装，X轴两道轨直线度误差保证小于±0.05mm，X轴和Y轴的垂直误差不大于±0.05mm度，其运行小车采用轻质的结构，便于保证等离子切割的加工质量。工业电脑操作系统是在性能稳定的DOS系统操作，具有较好的人机对话界面，中英文语言可以任意转换。X轴和Y轴运行速度最大可达到8米/分钟，工业控制电脑可以接口ISO标准的CNC语言，可以显示切割图形，模拟切割，并且具有手动编程功能。等离子切割机的主机控制系统的特点驱动传动系统采用日本三菱公司数字式交流伺服系统。电机采用高磁稀土材料，导磁散热型好，其编码其分辨率高，为普通型的4倍功能，从而保证更高的控制精度。切割软件引进欧洲专用风管制图软件，图库量大、简单易学、操作灵活、切割精确度高。

等离子切割是利用高温等离子电弧的热量使工件切口处的金属部局熔化(和蒸发.

等离子切割空压机选择很重要:

目前市面上所使用的等离子切割会根据切割材质的不同选择不同的工作气体其中应用最为广泛的为空气等离子切割。这里就需要用户在使用等离子切割时配套空气压缩机以辅助等离子切割机使用，那么关于空气压缩机的选择我们需要了解什么?

数控等离子切割机在切割速度及切割范围上都较火焰切割有所改善，加上2010年至2012年以来等离子切割技术的成熟完善.市场上也有越来越多的用户企业选择等离子切割方式，相比传统的切割方式来看，等离子切割具有高效率、高精度和高稳定性等优点，尤其适合于大批量生产加工及高精度切割要求，另外从成本角度来看，由于去掉了切割燃气费用，等离子切割相对成本更为经济，特别是应用于大批量加工生产的时候，其加工成本控制将更为明显。

数控等离子切割机在采用空气作为工作气体时，对于气压有哪些要求?应该如何正确匹配?

一般情况下，当工作气压低于设备所要求的气压值时，空压机所输入空气流量小于是小于规定值的，此时等离子弧的喷出速度将会减弱，进而无法形成高能量、高速度的等离子弧，从而造成切口质量差、切不透、切口积瘤的现象。

从空压机角度来分析气压不足的原因则主要在于输入空气不足，另外活塞有可能是切割机空气调节阀调压过低，电磁阀内有油污，气路不通畅等。建议用户确切了解自身加工要求，包括切割材质、切割厚度以及切割时间，通过上述多方面因素综合选购适合的空压机，当空压机无法满足切割要求时，我们从空压机输出压力显示上可明显看出;另外在使用前还要检查输入气压，应检查空气过滤减压阀的调节是否正确，表压显示能否满足切割要求。否则应对空气过滤减压阀进行日常维护保养，确保输入空气干燥、无油污。

优点与缺点

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，2012年以来随着大功率等离子切割技术的成熟切割厚度已超过15mm，拓宽了数控等离子切割机切割范围。

数控切割机等离子切割:

数控等离子弧切割是数控切割机机床利用高温等离子电弧的热量使工件切口处的金属部局熔化(和蒸发)，并借高速等离子的动量排除熔融金属以形成切口的一种加工方法。

缺点:

1.切割20mm以上钢板比较困难，需要很大功率的等离子电源，成本较高。

2.切割厚板时，割口成V

优点:

1.切割领域宽，可切割所有金属板材;

2.切割速度快，效率高，切割速度可达10m/min以上;

3.切割精度比火焰切割高，水下切割无变形，精细等离子切割则精度更高。

数控等离子切割机以工作方式来分:有干式等离子、半干式等离子、水下等离子之分;以切割质量来分有普通等离子、精细等离子、类激光等离子等。 数控等离子切割机主要的应用领域为:

不锈钢、铸铁、铜、铝及其他有色金属的板材或厚度在6mm以下的薄板等，主要用于平面切割非规则图形，理论上只要用AUTOCAD能画出来的图形就能切割(半径小于2倍等离子割缝宽度的图形无法切割)。

数控等离子切割机前景:

由于数控等离子切割机本身切割速度快，切割质量好的优点，在不久的将来定会代替部分的人工等离子切割、人工火焰切割机及数控火焰切割!

提到数控切割机的危害性或许大家不是很了解，那么龙门式数控切割机的操作存在哪些危害性了?一旦忽视了这个问题轻一点说造成身体不舒服，严重点说会致残甚至死亡，那么我们又该如何有效的去防止这些危害性了?

数控等离子切割机机器的危险性

● 操作和保养自动化设备涉及潜在的危险，操作人员应谨慎从事，以防受

● 如果四肢触及运动的机器，可能被缠住，甚至受伤;

● 手脚远离运动的机器，控制操作 CNC 系统可以通过前面板键盘或遥

接口进行;

● 操作机器时不能穿宽松的衣服及有线绳之类的服饰，以防被机器缠住

数控等离子切割机的高压电

● 电击能伤人致死，必须按照厂商规定步骤及要求进行安装;

● 电源接通时，不能接触电线及电缆;

● 该设备应该且只能由受过培训的人操作。

数控等离子切割机应注意的安全保障

1.设备周围应避免强震动源。

2.工作人员挂牌上岗操作，无关人员不得上机，更不准擅自按动键，以免损坏机器或程序，数据丢失。

等离子切割机应注意的安全保障

1.操作人员必须戴好防护面罩、电焊手套、帽子、滤膜防尘口罩和隔音耳罩。不戴防护镜的人员严禁直接观察等离子弧，裸露的皮肤严禁接近等离子弧。

2.切割时，操作人员应站在上风处操作。可从工作台下部抽风，并宜缩小操作台上的敞开面积。

3.切割时，当空载电压过高时，应检查电器接地、接零和割炬手把绝缘情况，应将工作台与地面绝缘，或在电气控制系统安装空载断路断电器。

4.高频发生器应设有屏蔽护罩，用高频引弧后，应立即切断高频电路。

5.使用钍、钨电极应符合JGJ33-2001第12.7.8条规定。

6.切割操作及配合人员必须按规定穿戴劳动防护用品。并必须采取防止触电、高空坠落、瓦斯中毒和火灾等事故的安全措施。

7.现场使用的电焊机，应设有防雨、防潮、防晒的机棚，并应装设相应的消防器材。

8.高空焊接或切割时，必须系好安全带，焊接切割周围和下方应采取防火措施，并应有专人监护。

1、有效切割宽度:1300mm

2、有效切割长度:2500mm

3、整机最大运行速度:15000mm/min

4、切割精度:+-0.2mm

5、重复定位精度:+-0.1mm

6、割炬最大升降距离:170mm、200mm、250mm

7、整机重量:1000KG

1、先进的等离子专用数控系统，全脱机工作，人性化操作

2、快速数据传输，采用先进的USB接口全脱机工作，不占用电脑资源

3、多种软件兼容

4、高效无忧作业，拥有断电，断点续雕，加工时间预测，自动对刀