提高機械制造系統(tǒng)中數(shù)控切割機生產效率

胡大花

摘要：隨著現(xiàn)代機械加工業(yè)的發(fā)展，對切割的質量、精度要求的不斷提高，對提高生產效率、降低生產成本、具有高智能化的自動切割系統(tǒng)的要求也在提升。數(shù)控切割機的發(fā)展必須要適應現(xiàn)代機械加工業(yè)發(fā)展的要求。文章對數(shù)控切割機在機械制造系統(tǒng)中的主要應用進行了探討，對提高數(shù)控切割機生產效率進行了分析

探討。

關鍵詞：數(shù)控切割機；機械制造；系統(tǒng)應用

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）06-0096-02

中國是第一大鋼材生產國和消費國，但是鋼材的浪費較其他國家而言多10%的浪費。其中60%的鋼材消費是通過切割焊接生產方式加工使用的。因此切割焊接行業(yè)是中國制造業(yè)的核心基礎產業(yè)，而切割在很大程度上決定著產品成本。

切割編程優(yōu)化系統(tǒng)軟件正在改進和完善數(shù)控切割的生產方式，提高數(shù)控切割生產效率和鋼材套料利用率，讓企業(yè)真正做到“切得多、切得快、切的好、切

得省”。

數(shù)控切割編程優(yōu)化在原有全時、整料、自動生成切割路徑的基礎上進行手動微調，達到共邊、橋連接、借邊、通過改變切割方位以及余料套料等方式進行預先模擬切割效果，以實現(xiàn)提高鋼材利用率，減少浪費和廢品率，降低成本的最終目的。

1 我國數(shù)控技術的發(fā)展現(xiàn)狀

我國數(shù)控在技術水平上與國外先進水平大約落后10～15年，在高精尖技術方面則更大；產業(yè)化水平上市場占有率低，品種覆蓋率小，還沒形成規(guī)模生產；功能部件專業(yè)化生產水平及成套能力低，外觀質量相對差；可靠性能不高，商品化程度不足，國產數(shù)控系統(tǒng)尚未建立自己的品牌效應，用戶信心不足；數(shù)控技術的研發(fā)工程能力較弱，數(shù)控技術應用領域拓展力度不強，相關標準規(guī)范的研究、制定滯后。因此，對于今后我國數(shù)控技術的發(fā)展，我們一定要做戰(zhàn)略考慮，從我國基本國情的角度出發(fā)，以國家的戰(zhàn)略需求和國民經(jīng)濟的市場需求為導向，在高精尖裝備研發(fā)方面，要強調產、學、研以及最終用戶的緊密結合；在競爭前端數(shù)控技術方面，強調創(chuàng)新，強調研究開發(fā)具有自主知識產權的技術和產品，為我國數(shù)控產業(yè)、裝備制造業(yè)乃至整個制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎。

2 數(shù)控切割機在機械制造系統(tǒng)中的主要應用

數(shù)控切割機（CNC Cutting Machine）就是用數(shù)字程序驅動機床運動，隨著機床運動時，隨機配帶的切割工具對物體進行切割。這種機電一體化的切割機就稱之為數(shù)控切割機。

當前，數(shù)控切割機主要以火焰、等離子、鐳射數(shù)控切割機為主。數(shù)控切割機在機械制造系統(tǒng)中主要用于工程項目的下料作業(yè)工序。不同類型的機器可用于不同材料的切割作業(yè)，如對型材進行復雜截面的裁斷、開槽；對板材進行任意形狀的切割、開孔、開坡口；還可用于非金屬材質的切割，鐳射數(shù)控甚至可以進行薄板的無縫對接焊。不同的材質由于其自身具備手動和智能化工作兩種工作方式，因此在機械自動化制造系統(tǒng)中具有較大的優(yōu)勢，不但可以用于小型零部件的生產制造，而且可以用于大型設備的加工制造。

以數(shù)控切割機的具體加工程序為例，首先是制圖，在利用Auto CAD或其它制圖軟件對加工對象制圖。然后，對圖形進行進一步的技術處理，在處理過程中要求仔細，考慮到加工對象的實際加工需求與材料屬性。例如，對零部件的加工公差、工序等要予以重視，保證圖紙滿足實際的加工需求之后，將格式為dwg的文件轉換成為格式為dxf的文件（這里以CAD制圖為例），為后續(xù)的加工編程做好準備。最后，進行工序設計、編程、生成機器代碼等操作，確定加工程序之后在設備控制器中輸入程序。當前，這些操作一般都由機械設備來完成最后，對數(shù)控系統(tǒng)進行初始化運行，檢查管理系統(tǒng)的輸入、輸出狀態(tài)，進行數(shù)值計算。因為采用了圖形交互式編程方式，大部分的節(jié)點、基點坐標數(shù)值都是由計算機直接算出的，操作者只需要在對應的對話框中輸入對應的參數(shù)或稍作修改即可進行加工生產。在機械制造系統(tǒng)中，相對于早期的手工切割，數(shù)控切割的應用具有操作編程便捷、高效、切割質量高、適用面廣等許多優(yōu)點。

3 提高機械制造系統(tǒng)中數(shù)控切割機生產效率的策略

3.1 改講切割工藝，提高生產效率

數(shù)控切割是一個人、機、料三方協(xié)調配合的過程。

（1）合理進行作業(yè)人員的操作時段分配，是提高生產效率的方式之一：當在某區(qū)域進行切割時，可以在另外一個區(qū)域進行上料、下料操作，從而減少切割設備的待機時間，通過提高設備的使用效率來提高生產效率。

（2）合理確定引割點位置在切割操作過程中可以用來控制熱變形引起的廢損率。確定引割點位置時要考慮周到：其一，要求盡量減少工件變形；其二，多個工件套料切割過程中要考慮每個工件的引割位置經(jīng)及對相鄰工件的影響，以達到減少空程時間的目的；其三，在切割中厚板材時，尤其是切割厚度超過60mm的工件時，最好從板材或割縫邊緣開始引割，這樣不但可以省去穿孔程序，而且可以降低割嘴的損耗。

（3）考慮熱應力和熱變形對切割順序的影響，因為數(shù)控切割與其他非自動切割方式不同，不能夠根據(jù)變形情況實時調整切割軌跡。其是嚴格按照所設定的圖形坐標進行切割的。所以，切割過程中必須注意切割順序，否則將會造成工件熱應力變形，直到出現(xiàn)工件加工公差超出范圍。切割路徑的順序在指定過程中，可以遵循下列原則：其一，在靠邊切割時，可以先切割靠邊長的一側；其二，首先切割短邊，然后再切割長邊；其三，在小塊板上進行切割操作時，最好采用斷點穿孔切割的方式。另外，為控制切割件位移，可用楔子楔入割縫的方式來減少熱應力對工件的影響。

（4）優(yōu)先采用連續(xù)切割方式用于多工件的套料切割。在進行內框切割操作而不對外形工件切割時，可以根據(jù)工件的不同采用連續(xù)切割方式，連續(xù)切割方式尤其適合中厚型板材的下料和切割，而且只需要進行一次穿孔、或者靠邊切割，能夠不間斷的完成連續(xù)切割任務，顯著提高切割生產效率，而且能夠節(jié)省割嘴使用數(shù)量。

（5）其他注意事項。工件的切割不能過小，因為數(shù)控切割機慣性較大，在切割小工件過程中可能會出現(xiàn)抖動的現(xiàn)象，導致切割的工件不能滿足圖紙設計要求。因此，需要根據(jù)工件的形狀尺寸、厚度等合理確定參數(shù)。例如，當工件板厚不同時，所進行的預熱時間就不同、切割過程中自動反映高度也不同、形狀過渡處的停留時間也不同。

3.2 提高編程軟件水平

數(shù)控切割機主要用于復雜件以及多工件的切割作業(yè)，其軟件水平直接影響到整個切割工藝水平。因此，設備除了要具有較好的機械精度外，還需購進高水平軟件對保證復雜工件切割精確度提供保證。

在復雜工件的切割過程中，僅僅只依靠設備上的TB16語言進行相對坐標的編程，很難對所有的復雜工件進行加工，有時甚至不可能。由于工件的很多具體坐標都不易確定，這時就可以采用編程套料軟件予以解決。而在多零件的切割同材質，同規(guī)格同材料的多個不同工件進行批量加工時，可以使用先進的軟件在一張板上精確確定工件尺寸，之后對各個工件的引弧點、共邊等進行修改，最終確定連割工件所需要的切割順序，整個過程可以都由軟件完成。

軟件要有強大的處理功能外，編程人員對套料軟件的了解、運用水平的提高也是影響生產效率的一個關鍵因素。只有編程人員把切割理論與實際操作中的問題結合起來考慮，才能在實際應用中真正達到高效高質量的生產。

另外，數(shù)控切割設備最好帶有自動中斷保護記憶功能。在進行多工件的批量加工時，若設備沒有自動中斷保護功能，發(fā)生數(shù)控系統(tǒng)故障、中斷以及微機死機等情況下進行二次或多次重復的對位操作時，一旦對位精度超出標準，將會導致報廢、超差等問題。當設備有自動中斷保護功能之后就具有自動復位的功能。

參考文獻

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