数控火焰切割机范文

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中图分类号：TG519.1 文献标识码：A 文章编号：

一、前言

数控火焰切割机拥有很大的优势，其原理也是较为科学的，但是要想进一步的提高其切割的能力，就必须进行更加细致的分析和研究，通过分析和研究其切割原理来提高其能力。

二、火焰切割原理

氧乙炔切割的原理其实就是利用氧气和炽热的金属发生氧化反应而产生的热量将金属熔化吹走，因而其进行金属切割时有一定的局限性，如果氧化反应产生的热量不够，难以熔化金属的话，那么切割便会失败；这就决定了氧乙炔火焰切割只能切割低碳钢这样的金属材料，如果对高碳钢和铸铁进行切割时，虽然也能勉强进行，但切口质量会受到影响而变差。

三、数控系统的简介和组成

1、数控技术的简介

数控技术就是数字程序控制技术，利用现代化的数字计算技术实现对工业设备的控制。数控机床就是数控技术的具体载体，它把对设备的控制信息用机器码形式输入微机控制中心，再由控制中心解读机器码，进而依靠传输机构传递给设备，实现设备的动作。数控切割机也就是终端控制设备是切割机，利用切割机切割各种零件。数控技术解决了人工不能控制复杂的零件加工，提高了设备的精确度，尤其是精密仪器的制造。同时，数控技术实现了成批量生产，改善工人的工作环境，提高了安全系数。

数控技术在机械制造业的应用是人类二十世纪最重大的技术进步。数控技术也是人类进入现代化制造业的标志，这些最终得益于计算机以及控制技术的进步。不得不承认数控技术起源于美国等西方国家，大多数的技术也都源于西方，现在数控机床的生产厂家大多也是西方，国内的技术和设备虽有很大进步但产品还不是主流产品。

2、数控技术的组成

（一）硬件系统。数控系统的硬件部分是工作的基础部分，它首先基于工业PC机，在PC机的控制主板上留有许多扩展槽，可以插入选用的控制模块，插入模块即可组成控制中心。在这里我们以PMAC为例说明，工控机的主板上的CPU和PMAC组成双微控制器系统。这两个CPU各有自己的工作，PMAC主要是完成对机床的控制，包括机械轴的运动、面板控制和信息的采集以及模数转化。控制机部分则要完成对整个系统的管理，包括各个部分的协调以及控制部分的输入。对于PMAC部分还必须有相应的输入输出接口，以及伺服驱动单元，伺服电机、编码器等，对于工控机还要有足够的存储空间，另外控制部分对电源的要求很高，电力部分以及备用电源也是必不可少的。

（二）软件组成，现在的数控系统大多数都是前后台的结构，对于软件部分也相应的分为前台和后台程序。前台部分多为PMAC的实时控制软件程序，包括补模块、伺服驱动模块、PLC监控模块、加工程序解释模块、数据采集及数字化加工模块等，当然这部分很灵活，根据实际的需要可以添加其他的部分。后台程序主要是为了管理服务，主要实现控制程序的初始化，参数输入以及系统管理、CPU间的通讯等等。

四、合理的切割程序

数控切割机是由计算机采取实时控制来完成自动切割的, 其识别的是程序, 所以零件在钢板上的编程方法对切割件加工质量起着决定性的作用。

1、切割顺序的影响

切割顺序是指对钢板上若干大小嵌套的套排零件依次进行切割的顺序。一般应遵循“ 先内后外,先小后大”的原则, 即先切割割件的内轮廓(或内轮廓中嵌套的零件), 后切割外轮廓；先切割面积小的零件, 后切割大尺寸零件, 否则, 在已脱离母板而靠自重又不足以维持可靠定位的钢板上切割内轮廓或其它小零件, 会造成进一步变形, 从而报废。

2、切割方向的影响

正确的切割方向应该保证最后一条割边与母板大部分脱离, 如果过早地与母板大部分分离, 则周边的边角框不足以抵抗切割过程中出现的热变形应力, 造成切割件在切割过程中移位, 出现尺寸超差。

3、起火点的选择

一般情况下, 切割件的起火点在钢板边沿外已切割零件的割缝中间最理想。距离大会使钢板穿孔，铁屑飞溅，易堵塞割嘴造成回火, 影响割口质量, 降低割嘴寿命和生产效率；距离太小时, 会伤及已割零件, 出现废品。

五、提高数控火焰切割机切割能力的控制方法

切割质量包括工件的尺寸精度，割缝宽度，切口坡度，切口粗糙度和切割的热变形等。数控等离子切割机属于数控加工设备，其组成部分和数控机床类似，由数控装置，机架，XY轴传动机构，工作台和切割头部件组成。虽然数控火焰切割机是数控机床，但其加工质量不仅取决于机床本身的定位精度，还取决于切割加工工艺。在实际加工中出现的质量问题，大部分都是由火焰切割的工艺方法决定的，所以要着重从切割工艺参数改进上提高切割质量。提高切割质量主要有以下方法：

1、保证数控机床本身的定位精度。在正常使用中，如果工件尺寸误差如果迅速变大，具体误差量可通过在割枪上装上划针，运行标准程序进行划线检查。解决方案重点检查机床机械精度和电子精度，比如机床导轨的直线度，平行度和水平度，切割平台的水平度，还要检查伺服驱动系统等，找出误差增大原因进行解决，机床本身精度是比较容易保证的。

2、选择合适的电流和喷嘴。首先应该保证有稳定的电压和电流。切割电流是最重要的工艺参数，其决定了切割的速度和宽度，即切割能力。在确定的电源条件下，选择适当的电流，主要是根据材料的厚度选择电流大小，在实际生产中希望用最大的电流，以达到高的切能力，但电流过大会对切割质量造成不利影响，主要是对切口变宽的影响，切口宽度是评价切割机质量的重要参数，电流过大会使切口变宽，造成材料和能耗浪费，同时会增大工件的热变形量。对喷嘴也会产生不良影响，使喷嘴热负荷增大，喷嘴更易损伤，从而造成电弧不稳，切割质量也随之下降，因此要根据切割厚度正确选择大小合适的电流和相应的喷嘴。

3、选择合适的切割速度。切割的材料不同，熔点不同，导热系数不同，熔化后的表面张力不同，工件厚度不同，受到以上这些因素的影响，切割速度也不相同。合适的切割速度可以改善切口质量，使切口平整，并略微变窄。切割速度如果过快会导致熔化金属不能立即吹除，会使切口表面质量下降，切割面坡度增大，出现挂渣现象，甚至切割不完全。切割速度过低的话，会使切口两侧过多金属熔化并积聚在切口底部，凝固形成难以清理的挂渣，同时切口也会变宽，甚至导致电弧熄灭。针对不同的材料，最佳的切割速度可根据设备说明和工件的实际情况来确定，也可以通过多次试验来选择合适的切割速度。

4、工作气体压力与切割速度的匹配。在喷嘴孔径一定的情况下，工作气体压力就决定了气体流量，过大的气压会带走更多的切割火焰能量，导致切割能力下降，过小的气压使切割火焰的挺直度下降，导致切割能力下降，同时容易挂渣。工作气压和切割速度都会对切割能力产生影响，两者共同起作用，所以要使两者很好的匹配，具体气压值的确定可参考设备说明，再结合试验选择合适的气压。

六、提高切割下料效率的方法

对数控切割下料进行误差分析的最终目的是提高切割效率，为企业带来更多的利润。因此本文对提高切割下料效率的方法进行了一些总结。

1、套料切割。选择套料的方案的准则是，钢板受热均匀，不同割件的变形互为补偿，选择正确切割方向和顺序，采用共边切割。

2、借边切割。借边切割是节省加工件的有效方法，合理的运用，穿一次孔完成多个零件的连续切割，提高了切割效率。

3、合理设置穿孔起点和加工件的距离。通过使用经验总结得知，距离设置为割嘴的半径和直径之间较为合适，这样可以减少穿孔和预热时间以及氧气的使用量。

六、结束语

数控火焰切割机的切割能力受到了很多因素的影响，因此我们在研究的时候也不能将这些因素隔离开来分析，要统筹兼顾的对所有因素进行分析。

【参考文献】

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中图分类号:TB

文献标识码:A

文章编号：1672-3198（2011）06-0291-01

1 数控火焰切割机特点

微型数控切割机在切割方式上可以有火焰切割和等离子切割两类，便携式数控火焰切割机主要应用于金属板材快速加工的精细切割机设备，使用于铁板，铝板，镀锌板，白钢板等金属板材的切割机。便携式数控等离子切割机具有高质量，高精度，可操作性强等基本特性，同时具有于激光切割相媲美的切割精度和更胜于激光切割机的价格优势。因此广泛应用于汽车、造船、工程机械、石化设备、轻工机械、航空航天、压力容器以及装饰、大型标牌制造等各行各业，适合碳钢（火焰切割）、不锈钢以及铜、铝（等离子切割）等金属板材切割和下料作业。根据金属材料和切割金属的厚度从工艺角度来说,一般5mm以上的碳钢板推荐用火焰进行切割,因为他本身的切割坡口质量比较垂直,坡口很小,最大切割厚度可以达到200mm,不锈钢和有色金属不能用火焰进行切割。

切割机应用目前有金属和非金属行业,一般来说,非金属行业分的比较细致,像有切割石材的石材切割机,水切割机,锯齿切割机,切割布料和塑料,化纤制品用的激光切割机,刀片式切割机切割金属材料的则有火焰切割面,等离子切割机,火焰切割机里面又分数控火焰切割机,和手动的两大类,手动的类别有,小跑车,半自动,纯手动,数控的有,龙门式数控切割机,悬臂式数控切割机,台式数控切割机,相贯线数控切割机等等。

2 数控火焰切割机的误差影响

数控火焰切割机设备在切割方式上以火焰切割和等离子切割为重要切割手腕。固然在切割精度及速率上胜于火焰切割，但关于25MM厚度以上的资料切割性价比绝对偏低。至2001年成立以来，已陆续10年专业开发数控切割机及相干操控零碎，所开发的数控操作零碎汲取行业下风，具有操作方便、维护俭朴、牢靠高效等特点，一同联合企业运用习气，增设批量切割功效，能大批量的陆续主动切割，兼容性方面，成本要素，可配套行业内下风制图下料软件同步运用。目前市场上重要采取的处理方式为将开放式数控零碎使用于数控切割机操控，其特点在于降低零碎成本，并且应用优越的软件敏捷性，使数控切割机的加工误差经由软件补偿的方式得以根本消弭。相干技巧目标方面，其火焰切割挪动精度可到达0.01mm/步，有用缓解了机床在沿轨道方向运转的误差。另外设备中零件的加工精度和拆卸精度不高发生的传动误差以及齿轮回程误差都对机床本身的传动精度有显著影响，招致割炬运转速率很低(有时低至0.1m/min以下)一同使机床在沿轨道方向上有较大运转误差。除此之外，所生产的ZLQ系列数控切割机，从实践切割中总结经历，资料板面光亮度无穷要求下对割炬增长主动调高安装，以确保割嘴与钢板的高度处于最佳的形数控火焰切割机态，从而失掉最佳的切割效果和最长的割嘴运用寿命。

3 数控火焰切割钢板零件的尺寸保证

在数控火焰切割钢板零件的过程中，保证切割零件尺寸精度的关键是解决好热膨胀、选择合适的切割路径。通过分析、对比与讨论，提出相应措施和选择原则.随着经济的飞速发展，通过使用数控机床来提高生产效率和精度已屡见不鲜。尤其是在钢板下料中，数控火焰切割设备的广泛运用，极大地提高了生产效率和产品质量。特别是形状复杂的零件下料，采用数控火焰切割设备，可以达到事半功倍的效果。

3.1数控火焰切割中出现的问题分析

从理论上讲，一个零件的切割程序编好，并且确定了割缝补偿，那么设备运行切割时的轨迹就是一定的，切割出的零件尺寸就不再会变化。但在实际切割过程中，我们发现割出的零件还是存在一定的偏差，特别是一些直接切割下料后不再进行加工的工件。如果解决不好尺寸偏差问题，对产品的质量就会产生较大的影响。

通过多年的切割实践和总结，分析得出以下两方面的影响因素：

（1）热膨胀量的影响在实际切割过程中，整张钢板上切割零件有先有后。刚切割时钢板的温度接近室温，但零件切割的速度很快，尤其当零件不是很大时，一个零件切割完成时整块钢板还未来得及升温、热膨胀；或者虽然有局部的升温，但热膨胀受到周围室温状态钢板的约束，此时切割的零件尺寸比较精确。随着切割零件的增多，热量的不断输入，钢板温度不断升高，热膨胀量也不断增大。如果不给割缝补偿k加上一个单侧热膨胀补偿量Δt ，那么再切割的零件冷却至室温测得的尺寸与第一个切割零件测得的尺寸就会有偏差，且偏差会随着钢板热膨胀量的增大而增大，直至趋于平衡（即切割的热输入与钢板的散热达到一个基本平衡）。这是由于钢板在不同温度下产生的热膨胀量不同，导致了钢板的体积变化，而对割缝补偿k不加以修正（增加热膨胀补偿量Δt ）则切割轨迹就不会变化，那么切割的零件冷却后体积就会缩小，尺寸当然就变小了。

（2）切割路径选择的影响保证零件切割尺寸的另一个关键就是切割路径的选择。如果切割路径选择不好，就不可能切割出高精度的零件。例如，要在一张较大钢板上切割R200mm的圆法兰。方案一选择的切割路径为切割引入线ABCDA，方案二选择的切割路径为切割引入线BADCB。这两种方案在切割过程中R200mm的圆法兰与整张钢板的连接刚度随切割点的前进都在降低，但方案一中的连接刚度在切割点到达D点时已降至很低，从而无法保证DA段切割的刚度，故零件尺寸无法保证。方案二，切割过程中的连接刚度在BADC段都比较高，只有在接近B点时连接刚度才迅速降低，但到达B点时零件的切割也随之完成，故零件尺寸能够得到保证。

3.2 措施

（1）对于长短径比相差不大的零件，其各个方向的热膨胀量基本一致，故只需给割缝补偿k加上一个单侧热膨胀补偿量Δt 即可（具体数据可视零件大小、钢板厚度等，通过计算、试验或凭操作经验来确定，此处不论述）。

（2）对于长短径比相差较大的零件，其各个方向的膨胀量也就相差很大，故不能仅给割缝补偿k加一个单侧热膨胀补偿量Δt就可以保证切割零件的尺寸。而应给割缝补偿k加一个短径方向的单侧热膨胀补偿量Δt1，同时长径方向的热膨胀补偿量与短径方向的热膨胀补偿量的总差值〔即2×（Δt2－Δt1）〕应直接在切割程序上进行增加，这样才能保证切割零件的尺寸精度。

（3）如果操作工对钢板热膨胀量的控制不熟悉或没有足够的经验，也可以采用物理降温的办法（如循环冷却水、冷却液等）对切割工件进行跟踪冷却和降温，使切割钢板尽量处于接近室温的状态，使钢板的热膨胀量得到控制，从而使切割零件的尺寸得以保证。但只有当钢板的淬硬倾向不大，或微量淬硬对产品质量是允许的情况下才能采用这种方法。

（4）在切割过程中，无论选择何种切割路径，在零件切割接近完成点以前都必须使零件与钢板之间具有足够的连接刚度，才能保证零件的切割尺寸和精度。

（5）正确设置数控火焰切割机切割运行速度。在实际数控火焰切割的加工使用中，考虑到火焰切割的加工板厚差异较大，钢板的切割速度是与钢材在氧气中的燃烧速度相对应的，但是很多企业无法准确把握不同材料及厚度情况下对数控火焰切割机的速度设置。

过快的切割速度会使切割断面出现凹陷和挂渣等质量缺陷，严重的有可能造成切割速度会使切口上边缘熔化塌边、下边缘产生圆角、切割断面下半部分出现水冲状的深沟凹坑等等。在实际生产中，应根据所用割嘴的性能参数、气体种类及纯度、钢板材质及厚度来调整切割速度。切割速度直接影响到切割过程的稳定性和切割断面质量。如果想人为的调高切割速度来提高生产效率和用减速切割速度来最佳的改善断面质量，那是办不到的，只能使切割断面质量变差。

在正常的火焰切割过程中，切割氧流相对垂直的割炬来说稍微偏后一个角度，其对应的偏移叫后拖量。速度过低时，后有后托量，工件下面割口处的火花束向切割方向偏移。如提高割炬的运行速度，火花束就会向相反的方面偏移，当火花束与切割氧流平行时，就认为该切割速度正常。速度过高时，火花束明显后偏。通过观察熔渣从切口喷出的特点，可调整到合适的切割速度。

参考文献

［1］陈金成，周向东，黄剑．基于工业PC机的数控火焰切割机数控系统开发［J］.机床与液压，1999，（5）

［2］宋喜庆，李满霞．新型数控火焰切割机智能系统［J］电工技术,2003,（9）．

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1引言

某机械厂九十年代初引进一台HCGCNC3000型的数控切割机，主要应用于零件的切割落料工作，以保证零件的尺寸和外观质量，提高生产效率。经过数年实践，在制定数控切割工艺与数控编程上，累积了一定的经验，现总结如下。

2从数控切割机本身工艺特点出发，制定切割工艺

HCGCNC3000数控切割机采用门式结构，轨距3000毫米，双边同步驱动。有三把割炬，一为等离子割炬，二为火炬单割炬。主要工作参数为：

切割厚度：6～200毫米（火焰切割普碳钢）；1～100毫米（等离子切割不锈钢）。

有效切割长度：10000毫米。

有效切割宽度：2800毫米。

精确度：纵向导向精度±0.2毫米； 横向精度±0.2毫米；矩形对角线误差

切割速度：0～6000毫米分钟。

结合数控切割机本身的工艺特点，制定正确合理的切割工艺，保证切割质量，提高生产效率。

割嘴的选择：根据使用的燃气种类，割炬类型，切割工件厚度，按GB5108 85《等压式焊割炬标准》，BG5110 85《射吸式割炬标准》，JB3174 8《快速割嘴标准》选择适合割嘴。

切割速度的选定：根据工件厚度，选择预热时间及切割速度。板厚越大，所需穿孔时间、切割预热时间越长，所用的切割速度应该越慢。

穿孔点位置的确定和切割方向的选择：这里所讲的穿孔点是指火焰在钢板上切割需要引割一段距离，以防止穿孔损害零件表面。

穿孔点位置确定的原则：

防止由于热变形引起的零件移位，影响零件的尺寸精度。

多个零件套料切割时，综合考虑各个零件的引割位置，防止工件之间由于热应力造成的互相影响，减少空走时间，提高效率。

切割板厚大于60毫米的零件时，从板的边缘引割，省去穿孔，降低割嘴损耗，节省手工穿孔时间。

切割方向的选择主要需考虑热变形造成的影响。由于数控切割机严格按照X、Y坐标中的封闭曲线图形来切割，因此切割方向只有顺时针和逆时针两种。

切割过程中，密切注意切割机运行状况，一旦发生故障，充分运用中断退出、断点返回等功能，保证切割工艺的顺利执行

3利用CCAP编程套料软件改善切割工艺

随机有CCAP编程套料软件，通过人机对话简便的CAD绘图方式为复杂的零件进行编程，并对相同材质、相等板厚的多个不同零件在同一钢板上进行套料。

CCAP系统的以下几个常用功能有助于改善和完备切割工艺。

移动：通过该命令可以任意改变钢板上的零件的位置、角度，经过套料使钢板利用率达到最高。

穿孔、排序和换向：通过交互套料模块中的穿孔、排序和换向功能，可以任意确定和改变穿孔点位置、引入弧长度、零件切割方向和各零件之间的切割顺序关系，从而使切割工艺更加合理。

连割：借助该功能可减少穿孔时间，尤其适用于中厚板切割，只需一次穿孔就可连续切割。

借边：对相同零件或不同零件的同形等长边进行借边套料。经过排序、穿孔、换向、连割等程序后使用借边程序，可以少割或不割一条或数条曲线边，减轻零件热变形，减少切割和空程时间，提高切割质量和效率。

总之，合理应用CCAP编程套料系统不仅可以切割非常复杂的零件，更能进一步完善切割工艺。

4数控切割机的操作、维护对于切割工艺有着特殊意义

（1）数控切割机技术含量较高，对操作人员要求也较高。操作者需具备计算机基础知识，有一定切割工艺常识，并经专门培训后方可上岗操作。

（2）CCAP编程人员，要求具有计算机知识、机械制图知识，并具备一定工艺能力，也要经受相关培训。

（3）数控切割机是精密加工设备，要经常维护保养，否则产生运行不良，速度不稳，甚至死机等状况，会严重影响切割工艺的顺利执行。尤其在不良工况下，有时数控系统会频繁发生故障或微机死机，造成异常中断，这时断续切割就面临着繁琐的复割点对位。有时对位不准，容易引起零件的超差甚至报废。

因此要根据实际工况确定不同的切割工艺。切割机运行状况正常时，可以进行大批量、多工件的批量切割，把多个零件在一张大钢板上进行套料，整体切割；而当切割机运行状况不稳定时，就要分批分次切割，可以把一张已套好多个零件的大钢板分为几个小部分，然后逐次切割。

结束语

上述工艺方法与原则目前仍是某机械厂的数控切割机工艺制定的基本方法。该工艺方法与工艺原则的实行，使数控切割机的生产效能得到了充分发挥，创造了一定的经济效益。

参考文献：

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中图分类号：TP39文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）06-0035-02

近年来，我国液压支架的研制工作发展很快，从基本上依靠进口，发展到自行设计制造。液压支架是机械化采煤的关键设备，是综采设备的重要组成部分。其制造质量的高低直接影响着煤矿的生产和经济效益。而在液压支架制造过程中，结构件钢板的下料质量是影响整体制造质量的关键。按照传统的下料方法，各种不规则形状的钢板下料通常以手工和仿形切割为主，近几年已逐渐被数控切割机床所代替。数控切割的优点是：切割速度快、效率高；采用套料软件可最大限度地节约原材料；割缝质量好；尺寸精度高；省去了仿形切割中的样板，节约原材料。由于数控切割的割缝质量高，结构件拼焊比较容易，只要控制好数控切割中的切割误差，直接拼焊是可以保证结构件质量的。我公司从1994年开始使用数控切割机，经过近几年的使用，认识到只有有效地控制好数控切割中的切割误差，保证下料尺寸精度及割缝质量，才能使结构件拼焊比较容易，从而保证结构件质量。本文着重讨论数控切割中误差的产生原因和控制措施。

一、数控切割下料产生误差的主要原因及措施

数控切割下料产生误差的主要原因是钢板的变形误差和钢板下料时工件的尺寸误差。

（一）钢板的变形误差

由于钢板的变形而产生的误差，直接影响结构件的拼焊质量。产生钢板变形的主要原因在于钢板本身就存在变形和钢板的热变形。这种变形误差如果不处理不仅直接影响液压支架结构件中主筋板与各筋板之间的拼焊质量，甚至会引起各连接点处主要配合尺寸的超差。

1．钢板本身存在的变形。主要是指钢板的厚度不均匀、板面不平整以及各方向的弯曲，这是在钢板生产和运输过程中就已经产生的，它不属于数控切割的误差范围，处理起来也很容易，经过校平机校平即可。

2．钢板的热变形。数控切割钢板的热变形主要有3个原因引起。（1）数控切割程序方面的影响。这主要是由编制程序时打火点、切割方向、切割顺序等的选择不合适造成的。通过合理套料，保证割出的零件满足精度要求，我们选择合理套料方案的指导思想是：1）使钢板受热均匀，避免热量集中；2）使零件的变形互为补偿；3）选择正确的切割顺序和切割方向；4）在选择打火点、切割方向时，一定要做到让工件一直受大钢板的牵制；5）在套料过程中多采用共边切割。对于形状不太规则的窄长零件，根据零件形状在某些部位保留一小段，抑制其变形和位移，等到材料上所有零件割完冷却后，再把“间隔断”割开。（2）数控切割过程中，各切割工艺参数选择不当也会引起很大的热变形。主要包括切割氧气压力、气割速度、预热时间以及割嘴离开钢板表面的距离等，气割工艺参数如下表。（3）钢板支承面不平。钢板由平面变成斜面，从而使机床切割出的零件产生误差。尤其对于窄长的薄钢板，很可能还会产生扭曲变形，因此对这种情况不可轻视。由钢板的支承不当产生的热变形只要修整支承面即可。

数控切割工艺参数表

注：氧气纯度在99.5%以上。

（二）钢板下料工件的尺寸误差

钢板下料工件的尺寸误差是指下料工件各部分的实际尺寸与理论尺寸的差异。引起尺寸误差的原因是多方面的，主要是以下几个方面引起的：

1．数控操作人员技术水平高低引起的误差。数控操作人员对火焰的控制水平，包括氧气的纯度、预热火焰功率、氧气压力、切割速度、割嘴到工件的距离等是主要产生尺寸误差的原因。氧气的纯度是影响气割质量的重要因素，氧气纯度差，不但切割速度大为降低，切割面粗糙，切口下缘粘渣，而且氧气消耗量增加。预热火焰是影响气割质量的重要工艺参数，切割时一般应选用中性焰或轻微的氧化焰，同时火焰的强度要适中。切割氧气压力取决于割嘴类型和割嘴号，在实际切割工作中，最佳切割氧气压力可以用试放“风线”的办法来确定。切割速度与工件厚度、割嘴形式有关，一般随工件厚度增大而减慢。割嘴到工件表面的距离（即割嘴高度）根据工件厚度及预热火焰长度来确定。

2．支承钢板的工作平台与数控切割机纵横向导轨面的平行度误差。由于支承钢板的工作平台在上料和成活后下料时经常受撞击磕碰，使支承钢板的工作平台表面容易形成与数控切割机纵横向导轨面不平行。这种不平行度严重时，也会造成割嘴与钢板之间距离的变动，而引起下料工件尺寸上的误差。

3．钢板表面与割嘴的垂直度误差。钢板表面与割嘴的垂直度误差是工件尺寸误差产生的主要根源。这是因为当割嘴不垂直于钢板时，就会导致形成的切割面为斜面，这样工件正反两面尺寸不统一，存在误差。同时工件各周边均为斜面，失去了拼装时的基准面，使拼装时的有些关键尺寸不能达到设计要求，严重时不能直接用于拼装必须进行加工处理（刀检基准面）后，才能使用。产生钢板表面与割嘴垂直度误差的原因，除割嘴安装后在垂直于气割前进方向上不垂直于钢板外，还有割嘴孔与割嘴中心轴线不同轴，另外割嘴孔在阻塞时也会引起切割气流倾斜，也可产生割嘴与钢板表面垂直度误差，解决这些问题只能从割嘴的生产质量和安装上努力，同时经常清理割嘴，保证气流畅通。

4．钢板表面氧化皮对尺寸误差的影响。普通热轧钢板由于储存、运输等原因通常在表面都有一层厚厚的氧化皮，这层氧化皮由于厚薄不一，成分复杂，因此对切割焰的影响和阻挠也不一样，特别容易引起切割焰的倾斜和偏离，对工件的尺寸精度会产生一定的影响。但它主要影响割缝的表面质量。要清除这一影响就是对钢板进行除锈处理。

二、结语

在液压支架结构中，由钢板焊接而成的结构件约占支架总重的95%以上，下料是液压支架结构件制造中非常重要的一个工序。液压支架结构件制造中下料采用数控切割下料较一般仿形或手工下料，无论从效率上还是从质量上都有较大提高，要直接由数控下料件投人拼焊工作，就一定要对数控切割过程中各种误差加以控制，保证其下料件的尺寸精度。只有这样才能提高结构件的质量，从而保证产品的整体质量。

参考文献

[1]梁桂芳．切割技术手册[M]．机械工业出版社，1997．

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关键词：数控切割机；机械制造；系统应用

中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）06-0096-02

中国是第一大钢材生产国和消费国，但是钢材的浪费较其他国家而言多10%的浪费。其中60%的钢材消费是通过切割焊接生产方式加工使用的。因此切割焊接行业是中国制造业的核心基础产业，而切割在很大程度上决定着产品成本。

切割编程优化系统软件正在改进和完善数控切割的生产方式，提高数控切割生产效率和钢材套料利用率，让企业真正做到“切得多、切得快、切的好、切

得省”。

数控切割编程优化在原有全时、整料、自动生成切割路径的基础上进行手动微调，达到共边、桥连接、借边、通过改变切割方位以及余料套料等方式进行预先模拟切割效果，以实现提高钢材利用率，减少浪费和废品率，降低成本的最终目的。

1 我国数控技术的发展现状

我国数控在技术水平上与国外先进水平大约落后10～15年，在高精尖技术方面则更大；产业化水平上市场占有率低，品种覆盖率小，还没形成规模生产；功能部件专业化生产水平及成套能力低，外观质量相对差；可靠性能不高，商品化程度不足，国产数控系统尚未建立自己的品牌效应，用户信心不足；数控技术的研发工程能力较弱，数控技术应用领域拓展力度不强，相关标准规范的研究、制定滞后。因此，对于今后我国数控技术的发展，我们一定要做战略考虑，从我国基本国情的角度出发，以国家的战略需求和国民经济的市场需求为导向，在高精尖装备研发方面，要强调产、学、研以及最终用户的紧密结合；在竞争前端数控技术方面，强调创新，强调研究开发具有自主知识产权的技术和产品，为我国数控产业、装备制造业乃至整个制造业的可持续发展奠定基础。

2 数控切割机在机械制造系统中的主要应用

数控切割机（CNC Cutting Machine）就是用数字程序驱动机床运动，随着机床运动时，随机配带的切割工具对物体进行切割。这种机电一体化的切割机就称之为数控切割机。

当前，数控切割机主要以火焰、等离子、镭射数控切割机为主。数控切割机在机械制造系统中主要用于工程项目的下料作业工序。不同类型的机器可用于不同材料的切割作业，如对型材进行复杂截面的裁断、开槽；对板材进行任意形状的切割、开孔、开坡口；还可用于非金属材质的切割，镭射数控甚至可以进行薄板的无缝对接焊。不同的材质由于其自身具备手动和智能化工作两种工作方式，因此在机械自动化制造系统中具有较大的优势，不但可以用于小型零部件的生产制造，而且可以用于大型设备的加工制造。

以数控切割机的具体加工程序为例，首先是制图，在利用Auto CAD或其它制图软件对加工对象制图。然后，对图形进行进一步的技术处理，在处理过程中要求仔细，考虑到加工对象的实际加工需求与材料属性。例如，对零部件的加工公差、工序等要予以重视，保证图纸满足实际的加工需求之后，将格式为dwg的文件转换成为格式为dxf的文件（这里以CAD制图为例），为后续的加工编程做好准备。最后，进行工序设计、编程、生成机器代码等操作，确定加工程序之后在设备控制器中输入程序。当前，这些操作一般都由机械设备来完成最后，对数控系统进行初始化运行，检查管理系统的输入、输出状态，进行数值计算。因为采用了图形交互式编程方式，大部分的节点、基点坐标数值都是由计算机直接算出的，操作者只需要在对应的对话框中输入对应的参数或稍作修改即可进行加工生产。在机械制造系统中，相对于早期的手工切割，数控切割的应用具有操作编程便捷、高效、切割质量高、适用面广等许多优点。

3 提高机械制造系统中数控切割机生产效率的策略

3.1 改讲切割工艺，提高生产效率

数控切割是一个人、机、料三方协调配合的过程。

（1）合理进行作业人员的操作时段分配，是提高生产效率的方式之一：当在某区域进行切割时，可以在另外一个区域进行上料、下料操作，从而减少切割设备的待机时间，通过提高设备的使用效率来提高生产效率。

（2）合理确定引割点位置在切割操作过程中可以用来控制热变形引起的废损率。确定引割点位置时要考虑周到：其一，要求尽量减少工件变形；其二，多个工件套料切割过程中要考虑每个工件的引割位置经及对相邻工件的影响，以达到减少空程时间的目的；其三，在切割中厚板材时，尤其是切割厚度超过60mm的工件时，最好从板材或割缝边缘开始引割，这样不但可以省去穿孔程序，而且可以降低割嘴的损耗。

（3）考虑热应力和热变形对切割顺序的影响，因为数控切割与其他非自动切割方式不同，不能够根据变形情况实时调整切割轨迹。其是严格按照所设定的图形坐标进行切割的。所以，切割过程中必须注意切割顺序，否则将会造成工件热应力变形，直到出现工件加工公差超出范围。切割路径的顺序在指定过程中，可以遵循下列原则：其一，在靠边切割时，可以先切割靠边长的一侧；其二，首先切割短边，然后再切割长边；其三，在小块板上进行切割操作时，最好采用断点穿孔切割的方式。另外，为控制切割件位移，可用楔子楔入割缝的方式来减少热应力对工件的影响。

（4）优先采用连续切割方式用于多工件的套料切割。在进行内框切割操作而不对外形工件切割时，可以根据工件的不同采用连续切割方式，连续切割方式尤其适合中厚型板材的下料和切割，而且只需要进行一次穿孔、或者靠边切割，能够不间断的完成连续切割任务，显著提高切割生产效率，而且能够节省割嘴使用数量。

（5）其他注意事项。工件的切割不能过小，因为数控切割机惯性较大，在切割小工件过程中可能会出现抖动的现象，导致切割的工件不能满足图纸设计要求。因此，需要根据工件的形状尺寸、厚度等合理确定参数。例如，当工件板厚不同时，所进行的预热时间就不同、切割过程中自动反映高度也不同、形状过渡处的停留时间也不同。

3.2 提高编程软件水平

数控切割机主要用于复杂件以及多工件的切割作业，其软件水平直接影响到整个切割工艺水平。因此，设备除了要具有较好的机械精度外，还需购进高水平软件对保证复杂工件切割精确度提供保证。

在复杂工件的切割过程中，仅仅只依靠设备上的TB16语言进行相对坐标的编程，很难对所有的复杂工件进行加工，有时甚至不可能。由于工件的很多具体坐标都不易确定，这时就可以采用编程套料软件予以解决。而在多零件的切割同材质，同规格同材料的多个不同工件进行批量加工时，可以使用先进的软件在一张板上精确确定工件尺寸，之后对各个工件的引弧点、共边等进行修改，最终确定连割工件所需要的切割顺序，整个过程可以都由软件完成。

软件要有强大的处理功能外，编程人员对套料软件的了解、运用水平的提高也是影响生产效率的一个关键因素。只有编程人员把切割理论与实际操作中的问题结合起来考虑，才能在实际应用中真正达到高效高质量的生产。

另外，数控切割设备最好带有自动中断保护记忆功能。在进行多工件的批量加工时，若设备没有自动中断保护功能，发生数控系统故障、中断以及微机死机等情况下进行二次或多次重复的对位操作时，一旦对位精度超出标准，将会导致报废、超差等问题。当设备有自动中断保护功能之后就具有自动复位的功能。

参考文献

[1] 吴新哲，边江，银海.提高数控火焰切割质量的途

径[J].机械管理开发，2011，（2）：34-35.

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1.数控系统的简介和组成

1.1 数控技术的简介

数控技术就是数字程序控制技术，利用现代化的数字计算技术实现对工业设备的控制。数控技术解决了人工不能控制复杂的零件加工，提高了设备的精确度，尤其是精密仪器的制造。同时，数控技术实现了成批量生产，改善工人的工作环境，提高了安全系数。数控技术在机械制造业的应用是人类二十世纪最重大的技术进步。数控技术也是人类进入现代化制造业的标志，这些最终得益于计算机以及控制技术的进步。数控技术在现在的发展主要分为两个部分，一个是在控制技术上，也就是微控制器部分，从最早的单板机，现在更多使用PLC更适合工业生产，当然DSP和ARM的使用使控制技术更加的先进，在实时性和精确度上都大有改进。另一方面就被控制设备，现在激光技术已经可以使用，这使得切割技术和切割能力大为改进。

1.2 数控技术的组成

1）硬件系统。数控系统的硬件部分是工作的基础部分，它首先基于工业PC机，在PC机的控制主板上留有许多扩展槽，可以插入选用的控制模块，插入模块即可组成控制中心。在这里我们以PMAC为例说明，工控机的主板上的CPU和PMAC组成双微控制器系统。这两个CPU各有自己的工作，PMAC主要是完成对机床的控制，包括机械轴的运动、面板控制和信息的采集以及模数转化。控制机部分则要完成对整个系统的管理，包括各个部分的协调以及控制部分的输入。对于PMAC部分还必须有相应的输入输出接口，以及伺服驱动单元，伺服电机、编码器等，对于工控机还要有足够的存储空间，另外控制部分对电源的要求很高，电力部分以及备用电源也是必不可少的。 2）软件组成，现在的数控系统大多数都是前后台的结构，对于软件部分也相应的分为前台和后台程序。前台部分多为PMAC的实时控制软件程序，包括补模块、伺服驱动模块、PLC监控模块、加工程序解释模块、数据采集及数字化加工模块等，当然这部分很灵活，根据实际的需要可以添加其他的部分。后台程序主要是为了管理服务，主要实现控制程序的初始化，参数输入以及系统管理、CPU间的通讯等等。对于数控系统的组成这里只是大体的简单介绍，主要是因为它的组成受实际情况的限制，有些系统实际上非常简单，而一些大型的控制系统都有自己特殊部分。

2.数控切割机的特点

数控切割机之所以能够取代普通的切割机床得益于它在软硬件的优势，下面我们介绍一下数控切割机几点优势。

2.1 可编程，软操作

数控机床利用现在的微机控制技术，可意根据加工对象的改变实时的改变程序，或者加工目的的不同改变程序。硬件本身并不需要进行大的改动，普通的机床可能在改变对象时需要对硬件的某些部分进行改变，甚至进行大的改动。

2.2 高精确度，误差小

普通的机床工作依靠人工的经验和目测，但是一些零件的误差可能是0.01mm，人是很难目测的，即便是千分尺的话可能还有0.0001的误差。另外普通机床本身的机械部件精确度也不高，加工的零部件就更难要求精确度。数控机床的精确地是由微控制器控制的，以及该灵敏度的传感器检测，极大地提高了精确度，减小了误差。

2.3 高效率，成批量

数控机床的功率一般都比较大，刚性也好，传动机构都是无级变速，极大缩短的单个零件的加工时间。微控制器的工步都是毫秒级，指令的实现时间极短，现在的微控制器的频率越来越高，速度也将更快。在程序和功率的支持下，数控机床更容易实现大批量的生产，这也是现代工业的要求。

3.数控切割机在产品中的具体应用

火焰和等离子数控切割机是目前比较常用的一类切割机，由于他们本身具备手工和自动化工作两种工作方式，在实际的生产中有极大的优势，既可用于小型的生产加工，也可以是大型设备的加工。下面我们给出一个具体的例子，首先是制图，利用CAD对对象制图，然后对CAD制图进行技术处理，对制图的处理一定仔细这是加工前的第一步，而且对数据的处理也要科学合理，对数据的精确度要有足够的重视。把dwg的文件转换成dxf的文件，为进一步的处理做好准备。其次，设计工步，进行编程，生成机器码，对控制器进行烧写程序，当然通常这些都有机器完成。对数控系统初始化，试运行，以及对管理系统的输入输出检查。最后，进行数值计算。由于是自动编程，即图形交互式编程，大部分的节点、基点坐标数值都由计算机算出，只需在问答式的对话框中设好穿孔点位置、引入引出线（长度和角度）即可，根据图形界面提示，在输出代码前进行相应割嘴补偿。最后，拷盘，复查，试制。在实际的产品中一些步骤也可以删减，因为一些重复的工作可能降低效率，尤其是相似产品的大批量生产。

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【中图分类号】 TG519.1【文献标识码】 A【文章编号】1672-5158（2013）07-0061-01

在金属结构件制造中，许多构（零）件形状比较复杂或不规则，数控切割机床的出现使得这些零件的加工成为可能，切割程序是数控切割机的指挥中枢，编程人员在电脑上进行绘图、套料、编程，生成数控切割指令，然后输入切割机，机器接受“命令”去实现人的“意图”。因此编程技术的优劣直接影响切割的质量和效率，好的程序可以做到：同样板材尺寸切的零件更多；相同切割任务切得更快；同样切割设备切得更好；同样切割方法切得更省。概括来说就是四个字“多、快、好、省”。

目前工厂里使用的套料软件多分为三大模块：（1）Fast CAM：CAD优化处理；（2）Fast NEST 设置切割路径、套料生成程序；（3）Fast PLOT模拟切割、校验。本文将对编程过程经常遇到的一些工艺性问题进行分析，并针对问题找出相应的解决办法，探索几点对于数控切割质量、效率有所提高的技巧。

1 合理选择引入点（打火点）

引入点是数控切割机在钢板上穿孔切割的起始点，由于切割过程中首先规定了切割的方向（顺、逆时针），在切割过程中会出现因引入点设置不当，工作台面无法完全承托零件造成移位、跑偏、落空等现象，直接影响切割质量和零件合格率。因此在选择引入点时，应遵循工件未切割边在切割过程中尽可能的与大板相连，减少因零件自身重量和热变形产生的位移而导致的切割不精确。如图 1：切割的引入点应选在 1 处且逆时针切割，切割的大部分时间工件与大的母板相连，可做到切割过程变形最少，如果选在其他位置，以3为例，逆时针切割，当割完了 3-4-2-1时已完全割断了工件与大板的联系，在切割 1-3 时工件很容易因热应力发生位移导致切割不精确。

2. 共边与连续切割

共边切割与连续切割不仅可以提高钢材的利用率、节省钢材，而且可以减少穿孔次数，节省预热穿孔时间，提高切割效率。连续切割功能可以替代桥接功能，使相邻的几个零件做到连续切割，避免了预热穿孔，从而有效节省割嘴、预热氧，提高切割效率，节省耗材。如图2所示，采用了共边切割模式切割两个零件1和2，一条割缝切出了零件1的上边和零件2的下边，切割1、2的左边同时切出了零件7和8的右边，这种切割模式既节省了材料又提高了工作效率。整个过程只打一次引入孔，实现了一次打孔多零件切割，减少了预热、打孔和切割时间。

3. 切割顺序的选择

切割顺序是指对钢板上若干大小嵌套的套排零件依次进行切割的顺序，根据零件的形状，分析其切割时的变形特点，确定合理的切割顺序可使零件受热均匀，零件内部受力相互牵制，这就减少了变形。切割顺序一般应遵守以下原则：先内后外，先小后大，先圆后方，交叉跳跃，先繁后简等。假如后割内轮廓、小零件，会造成定位不可靠，产生移位，导致零件精度降低。

4. 切割方向的影响

正确的切割方向应该保证最后一条割边才与母板大板部分脱离，如果过早的与母板大板脱离，则零件周边的余料角框刚性无法抵抗切割过程中出现的热变形，造成切割件在切割过程中产生位移而变形，这也会导致切割精度降低。

5. 平滑过渡切割

在切割直角零件时，尖锐过渡的方式容易产生过烧的现象，实质是切割进行到拐角尖时有一个速度下跌甚至停顿而引起。这种情形致使切割零件尺寸超差，机床寿命也受影响。避免的方法是编程时将角部更改为一个微小圆弧，使其变为平滑过渡形式，可较好的提高切割质量，且对保护机床也有很大好处。

6. 热变形与跑偏控制

在火焰切割过程中，由于板材的热胀冷缩、零件受热不均匀和零件形状特异、打火点设置不当等原因，极易造成零件热变形和跑偏现象，从而影响切割精度和零件合格率。

6.1 对于板材的热涨尺寸偏移，按照切割枪嘴线能量和长度尺寸补偿的策略，可在枪嘴较为集中影响的尺寸增加0.5～1mm补偿量，具体数值掌握需结合对应设备并经长期实践获得。

6.2 对于零件受热不均匀的情形，如在小范围单个小零件周边或大零件集中切割处，除采取尺寸补偿的办法外还可采用分散切割的方式。就是让切割不要过于集中，不要一次性全部切割完毕，可在切割一部分形状后转移到另外位置切割，而后再返回到原处切割，既保证该处温度不至于过高而导致零件热变形，也可让板材受热趋于均匀不易发生跑偏现象，但其缺点是切割时空程增加。

7. 排版、布局合理

当多种类、多数量零件需在同一张板料上切割时，编程就需考虑合理排版、布局的问题，需统筹考虑板材尺寸和各个零件的外形尺寸，可采用多种零件混编和单个零件集中切割相结合的策略，应遵守以下原则：先排大零件后插小零件，按照板材大小先将大零件依次排列好，然后在大零件连接的余料处逐个插入小零件，这种模式可有效提高材料的利用率。

综上所述，编程的优劣对数控切割起着关键性的作用，实践中只有将丰富的切割经验和优化工艺融入程序中，针对不同零件采用对应的编程方法，在编程过程中还需对实际零件的材质、形状和用途等特征加以分析，制定最佳方案，才能控制零件变形，提高切割的精度和效率，使数控切割机的功能得到充分的发挥，真正做到“多、快、好、省”。

参考文献

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2切割技术间的差异性比较

目前这几种切割技术都在工程机械行业得到广泛应用，根据切割原理不同，这几种切割技术在切割厚度和材料上存在差异。火焰切割速度低，切割之前需要预热，耗时长，且无法切割不锈钢及铝、铜等多种有色金属，切割薄板时的热变形大；其优点在于切割设备和加工成本相对较低，且可采用多割炬同时加工。火焰切割是大厚度板材（最大切厚已达200mm）目前唯一的经济切割方式。等离子切割的精度及速度都优于火焰切割，能够切割有色金属以及很多非金属；缺点是由于等离子弧本身特点，导致切口易出现“上大下小”现象，在结构件拼装时需要打磨修整。等离子切割时会产生有毒气体，需配除尘装置，成本高，切割5～30mm钢板的经济性较好。激光切割的材料种类和切割表面质量优于上述2种切割设备，切割件可以不进行二次加工，主要用于对薄板件的高速、高精度切割。由于设备昂贵，对设备的保养要求高，切割中厚板材的成本要高于火焰和等离子切割。激光切割多用于板厚10mm以下的板材切割。高压水射流切精度介于激光和火焰、等离子切割之间。其最大优点是无切割热变形，割缝周围材质无变化，是一种冷切割技术，多用于石材、陶瓷等非金属硬脆性材料切割以及对切割热敏感的金属切割，如切割飞机机翼等。添加磨料后，可以显著提高板材的切割厚度。综上所述，火焰切割主要用于厚板材的切割；等离子用于中厚度板材的高速切割；激光切割用于对切口质量要求高的薄板材的高速切割；水射流主要用于对切割热变形要求高的薄和中厚板材切割。

3工程机械制造中的应用分析

本文以某公司生产的工程机械产品为例，其结构件焊接多采用低碳钢、低合金高强度钢板，用量很大；不锈钢板材、有色金属板材用量较少。大部分型号产品采用的板材厚度集中于15～35mm之间，大吨位型号产品主要采用40mm以上板材。针对该公司产品结构件的切割工艺性要求，对于工程机械零部件板材切割技术选择进行分析。（1）切割数量要求。工程机械制造业多采用机械化、自动化的门架式数控切割设备为主要的切割设备。通过结合FastCam、SigmaNEST等先进的自动套料软件，既节约人力，又提高了切割效率及材料利用率。以某公司某型工程机械产品为例，所需切割量如表1所示。如表1所示，需要切割的板材厚度大多集中在10～30mm之间，除配置大量等离子切割机用于切割中厚板材以外，出于经济性考虑，还应配置一定火焰切割机床用于厚板材的切割，同时配置少量的小型气割设备，以消化料边、提高材料利用率，解决小零件的下料。（2）切割质量要求。如驾驶室、机棚外壳等薄板件精度要求高，以及零件外形复杂，对易变形件，出于提高效率和质量要求，应配置一定的激光切割设备，减少机械加工修正过程；对于像拉板、平衡梁等工况恶劣，对切割热敏感的零件，除配置水下等离子切割机减小热变形外，还可以配置高压水射流切割机床，进行无热损伤切割。被焊接的厚板件一般需开坡口，除了采购具有坡口切割功能的数控火焰或者等离子切割机床外，还可以配置机器人切割系统满足结构复杂、异形、精度要求高的坡口切割。（3）安全与环保要求。在火焰切割的应用方面，传统的乙炔气体在制造中容易造成环境污染，应大力推广采用国家推荐使用的新型工业燃气；等离子切割过程产生的气体危害人体健康，应趋向于采用水下等离子技术；采用液氧取代瓶装氧，不仅提高了切割质量和效率，而且减少安全隐患。

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中图分类号：TG333 文章编号：1009-2374（2016）04-0027-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.04.014

随着现代机械加工业的发展，对切割的质量、精度要求的不断提高，对提高生产效率、降低成本、具有高智能化的自动切割功能的要求也在提升。切割技术是机械行业发展中不可或缺的关键技术之一。先进的切割技术是保证产品质量的关键因素，因此切割技术的发展将是我们关注的重点。为了顺应主流市场的需求，切割机将主要向着结构简单，操作便捷、高效、安全、可靠的方向发展。本课题拟采用圆盘刀切割的方法，实现对橡胶带和衬纸的分别切割，以消除传统切割方法中衬纸与橡胶分离难、效率低、安全系数低的弊端，达到橡胶带全自动连续切割。这种切割机结构简单、操作便捷、效率较高，具有很高的适用价值。

1 常见切割机的性能对比

随着机械行业各项技术水平的提高，人们对切割机的要求也在逐步增加。从最初对小型工件的高速度、高精度的要求慢慢演变为对大型工件的高速度、高精度切割要求。从以往对三维立体多轴的要求再发展到今天对全自动化和无人化的要求。等离子切割机、火焰切割机、激光切割机、高压水射流切割机在切割领域中充当着佼佼者。

等离子切割机：切割领域宽，几乎可以切割所有金属板材，它切割速度快、效率高。等离子在水下切割能消除切割时产生的噪声，粉尘、有害气体和弧光的污染，有效地改善工作场合的环境。采用精细等离子切割已使切割质量接近激光切割水平，目前随着大功率等离子切割技术的成熟，切割厚度已超过100mm，拓宽了数控等离子切割机切割范围。

火焰切割机：切割具有大厚度碳钢切割能力，但存在切割变形大、切割精度不高的问题，而且切割速度较低，切割预热时间，较难适应全自动化操作的需要。

激光切割机：它具有速度快、精度高等特点。激光切割机切割费用太高。

高压水射流切割机：适用于大多数材料的切割，具有切割精度高、不产生热变形等特点。它的缺点是切割速度慢、效率低、费用高。

2 橡胶带圆盘刀切割机方案确定

2.1 橡胶带圆盘刀切割机切割方案的确定

目前企业中常见橡胶切割机的切割方式是将橡胶带与衬纸一起切割，由于橡胶带与衬纸一样长，叠起来装箱上下两片橡胶带就会在侧边粘结，使装配工人在装配时拿取橡胶带不方便，衬纸与橡胶很难分离。为此，在装箱时给每层橡胶带间加一层衬纸，该切割方法不仅劳动强度大，而且材料浪费严重，影响生产效率。

鉴于这种情况，本课题拟采用不同直径的圆盘刀具合理装配达到对橡胶带与衬纸分别进行切割，使橡胶带其中一端的长度比衬纸短2～4mm。刀具的切削深度利用切割平台（可调）控制，具有很好的操作性。这种切割方法消除了传统方法带来的衬纸与橡胶分离难、效率低、安全系数低的弊端，其结构简单稳定、操作方便、效率高，具有很好的适用价值。

2.2 橡胶带圆盘切割机的布局及原理

该切割机是在已有带传送装置基础上进行的设计。它主要由支承底座（含导轨）、同步带传动系统、移动刀架、刀具轴、切割平台（可调）等组成。该橡胶切割机主要通过调速电机实现刀具的旋转运动，步进电机通过同步带带动刀具轴在水平方向往返运动，以实现刀具在导轨连续进给和后退，从而完成切割运动。为了减小滑块与导轨间的摩擦力，现用圆形杆状物在两平面间，即线接触代替面接触。本设计选用不同直径的刀具，实现对橡胶与衬纸的分别切割。刀具的切削深度可利用切割平台下的缺口垫片及螺母进行微量调节，以保证小直径刀具在切断橡胶的前提下，不会切割到衬纸，达到设计目的。

2.3 切割机的性能参数

加工范围：橡胶厚度1～5mm;宽度≤320mm。

刀具进给速度：0.4m/s。

3 圆盘刀的安装

3.1 圆盘刀具的参数选择

根据橡胶的切割特性，选择刀具材料为9SiCr的圆盘刀具。为了实现对橡胶与衬纸的分别切割，本课题拟采用两种直径的刀具。d1=150mm大直径刀只用来切割橡胶，d2=148mm的小直径刀可同时切割橡胶与衬纸，刀具内径d=32mm，刀具厚度h=2mm。

3.2 圆盘刀的安装方案

为了提高切割效率，将两把刀安装在一根轴上，在一次走刀过程中完成对橡胶与衬纸的分别切割。为了满足衬纸比橡胶长2～4mm的要求，在两刀之间安装垫片以保证预留的衬纸长度，可根据具体的情况选择垫片的厚度与个数。利用右端锁紧螺母与左端刀座的凸台对刀具起到轴向定位作用。刀具轴上左端设置凸台，对刀座实现轴向定位，刀座与刀具轴通过定位螺钉实现周向定位。因为所选刀具直径不同及橡胶带厚度不同，合理选择垫板的厚度及数量，可避免大直径刀具切割到工作台而损坏。

3.3 刀具的受力分析

切割机在运动的时候，圆盘刀两侧面与橡胶及衬纸间的摩擦力，由于切割机在水平方向的进给速度相对于刀盘上的点绕其刀轴旋转的线速度较小，故的方向可近似认为垂直于A点的半径方向。圆盘刀与橡胶主要是切向应力，的方向与圆盘刀和橡胶及衬纸接触底面上点的绝对速度方向相反。

4 步进电机

4.1 步进电机的基本概念

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。电机的转速以及停止的位置主要取决于脉冲的频率和个数，不会因为负载的变化而变化。当步进电机得到一个脉冲信号，就会相应地转过一个步距角。通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的。通过控制脉冲的频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

4.2 步进电机的分类

步进电机按工作原理分为永磁式步进电机（PM）、反应式步进电机（VR）、混合式步进电机（HB）。

4.3 步进电机的特点对比

永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角为7.5。或者15。;输出力矩大，动态性能好，但步距角大。

反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5。，但噪声和振动都很大。

混合式步进电机步距角小、出力大、动态性能好，集合了永磁式和反应式的优点，是目前性能最高的步进电动机。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8。，而五相步进角一般为0.72。。

根据本课题的实际需要，通过综合比较确定选用混合式步进电机。

4.4 步进电机参数的确定

4.4.1 刀具轴的质量计算。刀具轴为45号钢，其密度。将移动架的质量进行局部划分，计算出各部分的质量m，。

4.4.2 移动刀具轴受力分析。

水平方向受力平衡：

45号钢与铸铁之间的摩擦系数，故刀具轴在滑动过程摩擦力：

初选小带轮的半径R=30mm。为联轴器的效率，值为0.98;为轴承的效率值为0.98;为同步带传动效率值为0.97。

步进电机实际需要的扭矩为：

步进电机需要频繁正反转，在此过程中需要加、减速，为保证切割表面的质量，因此切割速度不宜太高，取：

移动台实际需要的功率记为：

式中：

――联轴器的效率，为0.98

――轴承的效率，为0.99

4.4.3 步进电机的最终选型参数。通过综合的比较分析，拟确定选取三相式混合式步进电机86BYG350BH-0201。因为该切割机对水平方向上运动精度的精确度要求不是很高，故选择1.2。的步距角。电流为;保持转矩T=5N・m;机身长;输出轴长45mm;输出轴直径。

5 结语

此设计通过两个不同直径的圆盘刀同时切割，以实现对橡胶带和衬纸分别切割。同时通过切割底板的调整，实现了刀具切削深度的可调性，其具体操作易于控制。此设计采用调速电机供给刀具旋转运动的动力，步进电机提供用于刀具水平方向进给的动力。在动力的传递过程中，充分利用了同步带的优点使机械本体部分得到了适当的简化，制造、安装精度相对较低，维护方便，无需和供油系统，具有较强的经济性。橡胶带圆盘切割机消除了传统方法引起的衬纸与橡胶分离难、效率低、安全系数低的弊端，其结构简单、操作方便、效率高、实用性强。

参考文献

[1] 王苏卫.数控等离子切割机[J].机车车辆工艺，1991，（2）.

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1煤矿机械技术设备改造

1.1改造原则

a)中国大多数煤矿机械制造企业使用的设备老化，无法满足当前煤矿机械设备生产的需求，因此要改造现有机械设备，投入最小的成本，获得最大的效益。煤矿机械技术改造需要与煤炭生产需求相结合，煤矿机械技术改造主要是为促进煤炭生产，更好地为社会其它行业提供煤炭资源，因此在设备改造过程中，必须要使改造后的设备充分符合煤炭生产需求，不断促进中国经济发展；b)提升机械设备质量。改造设备的主要目标就在于提升产品质量，为了更好地促进煤矿机械技术改造，不断提高设备技术含量，使煤矿机械技术改造向机械化自动化方向发展，从而提高煤矿企业的加工效率，节省人力资源投入成本，更好地促进煤矿企业发展；c)合理性与科学性。在煤矿机械加工制造行业的设备改造过程中，要确保改造的合理性与科学性，应基于原有设备自身特点实施改造，不断提高煤矿企业生产质量，提高煤炭资源利用率。煤炭资源随着煤矿企业的不断开采，存储量会越来越少，因此，在开采或加工过程中，必须要进一步提高煤炭资源利用率。因此，对煤矿机械技术改造过程中也需要遵循这一原则，才能更好地促进中国煤矿行业不断发展。

1.2中国煤矿机械设备现状

中国当前煤矿机械加工设备自动化和机械化程度相对较低，缺乏大型成套设备，煤矿生产基础薄弱，有很大一部分采用的生产设备已严重老化，尤其是一些中小型煤炭企业自身经济实力和企业运营成本有限，很难及时更新设备，加上维修不到位，往往出现设备故障，严重时还会造成安全事故。中国国有煤矿连续紧张生产的矿井数占矿井总数的一半，矿井主要生产设备都是超期服役，部分乡镇煤矿甚至根本没有机械设备，仅为人力开采，不符合有关煤炭法相关规定和要求。在这种情况下，将降低煤炭开采效率，造成煤炭资源严重浪费，制约中国煤炭产业发展。

1.3常见设备

在煤矿生产过程中，常见两种设备：磁选机和螺旋分级机。磁选机主要用于分选磁铁矿或提纯非金属矿，是应用磁分离原理的设备。目前，在煤矿生产中，常用永磁筒式的磁选机，该设备最为突出的特点是操作简便、安全性高、符合环保要求。此外，设备占地面积小，自身处理效果好，可以满足煤矿生产需求。螺旋分级机一般用在洗矿、脱泥等相关作业中，设备原理为利用离心力或重力对颗粒进行物料分级，操作方便，工作可靠。为满足矿产生产需求，提升设备质量，在煤矿机械设备改造时，要满足机械设备改造原则来实施改造。

2设备改造

2.1数控切割机改造

在煤矿机械加工制造行业中，数控切割机是非常重要的机械设备，它能够对结构原件进行一定程度的切割，从而使原件更加符合设计要求。原有数控切割机工作效率比较低，而且在切割原件之后，还需要耗费很多人工分拣切割废料。所以，切割工艺效率比较低，无法进一步满足煤矿企业的加工制造需求。在对数控切割机进行改造后，其切割出的产品不仅能够保证切割的弧度更加光滑，而且还能够保证产品的质量和外观，同时，在改造数控切割机后，可以进一步提高工作效率，减少人工划线和打磨等步骤，从而降低工作量，进一步提高工作效率。对数控切割机的改造是煤矿机械加工制造行业向自动化方向迈进的重要一步，也为其它设备改造提供了重要参考。

2.2焊接机械设备改进

当结构件底部或顶部局部出现隆起现象，可借助点状加热这一方式来实施纠正，这种点状加热方式又称为蜂窝加热，简而言之就是火焰加热的点通过一定排列规律来实施加热。对槽形结构局部所出现的变形情况，在实施矫正时，可在腹板两侧位置沿着同一方向来实施线状摆动，其中加热宽度可根据构件变形情况，结合钢板自身厚度来明确，线状加热方式为沿直线来移动火焰，并循环摆动或横向摆动。焊接工艺是中国煤矿加工制造行业中的重要工艺，很多生产和加工步骤都需要通过焊接来完成。但是，原有焊接机械设备在焊接过程中，往往会由于元件受热不均匀造成焊接点变形的现象，这也是煤矿机械加工制造行业发展过程中的一大难题。但是，随着焊接机械设备不断改进，这一问题得到有效解决：在新型焊接机械中主要是矫正焊接的火焰，使其能够在焊接过程中均衡分布火力，这样焊接处受热比较均匀，变形或断裂现象明显减少，可以更好地保持焊接处的形状，从而提高焊接点质量。除此之外，当原来的焊接处出现变形现象后，还可以采用蜂窝加热方式或线性加热方式矫正，能够更好地维护焊接处形状。通过大量实践验证，这两种变形矫正方式能够有效地解决焊接点出现的变形现象。

2.3箱型井架的改造

随着煤矿企业不断发展，焊接工艺和其它加工工艺都得到了有效的提高，再加上箱型井架原料质量不断提高，能够促进箱型井架的不断发展。在改造箱型井架后，不仅改变了箱型井架结构，而且使箱型井架的质量也得到进一步提高。很多箱型井架采用了特大型的箱型结构件构成，其尺寸、重量和高度相比以前的井架都有了很大提高，能够更好地满足大型煤矿机械加工制造行业的需要；而且，由于加工工艺不断提高，使箱型井架连接处之间的误差比较小，能够严格遵守设计过程中的各项参数，从而更好地保证箱型井架质量。

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中图分类号：TG48 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）06-0043-01

以前我公司金属板材一般有4种下料切割方法，剪板下料、激光切割、数控冲和数控火焰、等离子切割，剪板下料只能下13mm以下的金属板材，激光切割可割的厚度也不高，数控冲只能冲6mm以下板材，公司厚金属板下料主要依靠数控火焰、等离子切割，而数控火焰、等离子切割能切割的厚度也有很大限制，碳钢板只能切割35mm厚左右，铝板只能切割40mm厚左右。后来根据需要引进了水切割机。

1 水切割和其他切割方法的比较

普通水经过一个超高压加压器，将水加压至380Mpa（55000psi）或更高，然后通过一个细小的喷嘴（其直径为0.1mm至0.4mm），可产生一道速度为每秒915米（约3倍音速）的水箭，此水箭可切割各种金属和非金属材料，如纸类、玻璃、海绵等，在切割较硬材料时，可将砂料与水箭混流以增强其切割能力，此种高速度的加砂水刀几乎可以切割任何材质。水切割与数控火焰、等离子切割、激光切割相比存在许多优点，水切割在切割精度上具有明显优势，目前数控切割精度多在±0.5-1.0MM范围，除激光外，没有任何切割机和其媲美。切割材|更广，目前数控等离子切割还只能以金属材料加工为主，针对如玻璃、陶瓷、复合材料、反光材料、化纤、热敏感材料还显得力不从心，水切割是一些复合材料、易碎瓷材料复杂加工的唯一手段，这也是导致目前水切割还有一定的市场的主要原因。水切割属于冷切割，产品无热变形或者热效应，而等离子切割有明显热效应，精度低，不利于二次加工，水切割切口光滑、无熔渣，勿需二次加工。水切割可一次完成钻孔、切割、成型工作。激光切割速度快、精度高，但激光切割在切割处有弧痕并产生热效应，对铝、铜的切割不理想，厚金属板切割表面质量差，甚至无法切割。水切割不像数控冲需要专用的模具，可自由切割任意形状，切割过程不产生污染物，利于环保。切割面质量好，没有毛刺、挂渣等缺陷。

2 水切割工艺实验

公司有一种长3.7米宽1.4米厚70mm的墙板零件，材料是铝合金，里面有多个方孔和圆孔，以前用等离子切割无法加工，只能在加工中心上加工，由于切割余量大，加工相当费时。在引进水切割后，决定用水切割下料切出毛坯，再在加工中心上精加工。

第一步编程，首先看清加工工艺要求，整理好dxf图形文档，单边放4mm余量，再利用编程软件导入dxf图形，设置好起割点和止割点，设置好切割顺序，设置切割速度为40%，生成切割图形文件，如图1所示：第二步选好喷嘴和砂导管，设置好各种切割参数，喷嘴为0.011英寸，砂导管为0.04英寸，水压力为75000PSI，设置切割材料为铝合金，切割厚度为70mm。辅助砂料选用80目石榴砂。第三步试切割，将70mm厚铝板在水刀工作台上放好，设置好起割原点，打开动态水刀功能，进行试切割。观察切割面比较平整，波纹少，切割面与板面垂直，切割线相交的地方有波纹，属正常情况。调整切割速度为60%进行切割实验，切割面波纹增多，明显变毛糙。切割速度慢则切割面比较平整，速度快则波纹增多。

后来又进行了不同厚度的钢板、铜板和铝板的切割实验，通过实验，得出不同板材的切割速度，当水压力为75000PSI时，切割速度（单位mm/min）如表1所示。

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0 引言

数控火焰切割机是一种使用数控系统控制切割系统，利用氧气加丙烷等燃烧气体对金属材料进行切割的设备。切割过程利用气体火焰将金属材料加热到燃点，在金属材料燃烧熔化的同时，利用高速氧气流将熔渣吹除，从而形成切口[1]。由于可切割厚度大、切割成本低，数控火焰切割机广泛应用于机车车辆等行业。但是，火焰切割的热影响区较大，所以切割变形大的问题经常存在且难以避免，探索出有效控制变形的方法，是提高火焰切割质量的重要手段。

1 产生切割变形的理论分析

金属板材在火焰切割时产生切割变形，主要有以下三方面的原因：（1）金属板材在轧制或开卷过程中难免存在分布不均匀的残余内应力；（2）金属板材在切割过程中，受局部高温热源的影响，沿切割方向急剧膨胀，而周围母材金属又会限制这种膨胀，从而在切口边缘产生不可抵消的应力，当应力超过金属的屈服强度时，就产生压缩塑性变形；（3）在冷却过程中，金属板材沿切割方向产生一定的收缩变形，同时受周围母材金属的限制，材料内部会产生一定的拉应力。由于这种不均匀的加热和冷却，材料内部的应力不可能平衡和完全消除，所以在材料内部应力的作用下，被切割的零件会发生不同程度热变形，表现为零件形状扭曲和尺寸偏差。

影响切割变形的因素主要有切割速度、割嘴的型号及其高度、切割程序等。根据板材厚度选择合适的切割速度和割嘴型号，控制好割嘴与板材之间的距离，能有效控制热输入量，减少切割变形。切割程序的合理与否，直接影响着切割质量。

2 切割变形分析及控制

从出口澳大利亚PN机车制造过程中几种零件的切割变形实际出发，分析这几种不同形状特征的零件产生切割变形的原因，优化切割工艺，达到有效控制切割变形的目的。

2.1 单一规则零件的切割

以PN机车构架上某零件的切割为例，该零件板厚为10mm，其特点是外形比较规则，可采用多只割嘴同时切割，同时零件的长宽比比较大。图1中1-A模型所示为三只割嘴同时切割该零件的常规程序，箭头方向为割嘴的运行方向，虚线为切割空程。每只割嘴切割完A的所有孔之后从a点引入切割A的外形，然后切割B的所有孔，再从b点引入切割B的外形。实践证明，按该程序切割出的零件，大部分会有不同程度的变形，表现在零件上是实际的孔中心线的一端偏离理论位置，最大偏离量达4mm（图2）。

分析变形的原因，主要是因为零件长宽比比较大，长边的热应力不均衡引起变形。图1中，从a点起沿边1切割A时，钢板处于静止状态，钢板框架上边1和边2上的热应力基本是平衡的，零件基本不产生变形。但沿边3切割B时，由于边2离边3很近，所以切割边3的过程也是加热边2的过程，这时边2和边1的所受的热应力就不平衡了，所有边1上的应力之和使所有的边1同时收缩，从而使钢板框架向右偏移，导致割嘴割至下端时，之前割好的孔已随框架发生位移，从而出现图3所示的偏差。

基于以上分析，改用图1中1-B所示切割模型，该模型将A和B看作整体，先切割所有内孔，然后依次按照1-7的顺序依次切割各边，其中边4为共用边。这样在切割完B时，边2与边4上应力相平衡，切割A时，边4与边6上的应力也基本平衡，钢板框架不会偏移，从而能保证所有孔的位置的准确度。

图1 单一规则零件切割模型

图2 零件变形示意图

细长直条是一种特殊的长宽比比较大的规则零件，用常规方法切割时常常出现旁弯现象，为此可采取以下切割技巧：多割嘴同时切割，先切割稍大于零件长度的直线条，待钢板冷却后，再沿宽度方向切割所需要的长度。在各割嘴火焰强度基本一致的情况下，零件长度方向的两边是同时受热的，因此不会出现旁弯。

2.2 单一异形零件的切割

以PN机车车架上某零件的切割为例，该零件厚度为6mm，其特点是外形不规则且尺寸较大。切割这类零件时，为提高板材利用率，常采用套料的方式。图3中3-A为常规的切割程序模型，每只割嘴先从a点引入切割A，再从b点引入切割B。实践结果表明，有近50%的零件会产生旁弯变形，而且由于该零件板料较薄，所以最大变形量可达5-7mm。

分析其变形原因：切割A时，后切割的边2轮廓长度大于先切割的边1的长度，所以边2上的收缩应力超过了边1上应力的作用，同时因为边2轮廓是凹边，所以钢板的凸边对边2的收缩有一定的阻碍作用，在合应力的作用下，零件变形较小且钢板框架基本没有位移；切割B时，先切割的边3产生的应力比很大，后切割的边4上的应力，以及钢板凸边对边3的阻碍作用，只能抵消很小一部分边3上的应力，所以零件变形比较大。

基于以上分析，改用图3中3-B所示切割模型，A的切割程序不变，切割B时，从b点引入，逆时针切割，这样就保证了作用在B上的合应力最小，从而最大限度地控制变形。

无论是规则零件还是异形零件，如果零件较长且尺寸较大时，采用间断切割法，是一种有效控制切割变形的方法。间断切割法是在零件的周边上设置一些暂时不切割的点，用以连接切割零件与钢板，防止零件变形，等钢板冷却后再断开这些点。

切割变形不仅与切割零件的形状有关外，还与钢板的厚度、切割零件在钢板上的位置、以及切割零件和钢板的相对大（下转第24页）（上接第62页）小有关。一般来讲，钢板越薄，切割变形越大；切割零件离钢板中心越近，变形越小；切割零件相对钢板越大，变形越大。

图3 单一异形零件切割模型

2.3 多零件套料切割

当一张板上切割多种零件时，需要对整张板进行套料切割，影响切割变形的因素也变得很复杂。要能平衡变形应力，切割方向和切割顺序就显得尤为重要。

2.3.1 切割方向

合理的切割方向应该是要保证最后切割的一边与钢板的大部分分离。如果切割零件过早和钢板的大部分分离，那么周边的框架因为太轻而不能够抵消切割时产生的热应力，造成切割零件的变形或者板材框架的位移，从而出现尺寸超差。

2.3.2 切割顺序

合理的切割顺序也是控制切割变形的有效措施，经过大量探索实践，一般应该遵守“先内后外、先小后大、先圆后方”的原则[2]。先内后外，即先切割零件的内轮廓或者内轮廓中嵌套的零件；先小后大，即先切割小尺寸零件，产生的热量相对较小，对零件影响也小；先圆后方，即先切割圆形孔或者圆形零件，使产生的热量辐射向外传递，钢板内部的应力相对比较平衡。

2.3.3 应用SigmaNEST套料软件

SigmaNEST软件是一款融合了先进自动套料技术、加工轨迹优化技术和自动化管理技术的自动套料软件。在控制切割热变形方面，该软件有留割、搭桥、工艺筋、最小热量法等几种方法。留割是在大尺寸零件的边上留几段15-30mm的桥不切割，使之与母板相连，以牵制零件收缩变形；搭桥是在套料完成后，在零件之间增加一定宽度的桥，将相邻零件看作一个整体切割，达到相互牵制、降低变形的目的；工艺筋是在零件内部的大开孔上预留一定宽度的工艺拉筋，用于减小零件内孔的收缩；最小热量法是SigmaNEST软件中，按照最小热变形量设定的切割路径，实际编程中，也可以根据套料情况更改切割路径，降低变形量。

3 结语

数控火焰切割时，采用共边、留割、搭桥、留工艺筋等技巧，从切割方向、切割顺序等方面着手，编写合理的切割程序，能有效减少切割零件的热变形，提高切割质量，从而降低生产成本。