一種基于數(shù)控模架加工切割輔助裝置及切割方法探討

陳海青

關(guān)鍵詞：數(shù)控模架加工;切割輔助裝置;切割方法

引 言：隨著時(shí)代不不斷地進(jìn)步和發(fā)展，數(shù)控切割機(jī)逐漸應(yīng)用在了建筑工業(yè)、醫(yī)療船運(yùn)、航空航天等方面。它的自動(dòng)化技術(shù)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(jù)板材厚度、材質(zhì)、特殊成分含量的差異，也能夠采用不同的切割方法。

一、數(shù)控加工概念

數(shù)控加工概念：簡(jiǎn)稱(chēng)數(shù)控（NC）。指通過(guò)用數(shù)字輸出（傳遞）信號(hào)的方式，對(duì)機(jī)床的控制系統(tǒng)生成指令，使機(jī)床和其他輔助裝置相繼對(duì)零件進(jìn)行切削加工，以達(dá)到想要型號(hào)的一種工藝方法。

由于數(shù)控是一種自動(dòng)化控制技術(shù)，所以相比較傳統(tǒng)的人工切割，它具有的精度性更高、切割效率高、實(shí)用型更廣、操作誤差較小、安全性更高等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)今隨著建筑工業(yè)、醫(yī)療船運(yùn)、航空航天對(duì)材料的需求日益增加，目前，在具體的工藝制作過(guò)程中加工切割板材已必不可少，如果再使用傳統(tǒng)的人工技術(shù)難免會(huì)跟不上總需，這時(shí)候以數(shù)控系統(tǒng)為核心的自動(dòng)化切割技術(shù)顯得越來(lái)越重要。

二、數(shù)控切割輔助裝置

（1）數(shù)控切割簡(jiǎn)述

指用于控制機(jī)床或設(shè)備的固定工件指令（或固定程序），是以一種特殊的數(shù)字形式轉(zhuǎn)變?yōu)榈目刂品绞?，其將指令（或程序）提供給特定的自動(dòng)切割機(jī)控制裝置時(shí)，切割機(jī)便能按照原有人們編輯的程序，對(duì)材料進(jìn)行有規(guī)律性的切割。

數(shù)控切割技術(shù)是傳統(tǒng)工藝和計(jì)算機(jī)技術(shù)、制造技術(shù)的結(jié)合體，是在精密工藝上發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)自動(dòng)化高能切割技術(shù)。它主要由數(shù)控、編程、氣路及機(jī)械運(yùn)行系統(tǒng)等部分組成;和傳統(tǒng)人工半自動(dòng)切割相比，數(shù)控切割通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)（即控制器）指令（或程序）的切割工藝、自動(dòng)化技術(shù)，能夠有效控制、提高材料的切割質(zhì)量和實(shí)用效率。

①優(yōu)點(diǎn)：數(shù)控技術(shù)借助套料軟件操作，通過(guò)計(jì)算機(jī)繪制圖表、優(yōu)化零件和語(yǔ)言編程，能有效地增加材料的利用率，從而提高切割生產(chǎn)時(shí)候的工作效率。而數(shù)控切割機(jī)通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)（即控制器）提供的指令（或程序）工作，由此提高了整體對(duì)材料的切割質(zhì)量和效率。

②缺點(diǎn)：數(shù)控切割隨著切割效率增大，套料的編程會(huì)更加復(fù)雜。如果沒(méi)有使用或是使用好優(yōu)化的編程軟件，對(duì)鋼材的浪費(fèi)會(huì)非常嚴(yán)重：會(huì)導(dǎo)致切割機(jī)切得快，切得多，浪費(fèi)的也就多。如果沒(méi)有使用好數(shù)控系統(tǒng)，或是數(shù)控系統(tǒng)不具備應(yīng)有的切割工藝和工件經(jīng)驗(yàn)，反倒會(huì)導(dǎo)致切割質(zhì)量問(wèn)題，從而降低切割效率，最終造成鋼材的浪費(fèi)。

（2）輔助裝置

在工藝制作當(dāng)中，依照數(shù)控切割機(jī)的類(lèi)型不同，輔助裝置的形式也呈現(xiàn)多樣化，包括針對(duì)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(jù)具體的切割機(jī)和材料分論而言。

下面就以專(zhuān)利文獻(xiàn)中的為例：

①碎屑收集裝置

本實(shí)用新型涉及機(jī)械設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種模架加工用切割輔助裝置，其通過(guò)對(duì)切割裝置上的碎屑進(jìn)行抽離和收集作用，有效防止碎屑對(duì)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向造成影響，同時(shí)有效防止碎屑對(duì)人體造成傷害，提高實(shí)用性和可靠性。包括底座（1），四組支腿（2），安裝支架（3），動(dòng)力裝置，轉(zhuǎn)動(dòng)軸，切割片（6）和工作臺(tái)（7），夾緊裝置，吸斗（9），固定支架，第一導(dǎo)管（11），電機(jī)（12），第一轉(zhuǎn)軸，減速器，第二轉(zhuǎn)軸，分離箱（16），扇葉座，扇葉和過(guò)濾板等[1]。

②基底安全輔助裝置

本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于數(shù)控切割機(jī)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(shè)置有螺孔，所述固定底板通過(guò)預(yù)埋螺栓穿過(guò)所述螺孔固定在地面上;穩(wěn)固撐架，所述穩(wěn)固撐架的一端固定連接在所述固定底板上，所述穩(wěn)固撐架（1）的另一端向所述固定底板的側(cè)上方延伸，所述穩(wěn)固撐架上設(shè)置有第一貫穿孔（2）和第二貫穿孔（3）;第一穩(wěn)固桿（12），所述第一穩(wěn)固桿穿過(guò)所述第一貫穿孔，所述第一穩(wěn)固桿上設(shè)置有供人踩踏的第一結(jié)構(gòu);第二穩(wěn)固桿（13），所述第二穩(wěn)固桿穿過(guò)所述第二貫穿孔，所述第二穩(wěn)固桿上設(shè)置有供人踩踏的第二結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型減少現(xiàn)場(chǎng)安全隱患的發(fā)生率，同時(shí)也進(jìn)一步增加了整個(gè)防護(hù)欄裝置的實(shí)用性[2]。

三、切割方法簡(jiǎn)述

（1）切割方法

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

①激光切割法——

利用經(jīng)過(guò)強(qiáng)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(shí)借助與激光同軸的高速氣流排去材料物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)將工件割開(kāi)，屬于熱切割方法之一。

按照使用類(lèi)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(lèi)。

優(yōu)點(diǎn)：切割質(zhì)量好，切割效率高，速度快，切割材料的種類(lèi)多。

缺點(diǎn)：激光切割設(shè)備費(fèi)用昂貴，受限于激光器功率和設(shè)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(chǎn)生的熱量，使鋼材切口處的金屬達(dá)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(yōu)點(diǎn)：切割靈活、裝夾工件簡(jiǎn)單，能切割曲線，可以廣泛應(yīng)用于金屬材料和非金屬材料的切割。能夠配合不同的工業(yè)氣體切割各種氧氣難以切割的物質(zhì)，尤其是對(duì)于有色金屬（比如對(duì)不銹鋼、鋁、銅、鈦、鎳）的切割效果更佳;切割厚度不大的金屬時(shí)，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(zhì)。

缺點(diǎn)：切割時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的有毒氣體，產(chǎn)生的火星會(huì)灼燒皮膚，產(chǎn)生的電磁輻射會(huì)對(duì)身體產(chǎn)生損傷等。

③火焰切割法

利用燃?xì)饣蛘咂秃脱鯕膺M(jìn)行熔融金屬材料的一種設(shè)備切割方法。

優(yōu)點(diǎn)：可以切割大厚度板材，切割設(shè)備和切割成本相對(duì)低廉，污染較小。

缺點(diǎn)：無(wú)法切割不銹鋼以及很多有色金屬，切割的材質(zhì)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?xún)?nèi)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(dòng)能，隨后送至孔徑很小的槍嘴中。這時(shí)加入特殊的磨料，水與磨料充分混合后，再以?xún)杀陡哂谝羲俚乃俣葒姵?，形成?duì)材料表面的切割。這個(gè)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(duì)工件共同的撞蝕、磨料對(duì)材質(zhì)內(nèi)部細(xì)微的滲透力。

優(yōu)點(diǎn)：切邊準(zhǔn)確、切面干凈光滑，用途材質(zhì)廣泛，切割作用所產(chǎn)生的熱能及時(shí)被水帶走，可以防止材質(zhì)變型，切割精度較高。

缺點(diǎn)：產(chǎn)生的噪音極大，水流需經(jīng)過(guò)特殊配比，強(qiáng)烈的水壓會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生極大危害。

四、總結(jié)

在模架生產(chǎn)中，基于其加工內(nèi)容多為腔和孔的特點(diǎn)，利用數(shù)控機(jī)床內(nèi)置的宏功能開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的宏程序。加工時(shí)根據(jù)型腔的實(shí)際形狀和尺寸指定相關(guān)參數(shù)后，讓數(shù)控系統(tǒng)來(lái)完成后續(xù)的運(yùn)算，判斷并控制機(jī)床正確運(yùn)動(dòng)，最終達(dá)到預(yù)期的加工要求[3]。

參考文獻(xiàn)：

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(chéng)， 魯?shù)轮牵?吉李祥，等. 一種基于數(shù)控切割機(jī)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(yīng)用[J]. 機(jī)械工程師， 2009（11）：4.