國內(nèi)外數(shù)控等離子切割技術(shù)的發(fā)展趨勢

一、概述 

   數(shù)控等離子切割技術(shù)是集數(shù)控技術(shù)，計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)，等離子切割技術(shù)，精密機(jī)械技術(shù)于一體的高新技術(shù)。發(fā)展數(shù)控等離子切割機(jī)可以徹底改變國內(nèi)熱切割行業(yè)的裝備水平，扭轉(zhuǎn)熱切割工業(yè)目前存在的效率低，質(zhì)量差，勞動強(qiáng)度大，材料利用率低，環(huán)境臟亂差的局面，縮小與國外先進(jìn)國家的差距。同時(shí)，數(shù)控等離子切割技術(shù)的發(fā)展可帶動相關(guān)領(lǐng)域和學(xué)科達(dá)到 國際先進(jìn)水平。 

火焰切割、等離子切割和激光切割是熱切割的三種主要方式。 

   火焰切割具有切割變形大，適應(yīng)不了高精度切割的需要，而且切割速度較低，切割前需預(yù)熱，花費(fèi)時(shí)間，難以適應(yīng)無人化操作的需要。等離子切割具有切割范圍寬，可切割一切金屬板材和許多非金屬材料，最高切割速度可達(dá)10m/min，是火焰切割的10倍。在水下切割能消除 切割時(shí)產(chǎn)生的噪聲，粉塵、有害氣體和弧光，有利于環(huán)境的保護(hù)，符合21世紀(jì)對環(huán)保的要求。目前隨著大功率等離子切割技術(shù)的成熟，切割厚度已達(dá)130mm，采用水射流技術(shù)的大功率等離子切割已使切割質(zhì)量接近激光切割的下限(±0.2mm)。由于激光切割機(jī)價(jià)格昂貴，且目前只適合于薄板切割(通常厚板打孔時(shí)間長)，而精細(xì)等離子切割機(jī)切割精度可達(dá)激光切割的下限， 切割表面質(zhì)量近似，但切割成本遠(yuǎn)低于激光切割，約為其1/3，最大切割厚度可達(dá)12mm，因此用精細(xì)等離子切割機(jī)來取代價(jià)格昂貴的激光切割機(jī)，有利于以最經(jīng)濟(jì)的方式對用量較大的中、薄板實(shí)施高速精細(xì)切割。另外，數(shù)控等離子切割與自動套料編程軟件配合可以提高材料利用率5%～10%，按年切割2000萬t計(jì)，則年可節(jié)省鋼材100～200萬t，價(jià)值幾十億元。故在工業(yè)發(fā)達(dá)國家已出現(xiàn)以數(shù)控等離子切割機(jī)取代火焰切割機(jī)和激光切割機(jī)的發(fā)展趨勢。因此，研究推廣數(shù)控等離子切割技術(shù)具有重要的意義。 

二、我國數(shù)控等離子切割技術(shù)的發(fā)展 

   我國數(shù)控火焰切割技術(shù)起步于20世紀(jì)80年代中期，而數(shù)控等離子切割機(jī)則更晚，大部分的數(shù)控等離子切割機(jī)以經(jīng)濟(jì)型機(jī)床(單片機(jī)為核心，步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動元件)為主。國內(nèi)曾經(jīng)從事過數(shù)控切割機(jī)制造的廠家一度多達(dá)50多家，力量分散，許多廠家的前身都是焊割工具廠，技術(shù)基礎(chǔ)差。在整個(gè)80年代，國內(nèi)企業(yè)無論是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)還是生產(chǎn)規(guī)模方面都無力與國外企業(yè)競爭 。 

   進(jìn)入90年代后，國內(nèi)的一些公司瞄準(zhǔn)世界先進(jìn)水平，不斷開發(fā)研制數(shù)控切割機(jī)的新產(chǎn)品，而且有些產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)已達(dá)到國外同類設(shè)備的先進(jìn)水平，同時(shí)隨著市場經(jīng)濟(jì)的調(diào)控作用，目前國內(nèi)生產(chǎn)數(shù)控切割機(jī)的廠家已調(diào)整到20幾家。但綜合實(shí)力較強(qiáng)且有競爭實(shí)力的只有梅塞爾切割焊接有限公司、上海伊薩漢考克有限公司、哈爾濱華崴焊切成套設(shè)備有限公司、哈爾濱四海數(shù)控機(jī)械制造有限公司、深圳市博利昌數(shù)控切割設(shè)備有限公司、無錫華聯(lián)焊割設(shè)備廠、北京百惠宏達(dá)科技有限責(zé)任公司等幾家。他們一般都有自主科研開發(fā)能力，生產(chǎn)規(guī)模較大，產(chǎn)品規(guī)格齊全，品種多，質(zhì)量較穩(wěn)定，信譽(yù)度高。因此，在招標(biāo)活動中往往取勝，單產(chǎn)量一般均在三四十臺以上，有的甚至超過百臺。當(dāng)然有的企業(yè)雖然批量較小但也各有其特點(diǎn)，能適應(yīng)不同企業(yè)的需求。  

   國內(nèi)一些數(shù)控等離子切割產(chǎn)品在許多方面已形成自身獨(dú)有的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了“自動化、多功能和高可靠性”。在某些方面，產(chǎn)品的技術(shù)性能甚至超過了國外的產(chǎn)品，具體體現(xiàn)在： 

1.數(shù)控系統(tǒng)與等離子系統(tǒng)的電磁兼容技術(shù) 
這是數(shù)控等離子切割機(jī)成功的關(guān)鍵，只有解決了這一難題，才能實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制下的等離子切割。 

2.符合熱切割工藝要求的專用控制軟件 

該類控制軟件的特點(diǎn)如下： 

(1)采用圖形輸入方式，比代碼輸入更加直觀，操作快捷方便。 
(2)中文界面，更適合中國國情。 
(3)輸入方式多元化，所有調(diào)控指令化。 
(4)利用自動套料編程軟件，可提高板材利用率10%左右。 

3.大功率等離子系統(tǒng) 

   該系統(tǒng)具有100%暫載率和完備的數(shù)控接口、弧壓接口、遙控接口，并提供全套的接口附件，從而實(shí)現(xiàn)與數(shù)控系統(tǒng)的緊密結(jié)合。 

三、國外數(shù)控等離子切割技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 

   國外數(shù)控切割機(jī)的生產(chǎn)廠家主要集中在德國、美國和日本。其主要廠家有德國的伊薩(E SAB)、梅塞爾(MESSER)，日本的田中(TANAKA)、小池(KOIKE)，美國的L-TEC、林德(LINDA) 等。能夠代表數(shù)控等離子切割技術(shù)最高水平的廠家集中在德國，德國伊薩的數(shù)控切割機(jī)是當(dāng)今世界上品種最全，功能最多，水平最高，幾乎包括了所有非接觸式切割手段的數(shù)控切割機(jī)。 其中NEC520連續(xù)軌跡控制器與RPC600(單臺或雙臺并聯(lián))水射流式等離子系統(tǒng)配合可以切割130mm以下金屬板材；與HD3070精細(xì)等離子配合可對1～12mm金屬材料實(shí)施高速(7.6m/min)和高精度(接近激光切割下限)切割。 

上述配置代表了數(shù)控等離子切割機(jī)的最高配置，其主要特點(diǎn)如下： 

   (1)自動化切割即等離子切割的全部過程(如初始定位、引弧、穿孔、切割、調(diào)高、升降水等)均在數(shù)控指揮下完成，并可通過編程來修改其參數(shù)。 
   (2)多功能即通過加掛不同附件增加數(shù)控機(jī)床的柔性，為下道工序提供定位、焊接、儲存基 礎(chǔ)。例如打標(biāo)記功能可提供安裝和定位基準(zhǔn)。等離子切割可進(jìn)行X、V、Y和K形等坡口加工，且不僅可完成直線坡口還可完成曲線、圓弧形坡口，為焊接提供方便。 
   (3)水下切割可有效地減小鋼板熱變形，充分抑制塵粉、弧光、噪聲和飛濺。 

   美國海寶公司的等離子系統(tǒng)代表著當(dāng)今世界等離子系統(tǒng)的最高水平，其產(chǎn)品規(guī)格覆蓋從普通等離子、水射流式等離子直至精細(xì)等離子等所有熱切割用等離子系統(tǒng)。普通等離子電源輸出電流為20～200A，切割厚度可達(dá)50mm以下；水射流式等離子電源輸出電流最高可達(dá)1000A，切割厚度可達(dá)130mm以下；精細(xì)等離子電源輸出電流最高可達(dá)100A，切割厚度可達(dá)12mm以下 ，其中精細(xì)等離子割縫寬0.65～0.75mm，與數(shù)控切割機(jī)配合可達(dá)±0.2mm的切割精度。 

四、國內(nèi)在數(shù)控等離子切割技術(shù)方面與國外的差距 

   國外發(fā)達(dá)國家切割行業(yè)90%為數(shù)控切割機(jī)下料，僅10%為手工下料，而我國用數(shù)控切割 機(jī)下料僅占下料總量的10%以下，其中數(shù)控等離子切割比例更小。絕大多數(shù)仍采用手工或半自動切割，笨重落后，勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，而且材料浪費(fèi)嚴(yán)重，因此十分有必要發(fā)展并普及數(shù)控等離子切割機(jī)以改變這一落后現(xiàn)狀。 

   關(guān)于國產(chǎn)數(shù)控切割機(jī)與國外產(chǎn)品的差距，就數(shù)控火焰切割機(jī)而言，已無大的差距，性能也比較穩(wěn)定，只是國產(chǎn)切割機(jī)為保證質(zhì)量，一些主要部件如電磁氣閥、減壓閥、交流伺服系統(tǒng)等均采用進(jìn)口件，目前國產(chǎn)件的質(zhì)量仍然不穩(wěn)定。數(shù)控等離子切割機(jī)總的性能也與進(jìn)口設(shè)備相差無幾，只是與數(shù)控等離子切割機(jī)配套的等離子電源與國外差距更大，目前很多用戶都愿意用進(jìn)口等離子電源就足以說明問題，因此發(fā)展數(shù)控等離子切割其相關(guān)技術(shù)也十分重要。 

   總之，無論從切口質(zhì)量、易損件的耐用度等國產(chǎn)與進(jìn)口的仍有一定差距，因此要完全替代進(jìn)口必須在基礎(chǔ)件的生產(chǎn)上狠下功夫。 

五、市場及應(yīng)用前景 

   20世紀(jì)80年代初期以前數(shù)控切割機(jī)國內(nèi)市場全部由國外切割機(jī)占領(lǐng)，80年代中后期國產(chǎn)數(shù)控切割機(jī)才逐步生產(chǎn)出并投放市場，90年代初隨著國產(chǎn)數(shù)控切割機(jī)的發(fā)展，市場的迅速擴(kuò)展，迫使國外企業(yè)到國內(nèi)來發(fā)展，切割機(jī)的價(jià)格也大幅度下降。90年代后期由于國產(chǎn)數(shù)控火焰切 割機(jī)質(zhì)量已趨穩(wěn)定，價(jià)格也較前幾年大幅度下降，因此已逐步取代了進(jìn)口機(jī)。 

   隨著我國工業(yè)向現(xiàn)代化邁進(jìn)，國內(nèi)市場對數(shù)控切割機(jī)的需求逐年增大，加之國外發(fā)達(dá)國家由于已有大量數(shù)控火焰切割機(jī)正在使用，故數(shù)控等離子切割機(jī)的普及受到一定制約，而我國數(shù)控切割機(jī)技術(shù)起步和應(yīng)用較晚，形成供需缺口，導(dǎo)致我國數(shù)控切割機(jī)特別是數(shù)控等離子切割 機(jī)的潛在市場巨大。 

   據(jù)統(tǒng)計(jì)，近幾年我國每年數(shù)控等離子切割機(jī)的市場需求約為500臺，而且有逐年增長的趨勢，我國周邊地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展又為我們展現(xiàn)了良好的國際市場前景。目前數(shù)控等離子切割機(jī)的發(fā)展趨勢應(yīng)向全自動、多功能、大功率及高質(zhì)量等方向發(fā)展。 

六、結(jié)語 

   21世紀(jì)我國的數(shù)控切割行業(yè)面臨各種新的挑戰(zhàn)，國際市場競爭更加激烈。我們應(yīng)瞄準(zhǔn)世界先進(jìn)水平，不斷開發(fā)研制新產(chǎn)品，帶動國內(nèi)同行業(yè)技術(shù)水平的普遍提高，只有這樣才能淘汰低檔、劣質(zhì)產(chǎn)品，凈化市場，帶動行業(yè)廠家轉(zhuǎn)變經(jīng)營理念；同時(shí)在加強(qiáng)科研開發(fā)、技術(shù)創(chuàng)新與質(zhì)量管理上下功夫，使我國數(shù)控切割行業(yè)迅速達(dá)到世界先進(jìn)水平，從而振興民族工業(yè)，提高 我國的綜合國力。