金属板材数控切割机高效加工实例分析

一、前言

    基于平面金属材料的数控切割机加工，是对传统手工切割下料方式的换代升级，在生产效率上优越性也是相当显著的。在现代企业制度下，提高经济效益是企业生产经营的出发点和落脚点。要提高企业经济效益，关键在于加强企业成本管理，不断降低产品成本，这已成为人们的共识。以煤矿机械制造企业为例，金属板材要占公司总成本的60％以上．而气体燃料也要占切割总成本的60％以上。根据调查显示，机械制造行业已经进入微利时代。对于金属板材使用大户来讲，提高金属板材利用率，提高切割效率，是降低企业生产成本的最直接、最行之有效的解决办法。本文所有数据由武汉嘉倍德科技有限公司根据实际操作情况统计，鉴于实例板材切割企业的要求，本文不提供实例切割照片。

二、数控切割机加工方式介绍

    在数控切割机设备的材料切割应用中，主要采取的热切割加工方式中，以火焰切割、等离子切割以及激光切割表现居多；而在国内市场来看，上述三类切割方式中，以火焰切割和等离子切割所占市场份额较大，其主要原因还是体现在设备的购置成本以及后期使用成本相对经济。基于两类切割方式的数控切割机设备又数控火焰切割机和数控等离子切割机。
    目前，我国许多制造企业对金属板材下料．特别是数控切割方而，只满足于“可以切”的基本要求。只要能够编程，生成切割程序，可以切割就行了，忽视了切割效率和金属板材利用率。围绕这个出发点，我们在现有设备及软件技术的基础上对数控切割技术进行不断的改革和试验，寻找新的切割方法。试验证明“共边切割、连续切割”的方法是可行的。
    通过大量的切割实践和统计数据证明：使用共边、借边、桥接、连续切割等高效切割技术和工艺，可直接减少预热穿孔70％，减少切割路径30％，提高切割效率40％，提高板材套料利用率3％一5％，同时，有效节省火焰、等离子割嘴电极等耗材以及节省水电气等能源40％的消耗。

    1. 正常切割
    每个零件都要预热穿孔，每个零件切割一周．这种通常的切割方法明显造成相同或临近的直线边重复切割，这样就会降低切割效率和钢材利用率．同时大量的预热穿孔还对火焰和等离子割嘴电极以及切割氧和电力产生大量的消耗。
    2. 共边切割
    实现不同大小，不同形状零件的共边套料和借边切割，实现共边零件与不共边零件的混合套料切割。采用共边切割方式，在整板套料和余料板套料的基础上，实现多个零件共边切割，可以达到减少切割路径，提高切割效率，又可以减少零件间距，提高金属板材利用率的目的。
    3. 桥接切割
    实现零件成组成片桥接连割。使用桥接连续切割方法，实现零件成片成组连续切割，有效减少预热穿孔个数，缩短切割时间，提高切割效率，降低火焰等离子易损件消耗。
    4. 零件短空程连续切割
    类似于桥接功能，实现相邻几个零件的引入引出线连接。实现连续切割，避免了火焰等离子的预热穿孔．从而有效节省割嘴电极，预热氧，节省耗材，提高切割效率。

 为了方便用户深入学习和掌握高效切割加工技巧，武汉华宇诚数控科技有限公司技术部门针对数控火焰切割机及数控火焰切割机的实际切割情况，分别通过实操及切割数据统计。

三、数控火焰切割机应用实例分析

    1. 设备厂家：武汉嘉倍德科技有限公司生产的YCLM-4000型龙门式数控火焰切割机。火焰割炬采用上海捷瑞。割嘴采用上海气焊机厂的乙炔快速割嘴。气体：氧、乙炔。软件：华宇诚数控科技“YCZN”自动编程软件；数控切割机操作系统软件；FastCAM“HYCOEM”版辅助软件。数控切割机周围环境温度33°C。
    2. 实施板材切割速度：0-700mm/min。
    3. 基础数据：钢板尺寸：25×1803×10205。材质：Q345B。零件总数量77个，零件类型77种。
    4. 标准套料切割状态时数据：零件之间距离6mm（大于2倍割缝以上)，零件与板边间距3mm(大于l倍割缝值以上)，实际套料零件数77个，实际套料零件类型77种，所需板材2张。
    5. 混合共边套料状态时数据：零件之间距离2mm（1倍割缝值)，零件与板边间距2.5mm，实际套料零件数77个，实际套料零件类型77种，所需钢板1张。
    6. 比较结果如下：
    6.1）从板材面积上
    标准切割：使用2张板材，第一张板材的利用率为82.05％，第二张板材的利用率为10.78％。
    共边切割：只需l张板材。利用率为92.83％。
    使用结果：直接减少了一张钢板的切割，避免产生余料。
    6.2）从切割效率上
    标准切割：切割长度113.529米+24.828米=138.357米。
    共边切割：切割长度88.357米。
    使用结果：切割长度有效减少了50米，即减少36%，按照实际火焰切割速度为450mm／min，节约约了111.11分钟，按照气体消耗量为2.8m3／小时计算，共节约气体5.19m3。
    6.3）从穿孔数量上
    标准切割：一共有77个直接穿孔点。
    共边切割：实际在板上的穿孔点为13个，其他的全部为借边，而不是穿孔。
    使用结果：节省了64个正常预热穿孔点，减少率为83％。按照周边实际环境温度20 ℃时预热时间70秒计算，节约约了74.67分钟，按照气体消耗量为2.8m3／小时计算，共节约气体3.48m3。
    7. 结论
    根据以上数据可以得出，使用混合共边进行切割是有效节约板材，提高切割效率，节约成本的方法之一。完成所计划零件切割能够节省大约185.78分钟的时间，可以节省气体损耗为8.67m3，同时还减少了吊换板材过程的时间。

四、数控等离子切割机应用实例分析

    1. 设备厂家：武汉华宇诚数控科技有限公司生产的YCLM-4000型龙门式数控等离子切割机。等离子电源采用美国海宝POWERMAX65A电源，割炬为海宝原装割炬（15M割炬线）。华宇诚数控科技“YCZN”自动编程软件；数控切割机操作系统软件；FastCAM“HUAYUCHENGOEM”版辅助软件。数控切割机周围环境温度30°C。
    2. 实施板材切割速度：0-3500mm/min。
    3. 等离子切割成本产生分析
    根据各个等离子电源生产厂商的官方数据和实际使用经验，在进行等离子切割时，每进行一次穿孔将会对等离子割炬的电极及割嘴进行破坏，这种破坏的程度要远远大于正常切割时的损耗。因此，等离子切割的费用除正常的用电损耗外，主要由穿孔造成的。减少板材切割中的穿孔次数是减少等离子切割费用的主要措施。
    4. 基础数据：钢板尺寸：12×1500×8000。材质：Q345B。零件总数377个，零件种类8种。
    5. 标准套料切割状态时数据：零件之间距离6mm（大于2倍割缝以上)，零件与板边间距2mm(大于l倍割缝值以上)，实际套料零件数377个，实际套料零件类型8种，所需板材2张。
    6. 混合共边套料状态时数据：零件之间距离2mm（1倍割缝值)，零件与板边间距2mm，实际套料零件数377个，实际套料零件类型8种，所需钢板2张。
    7. 切割结果比较：
    7.1）从板材面积上
    标准切割：使用2张板材，第一张板材的利用率为84.68％，第二张板材的利用率为53.99％。
    共边切割：使用2张板材，第一张板材的利用率为92.52％，第二张板材的利用率为46.15％。
    使用结果：从第一张整版可以看出，板材利用率提高了7.84％。从第二张整版上可以看出，板材节约了7.84％。
    7.2）从切割效率上
    标准切割：第一张板上的切割长度214.161米，第二张板上的切割长度为132.682米。
    共边切割：第一张板上的切割长度172.895米，第二张板上的切割长度为76.48米。
    使用结果：第一张板和第二张板上的实际切割长度有效减少了97.968米，分别减少了19.2%和42.3%。
    7.3）从穿孔数量上
    标准切割：第一张板上的穿孔数为225个，第二张板上穿孔数152个。
    共边切割：第一张板上的实际穿孔数为48个，其它为边缘切割。第二张板上穿孔数12个，其它为边缘切割。
    使用结果：节省了317个正常穿孔点，减少率为84.1％。
    8. 结论
    根据以上数据可以得出，使用混合共边进行切割不单单可以增加板材的利用率，减少穿孔数量才是我们最大的实惠。通过这种方式切割可以使等离子切割电源用电及易损件的消耗降到最低。完成所计划零件切割能够节省大约165元易损件消耗，同时还减少了切割长度。