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数控切割机的热切割源技术现状
作者:admin  来源:本站  发表时间:2011/10/19 8:05:43  点击:4673

  在切割过程中伴有热量释放的切割方法统称为热切割,数控切割机  现代制造业用到的热切割方法主要有:(氧—燃气)火焰切割、等离子弧切割和激光切割,而与之相配的自动化执行机构通常分为数控切割机和切割机器人两大类。

   世界上第一台数控切割机放生至今已走过了40多年的历史,在全球科技人员持续不懈地努力开发下,数控切割的技术、工艺、配套软件等各方面已取得了丰硕的成果,并向市场提供了门类齐全的用于板材切割、型材切割、管子相贯线切割、3D曲面切割的数控切割设备。

  自20世纪80、90年代起,借助计算机、微电子、网络和光、机、电一体化技术水平的迅速提高,工业机器人技术及其应用获得了前所未有的进展,工业机器人技术及其应用获得了前所未有的进展,工业化国家把发展机器人技术提升到未来工业自动化象征的高度来看待。(焊接)切割机器人历来在工业机器人应用领域中占据着相当重要的位置,随着全球制造业的复苏及新一轮的迅猛发展,焊接、切割的工作总量、复杂程度和技术要求都在不断提高,而机器人切割设备的成功应用也向世人充分展示了其在解决技术劳动力不足、提高生产率、改进产品质量和降低生产成本方面的显著作用,日益成为汽车、航空航天、造船、海洋平台、钢结构等行业在型材切割、三维曲面切割、柔性切割等方面保持产品竞争能力的一支不可缺少的关键力量。

1热切割源技术现状

1.1火焰切割

    (氧乙炔)火焰切割作为最古老的热切割方法,数控切割机 从其诞生之日算起,已经历了整整一个世纪。迄今为止,它仍是机械制造中一种不可缺少的热切割加工手段,并在切割中、大厚度钢板、切割多种形状的焊接坡口和多割炬大批量切割直条钢板等应用场合还有一定的优越性,因此,火焰切割在今后相当长的时期内,将作为其他先进热切割的补充,继续发挥其作用。

    近年来,我国(自动化)火焰切割所取得的明显进步表现为:在切割用氧气方面,积极提倡使用具有显著技术和经济价值的高纯度液态氧;而在切割用燃气的选用上,则大力推广用经济、安全、切口质量好、环保无污染的液化石油气等新型工业燃气来替代乙炔。目前看来,这两项工作收效显著,发展势头良好。

1.2等离子弧切割

    人类利用等离子弧切割金属材料已有近50年的历史,其良好的适用性和经济性已在长期的生产实践中得到了验证。所以,目前和今后一段时期内,在l~38mm厚的碳钢以及有色金属的切割中,等离子弧切割仍然将占据主导地位,并且有广阔发展空间。

    为了充分体现自动化等离子弧切割优质、高效、低成本的优势,制造商开发了各种规格型号的机载式等离子弧切割系统,并始终坚持将当代最新的技术、工艺和使用功能及时移植到产品的设计开发过程中去,以适应不断发展变化的自动化切割的需求,具体举例如下:

    a.采用100%的高负载持续率等离子电源,以满足自动切割高负荷连续工作的要求。长寿命氧气等离子弧、水射流等离子弧、大电流干式氧气等离子弧和精细等离子弧等新型等离子切割技术的应用,增大切割能力,改善切割质量,降低切割成本。

    b.设置独立的远程高频发生器箱(RHF)或固态引弧控制箱,既减小了等离子电源所产生高频干扰的影响,又能使机载割炬在远离等离子电源超过60m的地方仍可以稳定的工作,这为实现长距离移动的多工位自动化等离子切割创造了条件。

    c.数字式的电流/弧压控制箱,切割电流、弧压动态实时显示;数字化气体控制箱,配有LED工作状态显示,并能直接显示系统的出错代码,为排除故障提供了参考。新型数字化控制单元抛弃了传统的旋钮式操作及指针式表具显示的控制面板,采用触摸键数字化设定和 LED显示,观察更直观、调整更方便、性能更可靠,已成为发展的主流。

    d.有机器人和数控切割2种类型的机用割炬供选择;配置割炬初始高度设定和割炬切割高度自动控制装置,以适应全自动切割的需要,并保证得到良好的切割断面质量。

    e.等离子系统采用微处理机控制,保证了各项加工参数的精确,以获得稳定的切割质量和较长的消耗件使用寿命。现在,可根据待加工工件的材料和厚度自动调整切割电流和弧压,选择气体的种类和流量,显示所需的割炬消耗件品种,甚至监控电源情况。冷却水温度和其他重要参数的全自动操作系统。

1.3激光切割

    工业切割常用的激光源主要有2种,即CO2气体激光和Nd:YAG固体激光。这2种激光的波长是不同的,前者为10.6μm,后者是1.06μm。短波长的Nd:YAG激光最突出的优势是激光束可以通过光纤维传输,加工柔性好,能方便地用作(机器人)三维切割;而CO2激光是靠光学反射镜传送的,尽管它也能用于三维切割,但实现起来比较麻烦,因而它更多地被用在(数控)二维平面切割中。

激光切割能量密度高,加工过程中输入工件的热量小,因而热影响区和热变形小;切割所形成的割缝窄,能显著提高零件尺寸精度和材料利用率;切口光洁、边缘垂直;另外,激光切割产生的噪声和粉尘小,对环境的污染少。激光切割的上述特点使其一直都是高精度、高效率切割薄板的首选工具。

自动化激光切割技术自成功地用于工业生产以来,人们对激光发生器的效率、切割技师、运行的可靠性、使用和维护成本等多项指标提出了越来越高的要求。经过制造商长期不断地改进和完善,目前在增大激光发生器的功率、改善激光束的品质以及提高其耐用性和经济性方面,已经取得了巨大成就,具体表现为:a.激光发生器模式不断地改进和提高;b.计算机控制、数字化和网络技术被用于激光发生器已成为一种趋势;c.激光切割中、厚板材的技术日见精良;d.各种新的激光切割工艺不断涌现;e.激光切割的作业成本(元/kW)下降。这一系列成果的取得,使激光切割在技术进步和综合经济效益方面较传统热切割方法的优势逐渐显现出来,从而更加坚定了各界人士对其未来美好前景的信心。

2  自动化热切割技术发展动态

2.1  数控切割

数控切割指应用计算机数字程序控制(Computer Numberical program Control)的全自动化切割方法,简称CNC切割。人们借助计算机辅助设计程序,把所要切割零件的形状、尺寸、切割顺序及切割过程中的各项辅助功能按一定的语言程序规则进行编程,然后输入数控切割机的控制系统,经运算后发出运动控制及切割辅助功能指令,再由伺服驱动系统和切割执行机构协调动作,最终完成所需零件的切割。

数控切割的主要优点在于:a.功能齐全,实现了切割全过程的自动化控制;b.无需划线即可完成切割,同时可配置多个割炬同时工作,生产效率高;c.采用排版套料切割程序,提高了钢板利用率;d.能合理选定切割路径,减小切割热变形,加工精度高,切割质量好,减少了后续打磨和装焊工时;e.切割信息可储存到计算机、软盘或U盘之中,易于准备、修改和保存,并可省去制作划线样板的材料、人工工时及堆放场地。

2.1.l数控等离子、火焰切割机

    我国数控切割技术的开发工作开始于20世纪80年代初,起步是数控火焰切割机。到了20世纪90年代,在数控火焰切割技术趋于成熟并获得广泛应用的基础上,又通过嫁接引入国际上先进的等离子切割系统,采取引进和自主开发相结合的方法,开展了数控等离子切割机的研制。历经20多年,终于取得了可喜的成就,目前国产数控等离子、火焰切割机门类和规格已相当齐全,其中部分产品在技术性能指标和功能上均已接近或达到国际水平,产业化进展顺利,并已具备一定的经营规模。

    伴随着数控等离子、火焰切割技术的成熟,其在国内造船、压力容器、工程机械、电站设备、桥梁和钢结构等行业得到了广泛应用,彻底改变了以往手工和半自动切割的低效率状况,从根本上缓解了我国机械制造业飞速发展所带来的钢板和其他金属板材切割量急剧增大的巨大压力,为今后在整个制造业扩大应用数控等离子、火焰切割机,以应对未来新的挑战打下了基础。

2.1.2数控激光切割机

    将激光束作为切割介质用在数控切割机上就组成了数控激光切割机。按照割炬(激光束)与工作台相对移动的方式,数控激光切割机可分为光束固定、光束移动(飞行光路)和混合式(割炬沿y轴方向移动,而工作台在x轴方向移动)3种类型。

    采用飞行光路的切割机,数控切割机 在切割过程中,只有割炬沿x、y方向移动,工作台位置固定。这类切割机加工的板材尺度大、质量大;设备占地面积小,加工工件无需夹紧,上、下料方便;机器加速性能佳,定位精度高。所以倍受市场推崇,并且成为近来发展的主流。同时,为了最大限度地使移动的激光束在工作台的不同位置能保持恒定不变的光斑直径及光束特性,保证切割质量免受光束飞行带来的影响,制造商对光束传输系统采取了一些特殊设计,如:切割头增加一个可控制聚焦镜独立移动的F轴、添加由CNC控制的补偿光路系统、铰接活动臂固定光程飞行光束传输系统,以及采用可受控改变聚焦曲率的光学镜等措施。

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