数控等离子切割机速率性能研究

    数控等离子切割机的速率性能是直接体现等离子高速切割优势的核心参数，主要包括两方面内容：其一是等离子切割机床的运行速度；其二是等离子切割质量性能效率。

一、数控等离子切割机结构类型
    在了解等离子切割速率相关问题之前，我们需要对目前国内市场数控等离子切割机的几类基本结构形式有一定的了解，也就是我们常说的数控等离子切割机的型号。此型号一般为等离子切割机输出电流大小，例如40A、60A、100A、200A等（当然一些进口等离子例如德国凯尔贝、美国飞马特等品牌的部分机型并不是以输出电流大小为型号），对于切割电流来说它是最重要的切割工艺参数，直接决定了切割的厚度和速度，即切割能力。
    不同电流输出情况下，数控等离子切割机的切割性能表现也是不一样的，包括切割的速度和切割的质量表现均受到电源输出电流大小的影响，具体表现如下：
    1. 切割电流增大，电弧能量增加，切割能力提高，切割速度是随之增大；
    2. 切割电流增大，电弧直径增加，电弧变粗使得切口变宽；
    3. 切割电流过大使得喷嘴热负荷增大，喷嘴过早地损伤，切割质量自然也下降，甚至无法进行正常割。
    所以在切割前要根据材料的厚度正确选用切割电流和相应的喷嘴。

二、数控等离子切割机运行速度
    在热切割加工领域，等离子切割在使用成本及加工速度方面具有最为突出的优势，一般火焰切割速度上限大概在700MM/MIN，而等离子切割可达到3500-6000MM/MIN，但很多用户在购买数控等离子切割机时，都听过销售人员介绍其切割速度明显优于火焰切割，可上述速度参数仅仅作为一个参考量来说明等离子切割的优势，在实际生产应用中，针对不同材质、不同厚度以及不同等离子电源配置情况下，其机床运行速度并非定值输出。
    数控等离子切割机速度由以下三方面因素决定：
    1. 切割现场输入电压的大小
    一般工厂电源电压为交流380V，但由于各工厂现场的情况不同，一般电压在365V到410V之间波动（当然甚至有的地方相差更大），因此输入电压也是影响切割速度的一个因素。
    2. 切割工件的材质
    根据不同的切割材质，切割速度也不同，常见的切割材料：碳钢、不锈钢切割速度较快、铸铁稍慢、其次是铝、最慢的是铜，因为铜和铝比较难切，切割速度比前两种要慢得多，而且同等功率的等离子切割铜和铝材时切割厚度比不锈钢、碳钢要小得多。
    3. 工作气体与流量
    工作气体包括切割气体和辅助气体，有些设备还要求起弧气体，通常要根据切割材料的种类，厚度和切割方法来选择合适的工作气体。切割气体既要保证等离子射流的形成，又要保证去除切口中的熔融金属和氧化物。过大的气体流量会带走更多的电弧热量，使得射流的长度变短，导致切割能力下降和电弧不稳；过小的气体流量则使等离子弧失去应有的挺直度而使切割的深度变浅，同时也容易产生挂渣；所以气体流量一定要与切割电流和速度很好的配合。现在的等离子弧切割机大多靠气体压力来控制流量，因为当割炬孔径一定时，控制了气体压力也就控制了流量。切割一定板厚材料所使用的气体压力通常要按照客户提供的数据选择，若有其它的特殊应用时，气体压力需要通过实际切割试验来确定。最常用的工作气体有：氩气、氮气、氧气、空气以及H35、氩-氮混合气体等。

三、数控等离子切割机工艺处理
    工艺设计是造成不同操作人员使用数控等离子切割机加工质量差异的关键，目前国内等离子切割技术已经相对成熟，尤其是中低端数控等离子切割机设备制造厂家之间已经呈现明显同质化趋势，如此一来，决定等离子切割质量的关键也就变成了操作人员的工艺设计处理。为方便用户理解工艺设计对于数控等离子切割机加工质量的影响，下面天福数控将以拐角等离子切割处理的相关问题举例说明。
    针对数控切割机来说，切割方式就是火焰和等离子，无论使用哪种切割方式切割，我们都无法控制切割的割缝大小，同时也就无法控制切割出来样品的准确度。数控火焰切割机与数控等离子切割机切割时都存在一个共同的缺点，就是拐角的地方容易出现模糊“初角”，拐角是切割机一个比较难解决的问题。
    等离子切割专用数控系统对于切割零件的轮廓速度控制与切割工艺的要求永远是一对矛盾：切割工艺一般要求对于所切割的零件轮廓速度要一致，但是同时为了保证机床的切割平稳又不得不在各个拐角处进行减速、加速操作，从而会带来在拐角处的切割品质下降。对于火焰切割，由于切割速度是非常慢的，所以对各个拐角处的切割品质影响不大，而对于等离子弧切割，随着切割速度越大，各个拐角处的切割品质就越差，尤其薄板切割就更加明显了，所以对于数控系统就提出了更高要求，而天福数控的天福系列数控等离子切割机在拐角速度上面做的很好，有细致的拐角速度设置，即在切割前进行拐角处速度预处理，根据拐角线段的相交角和系统参数"离心加速度"以及当前设定的切割速度来综合计算拐角处应减到的速度，从而尽量保持切割速度。就象开车，在不同大小的转弯处，采取不同的速度，而国内大多数控系统没有拐角处速度预处理功能。
    目前数控等离子切割机设备控制系统的硬件平台都是基于PC的，说的通俗一点就是在家里的电脑里装上一块运动控制卡（类似显卡），再安装一套专用的切割控制软件就组成了一台所谓的切割专用数控系统了。在切割过程中，数控系统的控制精度是由运动控制卡和相应的控制软件来保证的。由于热切割本身的特点，对于数控系统的控制精度的要求是很低的，因为无论是火焰切割还是等离子弧切割对于切割时的割缝的宽窄是无法保证一致的。但由于切割过程中还需要涉及到切割速度这一因素，尽管数数控系统在火焰切割中表现都相差不大，针对等离子切割等高速切割方式，其切割质量还是会有明显不同。这也是为什么用户企业在投入高成本选择等离子切割后，其零件拐角处毛边现在仍然存在的主要原因。