國內外數控等離子切割技術發展趨勢分析

一、概述

數控等離子切割技術是集數控技術，計算機軟、硬件技術，等離子切割技術，精密機械技術於一體的高新技術。發展數控等離子切割機可以徹底改變國內熱切割行業的裝備水平，扭轉熱切割工業目前存在的效率低，質量差，勞動強度大，材料利用率低，環境髒亂差的局面，縮小與國外先進國家的差距。同時，數控等離子切割技術的發展可帶動相關領域和學科達到國際先進水平。

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，其技術經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，花費時間，難以適應無人化操作的需要。等離子切割具有切割範圍寬，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產生的噪聲，粉塵、有害氣體和弧光，有利於環境的保護，符合21世紀對環保的要求。目前隨着大功率等離子切割技術的成熟，切割厚度已達130mm，採用水射流技術的大功率等離子切割已使切割質量接近激光切割的下限(±0.2mm)。由於激光切割機價格昂貴，且目前只適合於薄板切割(通常厚板打孔時間長)，而精細等離子切割機切割精度可達激光切割的下限，切割表面質量近似，但切割成本遠低於激光切割，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取代價格昂貴的激光切割機，有利於以最經濟的方式對用量較大的中、薄板實施高速精細切割。另外，數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，則年可節省鋼材100～200萬t，價值幾十億元。故在工業發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展趨勢。因此，研究推廣數控等離子切割技術具有重要的意義。

二、我國數控等離子切割技術的發展

我國數控火焰切割技術起步於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濟型機牀(單片機為核心，步進電機為驅動元件)為主。國內曾經從事過數控切割機制造的廠家一度多達50多家，力量分散，許多廠家的前身都是焊割工具廠，技術基礎差。在整個80年代，國內企業無論是產品結構還是生產規模方面都無力與國外企業競爭。

進入90年代後，國內的一些公司瞄準世界先進水平，不斷開發研製數控切割機的新產品，而且有些產品的主要技術指標已達到國外同類設備的先進水平，同時隨着市場經濟的調控作用，目前國內生產數控切割機的廠家已調整到20幾家。但綜合實力較強且有競爭實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製造有限公司、深圳市博利昌數控切割設備有限公司、無錫華聯焊割設備廠、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發能力，生產規模較大，產品規格齊全，品種多，質量較穩定，信譽度高。因此，在招標活動中往往取勝，單產量一般均在三四十台以上，有的甚至超過百台。當然有的企業雖然批量較小但也各有其特點，能適應不同企業的需求。

國內一些數控等離子切割產品在許多方面已形成自身獨有的特點，實現了自動化、多功能和高可靠性。在某些方面，產品的技術性能甚至超過了國外的產品，具體體現在：

1、數控系統與等離子系統的電磁兼容技術

這是數控等離子切割機成功的關鍵，只有解決了這一難題，才能實現數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如下：

(1)採用圖形輸入方式，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

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，並提供全套的接口附件，從而實現與數控系統的緊密結合。

三、國外數控等離子切割技術發展現狀

國外數控切割機的生產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(ESAB)、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最高水平的廠家集中在德國，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(單台或雙台並聯)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、調高、升降水等)均在數控指揮下完成，並可通過編程來修改其參數。

(2)多功能即通過加掛不同附件增加數控機牀的柔性，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代表着當今世界等離子系統的最高水平，其產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方面與國外的差距

國外發達國家切割行業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佔下料總量的10%以下，其中數控等離子切割比例更小。絕大多數仍採用手工或半自動切割，笨重落後，勞動強度大，生產效率低，而且材料浪費嚴重，因此十分有必要發展並普及數控等離子切割機以改變這一落後現狀。

關於國產數控切割機與國外產品的差距，就數控火焰切割機而言，已無大的差距，性能也比較穩定，只是國產切割機為保證質量，一些主要部件如電磁氣閥、減壓閥、交流伺服系統等均採用進口件，目前國產件的質量仍然不穩定。數控等離子切割機總的性能也與進口設備相差無幾，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，目前很多用户都願意用進口等離子電源就足以説明問題，因此發展數控等離子切割其相關技術也十分重要。

總之，無論從切口質量、易損件的耐用度等國產與進口的仍有一定差距，因此要完全替代進口必須在基礎件的生產上狠下功夫。

五、市場及應用前景

20世紀80年代初期以前數控切割機國內市場全部由國外切割機佔領，80年代中後期國產數控切割機才逐步生產出並投放市場，90年代初隨着國產數控切割機的發展，市場的迅速擴展，迫使國外企業到國內來發展，切割機的價格也大幅度下降。90年代後期由於國產數控火焰切割機質量已趨穩定，價格也較前幾年大幅度下降，因此已逐步取代了進口機。

隨着我國工業向現代化邁進，國內市場對數控切割機的需求逐年增大，加之國外發達國家由於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製約，而我國數控切割機技術起步和應用較晚，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巨大。

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

六、結語

21世紀我國的數控切割行業面臨各種新的挑戰，國際市場競爭更加激烈。我們應瞄準世界先進水平，不斷開發研製新產品，帶動國內同行業技術水平的普遍提高，只有這樣才能淘汰低檔、劣質產品，淨化市場，帶動行業廠家轉變經營理念；同時在加強科研開發、技術創新與質量管理上下功夫，使我國數控切割行業迅速達到世界先進水平，從而振興民族工業，提高我國的綜合國力。