浅谈数控火焰切割机在生产中的应用

孙海燕

摘要：主要论述了数控火焰切割机的主要用途及特性，数控火焰切割技术在零件下料过程中产生工件变形的原因及解决方案，以及利用数控切割技术取得的经济效益。

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.

关键词：数控;火焰切割;特性;变形

Key words： CNC;flame cutting;characteristics;deformation

中图分类号：U472.41                                     文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）12-0091-02

1  概述

近年来，随着机械制造业的迅速发展，对零件加工速度、加工精度的要求与日俱增。如何精密高效地完成各种复雜形状零件下料作业？数控火焰切割技术是一个很好的解决方案。数控火焰切割技术能够实现生产过程自动化，提高下料零件的质量，降低生产过程的人工费和材料成本费用，改善员工的劳动环境，确保安全高效生产，为企业的快速发展提供良好的经济效益。但是在实际生产过程中，因为各种原因也会产生零件变形，如何提高数控下料工件一次交验合格率，成了生产中亟待解决的难题。

2  数控火焰切割机的主要用途及特性

2.1 数控火焰切割机的主要用途

作为煤矿机械设备制造厂，我们主要生产皮带机、支架、无极绳绞车、平板车等矿用设备。每种设备都有形状不规则及板厚较厚的零件。这种情况下，数控火焰切割机是解决这个问题的最好方法。

数控火焰切割机有效的将电子计算机、数控火焰切割机、热切割三者有机融合在一起，是一种可以适用于各种形状、各种材质下料的一种新型自动化设备。在车间生产实际过程中，数控火焰切割机主要用于6mm以上厚度钢板的切割加工，6mm以下钢板规则形状采用剪板机剪版下料，6mm以上不规则形状采用等离子切割的形式下料。数控火焰切割机的切割方式与等离子切割机的切割方式存在很大区，火焰切割是利用高温将钢板表面加热到钢板的燃烧点，接着在火焰周围配以高压氧气，使钢板能很好的被切割的一种方法。

2.2 数控火焰切割机的特性

2.2.1 共性

①数控火焰切割机，可以切割任意形状零件，不管是简单的零件，还是复杂的带孔的零件，都可以依靠数控火焰切割机完成下料作业。

②可切割的材质范围广，可用于各种碳素钢、锰钢等各种尺寸大小的零件的下料工作。在车间实际生产作业中，根据产品的结构特征以及用途，数控火焰切割机主要切割Q235-A、Q460、Q550、16Mn等材质的板材。

③可以切割的厚度范围广，除了可用于各种材质的钢板下料之外，数控火焰切割机还可用于不同厚度的钢板的切割下料，切割钢板厚度范围（6-200mm）。

④根据实际生产情况，数控火焰切割机可以选择不同的切割宽度：4m、5m、6m、8m、12m等。车间生产中，根据钢板的宽度以及生产场地限制要求，主要用4m、5m的切割宽度。

2.2.2 运行精度高

数控火焰切割机运行过程采用双边驱动，机器自重轻，刚性好，动态特性优秀。纵向装置和横向装置均采用交流伺服电机驱动并配合精密齿轮齿条无间隙啮合传动。整个机器在运行过程中，伴有位置检测功能，保证整个切割过程的运行精度。

2.2.3 切割品质良好

与传统手工气割相比，数控火焰切割机根据不同的板厚和材质能保持相对恒定的运行速度，而且运行精度也得到了保证。同时，在切割过程中，具有切割补偿功能，切割精度较高，切割部件的表面光洁度更好。

2.2.4 自动化程度高

数控火焰切割机所切割的零件是电脑上事先编程好的，穿孔点、补偿量、切割顺序等都已经事先在编程软件里模拟运行，操作人员只需将技术人员编程好的文件拷贝到数控火焰切割机的主机内，整个切割过程可以实现全过程自动化操作。零件切割前，机器的割炬会自动下降到工作的起始位置，自动点火，自动打开预热氧，自动打开切割氧，自动穿孔，整个编程切割完成后，机器会自动熄火，割炬自动提升，自动返起始位置。

3  数控火焰切割工件变形的原因及控制方法

3.1 切割工件变形的原因

钢板在火焰切割过程中，由于受到局部高温高热的影响，会沿切割方向急剧膨胀，使金属板材切口边缘产生应力，并且这种应力很难消除，当应力超过金属板材自身的屈服强度时，就会沿着切割方向产生一系列的变形，这就是热变形。下面就热变形产生的因素进行逐条分析：

3.1.1 切割过程参数的选择不适当

在开始每一张新的板材的数控下料前，都要事先根据钢板的厚度及材质选择合适的切割参数，切割参数主要包括：切割气体、切割氧气压力、预热氧气压力、气体切割速度以及割嘴距离钢板表面的距离等。

3.1.2 钢板支撑平面不平整

钢板在切割过程中，由于支撑平面的高低有差别，工件由于自重也会产生倾斜，因此切割过程会产生误差，特别是对于厚度较薄的钢板，在切割割过程中很可能产生扭曲变形。针对这种情况，在切割过程中应加强对支承面的修整来解决。

3.2 控制切割变形的有效措施

3.2.1 合理布局零件图样

钢板整体切割时，零件编程及切割的先后顺序对防止零件切割变形至关重要，合理科学的零件编程布局是影响数控火焰切割先后的主要因素。在电脑上安排零件布局时，应遵循如下原则：

①先大后小，在数控编程排版时应该注意，为了提高钢板的利用率，达到节能减排的目的，一般先摆放大零件再摆放较小的零件，在钢板的边边角角中放置一些小零件。但是在切割的过程中，一般先切割小零件再切割较大零件。

②先内后外，在切割内部有孔的或者大零件中嵌套有小零件的图形时，要先割嵌套在里面的小零件，后割外面的大零件，这样可以防止外部大零件割完后产生位移或有些大零件切割完掉下切割平台导致里面的小零件无法继续切割。

③预留切割断点，数控火焰切割机在下料过程中，经常会遇到宽度较窄但是长度很长的零件（以下简称细长条零件），由于火焰切割的原理是热切割，下料过程中钢板的切割边缘会吸收大量的热量，极容易出现受热不均匀导致工件的立弯变形，严重时甚至会导致工件报废，因此细长条工件在下料时必须预留若干个断点，断点的长度为20-30mm长，这些断点的预留相当于很多根长条紧紧的捆在一起，它们相互牵扯，能有效的控制长条零件的塑性变形。零件越长，所留的断点也就越多，这是因为断点的间隔越长，长条零件的变形量就越大。但是并不是断点预留越多越好，在一般情况下，长度一定时，零件的宽度越宽，断点预留应该越少，反之，零件的宽度越窄，预留的断点应该越多。

3.2.2 正确调节气体压力、切割速度和割嘴型号

①生产实际中，操作工应该根据钢板材质的不同、板厚区别，选择不同的的气体压力。切割氧压力太高，不仅会造成不必要的能源浪费，而且会造成由于氧气压力过大，在切割件顶部产生多余的沟槽，影响切割零件表面质量;切割氧压力太低，切割零件表面会有较厚的鳞皮融入，难以清除。

②切割速度是指割炬和割嘴在钢板切割过程中的运行快慢。切割速度过快或过慢都不利于保证切割零件的质量，切割速度过快会造导致零件割不断，切割速度过慢不仅会造成能源浪费而且会使零件切口顶部出现熔化在一起的现象，需要进行二次切割，费时费力;因此，在开始切割之前，一定要根据板厚和材质，选择合适的切割速度，切割速度的合理选择可以使切割表面的掛渣极少，甚至无挂渣，并且切割后清渣方便容易。

③不同的割嘴型号也是影响切割质量的主要因素之一，割嘴型号的选择应该根据切割钢板的厚度进行选择，选取的原则是：钢板越厚，割嘴号数越大;反之，钢板越薄，割嘴号数越小。在切割过程中，割嘴与钢板的距离也应该调节好，割嘴距离的调节应以火焰焰心与钢板的距离为标准上下调节。如果割嘴距离钢板太近，切割过程中的飞溅物会堵塞割嘴;如果割嘴距离钢板太远，无形中就会使钢板预热面积加大，整个切割过程中变形增大，而且会导致切割速度降低。

3.2.3 切割方向的选择

在生产实践中，数控火焰切割都采用“顺时针”的切割方向进行，从钢板的边缘沿着零件内孔、外形做顺时针切割运动。这样的切割方向可以保证最后一条割边与母板大部分脱离;如果采用“逆时针”的切割方向，会迫使零件的大部分与母版早早的脱离，从而无法进行以后的切割，或者说周边的边角框不足以抵抗切割过程中产生的热变形，导致切割件在切割过程中移位，造成尺寸超差。因此，在电脑上编程时，首先应将切割方向选定为“顺时针”切割。

3.2.4 穿孔点位置的选择

穿孔点位置的选择也是影响变形与否的重要因素。每一个工件的穿孔尽量选择角入（即在工件的边角穿入），而且一般选择零件的左下角作为穿孔点。如果在零件的半腰穿入的，切割完成会导致由于变形扭曲而产生零件无法闭合的现象，其次在零件的半腰插入穿孔点容易烧伤工件，导致次品、废品的产生，从而降低下料工件的一次交验合格率。

4  数控切割技术取得的经济效益

相比于传统的切割方式，数控火焰切割技术在计算机上可实现多种不规则形状、大小不等零件的套料下料工作，布局合理，提高了钢板的利用率;针对直角边零件，在编程过程中采用借边下料的方式，不仅提高了钢板的利用率，而且减少了切割过程中的穿孔次数;对于相同且数量较多，并且零件中没有孔的零件，采用连割的方式进行切割下料，切割过程只需一次穿孔即可完成整体切割。

在生产实际中，多数情况下，钢板的利用率达到了90%以上，且数控下料工件的一次交验合格率可达到95%以上，同时，数控下料切割过程中节约了各种能源，降低了生产成本，为企业带来了较好的经济效益，提高了企业的竞争力。

参考文献：

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