淺談數(shù)控火焰切割機(jī)在生產(chǎn)中的應(yīng)用

孫海燕

摘要：主要論述了數(shù)控火焰切割機(jī)的主要用途及特性，數(shù)控火焰切割技術(shù)在零件下料過程中產(chǎn)生工件變形的原因及解決方案，以及利用數(shù)控切割技術(shù)取得的經(jīng)濟(jì)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(guān)鍵詞：數(shù)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(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）12-0091-02

1? 概述

近年來，隨著機(jī)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(fù)雜形狀零件下料作業(yè)？數(shù)控火焰切割技術(shù)是一個(gè)很好的解決方案。數(shù)控火焰切割技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，提高下料零件的質(zhì)量，降低生產(chǎn)過程的人工費(fèi)和材料成本費(fèi)用，改善員工的勞動環(huán)境，確保安全高效生產(chǎn)，為企業(yè)的快速發(fā)展提供良好的經(jīng)濟(jì)效益。但是在實(shí)際生產(chǎn)過程中，因?yàn)楦鞣N原因也會產(chǎn)生零件變形，如何提高數(shù)控下料工件一次交驗(yàn)合格率，成了生產(chǎn)中亟待解決的難題。

2? 數(shù)控火焰切割機(jī)的主要用途及特性

2.1 數(shù)控火焰切割機(jī)的主要用途

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

數(shù)控火焰切割機(jī)有效的將電子計(jì)算機(jī)、數(shù)控火焰切割機(jī)、熱切割三者有機(jī)融合在一起，是一種可以適用于各種形狀、各種材質(zhì)下料的一種新型自動化設(shè)備。在車間生產(chǎn)實(shí)際過程中，數(shù)控火焰切割機(jī)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(jī)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(shù)控火焰切割機(jī)的切割方式與等離子切割機(jī)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(diǎn)，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(shù)控火焰切割機(jī)的特性

2.2.1 共性

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

②可切割的材質(zhì)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(shí)際生產(chǎn)作業(yè)中，根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特征以及用途，數(shù)控火焰切割機(jī)主要切割Q235-A、Q460、Q550、16Mn等材質(zhì)的板材。

③可以切割的厚度范圍廣，除了可用于各種材質(zhì)的鋼板下料之外，數(shù)控火焰切割機(jī)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(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，數(shù)控火焰切割機(jī)可以選擇不同的切割寬度：4m、5m、6m、8m、12m等。車間生產(chǎn)中，根據(jù)鋼板的寬度以及生產(chǎn)場地限制要求，主要用4m、5m的切割寬度。

2.2.2 運(yùn)行精度高

數(shù)控火焰切割機(jī)運(yùn)行過程采用雙邊驅(qū)動，機(jī)器自重輕，剛性好，動態(tài)特性優(yōu)秀。縱向裝置和橫向裝置均采用交流伺服電機(jī)驅(qū)動并配合精密齒輪齒條無間隙嚙合傳動。整個(gè)機(jī)器在運(yùn)行過程中，伴有位置檢測功能，保證整個(gè)切割過程的運(yùn)行精度。

2.2.3 切割品質(zhì)良好

與傳統(tǒng)手工氣割相比，數(shù)控火焰切割機(jī)根據(jù)不同的板厚和材質(zhì)能保持相對恒定的運(yùn)行速度，而且運(yùn)行精度也得到了保證。同時(shí)，在切割過程中，具有切割補(bǔ)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(shù)控火焰切割機(jī)所切割的零件是電腦上事先編程好的，穿孔點(diǎn)、補(bǔ)償量、切割順序等都已經(jīng)事先在編程軟件里模擬運(yùn)行，操作人員只需將技術(shù)人員編程好的文件拷貝到數(shù)控火焰切割機(jī)的主機(jī)內(nèi)，整個(gè)切割過程可以實(shí)現(xiàn)全過程自動化操作。零件切割前，機(jī)器的割炬會自動下降到工作的起始位置，自動點(diǎn)火，自動打開預(yù)熱氧，自動打開切割氧，自動穿孔，整個(gè)編程切割完成后，機(jī)器會自動熄火，割炬自動提升，自動返起始位置。

3? 數(shù)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(chǎn)生應(yīng)力，并且這種應(yīng)力很難消除，當(dāng)應(yīng)力超過金屬板材自身的屈服強(qiáng)度時(shí)，就會沿著切割方向產(chǎn)生一系列的變形，這就是熱變形。下面就熱變形產(chǎn)生的因素進(jìn)行逐條分析：

3.1.1 切割過程參數(shù)的選擇不適當(dāng)

在開始每一張新的板材的數(shù)控下料前，都要事先根據(jù)鋼板的厚度及材質(zhì)選擇合適的切割參數(shù)，切割參數(shù)主要包括：切割氣體、切割氧氣壓力、預(yù)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(chǎn)生傾斜，因此切割過程會產(chǎn)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(chǎn)生扭曲變形。針對這種情況，在切割過程中應(yīng)加強(qiáng)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(shí)，零件編程及切割的先后順序?qū)Ψ乐沽慵懈钭冃沃陵P(guān)重要，合理科學(xué)的零件編程布局是影響數(shù)控火焰切割先后的主要因素。在電腦上安排零件布局時(shí)，應(yīng)遵循如下原則：

①先大后小，在數(shù)控編程排版時(shí)應(yīng)該注意，為了提高鋼板的利用率，達(dá)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(nèi)后外，在切割內(nèi)部有孔的或者大零件中嵌套有小零件的圖形時(shí)，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(chǎn)生位移或有些大零件切割完掉下切割平臺導(dǎo)致里面的小零件無法繼續(xù)切割。

③預(yù)留切割斷點(diǎn)，數(shù)控火焰切割機(jī)在下料過程中，經(jīng)常會遇到寬度較窄但是長度很長的零件（以下簡稱細(xì)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(xiàn)受熱不均勻?qū)е鹿ぜ牧澴冃?，?yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致工件報(bào)廢，因此細(xì)長條工件在下料時(shí)必須預(yù)留若干個(gè)斷點(diǎn)，斷點(diǎn)的長度為20-30mm長，這些斷點(diǎn)的預(yù)留相當(dāng)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(diǎn)也就越多，這是因?yàn)閿帱c(diǎn)的間隔越長，長條零件的變形量就越大。但是并不是斷點(diǎn)預(yù)留越多越好，在一般情況下，長度一定時(shí)，零件的寬度越寬，斷點(diǎn)預(yù)留應(yīng)該越少，反之，零件的寬度越窄，預(yù)留的斷點(diǎn)應(yīng)該越多。

3.2.2 正確調(diào)節(jié)氣體壓力、切割速度和割嘴型號

①生產(chǎn)實(shí)際中，操作工應(yīng)該根據(jù)鋼板材質(zhì)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(fèi)，而且會造成由于氧氣壓力過大，在切割件頂部產(chǎn)生多余的溝槽，影響切割零件表面質(zhì)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(yùn)行快慢。切割速度過快或過慢都不利于保證切割零件的質(zhì)量，切割速度過快會造導(dǎo)致零件割不斷，切割速度過慢不僅會造成能源浪費(fèi)而且會使零件切口頂部出現(xiàn)熔化在一起的現(xiàn)象，需要進(jìn)行二次切割，費(fèi)時(shí)費(fèi)力;因此，在開始切割之前，一定要根據(jù)板厚和材質(zhì)，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(zhì)量的主要因素之一，割嘴型號的選擇應(yīng)該根據(jù)切割鋼板的厚度進(jìn)行選擇，選取的原則是：鋼板越厚，割嘴號數(shù)越大;反之，鋼板越薄，割嘴號數(shù)越小。在切割過程中，割嘴與鋼板的距離也應(yīng)該調(diào)節(jié)好，割嘴距離的調(diào)節(jié)應(yīng)以火焰焰心與鋼板的距離為標(biāo)準(zhǔn)上下調(diào)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(yuǎn)，無形中就會使鋼板預(yù)熱面積加大，整個(gè)切割過程中變形增大，而且會導(dǎo)致切割速度降低。

3.2.3 切割方向的選擇

在生產(chǎn)實(shí)踐中，數(shù)控火焰切割都采用“順時(shí)針”的切割方向進(jìn)行，從鋼板的邊緣沿著零件內(nèi)孔、外形做順時(shí)針切割運(yùn)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(shí)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(jìn)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(chǎn)生的熱變形，導(dǎo)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(shí)，首先應(yīng)將切割方向選定為“順時(shí)針”切割。

3.2.4 穿孔點(diǎn)位置的選擇

穿孔點(diǎn)位置的選擇也是影響變形與否的重要因素。每一個(gè)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(diǎn)。如果在零件的半腰穿入的，切割完成會導(dǎo)致由于變形扭曲而產(chǎn)生零件無法閉合的現(xiàn)象，其次在零件的半腰插入穿孔點(diǎn)容易燒傷工件，導(dǎo)致次品、廢品的產(chǎn)生，從而降低下料工件的一次交驗(yàn)合格率。

4? 數(shù)控切割技術(shù)取得的經(jīng)濟(jì)效益

相比于傳統(tǒng)的切割方式，數(shù)控火焰切割技術(shù)在計(jì)算機(jī)上可實(shí)現(xiàn)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(shù);對于相同且數(shù)量較多，并且零件中沒有孔的零件，采用連割的方式進(jìn)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(chǎn)實(shí)際中，多數(shù)情況下，鋼板的利用率達(dá)到了90%以上，且數(shù)控下料工件的一次交驗(yàn)合格率可達(dá)到95%以上，同時(shí)，數(shù)控下料切割過程中節(jié)約了各種能源，降低了生產(chǎn)成本，為企業(yè)帶來了較好的經(jīng)濟(jì)效益，提高了企業(yè)的競爭力。

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