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[摘 要]对许多用户而言，数控切割机最常见的故障莫过于尺寸偏差，也就是切割加工出来的零件与正常尺寸相比，过大或者偏小。然而，对于是何原因造成的尺寸偏差，却并不知情。其实，因为结构复杂，造成数控切割机尺寸偏差的原因很多，不但有机械方面，也有软件方面。另外，操作失常、环境因素对于数控切割机的正常使用也有影响。本文主要对数控切割机切割效果与其加工尺寸误差进行研究与探讨，为维修人员更快更准地排除故障提供方便。
[关键词]数控切割机；切割效果；影响因素；尺寸误差
中图分类号：TG48 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）06-0350-01
1 数控切割机的优势
与传统切割机的控制原理不同，数控切割是指在切割机的控制上，采用数字化，这是一种新的控制方法，是以向机器发送数字化的控制指令的方式来完成的。在操作时，只要向切割机的控制装置提供操作指令，机器就能按照人的要求，自动完成切割任务。数控切割机在构造上，由机械构架和数据系统两部分组成。和传统手动控制的切割机相比，不管是切割技术，控制技术，数据切割机都有着较大的优势，而且工作效率和质量也高。
数控系统即控制器，是数控切割机的心脏，即人们所说的编程，包括套料、绘图等细节。切割机编程较复杂，倘若没有做好编程工作，或数控设备操作员没有切割经验，很容易导致切割出现问题，降低切割效率，造成钢材的浪费[1]。这时切得越快，越多，浪费也就越严重。从而使数控切割失去在自动化、高效率方面的优越性，影响正常使用。
2 等离子切割机效果的各种影响因素
等离子切割机是常见的数控切割机，切割速度快、割缝也小。不过，一些用户在使用中也出现许多问题，比如切割速度慢、割面不整、割缝大等。这些故障，有时候是机械自身所存在的问题，但也有可能是用户企业在使用前未能正确设置工作参数所造成的[2]。
2.1 切割电流的变化
想提高等离子弧的功率，增加切割电流无疑是最好的方法，但机器的最大电流是有限制的，若过大，就会造成等离子弧变粗，出现割缝变大，电极寿命下降等问题。
2.2 空载电压与弧柱电压的限制
等离子切割机想要引弧、稳定燃烧，需要电源能为其提供稳定的电压。等离子空载电压一般需要达到120600V，弧柱电压也要达到一半才行。所以在切割中，若是提高弧柱电压，能最大程度加大离子弧的功率，不但可提高切割速度，也能切割大厚度的金属板材。不过，提高弧柱电压一般是通过对气体流量和电极内缩量的调节而实现的。提高弧柱电压有一定的好处，但它也是有限度的，若是超过限度（空载电压的65%），等离子弧就会不稳定[3]。
2.3 气体流量的调节
在一定程度上增加气体流量，有助于增强对弧柱的压缩作用，也可提高弧柱电压，集中等离子弧能量，增强喷射力，还可以有效提高切割质量。不过，当气体流量过大时，弊端也会凸显，比如弧柱变短，热量损失，这样反而使切割能力变弱，切割工作难以正常进行。
2.4 电极内缩量的调节
等离子切割机电极到割嘴的距离被称为内缩量，内缩量调节在合适状态时（一般选择811mm），可以使等离子弧得到合理的压缩，温度变高，能量集中，不过，若内距离过小或过大，也会造成切割能力下降、甚至烧掉割嘴[4]。
2.5 割嘴高度
割嘴端面到被割物的表面距离被称为割嘴高度，一般应设置为4-10mm。电割嘴高度和电极内缩量一样，都需要适当地调节，这样才能保证离子弧正常工作，否则不但会影响到切割效率，还会造成切割质量下降，甚至可能将割嘴烧坏。
2.6 切割速度
上述各个因素主要控制的是离子弧的温度、密度，从而对其压缩效应产生影响。而切割机的切割速度和质量正是由这些因素所决定的。想要提高切割的速度，首先应该保证切割质量，这样不但可提高工作效率，也可减少被割物变形等不良现象。而切割速度不合适，同样有不利影响，会导致切割质量下降，粘渣增加。
3.切割尺寸出现误差的原因分析
在使用过程中，数控切割机切出的产品有时会出现尺寸不准。分析其原因，有很多种，常见的有以下几种：
3.1 图形尺寸出现错误
编程时的一些细节，如套料、绘图过程中出现差错，造成图形尺寸不合格，出现这种情况，量一下尺寸就可以发现问题所在。
3.2 编程软件存在问题
编程软件是数控切割机的核心部件，若编辑软件自身本就有缺陷，或者误差修正功能比较差，会生成错误的指令代码，使机器工作失常。比如：1.行程切入点在引入或者引出上存在误差，这种情况会造成全板套料时工件间距偏差。2.切割尺寸错误，或者补偿方向错误。3.控制代码有累积误差.这种误差的存在，在切割小范围的尺寸时一般没问题，线段很多时，误差就会变得明显；而程序方面出了问题也很容易检查，将数控代码转化成CAD图形，进行仔细的测量即可看出问题，而补偿方向存在的问题则需要通过仿真来检查是否正常【5】。
3.3 切割机工作精度调节不当
对于数控切割机来说，精度主要包含机械精度和电子精度两种。机械精度和传统切割机相似，影响因素包括导轨的水平度、直线度，以及齿轮、钢带等机械零部件。而电子精度主要受到软件的影响。包括数控软件、伺服驱动系统，以及脉冲当量、运动控制卡等。以脉冲当量为例，若是准确度没有调节好，就会造成大零件尺寸误差，切圆不圆等现象。在做精度检查时，可以在割枪上装上划针，运行切割机校正误差程序，就能对其进行检查，从而发现问题。
3.4 割嘴的质量问题与割缝补偿量
割嘴的质量好坏，可以影响到切割侧面的平直度，对于切割物表面质量也有影响。割缝补偿量的标准是，要能和切割下来的割缝宽度保持一致。想要减少割缝补偿量的误差，最好的办法是选择高质量的割嘴。而在割嘴规格的选择上，应与需要切割的金属物料的厚度保持一致。在一点上，应以废料进行试割调整，确保断面平整不挂渣，割缝宽度均匀[6]。最后，可以在不加补偿的情况下，先试切一下，再进行测量，误差有多大，在割缝宽度上补偿多少就可以了。
3.5 切割时的变形处理
切割变形有两种，一种是热变形，另一种则是重力引起的变形。想要预防变形，在编程时要选择准确的引线位置，切割操作时也要选择合适的位置。对于热变形，应配置合格的准确装置，或者选择结构合理的切割平台。
3.6 共边造成的误差
若要使用共边，实际割缝宽度、补偿量、工件等共连处必须一致，这样才会避免切割品大小不一样的现象。
4.结语
数控切割机出现故障的原因很复杂，从上面的论叙可以看出，其误差大致可分为两种，一是割前误差，另一个是割后误差。切割前误差可以通过划线来进行检验，而切割后误差，需要改进切割工艺，以减少误差的发生。
参考文献
[1] 李志伟.典型数控机构传动误差的诊断和补偿技术研究[D].东北林业大学，2012.
[2] 张炳计.基于先进传感的管子切割机器人控制系统设计[D].哈尔滨工程大学，2013.
[3] 向平.具有误差补偿的五轴联动数控管切割机控制系统开发[D].武汉大学，2014.
[4] 解廷利.薄镍板Meso尺度结构电火花线切割加工试验研究[D].大连理工大学，2013.
[5] 陆欲飞.数控等离子坡口切割机构的设计及仿真[D].大连海事大学，2011.
[6] 田国华.四轴联动开放式数控切割机控制系统研究[D].浙江工业大学，2013.
[关键词]数控切割机；切割效果；影响因素；尺寸误差
中图分类号：TG48 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）06-0350-01
1 数控切割机的优势
与传统切割机的控制原理不同，数控切割是指在切割机的控制上，采用数字化，这是一种新的控制方法，是以向机器发送数字化的控制指令的方式来完成的。在操作时，只要向切割机的控制装置提供操作指令，机器就能按照人的要求，自动完成切割任务。数控切割机在构造上，由机械构架和数据系统两部分组成。和传统手动控制的切割机相比，不管是切割技术，控制技术，数据切割机都有着较大的优势，而且工作效率和质量也高。
数控系统即控制器，是数控切割机的心脏，即人们所说的编程，包括套料、绘图等细节。切割机编程较复杂，倘若没有做好编程工作，或数控设备操作员没有切割经验，很容易导致切割出现问题，降低切割效率，造成钢材的浪费[1]。这时切得越快，越多，浪费也就越严重。从而使数控切割失去在自动化、高效率方面的优越性，影响正常使用。
2 等离子切割机效果的各种影响因素
等离子切割机是常见的数控切割机，切割速度快、割缝也小。不过，一些用户在使用中也出现许多问题，比如切割速度慢、割面不整、割缝大等。这些故障，有时候是机械自身所存在的问题，但也有可能是用户企业在使用前未能正确设置工作参数所造成的[2]。
2.1 切割电流的变化
想提高等离子弧的功率，增加切割电流无疑是最好的方法，但机器的最大电流是有限制的，若过大，就会造成等离子弧变粗，出现割缝变大，电极寿命下降等问题。
2.2 空载电压与弧柱电压的限制
等离子切割机想要引弧、稳定燃烧，需要电源能为其提供稳定的电压。等离子空载电压一般需要达到120600V，弧柱电压也要达到一半才行。所以在切割中，若是提高弧柱电压，能最大程度加大离子弧的功率，不但可提高切割速度，也能切割大厚度的金属板材。不过，提高弧柱电压一般是通过对气体流量和电极内缩量的调节而实现的。提高弧柱电压有一定的好处，但它也是有限度的，若是超过限度（空载电压的65%），等离子弧就会不稳定[3]。
2.3 气体流量的调节
在一定程度上增加气体流量，有助于增强对弧柱的压缩作用，也可提高弧柱电压，集中等离子弧能量，增强喷射力，还可以有效提高切割质量。不过，当气体流量过大时，弊端也会凸显，比如弧柱变短，热量损失，这样反而使切割能力变弱，切割工作难以正常进行。
2.4 电极内缩量的调节
等离子切割机电极到割嘴的距离被称为内缩量，内缩量调节在合适状态时（一般选择811mm），可以使等离子弧得到合理的压缩，温度变高，能量集中，不过，若内距离过小或过大，也会造成切割能力下降、甚至烧掉割嘴[4]。
2.5 割嘴高度
割嘴端面到被割物的表面距离被称为割嘴高度，一般应设置为4-10mm。电割嘴高度和电极内缩量一样，都需要适当地调节，这样才能保证离子弧正常工作，否则不但会影响到切割效率，还会造成切割质量下降，甚至可能将割嘴烧坏。
2.6 切割速度
上述各个因素主要控制的是离子弧的温度、密度，从而对其压缩效应产生影响。而切割机的切割速度和质量正是由这些因素所决定的。想要提高切割的速度，首先应该保证切割质量，这样不但可提高工作效率，也可减少被割物变形等不良现象。而切割速度不合适，同样有不利影响，会导致切割质量下降，粘渣增加。
3.切割尺寸出现误差的原因分析
在使用过程中，数控切割机切出的产品有时会出现尺寸不准。分析其原因，有很多种，常见的有以下几种：
3.1 图形尺寸出现错误
编程时的一些细节，如套料、绘图过程中出现差错，造成图形尺寸不合格，出现这种情况，量一下尺寸就可以发现问题所在。
3.2 编程软件存在问题
编程软件是数控切割机的核心部件，若编辑软件自身本就有缺陷，或者误差修正功能比较差，会生成错误的指令代码，使机器工作失常。比如：1.行程切入点在引入或者引出上存在误差，这种情况会造成全板套料时工件间距偏差。2.切割尺寸错误，或者补偿方向错误。3.控制代码有累积误差.这种误差的存在，在切割小范围的尺寸时一般没问题，线段很多时，误差就会变得明显；而程序方面出了问题也很容易检查，将数控代码转化成CAD图形，进行仔细的测量即可看出问题，而补偿方向存在的问题则需要通过仿真来检查是否正常【5】。
3.3 切割机工作精度调节不当
对于数控切割机来说，精度主要包含机械精度和电子精度两种。机械精度和传统切割机相似，影响因素包括导轨的水平度、直线度，以及齿轮、钢带等机械零部件。而电子精度主要受到软件的影响。包括数控软件、伺服驱动系统，以及脉冲当量、运动控制卡等。以脉冲当量为例，若是准确度没有调节好，就会造成大零件尺寸误差，切圆不圆等现象。在做精度检查时，可以在割枪上装上划针，运行切割机校正误差程序，就能对其进行检查，从而发现问题。
3.4 割嘴的质量问题与割缝补偿量
割嘴的质量好坏，可以影响到切割侧面的平直度，对于切割物表面质量也有影响。割缝补偿量的标准是，要能和切割下来的割缝宽度保持一致。想要减少割缝补偿量的误差，最好的办法是选择高质量的割嘴。而在割嘴规格的选择上，应与需要切割的金属物料的厚度保持一致。在一点上，应以废料进行试割调整，确保断面平整不挂渣，割缝宽度均匀[6]。最后，可以在不加补偿的情况下，先试切一下，再进行测量，误差有多大，在割缝宽度上补偿多少就可以了。
3.5 切割时的变形处理
切割变形有两种，一种是热变形，另一种则是重力引起的变形。想要预防变形，在编程时要选择准确的引线位置，切割操作时也要选择合适的位置。对于热变形，应配置合格的准确装置，或者选择结构合理的切割平台。
3.6 共边造成的误差
若要使用共边，实际割缝宽度、补偿量、工件等共连处必须一致，这样才会避免切割品大小不一样的现象。
4.结语
数控切割机出现故障的原因很复杂，从上面的论叙可以看出，其误差大致可分为两种，一是割前误差，另一个是割后误差。切割前误差可以通过划线来进行检验，而切割后误差，需要改进切割工艺，以减少误差的发生。
参考文献
[1] 李志伟.典型数控机构传动误差的诊断和补偿技术研究[D].东北林业大学，2012.
[2] 张炳计.基于先进传感的管子切割机器人控制系统设计[D].哈尔滨工程大学，2013.
[3] 向平.具有误差补偿的五轴联动数控管切割机控制系统开发[D].武汉大学，2014.
[4] 解廷利.薄镍板Meso尺度结构电火花线切割加工试验研究[D].大连理工大学，2013.
[5] 陆欲飞.数控等离子坡口切割机构的设计及仿真[D].大连海事大学，2011.
[6] 田国华.四轴联动开放式数控切割机控制系统研究[D].浙江工业大学，2013.