机械设计及其自动化专业导论论文Word文档下载推荐.docx

1、To make a device, cutting is almost an Inevitable step, expecially making some of the device that require highly complicated and accurate and the cutting accuracy requirements are more and more harsh. In the age of mechanical automation, manual cutting needs workers labour force and attention higher

2、 and higher. Moreover, the cutting accuracy requirements of the manual control of machinery are not enough to meet the needs of the times. Thus, so many styles of automatic cutting technology is in the rapid development. Therefore, please let me introduce the machinery cutting technology simply, tha

3、nks. - 1 - 1.机械切割概述 切割是一种物理动作。狭义的切割是指用刀等利器将物体（如食物、木料等硬度较低的物体）切开;广义的切割是指利用工具，如机床、火焰等将物体，使物体在压力或高温的作用下断开，这里我们谈的是广义的，大型的，利用机械进行的制造的切割。切割在人们的生产、生活中有着重要的作用。机械切割目前在我国的钢材切割下料消费中占主导位置，设备保有量大，应用十分普遍，是钢材切割下料的主要消费设备，同时也是材料糜费的主要渠道。随着现代机械加工业地发展，对切割的质量、精度要求的不断提高，对提高生产效率、降低生产成本、具有高智能化的自动切割功能的要求也在提升。数控切割机的发展必须要适应现代

4、机械加工业发展的要求。切割机分为火焰切割机、等离子切割机、激光切割机、水切割等。激光切割机为效率最快，切割精度最高，切割厚度一般较小。等离子切割机切割速度也很快，切割面有一定的斜度。火焰切割机针对于厚度较大的碳钢材质。在机械加工过程中，板材切割常用方式有手工切割、半自动切割机切割及数控切割机切割。手工切割灵活方便，但手工切割质量差、尺寸误差大、材料浪费大、后续加工工作量大，同时劳动条件恶劣，生产效率低。半自动切割机中仿形切割机，切割工件的质量较好，由于其使用切割模具，不适合于单件、小批量和大工件切割。其它类型半自动切割机虽然降低了工人劳动强度，但其功能简单，只适合一些较规则形状的零件切割。数控

5、切割相对手动和半自动切割方式来说，可有效地提高板材切割地效率、切割质量，减轻操作者地劳动强度。在我国的一些中小企业甚至在一些大型企业中使用手工切割和半自动切割方式还较为普遍。我国机械工业钢材使用量已达到3亿吨以上，钢材的切割量非常大;随着现代机械工业的发展，对板材切割加工的工作效率和产品质量的要求也同时提高。因而数控切割机的市场潜力还是很大、市场前景比较乐观。2.机械切割机的分类 2.1数控火焰切割机 数控火焰切割机数控切割机（CNC Cutting Machine）就是用数字程序驱动机床运动，搭载火焰切割系统，使用数控系统来控制火焰切割系统的开关，对钢板等金属材料进行切割。这种机电一体化的切

6、割设备为数控火焰切割机。数控火焰切割机可分为3大部分:数控系统、火焰切割系统、驱动系统，不同厂家生产的大体相同。数控火焰切割机切割具有大厚度碳钢切割能力，切割费用较低，但存在切割变形大，切割精度不高，而且切割速度较低，切割预热时间、穿孔时间长，较难适应全自动化操作的需 - 2 - 要。它的应用场合主要限于碳钢、大厚度板材切割，在中、薄碳钢板材切割上逐渐会被等离子切割代替。数控火焰切割机将传统的火焰切割方式与数控自动化技术相结合，可用于6mm厚度以上的碳板及普碳板切割加工，考虑到国内市场的钢材使用情况，数控火焰切割仍然占有较大的市场。 数控火焰切割机的切割方式跟数控等离子切割机的切割方式是不同的

7、，火焰切割是利用高温火焰将钢板表面的某一点加热至燃点，并充以高压氧，使之燃烧形成切口的切割方法。 通常火焰切割时需要燃气和氧气，而火焰的可用燃气有三种:煤气，丙烷，乙炔。其中煤气发热量最小，丙烷其次，乙炔发热量最大。发热量越大，切割越快，燃烧速度越快，切割效果就越好。火焰切割时只能切割容易氧化的金属，含碳量比较高的火焰是很难切割的。火焰切割的厚度一般都是6mm以上的碳钢，对于6mm以下的板材虽然也可以切割，但是因为板材较薄，因为火焰切割的方式是利用高温火焰将钢板表面的某一点加热至燃点，并充以高压氧，使之燃烧形成切口的切割方法。所以在切割板材时容易使得产生板材热变形，切割出来的板材就达不到好的效

8、果。一般火焰数控切割机可以切割到200mm，再经过特殊改造后可以切割350mm。在切割速度上，数控火焰切割比人工切割要快上很多倍。但是比等离子切割又稍慢一些。用20mm厚的板材做比较。火焰切割速度大约每分钟450mm/min，等离子切割速度大约每分钟1500mm/min。在切割效果上火焰切割的垂直度要比等离子的切割垂直度要好，火焰切割割面是垂直的，等离子切割割面有一定的倾斜。2.2数控等离子切割机 数控等离子切割机（CNC plasma cutting machine）结合简单易用的数控系统，利用高温在喷嘴处喷射出来的高速气流离子化，从而形成导电体。当电流通过时，该导气体即形成高温等离子电弧，

9、电弧的热量使工件切口处的金属局部熔化（和蒸发），并借助高速等离子气流的动力排除熔融金属以形成切口的一种加工方法。利用环形气流技术形成的细长并稳定的等离子电弧，保证了能够平稳且经济地切割任何导电的金属。数控等离子切割机以工作方式来分:有干式等离子、半干式等离子、水下等离子之分;以切割质量来分有普通等离子、精细等离子、类激光等离子等。 数控等离子切割机主要的应用领域为:不锈钢、铸铁、铜、铝及其他有色金属的板材或厚度在6mm以下的薄板等，主要用于平面切割非规则图形，理论上只要用AUTOCAD能画出来的图形就能切割（半径小于2倍等离子割缝宽度的图形无法切割）。数控等离子切割机前景:由于数控等离子切割机

10、本身切割速度快，切割质量好的优点，在不久的将来定会代替部分的人工等离子切割、人工火焰切割机及数控火焰切割。- 3 - 数控等离子切割机具有操作简单、精确度高、工作效率高、劳动强度低等多种优点,在多个种类的加工件中应用十分广泛。数控等离子切割机常被应用于多个行业,如:化工机械、汽车工业、通用工程机械等。对于那些采用传统方式难以切割的材料,可通过数控等离子切割机完成。此外,在切割速度上,在切割小厚度普通碳素钢薄板时,数控等离子切割速度快于传统氧切割速度的数倍,同时,切割面保持光洁,热变形情况较好。数控等离子切割机切割件质量对于产品质量有着十分关键的影响,科学合理的优化切割路径具有重要价值。切割件热

11、变形的原因分析在进行等离子切割机操作的过程中,出现时热变形的情况的概率较小,然而,在金属板材轧制和冷却中难以避免产生残余内应力。这是因为,在切割过程中,由于受到局部高温热源因素的影响,金属板材会沿着切割的方向发生膨胀,膨胀后的金属板材周围的母板便会受到一定的限制,导致金属板材在切口边缘的位置上发生较大的应力作用。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，2012年以来随着大功率等离子切割技术的成熟切割厚度已超过15mm，拓宽了数控等离子切割机切割范围。缺点:1.切割20mm以上钢板比较困难，需要

12、很大功率的等离子电源，成本较高。2.切割厚板时，割口成V。优点:1.切割领域宽，可切割所有金属板材;2.切割速度快，效率高，切割速度可达10m/min以上;3.切割精度比火焰切割高，水下切割无变形，精细等离子切割则精度更高。2.3数控激光切割机 工业母机式机床设计，确保了激光切割过程的高速和稳定，选配不同功率的光纤激光器，能对各种金属和材料进行切割打孔高速精密加工，配合跟随式动态调焦装置，在切割过程中，始终能够保持切割品质如一，不失为一款高性价比的大幅面激光切割机。可加工的材料:不锈钢、碳钢、合金钢、硅钢、弹簧钢、铝、铝合金、镀锌板、镀铝锌版、酸洗板、钛等金属板材及管材切割。适用行业:广泛应用

13、于钣金加工、广告标牌字制作、高低压电器柜制作、机械零件、厨具、汽车、机械、金属工艺品、锯片、电器零件、眼镜行业、弹簧片、电路板、电水壶、医疗微电子、五金、刀量具等行业。- 4 - 各行业对数控激光切割机提出了下列要求:汽车发念头和车身冲压件出产线具有连续、高效、高可靠性的特点，汽车行业要求能专门研究汽车零部件的工艺特点、与汽车行业相互交流共同研发具有模块化、系列化的成套柔性出产线。柔性出产线以汽车发念头缸体、缸盖、曲轴、连杆、凸轮轴、箱体等枢纽加工件加工为对象，适应混流出产的模块快速组合可重组出产线，把握机能评价、误差溯源、质量控制与治理集成技术，开发高速精密、机能可靠的数控切割机，同时具有高

14、速取料、辅助设备如具有去毛刺功能等。大型船舶的枢纽加工件集中在大功率柴油机的机座、机架、气缸体、缸盖、活塞杆、十字头、连杆、曲轴，以及减速箱传动轴、舵轴和推进器等，枢纽加工件材质为特种合金钢，一般为小批加工，要求加工成品率100%。枢纽加工件具有重量大，外形复杂、精度高，加工难度大等特点。大型船舶枢纽件加工需要具有大功率、高可靠性以及多轴的重型、超重型数控切割机。发电设备枢纽加工件重量大，外形特殊、精度高、加工难度大、价格昂贵，如核电站压力容器单件重达400500吨，大型汽轮机和发电机的转子单件重超过百吨，要求可靠工作30年以上。因此，发电设备枢纽件制造需要的数控切割机特点是大规格、高刚度、高

15、可靠性。航空产业典型零件的结构特点是大量采用整体薄壁结构，外形复杂。为了增加航空器的机动性，增加有效载荷和航程，降低本钱，进行轻量化设计和广泛采用新型轻质材料。大量采用铝合金、高温合金、钛合金、高强度钢、复合材料、工程陶瓷等。结构复杂的薄壁件、蜂窝件外形复杂，孔、空穴、沟槽、加强筋等较多，工艺刚性差。根据航空产业加工件的结构特点和加工要求，要求数控切割机具有足够的刚性、操纵简朴、人机界面清晰、要求样条插补、过程平均控制，以减少对拐角处加工精度的影响，具有在线丈量仿真功能。2.4数控高压水射流切割机 技术简介:超高压水射流机，是将水流的压力提升到足够高，使水流具有极大的动能，可以穿透化纤、木材、

16、皮革、橡胶等软体材料;在高速水流中混合一定比例的磨料，则可以穿透几乎所有坚硬材料如陶瓷、石材、玻璃、金属、合金等。因此，被称为“万能切割机”。它是一种全新的“冷态切割工艺”。它在加工过程不产生热效应、不变形、不改变切割对象的性状、切割对象损耗小。具有无高热、无烟灰、无废气、无废水等符合环保的优点。技术开发单位把火炮身管疲劳寿命增强理论和技术应用到本项目中来，首先解决了“水刀”的容器的生产保障。并陆续研发成功超高压密封材料、密封组件。为“水刀”的国产化打下了坚实的基础。成功推出国产第一套商品化“水刀”。已形成数控水刀系列产品，现已具备规模化投产的条件。- 5 - 主要技术指标:最高工作压力420

17、MPa，高压部件使用寿命2000小时以上。技术特点:“水切割”工艺与现有机械切割工艺和烧蚀切割工艺相比，具有如下优越性: （1）切割对象可谓“无所不包”，从凝胶体到高硬度或高弹性材料和特殊结构材料，均可一机通“吃”，因而有“万能切割机”之誉;（2）切割时不会产生机械堑力破坏或热效应，工件无需修补或除应力处理;（3）切缝窄（小至0.3mm）、切割面光滑（粗糙度可达3.2），一般不需再加工。 适用范围:数控水刀可以用于几乎所有材料切割加工，应用行业不胜枚举。目前主要应用如下行业或领域:（1）金属板材及钣金加工行业:金属钣金件可一次加工成形，适合多品种、小批量加工。（2）玻璃、石材、陶瓷等建筑装饰及

18、广告行业:可用于各种材料任意复杂图形高效加工。（3）汽车、兵器、航空航天等领域:可广泛用于切割汽车内饰件及船舶、航空领域的零件加工或整体切割。2.5其它数控切割机 包括数控管材切割机，数控型钢切割机，数控坡口切割机，数控木工切割机，这些专用切割设备主要应用于各种专用型材地数控切割，市场上生产厂家不多，也就不一一介绍了。3.总述发展趋势 1、数控切割机的发展:从几种通用数控切割机应用情况来看，数控火焰切割机功能及性能已比较完善，其材料切割的局限性（只能切割碳钢板），切割速度慢，生产效率低，其适用范围逐渐在缩小，市场不可能有大的增加。等离子切割机具有切割范围广（可切割所有金属材料），切割速度快，工

19、作效率高等特点，未来的发展方向在于等离子电源技术的提高、数控系统与等离子切割配合问题，如电源功率的提升可切割更厚的板材;精细等离子技术的完善和提高可提高切割的速度、切面质量和切割精度;数控系统的完善和提高以适应等离子切割，可有效提高工作效率和切割质量。激光切割机具有切割速度快，精度和切割质量好等特点。激光切割技术一直是国家重点支持和推动应用的一项高新技术，特别是政府强调要振兴制造业，这就给激光切割技术应用带来发展机遇。在国家制定中长远期发展规划时，又将激光切割列为关键支撑技术，因为它涉及国家安全、国防建设、高新技术的产业化和科技前沿的发展，这就把激光切割提升到很 - 6 - 高的重视程度，也必

20、将给激光切割机的制造和升级带来很大的商机。 前几年，国内在销的激光切割机大部分为国外进口产品，国内产品所占份额甚小。随着用户对激光切割技术特点的逐步深入了解和示范性采用，带动了国内企业开发、生产激光切割机。2、专用数控切割机的发展:数控管材切割机适用于各种管材上切割圆柱正交、斜交、偏心交等相惯线孔、方孔、椭圆孔，并能在管子端部切割与之相交的相惯线。这种类型的设备广泛应用于金属结构件生产，电力设备、锅炉业、石油、化工等工业部门。数控坡口切割机是行内比较高端的产品之一，此类型设备的回转坡口切割功能可以满足焊接工艺中不同板材开不同角度坡口的要求。随着我国造船业的发展，船厂在国内率先引进和使用了数控等

21、离子切割机。随着技术的发展，国内外船厂纷纷配备具有回转坡口切割功能的数控等离子切割机，以满足高技术、高附加值船的建造要求。4.结语 从各种数控切割机应用情况来看，国内生产的数控切割机的技术水平、整机性能等整体水平都取得了可喜的进步，逐步赶上国际先进水平，满足用户的需要，进一步提高了市场竞争力。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。从发展趋势来看，数控切割机市场上数控火焰切割机将保持其基本市场，水射流切割市场将会有一定程度增加，而数控等离子切割机、数控激光切割机将成为板材切割市场中的主流力量，专用型材数控切割设备、接触式和非接触式非金属专用数控切割设备也将会有较大的发展空间，整个数控切割机市场将不断扩大。提高数控切割机的生产效率和切割质量，降低生产使用成本，提高整机自动化水平和系统稳定性，完善系统功能成为其技术发展的方向。- 7 -