目录
台式数控等离子切割机
1.等离子切割机的发展历史
2.1等离子切割种类介绍
2.2 等离子切割电源
2.3 数控技术的现状与发展
1.4 数控等离子切割系统的抗干扰措施
3.研究现状
3.1.国外研究现状
3.2.国内研究现状
1.数控系统与等离子系统的电磁兼容技术
2.符合热切割工艺要求的专用控制软件
3.大功率等离子系统
结论
参考文献：
台式数控等离子切割机
摘要：本文介绍了数控等离子切割机的工作原理是通过控制离子体所形成的高能量来对金属进行切割、焊接和喷涂的，并利用数控技术使其自动化工作。并简述了数控等离子切割机的发展历史及在国内外的发展情况和研究成果。目的在于更加专业化的去总结在大学四年所学的知识，同时增强自己对数控等离子切割机的了解。由于水平有限，文中难免会有错漏之处，敬请读者批评指正。
关键词：数控等离子切割机；离子体；数控技术；
前言：目前，正处于科学技术飞速发展的信息时代，自动化、最优化、集成化、智能化和精密化等使现代机械制造业正经历着巨大的变化，也是今后发展的必然趋势。而台式等离子切割机是由原来的手工操作走向自动化、智能化和精密化的机器。
数控等离子切割机广泛运用于汽车、机车、压力容器、化工机械、核工业、通用机械、工程机械、钢结构等各行各业。并主要通过从水蒸气中获取等离子这样安全，简便，有效，多功能且环保的方法对0.3mm以上厚度的金属进行热加工处理（切割，熔焊，钎焊，淬火，喷涂等等），这在金属加工工业史上实属首创。而且数控等离子切割机更加可以用薄片分层叠加成型法，利用计算机根据所要设计工件形状来编写程序的指令来切割所需要的图形的设备，为生产复杂零件的模具提供了一种新的方法。
正文：
1.等离子切割机的发展历史
等离子技术开始于二战时期军工加工领域，因为当时的战局对武器装备的加工速度和品质要求极其强烈，这就促使人们不断地去研究新技术，有很多现代所用的技术都是在那个时候产生的，等离子技术就是其中之一。在二战时期，等离子最初是应用于焊接领域，当时人们发现通过电流电解的气体可以在焊接点附近形成一道屏障，以防止氧化。从而使得焊缝更加整齐，连接结构的强度更坚固。再后来，人们发现加快气流速度和缩小气孔会引出温度极高的电离弧，而这个温度是当时传统加工工艺所不能及的，因此等离子不仅再作为焊接保护手段更作为直接的焊接工艺出现在人们的视野，这使得军工加工速度和品质成倍的翻新。后来等离子弧渐渐的应用于热切割领域，并表现出了优秀的性能，等离子电弧的引入革命性地提高了切割速度、精度以及切割材质的种类，使人类的加工业获得了质的提高。
在1948年，美国军方对军械的精度要求越来越高，一般的加工设备难以适应，；美国美国帕森斯公司提出了数字脉冲控制机床的设想，为数控技术的出现奠定了理论依据。在1949年，该公司和麻省理工学院开始了共同研究。1952年，终于试制出第一台三坐标数控铣床。为数控技术投入了实际生产中打下了基础。在20世纪80年代初以来，随着计算机软、硬件技术的发展，出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控装置；数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上；数控机床的自动化程度进一步提高。因此，数控技术水平的高低已经成为衡量一个国家机械制造业水平的重要标志。
过去，在切割生产中，下料主要靠氧气乙炔的手工割炬来手工切割，这种加工方法效率低下、切割精度不高、且浪费原材料。然而将等离子切割技术与数控技术相结合的数控等离子切割技术却具有效率高，切割精度高，自动化程度高，节省能源和材料，并可以对几乎所有的金属材料进行切割，且数控等离子切割还有着切割速度快，工件变形小等优点。使得数控等离子切割技术是现代金属切割技术发展的趋势之一。
2.1等离子切割种类介绍
1.普通等离子弧切割。根据所使用的主要工作气体，主要分为氩等离子弧切割、氧等离子弧切割。氧等离子弧切割和空气等离子弧切割等几类。切割电流一般在100 A以下，切割厚度小于 30 mm。
2.再约束等离子弧切割。根据等离子弧的再约束方式，主要分为水再压缩等离子弧切割、磁场再约束等离子弧切割等。由于等离子弧受到再次压缩，其电流密度、切割弧的能量进一步集中，从而提高了切割速度和加工质量。
3.精细等离子弧切割。等离子弧电流密度很高，通常是普通等离子弧电流密度的数倍，由于引进了诸如旋转磁场等技术，其电弧的稳定性也得以提高，因此，其切割精度相当高。国外的精细等离子切割表面质量已达激光切割的下限，而其成本只有激光切割的三分之一。
2.2 等离子切割电源
原先在我国应用较多的高漏抗变压器加二次侧整流式的切割机电源已逐渐被逆变式等离子切割电源所代替，其原理如图1所示。国产等离子电源大多用于手工切割和配在小车切割机上，近年来由于性能有所改善，因此也逐步配用于数控切割机，但仍需进一步提高。
2.3 数控技术的现状与发展
计算机技术的飞速发展推动了数控技术的更新换代，而这也日益完善了数控等离子切割的高精、高速、高效功能。代表世界先进水平的欧洲、美国、日本的数控系统生产商利用工控机丰富的软硬件资源开发的新一代数控系统具有开放式体系结构，即数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象(数控功能)，形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次产品的开发。
开放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，并向智能化、网络化方向发展。
目前，开放系统具体有2种基本结构：
1.CNC+工控机主板。将一块工控机主板插入传统的CNC机器中，工控板主要用作实时控制，CNC主要用作以坐标轴运动为主的实时控制。
2.工控机+运动控制板。将运动控制板插入工控机的标准插槽中作实时控制用，而工控机主要作非实时控制。
我国生产的数控等离子切割机的数控系统多是在引进国外数控技术的基础上，加以自主开发而成，并逐步形成了更能适应国内用户的数控系统。总体来说，在数控系统方面具备了国外同类系统的基本功能，但与国外先进的数控系统相比，在错误记录、网络化生产、全自动生产等方面还存在较大差距。
1.4 数控等离子切割系统的抗干扰措施
切割电源具有强烈的电磁干扰，这就要求计算机控制系统必须具有很高的抗干扰能力，既能抵抗等离子引弧时的高频干扰，也能抵抗工作时大电流等离子弧的干扰，还能抵抗工作现场的其他干扰源。经过抗干扰设计，改善了数控等离子切割系统的可靠性，其故障率也降低。
3.研究现状
3.1.国外研究现状
在20世纪50年代中期，美国成功研制出了等离子切割技术。近几年来，由于对切割质量、劳动环境等的要求越来越高，国外的大型水下等离子切割法、精细等离子切割法等先进等离子切割技术得到较快发展，其相应产品在我国的市场需求量也逐年上升。而国外数控切割机的生产厂家主要集中在德国、美国和日本。其主要厂家有德国的伊萨(E SAB)、梅塞尔(MESSER)，日本的田中(TANAKA)、小池(KOIKE)，美国的L-TEC、林德(LINDA) 等。能够代表数控等离子切割技术最高水平的一家集中在德国，德国伊萨的数控切割机是当今世界上品种最全，功能最多，水平最高，几乎包括了所有非接触式切割手段的数控切割机。 其中NEC520连续轨迹控制器与RPC600(单台或双台并联)水射流式等离子系统配合可以切割130mm以下金属板材；与HD3070精细等离子配合可对1～12mm金属材料实施高速(7.6m/min)和高精度(接近激光切割下限)切割。
上述配置代表了数控等离子切割机的最高配置，其主要特点如下：
(1)自动化切割即等离子切割的全部过程(如初始定位、引弧、穿孔、切割、调高、升降水等)均在数控指挥下完成，并可通过编程来修改其参数。
(2)多功能即通过加挂不同附件增加数控机床的柔性，为下道工序提供定位、焊接、储存基础。例如打标记功能可提供安装和定位基准。等离子切割可进行X、V、Y和K形等坡口加工，且不仅可完成直线坡口还可完成曲线、圆弧形坡口，为焊接提供方便。
(3)水下切割可有效地减小钢板热变形，充分抑制尘粉、弧光、噪声和飞溅。
美国海宝公司的等离子系统代表着当今世界等离子系统的最高水平，其产品规格覆盖从普通等离子、水射流式等离子直至精细等离子等所有热切割用等离子系统。普通等离子电源输出电流为20～200A，切割厚度可达50mm以下；水射流式等离子电源输出电流最高可达1000A，切割厚度可达130mm以下；精细等离子电源输出电流最高可达100A，切割厚度可达12mm以下 ，其中精细等离子割缝宽0.65～0.75mm，与数控切割机配合可达±0.2mm的切割精度。
3.2.国内研究现状
随着国内经济形势的蓬勃发展以及“以焊代铸趋势的加速，数控切割的优势正在逐渐为人们所认识。数控切割不仅使板材利用率大幅度提高，产品质量得到改进，而且改善了工人的劳动环境，劳动效率进一步提高。目前，我国金属加工行业使用的数控切割机是以火焰和普通等离子切割机为主，但纯火焰切割，已不能适应现代生产的需要，而目前市场需求的数控切割机多为数控等离子切割机，该类切割机可满足不同材料、不同厚度的金属板材的下料以及金属零件的加工的需要，因此需求量将会越来越大，但与国外的差距仍极为明显，主要表现为：发达国家金属加工行业90%为数控切割机下料，仅10%为手工下料；而我国数控切割机下料仅占下料总量的10%，其中数控等离子切割下料所占比例更小。究其原因，较高的设备成本、复杂和维护和操作制约了数控切割在我国的进一步普及。因此国内数控切割机生产厂家引进了国外控制系统技术，经过二次开发后运用到了切割领域中，设计出了适合我国国情的数控切割机。某些厂家开发生产的专用数控切割设备，在技术上已经达到或超过了国外同类产品。
数控等离子弧切割技术是集数控技术、计算机技术、等离子弧切割技术、检测技术、精密机械技术于一体的高新技术。发展数控等离子弧切割机可以彻底改变国内热切割行业的装备水平,扭转热切割工业目前存在的效率低,质量差,劳动强度大,材料利用率低,环境脏乱差的局面,缩小与国外先进国家的差距。
我国数控火焰切割技术起步于20世纪80年代中期，而数控等离子切割机则更晚，大部分的数控等离子切割机以经济型机床(单片机为核心，步进电机为驱动元件)为主。国内曾经从事过数控切割机制造的厂家一度多达50多家，力量分散，许多厂家的前身都是焊割工具厂，技术基础比较落后。在整个80年代，国内企业无论是产品结构还是生产规模方面都无力与国外企业竞争 。
但是进入90年代后，国内的一些公司瞄准世界先进水平，不断开发研制数控切割机的新产品，而且有些产品的主要技术指标已达到国外同类设备的先进水平，同时随着市场经济的调控作用，目前国内生产数控切割机的厂家已调整到20几家。但综合实力较强且有竞争实力的只有梅塞尔切割焊接有限公司、上海伊萨汉考克有限公司、哈尔滨华崴焊切成套设备有限公司、哈尔滨四海数控机械制造有限公司、深圳市博利昌数控切割设备有限公司、无锡华联焊割设备厂、北京百惠宏达科技有限责任公司等几家。他们都有自主科研开发能力，生产规模较大，产品规格齐全，品种多，质量较稳定。在行业中起着中坚力量。
国内一些数控等离子切割产品在许多方面已形成自身独有的特点，实现了“自动化、多功能和高可靠性”。在某些方面，产品的技术性能甚至超过了国外的产品，具体体现在：
1.数控系统与等离子系统的电磁兼容技术
这是数控等离子切割机成功的关键，只有解决了这一难题，才能实现数字控制下的等离子
2.符合热切割工艺要求的专用控制软件
软件的特点如下：
(1)采用图形输入方式，比代码输入更加直观，操作快捷方便。
(2)中文界面，更适合中国国情。
(3)输入方式多元化，所有调控指令化。
(4)利用自动套料编程软件，可提高板材利用率10%左右。
3.大功率等离子系统
该系统具有100%暂载率和完备的数控接口、弧压接口、遥控接口，并提供全套的接口附件，从而实现与数控系统的紧密结合。
结论
随着现代制造业的发展，机械加工对于数控机床提出了更高的要求，等离子切割机作为现造船业、汽车业、航空业重要的数控装备，高速高精度成为其最求的目标。而我国钢产量早已达亿吨级，再加上制造业的蓬勃发展，这必将促进国内数控等离子切割技术的良性发展。总体来说，我国数控等离子切割在基本功能上已达到国外同类产品水平，但要完全达到或超过国外水平还有很长的路要走。国内各企业、科研单位应加大科研力度，重视企业间的横向合作，形成优势互补，并在以下方面争取进一步提高：
1.应加强等离子理论研究与生产的相关转换；
2.等离子电源应进一步提高稳定性；
3.积极开发适合我国国情、经济可靠的数控等离子切割设备；
4.人机对话界面友好，适合切割下料工人操作； e.网络互联功能。
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