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          國內外數控等離子切割技術(shù)的發(fā)展趨勢

          2016-03-22 13:00:00
          作者:王連仲 崔永元
          原創(chuàng )
          8529
          摘要:數控等離子切割技術(shù)是集數控技術(shù),計算機軟、硬件技術(shù),等離子切割技術(shù),精密機械技術(shù)于一體的高新技術(shù)。發(fā)展數控等離子切割機可以徹底改變國內熱切割行業(yè)的裝備水平,扭轉熱切割工業(yè)目前存在的效率低,質(zhì)量差,勞動(dòng)強度大,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),數控等離子切割技術(shù)的發(fā)展可帶動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域和學(xué)科達到 國際先進(jìn)水平。
          一、概述 

          數控等離子切割技術(shù)是集數控技術(shù),計算機軟、硬件技術(shù),等離子切割技術(shù),精密機械技術(shù)于一體的高新技術(shù)。發(fā)展數控等離子切割機可以徹底改變國內熱切割行業(yè)的裝備水平,扭轉熱切割工業(yè)目前存在的效率低,質(zhì)量差,勞動(dòng)強度大,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),數控等離子切割技術(shù)的發(fā)展可帶動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域和學(xué)科達到 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,其技術(shù)經(jīng)濟性對比如下表所示。

          火焰切割具有切割變形大,適應不了高精度切割的需要,而且切割速度較低,切割前需預熱,花費時(shí)間,難以適應無(wú)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,符合21世紀對環(huán)保的要求。目前隨著(zhù)大功率等離子切割技術(shù)的成熟,切割厚度已達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(cháng)),而精細等離子切割機切割精度可達激光切割的下限, 切割表面質(zhì)量近似,但切割成本遠低于激光切割,約為其1/3,最大切割厚度可達12mm,因此用精細等離子切割機來(lái)取代價(jià)格昂貴的激光切割機,有利于以最經(jīng)濟的方式對用量較大的中、薄板實(shí)施高速精細切割。另外,數控等離子切割與自動(dòng)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(wàn)t計,則年可節省鋼材100~200萬(wàn)t,價(jià)值幾十億元。故在工業(yè)發(fā)達國家已出現以數控等離子切割機取代火焰切割機和激光切割機的發(fā)展趨勢。因此,研究推廣數控等離子切割技術(shù)具有重要的意義。 

          二、我國數控等離子切割技術(shù)的發(fā)展 

          我國數控火焰切割技術(shù)起步于20世紀80年代中期,而數控等離子切割機則更晚,大部分的數控等離子切割機以經(jīng)濟型機床(單片機為核心,步進(jìn)電機為驅動(dòng)元件)為主。國內曾經(jīng)從事過(guò)數控切割機制造的廠(chǎng)家一度多達50多家,力量分散,許多廠(chǎng)家的前身都是焊割工具廠(chǎng),技術(shù)基礎差。在整個(gè)80年代,國內企業(yè)無(wú)論是產(chǎn)品結構還是生產(chǎn)規模方面都無(wú)力與國外企業(yè)競爭 。 

          進(jìn)入90年代后,國內的一些公司瞄準世界先進(jìn)水平,不斷開(kāi)發(fā)研制數控切割機的新產(chǎn)品,而且有些產(chǎn)品的主要技術(shù)指標已達到國外同類(lèi)設備的先進(jìn)水平,同時(shí)隨著(zhù)市場(chǎng)經(jīng)濟的調控作用,目前國內生產(chǎn)數控切割機的廠(chǎng)家已調整到20幾家。但綜合實(shí)力較強且有競爭實(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備有限公司、哈爾濱四海數控機械制造有限公司、深圳市博利昌數控切割設備有限公司、無(wú)錫華聯(lián)焊割設備廠(chǎng)、北京百惠宏達科技有限責任公司等幾家。他們一般都有自主科研開(kāi)發(fā)能力,生產(chǎn)規模較大,產(chǎn)品規格齊全,品種多,質(zhì)量較穩定,信譽(yù)度高。因此,在招標活動(dòng)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(guò)百臺。當然有的企業(yè)雖然批量較小但也各有其特點(diǎn),能適應不同企業(yè)的需求。 

          國內一些數控等離子切割產(chǎn)品在許多方面已形成自身獨有的特點(diǎn),實(shí)現了“自動(dòng)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(guò)了國外的產(chǎn)品,具體體現在: 

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

          2.符合熱切割工藝要求的專(zhuān)用控制軟件 

          該類(lèi)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(guān),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,所有調控指令化。 
          (4)利用自動(dòng)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 

          該系統具有100%暫載率和完備的數控接口、弧壓接口、遙控接口,并提供全套的接口附件,從而實(shí)現與數控系統的緊密結合。 

          三、國外數控等離子切割技術(shù)發(fā)展現狀 

          國外數控切割機的生產(chǎn)廠(chǎng)家主要集中在德國、美國和日本。其主要廠(chǎng)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。能夠代表數控等離子切割技術(shù)最高水平的廠(chǎng)家集中在德國,德國伊薩的數控切割機是當今世界上品種最全,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控切割機。 其中NEC520連續軌跡控制器與RPC600(單臺或雙臺并聯(lián))水射流式等離子系統配合可以切割130mm以下金屬板材;與HD3070精細等離子配合可對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。 

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

          (1)自動(dòng)化切割即等離子切割的全部過(guò)程(如初始定位、引弧、穿孔、切割、調高、升降水等)均在數控指揮下完成,并可通過(guò)編程來(lái)修改其參數。 
          (2)多功能即通過(guò)加掛不同附件增加數控機床的柔性,為下道工序提供定位、焊接、儲存基 礎。例如打標記功能可提供安裝和定位基準。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(xiàn)坡口還可完成曲線(xiàn)、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代表著(zhù)當今世界等離子系統的最高水平,其產(chǎn)品規格覆蓋從普通等離子、水射流式等離子直至精細等離子等所有熱切割用等離子系統。普通等離子電源輸出電流為20~200A,切割厚度可達50mm以下;水射流式等離子電源輸出電流最高可達1000A,切割厚度可達130mm以下;精細等離子電源輸出電流最高可達100A,切割厚度可達12mm以下 ,其中精細等離子割縫寬0.65~0.75mm,與數控切割機配合可達±0.2mm的切割精度。 

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

          國外發(fā)達國家切割行業(yè)90%為數控切割機下料,僅10%為手工下料,而我國用數控切割 機下料僅占下料總量的10%以下,其中數控等離子切割比例更小。絕大多數仍采用手工或半自動(dòng)切割,笨重落后,勞動(dòng)強度大,生產(chǎn)效率低,而且材料浪費嚴重,因此十分有必要發(fā)展并普及數控等離子切割機以改變這一落后現狀。 

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

          總之,無(wú)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)口必須在基礎件的生產(chǎn)上狠下功夫。 

          五、市場(chǎng)及應用前景 

          20世紀80年代初期以前數控切割機國內市場(chǎng)全部由國外切割機占領(lǐng),80年代中后期國產(chǎn)數控切割機才逐步生產(chǎn)出并投放市場(chǎng),90年代初隨著(zhù)國產(chǎn)數控切割機的發(fā)展,市場(chǎng)的迅速擴展,迫使國外企業(yè)到國內來(lái)發(fā)展,切割機的價(jià)格也大幅度下降。90年代后期由于國產(chǎn)數控火焰切 割機質(zhì)量已趨穩定,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。 

          隨著(zhù)我國工業(yè)向現代化邁進(jìn),國內市場(chǎng)對數控切割機的需求逐年增大,加之國外發(fā)達國家由于已有大量數控火焰切割機正在使用,故數控等離子切割機的普及受到一定制約,而我國數控切割機技術(shù)起步和應用較晚,形成供需缺口,導致我國數控切割機特別是數控等離子切割 機的潛在市場(chǎng)巨大。 

          據統計,近幾年我國每年數控等離子切割機的市場(chǎng)需求約為500臺,而且有逐年增長(cháng)的趨勢,我國周邊地區的經(jīng)濟發(fā)展又為我們展現了良好的國際市場(chǎng)前景。目前數控等離子切割機的發(fā)展趨勢應向全自動(dòng)、多功能、大功率及高質(zhì)量等方向發(fā)展。 

          六、結語(yǔ) 

          21世紀我國的數控切割行業(yè)面臨各種新的挑戰,國際市場(chǎng)競爭更加激烈。我們應瞄準世界先進(jìn)水平,不斷開(kāi)發(fā)研制新產(chǎn)品,帶動(dòng)國內同行業(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(chǎng),帶動(dòng)行業(yè)廠(chǎng)家轉變經(jīng)營(yíng)理念;同時(shí)在加強科研開(kāi)發(fā)、技術(shù)創(chuàng )新與質(zhì)量管理上下功夫,使我國數控切割行業(yè)迅速達到世界先進(jìn)水平,從而振興民族工業(yè),提高 我國的綜合國力。 
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