浅析数控火焰切割机下料质量控制方法

浅析数控火焰切割机下料质量控制方法

陈义新,李敬

413026198710252456

410523198802286528

摘要：随着我国经济起飞、整机装备制造业兴起，我国已俨然跻身制造业大国行列。数控火焰切割机作为重要的下料设备，其在工程机械行业应用日益广泛。但在实际运用过程中，切割质量问题也常常伴随数控火焰切割左右，本文结合数控火焰切割机加工过程中常出现的质量问题的原因、通过调整切割工艺、切割方法减少切割过程出现的质量问题，从而保证下料件的切割质量。

关键词：数控火焰；切割；下料

引言

数控火焰切割机目前是一种普遍的钢板整体加工设备，广泛的用于各个行业，其工作原理为氧气和天然气或丙烷的压缩气体为工作气体，以高温高速的火焰为热源，将被切割的金属局部熔化、并同时用高速气流将已熔化的金属吹走、形成狭窄切缝进而实现落料，其加工过程中由NC数控程序对行走路径进行控制。数控设备因其自动化程度高、切割厚度大、切割成本低，制造业企业钢板下料的重要设备大部分选用数控火焰切割机。但是，火焰切割在加工过程中经常出现切割缺陷，导致切割面质量差，影响产品整机质量，尤其是因火焰切割的热输入影响区较大，工件在切割过程中出现因热输入导致的变形等问题直接影响结构件的焊接。

1.数控火焰切割机的组成及结构

数控火焰切割机指的是在数字程序的驱动下，利用计算机和电子信息技术将机床加工设备与相关的控制设备进行连接，这样车间加工人员便能够通过操控控制设备便能够对材料的加工过程进行有效的设计和控制。而数控切割机能够实现这种远程控制的效果，其内部的各部分结构、组成设备以及配件的都发挥了重要的作用，我们应该深入了解这些组成结构类型及其作用，这样才能够有充足的基础对其进行维护和修理。

首先，切割机控制开关以及构成切割设备的本体材料例如钢板等是必不可少的，同时大部分数控切割机都是机电一体化的工作模式，因此在其内部结构中普遍含有数控系统、火焰切割系统以及驱动系统三个部分。数控系统负责切割机设备的整体管理与控制工作，也是车间工作人员直接参与的工作环节；而火焰切割系统则是负责对材料进行扫描、加工和切割的关键部分结构，而在该系统中还包含了割炬、割枪、放料台以及配套的夹持工具等结构；

最后，驱动系统自然是给数控切割机提供动力的主要来源，因此组成该系统的结构包含了行走轨道、计算机控制系统、横纵向驱动系统以及供气系统等多项复杂的结构。这些不同的系统和结构在数控切割机工作的过程都会发挥出其相应的功能以及不同的作用，可以说每一样结构和系统都必不可少，因此车间管理人员在对切割机进行维护和修理时，应根据不同结构特点对症下药。

2.切割工件的变形原因与控制分析

工件切割变形的原因，主要包括四点，一是在切割过程中，金属板材受热膨胀，二是切割方式的选择不恰当，或者切割顺序出了问题，三是切割工艺参数设定不合理，四是切割操作者的质量控制意识不强。

2.1热变形因素与控制

由于受到热涨冷缩的影响，零件在切割完成的前后实际尺寸之差在2mm～4mm的范围内。板料在切割过程中，如果随着时间的增加，温度跟着提高，则在高温的作用下，板料便会沿着切割方向膨胀。但是如果按照固定的程序切割，则在温度降低时，由于受到周围母材金属的限制，便会产生一定变形。

因此，为了确保下料的尺寸符合要求，在切割过程中，应考虑钢材热胀冷缩这一因素，根据钢材的不同线胀系数，预测板材在受热时的实际伸长量。而在切割系长件时，特别要重视零件。在切割过程中，可采取预留断点的方式切割，减少板件的变形程度。沿细长方向约500mm的范围内预留出10mm~30mm的长度。

2.2切割方式与切割顺序的选择

在数控编程套料过程中，应选择合理的套料方式，确保零件的密度适中、均匀。而在确定套料之后，应选定最佳的切割点、切割方向与顺序等，在切割过程中遵循钢板变形程度最小的原则，否则可能影响切割的质量。

在套料过程中，对不规则的零件，可以保留30mm~50mm不等的断点，从而使零件之间有一定的连接，限制工件的变形。

在确定切割顺序后，首先需要做的便是选择起火点，一般情况下，理想的起火点应在钢板边缘已经切割的零件割缝中间，如果距离太长，则钢板可能会产生铁屑，容易堵塞造成回火。但是如果距离太近，则零件容易出现残品。

在确定起火点之后，需要做的便是确定切割方向、切割顺序。切割方向与切割顺序对变形有着重要的影响，因此，在切割之前，应合理确定切割顺序。为了切实减小工件变形，应遵循先小后大、先内后外的原则，降低零件在切割过程中的变形，使得零件的抵抗变形能力提高。

2.3切割工艺参数的设定

工件切割工艺参数包括切割速度、氧气与燃气压力，以及预热氧压力等，还包括割嘴距钢板表面的距离等。其中，可以根据钢板的厚度与材质确定切割气压力、速度等。但是在实际的生产过程中，可根据钢板的厚度选择不同型号割嘴。

而在使用切割机中，割炬的设定应沿着切割轨迹姓周，但是由于厚度、切割方式和材料等的不同，先切割割炬的高度需要合理控制，因为这是影响切口质量与切割速度的重要因素之一。

其中，各个参数的设定可参考:第一，氧气纯度应不低于99.5%;第二，切割钢材含碳量小于0.45%等。而在实际的切割中，还要注意切割工作人员对切割质量的影响，提高切割工作人员的质量控制意识等。

3.数控火焰切割在加工过程出现的切割面缺陷、原因分析

3.1切割面缺陷及原因分析

缺陷出现原因是在切割过程中切割氧压力过高，切割速度过慢导致。切割面内凹缺陷出现原因多为切割氧压力过高、割嘴与钢板见距离过大、割嘴堵塞导致风线不正、氧气纯度低等原因造成的。切割面倾斜造成缺陷原因多为割嘴与钢板不垂直、风线倾斜。

3.2切割面质量缺陷控制方法

由上述原因可知，影响切割面质量的因素比较多，在平时加工生产时，要根据不同的板厚选取相应的切割速度、切割氧压力，可燃气体输出压力。切割氧的纯度在切割过程中也至关重要，当其余参数选取合适时，采用纯度≥99.5%的液态压缩氧气进行切割，可见切割面质量具有较为明显可见性的提高，有效缓解了切割面内凹的问题。同时对于割嘴要正确使用及时清理，割嘴状态的好坏对于切割面的加工质量也有较大影响。

4.数控火焰切割机常见的故障及解决措施

数控切割机控制开关失效是目前车间加工工作中比较常见的一种故障问题，一般情况下这一问题都是由于控制线路中出现了断路或者短路所引起的，也存在着由于高压线与高压帽之间的链接螺栓松动而导致开关失效的现象。管理人员在解决这类问题时首先要对各段线路进行电性检测，在确保安全的情况下对断路部分进行连接。另外，材料切割加工时切口部位错位现象也是比较常见的由于设备故障引起的问题，其产生原因是由于传动系统缺少保养从而导致缝隙过大，这时切割器具内的弹簧预紧力便会不足，切割尺寸也就会产生偏差。同时齿轮磨损问题也很容易导致这一不良现象发生，由此可见加工车间管理人员应在日常工作过程中对切割设备进行有效的保养和故障维修，防止设备故障影响到车间加工项目的按时完成。

结束语

综上所述，要提高数控火焰切割机的下料质量，要考虑的因素是多方面的。数控火焰切割对使用气体的纯度、压力有着严格的要求；合理的工艺参数的选用对于切割质量也有较大影响；而且在套排料的方法、切割顺序、切割方向等也要不断的实践，对于工艺人员、编程人员和现场操作者均有较高要求。

参考文献：

[1]郝勇.基于FPGA的数控切割机床加工误差补偿系统研究[J].电子世界，2018（20）：79-80.

[2]江青斌，寇玉成.改造后的数控切割机床编程工艺优化[J].中国石油石化，2016（24）：48-49.

[3]李文华.基于数控加工的工艺设计原则及方法研究[J].内燃机与配件，2019（11）：68-69.

[4]郑俊祥,刘攀.浅谈数控火焰切割机下料件热变形的质量控制措施[J].科技展望,2016,26(22):78.