一种基于数控模架加工切割辅助装置及切割方法探讨

陈海青

关键词：数控模架加工;切割辅助装置;切割方法

引 言：随着时代不不断地进步和发展，数控切割机逐渐应用在了建筑工业、医疗船运、航空航天等方面。它的自动化技术高，功作效率大，而且可以使用套料软件编制材料工件的图形形状，根据板材厚度、材质、特殊成分含量的差异，也能够采用不同的切割方法。

一、数控加工概念

数控加工概念：简称数控（NC）。指通过用数字输出（传递）信号的方式，对机床的控制系统生成指令，使机床和其他辅助装置相继对零件进行切削加工，以达到想要型号的一种工艺方法。

由于數控是一种自动化控制技术，所以相比较传统的人工切割，它具有的精度性更高、切割效率高、实用型更广、操作误差较小、安全性更高等优点。现今随着建筑工业、医疗船运、航空航天对材料的需求日益增加，目前，在具体的工艺制作过程中加工切割板材已必不可少，如果再使用传统的人工技术难免会跟不上总需，这时候以数控系统为核心的自动化切割技术显得越来越重要。

二、数控切割辅助装置

（1）数控切割简述

指用于控制机床或设备的固定工件指令（或固定程序），是以一种特殊的数字形式转变为的控制方式，其将指令（或程序）提供给特定的自动切割机控制装置时，切割机便能按照原有人们编辑的程序，对材料进行有规律性的切割。

数控切割技术是传统工艺和计算机技术、制造技术的结合体，是在精密工艺上发展起来的一项自动化高能切割技术。它主要由数控、编程、气路及机械运行系统等部分组成;和传统人工半自动切割相比，数控切割通过数控系统（即控制器）指令（或程序）的切割工艺、自动化技术，能够有效控制、提高材料的切割质量和实用效率。

①优点：数控技术借助套料软件操作，通过计算机绘制图表、优化零件和语言编程，能有效地增加材料的利用率，从而提高切割生产时候的工作效率。而数控切割机通过数控系统（即控制器）提供的指令（或程序）工作，由此提高了整体对材料的切割质量和效率。

②缺点：数控切割随着切割效率增大，套料的编程会更加复杂。如果没有使用或是使用好优化的编程软件，对钢材的浪费会非常严重：会导致切割机切得快，切得多，浪费的也就多。如果没有使用好数控系统，或是数控系统不具备应有的切割工艺和工件经验，反倒会导致切割质量问题，从而降低切割效率，最终造成钢材的浪费。

（2）辅助装置

在工艺制作当中，依照数控切割机的类型不同，辅助装置的形式也呈现多样化，包括针对模架垂直度和水平、加工中心钻孔、原型模具、定子接线、模芯等等，根据具体的切割机和材料分论而言。

下面就以专利文献中的为例：

①碎屑收集装置

本实用新型涉及机械设备的技术领域，特别是涉及一种模架加工用切割辅助装置，其通过对切割装置上的碎屑进行抽离和收集作用，有效防止碎屑对工作台运动方向造成影响，同时有效防止碎屑对人体造成伤害，提高实用性和可靠性。包括底座（1），四组支腿（2），安装支架（3），动力装置，转动轴，切割片（6）和工作台（7），夹紧装置，吸斗（9），固定支架，第一导管（11），电机（12），第一转轴，减速器，第二转轴，分离箱（16），扇叶座，扇叶和过滤板等[1]。

②基底安全辅助装置

本实用新型公开了一种基于数控切割机下料阶段具备安全功能的辅助装置，所述辅助装置包括：固定底板，所述固定底板为矩形，所述固定底板的四角分别设置有螺孔，所述固定底板通过预埋螺栓穿过所述螺孔固定在地面上;稳固撑架，所述稳固撑架的一端固定连接在所述固定底板上，所述稳固撑架（1）的另一端向所述固定底板的侧上方延伸，所述稳固撑架上设置有第一贯穿孔（2）和第二贯穿孔（3）;第一稳固杆（12），所述第一稳固杆穿过所述第一贯穿孔，所述第一稳固杆上设置有供人踩踏的第一结构;第二稳固杆（13），所述第二稳固杆穿过所述第二贯穿孔，所述第二稳固杆上设置有供人踩踏的第二结构。本实用新型减少现场安全隐患的发生率，同时也进一步增加了整个防护栏装置的实用性[2]。

三、切割方法简述

（1）切割方法

按照切割机用于切割材料的不同，主要可以分为激光切割机、等离子切割机、火焰切割机、高压水射流切割机等。

①激光切割法——

利用经过强烈缩合的高功率激光束透射材料，使被照射的工件部分迅速熔融、汽化、燃烧，同时借助与激光同轴的高速气流排去材料物质，从而实现将工件割开，属于热切割方法之一。

按照使用类别不同可分为激光汽化切割、熔化切割、氧气切割和激光划片与控制断裂四类。

优点：切割质量好，切割效率高，速度快，切割材料的种类多。

缺点：激光切割设备费用昂贵，受限于激光器功率和设备体积，只能切割中、小厚度的板材和管材，随着工件厚度的增加，切割速度明显下降。

②等离子切割法——

利用高温等离子电弧产生的热量，使钢材切口处的金属达到部分熔融（或者汽化），并借高速等离子的能量排去融化金属的一种加工方法。

优点：切割灵活、装夹工件简单，能切割曲线，可以广泛应用于金属材料和非金属材料的切割。能够配合不同的工业气体切割各种氧气难以切割的物质，尤其是对于有色金属（比如对不锈钢、铝、铜、钛、镍）的切割效果更佳;切割厚度不大的金属时，等离子切割速度快，切割后的表面光洁、热变形小、较少的影响到材质。

缺点：切割时会产生大量的有毒气体，产生的火星会灼烧皮肤，产生的电磁辐射会对身体产生损伤等。

③火焰切割法

利用燃气或者汽油和氧气进行熔融金属材料的一种设备切割方法。

优点：可以切割大厚度板材，切割设备和切割成本相对低廉，污染较小。

缺点：无法切割不锈钢以及很多有色金属，切割的材质有限，切割速度慢，精度不高。

④高压水射流切割法——

高压水射流切割采用的是1-2毫米（mm）以内的水体射流，水压为常压的几十倍，用水量每秒钟0.07升。

原理：将水加压至200～400MPa的，使水有了巨大的动能，随后送至孔径很小的枪嘴中。这时加入特殊的磨料，水与磨料充分混合后，再以两倍高于音速的速度喷出，形成对材料表面的切割。这个水压切割由三种作用力组成：特殊磨料的冲击力、磨料和水对工件共同的撞蚀、磨料对材质内部细微的渗透力。

优点：切边准确、切面干净光滑，用途材质广泛，切割作用所产生的热能及时被水带走，可以防止材质变型，切割精度较高。

缺点：产生的噪音极大，水流需经过特殊配比，强烈的水压会对人体产生极大危害。

四、总结

在模架生产中，基于其加工内容多为腔和孔的特点，利用数控机床内置的宏功能开发出相应的宏程序。加工时根据型腔的实际形状和尺寸指定相关参数后，让数控系统来完成后续的运算，判断并控制机床正确运动，最终达到预期的加工要求[3]。

参考文献：

戴庆松， 罗然， 周世超. 一种模架加工用切割辅助装置：，CN210817659U[P]. 2020.

陈诚， 鲁德智， 吉李祥，等. 一种基于数控切割机下料阶段具备安全功能的辅助装置：， CN211192457U[P]. 2020.

徐炜， 陈再良. CNC宏程序在模架加工中的应用[J]. 机械工程师， 2009（11）：4.