根据中国机械工程学会和展会组委会安排，本部分由中国焊接协会切割机具专业委员会组织张华、陆启祥、李文钧、李乃键、朱付金、熊三胜、邵燕瑛、刘伟、谢茂祖、佐野义美、刘亚芳、赵志清、洪东升等业界专家参与编撰工作，主要关注展会中各种数控切割机具及大型铸锻件切割装备工艺的技术特点与发展趋势。随着加工工艺水平的不断提高，国内切割设备制造业也呈现出突飞猛进的势头，产品品质进一步向高端化发展，尤其是部分名列前茅的企业推出的一些具有特色的切割设备，如数控激光切割机、机器人三维空间切割机、船用型钢切割设备、数控双曲线坡口切割机、数控钻/铣/切割加工中心等，不仅表明我国切割设备技术的高速发展，且技术水准已接近国际先进水平，更重要的是为一些行业提供了高技术、高品质、高效率的产品。
1 ..概..述
无论是传统的加工制造业还是现代制造业，金属材料和非金属材料的成型切割都是很多行业产品加工和制造过程中的重要工序，并且都有各自的工艺和品质要求。切割的断面质量、效率及材料利用率直接影响焊接产品的质量和生产成本。因此，切割机是多数生产企业的重要工艺加工设备。手工气割工艺约起源于1905年。到20世纪40年代，由于生产力不断发展，出现了代替工的半自动和自动气割装备。之后，工业发达国家，如德国、日本、美国、英国和前苏联等不断发展和完善各式各样的气割设备，由数控火焰气割发展为具有高能的等离子弧切割机、激光切割机、水射流切割机等技术。被切割的材料也从碳钢、不锈钢、铜、铝等金属，扩展到绝大部分非金属材料，使切割机效率、断面质量以及尺寸精度、材料利用率均达到新的水平。我国的切割机技术起步较晚，20世纪70年代末期才开始出现数控切割机，先后研制和开发了各种半自动和全自动切割设备。国外一些知名切割机具制造企业，如瑞典伊萨、德国梅塞尔、日本田中及小池酸素等公司，先后到中国投资建厂，把数控切割机技术推向崭新阶段。近10年来，随着各行业发展的需要，切割机技术随之快速发展，不但设备本身的先进性、实用性、人性化有很大提高，配套的编程套料软件也日趋先进适用。
从近两年各种自动化切割设备的应用情况，国产自动化切割设备技术和整机性能都取得可喜进步，逐步追赶国际先进水平，满足用户需求，提高了市场竞争力。国内一些数控等离子切割产品已形成自身独有特点，实现了“自动化、多功能和高可靠性”。在某些方面，产品的技术性能达到世界一流水平。从发展趋势看，数控火焰切割机和等离子切割机保持既有的基本市场；数控等离子切割机和数控激光切割机将成为板材切割市场的主流；水射流切割机的市场会有一定程度增加；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有较大发展空间；随着国家大型重点项目的实施，对大厚度铸锻件切割设备的需求随之不断扩大。提高自动化切割设备的生产效率和切割质量，降低生产成本，提高整机自动化水平和系统的稳定性，完善系统功能将成为技术发展方向。切割机主要有如下几类：①小型切割机，便携式数控切割机；②光电跟踪式切割机；③半自动高精度龙门式切割机（非数控，直条切割机、直线坡口切割机）；④龙门式数控火焰/等离子切割机；⑤专用切割机；
⑥激光切割机；⑦大型铸件切割设备；⑧水射流切割机；⑨机器人三维空间切割机。
2..便携式数控切割机
产品特点和应用：便携式数控切割机与龙门式大型数控切割机相似，可切割任意复杂平面图形，适合火焰/等离子切割；与半自动切割小车一样方便灵活，随意搬移，不占固定场所。设备采用专业工控机控制，设计结构紧凑合理，有重量轻、体积小、便于移动等特点。室内外都适用，尤其适合中小型企业，可提高生产效率，减少二次加工，降低成本。既可像半自动小车一样手动切割，也可全自动切割。其先进的计算机数控技术，将编程和数控分体化设计，降低了设备故障率及维护难度；机箱为全钢防磁结构，保证了数控系统的可靠稳定运行。它可广泛用于汽车、造船、铁路车辆、石油化工、锅炉等压力容器、工程机械、轻工机械、装饰及大型标牌制造等行业，适合碳钢（火焰切割）、不锈钢以及铜、铝（等离子切割）等金属板材的切割和下料。该设备是替代手持式火焰切割设备、手持式等离子切割装置、仿行切割机以及半自动切割小车的升级换代产品。
3..数控火焰/等离子切割机
数控火焰切割有几十年历史，是一种传统技术。火焰切割机需要调火、调锋线，对不同的板厚也需换割嘴、调气压等。以往，切割质量除机器本身外，更重要的是操作者的技术水平。随着ALFA割枪的推出，实现了自动化的火焰切割。切割质量依靠系统的专家数据库，火焰和锋线调整由计算机控制的自动气体控制器实现。其内置式自动调高系统、自动点火系统避免了外界环境的影响，切割速度比普通割枪高15%~20%。
3.1..高精度门式火焰切割机
高精度门式火焰切割机（火焰三割炬直线坡口切割机）主要用于船舶制造过程“平面分段”中矩形钢板的划线及钢板四边焊接坡口的成型切割，尤其是在大吨位船舶平面分段制造中应用更多。也可用于海洋石油钻井平台上的大口径厚壁对接管道的下料。该管道均采用平板卷制焊接而成，每段卷制钢管的焊缝及对接焊接坡口的成型切割均可实现高精度门式火焰切割机采用门架式，结构合理，运行平稳可靠，精工制造，性能优异，精度保持期长，适用于连续工作。其主要结构特点如下。
（1）横梁、滑座焊接成箱型结构龙门机床形式，经过振动时效处理，刚性好，变形小，横梁下部设有隔热板，防止切割时因热辐射而变形。
（2）轨距9~11m（可并排放两张钢板），双工位同时工作，效率高。
（3）纵向轨长50m。纵向可同时摆放两张钢板，上下料不影响切割工作。
（4）主、副导轨采用43kg∕m或50kg∕m的重轨，经过精密机械加工制成。在主、副导轨外侧面装置精密齿条。为提高导向精度和运行平稳度，纵向采用3~5m长导轨，以减少接头；其连接方式为现场焊接。
（5）纵向采用交流伺服电机，通过减速机输出齿轮自适应无间隙双边同步驱动。高精度门式火焰切割机有两种类型。一是直线坡口切割专机：无数控系统，仅进行纵横向喷粉划线和纵横向直线坡口切割；梁前后侧安装以毫米为单位的刻度尺，以便实现手工定尺；该设备经济适用。二是多功能一体机：配套数控系统和裁条割炬，可实现平面异型曲线图形切割、喷粉划线、直线坡口、裁条等多种功能；该设备虽然初期投资稍大，但可实现一机多用。
这两种类型的高精度门式火焰切割机都具有如下功能：
（1）直线坡口切割：在横梁前配套2组或4组直线坡口三割炬，实现单工位或双工位切割；每组三割炬可通过卡紧装置手动旋转0°、90°及180°三个位置，每套三割炬两侧的割炬可以在10°~60°间调整，以实现钢板的纵向、横向人工定尺切边和坡口切割。如果配套气动卡紧装置和电动旋转驱动装置，可实现0°、90°及180°三个位置自动旋转和定位，配合数控系统的多割炬定尺控制功能，可以实现矩形钢板的自动定尺切割，而无需人工干预。
（2）切割坡口形式：V、Y、K、X。
（3）切割厚度：6~100mm。
（4）划线功能：在每个三割炬上可配套一个喷粉划线割炬，实现钢板划线。
（5）高度跟踪形式：采用电容调高，保证喷粉划线、异型切割时的高度跟踪；采用具有防跌落功能机械滚轮式高度跟踪装置，保证坡口切割的精度；工作时两种调高可灵活选择。
（6）裁条功能：横梁后面可以配套20~30把裁条割炬，实现平面分段制造中T型、L型、扁钢型材组焊前的下料；裁条割炬安装在整体升降的副梁上，方便切割时的整体高度控制；裁条割炬还可实现预热时割炬前倾角的调整，提高裁条切割速度。
3.2..数控火焰等离子切割机
数控火焰等离子切割机可同时配置火焰切割系统及等离子切割系统，具有双重功能，是对火焰切割的有益补充。主要特点：适用于有色金属板材、不锈钢和碳素钢板切割加工，可配套多种国内或进口机用等离子电源；解决了大功率等离子切割机对数控系统的干扰；且能实现大功率等离子水下切割；可配套水工作台或除尘设备，消除粉尘污染，弧光和噪声也大大减少，较好满足用户的环境需求。
3.2.1..精细及类激光等离子切割设备
随着等离子切割电源技术的提高，国外出现了精细压缩电弧等离子切割电源，可以大大提高被切割工件割口的垂直度和表面光洁度；但同时也要求切割机的制造技术相应提高，使数控切割机的机械、数控、电气精度适应精细等离子电源的需求，以便发挥等离子电源的精细能力，尤其是数控系统与精细等离子切割电源控制工艺的配套性能。等离子切割断面的斜度和小拐角、小圆的切割一直是“瓶颈”。展会上的精细等离子切割机，运用GC数控系统和海别得HPR260等离子，通过数控系统自动控制电流和气体压力的流量，实现了切割过程中的变电流切割，解决了小拐角、小圆切割过程中的斜度大、成型不规则等问题。切割直径和板厚1:1的情况下也能获得良好的切割质量
3.2.2..等离子无限回转坡口切割机
主要用于船舶制造过程中钢板复杂图形焊接坡口的成型切割及钢板的喷粉划线；也可应用于其他行业机械制造过程中钢板复杂图形焊接坡口的成型切割。主要特点：数控等离子无限回转坡口切割机由横梁导轨、控制系统、驱动系统、等离子无限回转切割及高度控制系统组成，配套具有坡口编程功能的编程套料软件可实现碳钢、不锈钢、铝等金属板材复杂图形轮廓的垂直及坡口切割。数控等离子无限回转坡口切割机的关键技术主要表现在以下几方面：
（1）等离子割炬的无限旋转机械结构：①回转加摆动合成的“旋转”运动结构；②利用双摆动运动合成的“旋转”运动结构；③采用连杆机构合成的“旋转”运动结构。
（2）数控系统的多轴联动空间控制功能。
（3）等离子电源及坡口切割工艺与控制系统的良好结合。
（4）与坡口切割配套的编程套料软件。
（5）切割高度的跟踪与控制。
4..专用切割机
4.1..数控相贯线切割机
随着近几年管网搭建结构工程和输送管道工程的增加及市场需求的提高，数控相贯线切割机的应用逐步增大。其特点是可有效提高管材的切割效率和质量，减轻操作者的劳动强度。经过多年不断创新突破，具有高性能的相贯线切割技术已经达到国际先进水平。
（1）数控形式。以相贯线切割机的联动轴进行区分，一般有五轴联动、四轴联动和二轴联动等机型。二轴联动仅为简易的钢管相贯线切割设备，无坡口切割功能，用途不广。五轴联动、四轴联动的相贯线切割机采用多轴联动数控控制，实现管子定角坡口、定点坡口、固定焊接角度坡口等切割功能，坡口角度能否满足焊接的工艺要求，是该设备的关键技术。
（2）数控相贯线切割机的应用。主要分两大类：一类是应用于输送管道的相贯线切割，此类管道内部输送压力油、气、水等物质，需要承压。主管和支管多为厚壁管，应先切割，再焊接，俗称插入式。在主管上切割出连续变化的坡口边缘，支管坡口与主管内壁平滑相交；另一类用于管桁架结构，俗称骑坐式。在主管上不切坡口，仅在支管上切割形成连续变化的坡口边缘，将支管与主管焊接为一体。管桁架结构的特点是多管相交，管管相贯，结构是一个整体，焊接强度和外观质量要求较高。
（3）切割源。一般采用火焰切割和等离子切割两种并用，随着等离子切割技术的不断提高，其高效率、高精度的特点，将成为相贯线切割的主流。
（4）多轴数控相贯线切割机具备下列功能：①在主管上切割多个不同方向、不同直径的圆柱相贯线孔，满足支管轴线与主管轴线偏心和非偏心垂直相交的条件；②在支管端部切割圆柱相贯线端头，满足支管轴线与主管轴线偏心和非偏心的垂直相交、倾斜相交的条件；③在圆管端部切割斜截端面；④在圆管上切割焊接弯头，切割“虾米节”两端斜截断面；⑤切割与环形主管相交的支管相贯线端头；⑥切割变角度坡口面；⑦在圆管上切割方孔、腰形孔；⑧进行钢管截断。
（5）数控相贯线切割机的另一核心技术是数控系统和控制软件。
①数控系统。数控相贯线切割机控制系统是基于人机界面平台（DHMI）开发的一套应用于工业管道相贯线切割的控制系统。控制硬件是专业控制器或者是工业计算机加运动控制卡，将各个参数输入工控机，由数学处理软件包计算处理后，输出相贯线的切割指令，之后通过位置运动控制器控制交流伺服系统动作，带动割炬完成相贯线的切割。
②控制软件。钢结构设计一般采用国外成熟的三维CAD软件，如SOLIDWORK，INVENTOR等，有些简单的结构件还可用AUTOCAD。通常是将三维CAD的管网结构设计转换成二维的标准三视图输出，然后由专业工程师分解二维图纸，计算出每根钢管的相贯关系，并编制出相应的工艺文件交制造部门制作。一个管网结构工程往往由成千上万根钢管组成，错综复杂的相贯关系使每根钢管的相贯数据都有差别，工作量巨大，且易出错。国内已有几家企业拥有自主知识产权的“管网结构相贯线CAD/CAM软件”，上述过程全由计算机承担。对于三维CAD设计，软件可自动从管网结构图形文件中提取钢管相贯数据，并对数据综合分析、处理，建立管网结构相贯数据库，输出“相贯钢管信息列表”和“基本节点数汇总表”。对于用AUTOCAD做的设计，软件可提取每根钢管的空间坐标位置，自动生成三维实体图，同时组建相贯数据库，最终生成相贯线。由计算机代替人工，其效率是质的飞跃。
4.2..数控管子切割生产线
数控管子切割生产线适用于对钢管进行多工件、多管材垂直或定坡口、定尺切割加工。具有自动上下料功能，可实现多管连续切割。
4.3..船用型钢切割设备（或生产线）
适用于船舶加工“平面分段”制造过程中所用型材零件（平面分段中的纵骨材料：T型材、球扁钢、等边角钢、不等边角钢、扁钢）的制造（划线、喷字、切割）。可实现型材的定位、划线标记、等离子切割（切角、切断、切割特定形状孔、开流水孔、安装孔、焊接坡口切割）功能，在型材端部切割特定形状端面及焊接坡口。也可扩展到其他机械制造行业中型钢的成型切割。目前，船用型钢材切割设备主要通过进口，国内处于研制阶段，同类的国内产品可望近一两年内推出。主要特点：数控等离子型材切割机（线）是PC机网络式控制和基于多轴空间联动或机器人离线编程的自动划线、切割柔性生产线，是为提高造船行业中型材划线切割的自动化程度，满足造船工业型材下料的各种工艺要求而开发研制。集多轴空间联动或机器人、离线编程、多传感器的在线检测和补偿控制、计算机控制和管理软件、通信及数据处理、等离子划线和切割等多种技术于一体的大型自动化生产加工设备，与国外同类生产线具有同等技术水平；是实现自动、高效、环保切割船用型材的理想设备。系统采用开放式、网络式及模块化的控制结构，可提供给用户开放性的应用软件宏库，并与用户船舶设计软件Tribon、CADDS5等具有广泛兼容性。可自动检测型材的变形并进行在线补偿，从而实现型材的高精度划线和切割。初步估计：在同等切割材料和切割形状条件下，比人工放样切割的生产效率高50%以上。与手工切割相比，可节省后续焊接成本20%。配套除尘系统可满足严格的环境保护要求，有效屏蔽和过滤切割所产生的弧光、噪声及有害烟尘。等离子型钢成型切割设备分为两种类型：一是数控等离子型材切割生产线。主要以荷兰HGG和德国IMG设备为代表，采用中央控制器和机器人控制技术，共8个轴，机构简单，占地面积较大，购买费用较高；二是数控等离子型材切割机。主要以日本小池酸素设备为代表，采用专门开发的控制器和11个轴的机械结构，软硬件都较为复杂，但占地面积小，购买费用低。
4.3.1..切割专机——以日本小池酸素制造的设备为代表
（1）主要组成部分：离线编程套料系统，可以安装在单独的计算机上，也可嵌套在数控系统中；切割工作台，用于放置被切割工件；纵向导轨，切割门架纵向运行支撑及导向；切割门架，安装切割机头、喷粉划线装置、等离子火焰割炬控制柜、操作柜、随行座椅等；切割机头，与切割门架纵向运动联动，实现工件切割；控制系统，含操作柜、控制柜；等离子电源及附属装置；火焰切割装置；喷粉划线装置；除尘系统。
（2）切割机控制系统软件功能：空间多轴联动插补控制、可扩展切割零件宏库、零件编辑、编程套料、切割和划线时序控制、系统诊断与安全控制。
4.3.2..切割生产线——以荷兰HGG制造的设备为代表
（1）可以实现：上料-磨边-划线喷字-切割-除尘-出料-清理打磨-下料等全部流水线作业功能。
（2）生产线主要组成部分：离线编程套料系统（可以安装在单独的计算机上，也可嵌套在数控系统中）；原材料装料堆台和链式分料传输装置；抛丸或磨边系统（钢材切割前预处理）；上料滚动输送工作台；纵向数控推料小车和材料夹紧装置；喷墨打标系统及喷墨打标高度定位跟踪装置；机器人切割主单元；切割系统的中央控制器（数控控制系统）；等离子切割电源、等离子割枪等附属机构及高度定位跟踪装置出料滚动输送工作台；抛丸或打磨系统（多数采用人工打磨）；下料分料系统和下料堆台；除尘系统。
（3）生产线软件组成及功能
①编程软件：实现T型钢、L型钢、扁钢、球扁钢的机器人型钢单件切割离线编程、型钢切割套料，型钢切割特征建模和型钢切割补偿；具有调用和读取Tribon船体设计软件数据格式和dxf格式文件接口，并能实现仿真；通过仿真程序检查型钢切割机器人位姿和坡口取向，并且根据仿真结果修正机器人位姿，使割枪切割姿态过渡平稳；划线、印字、切割程序生成和输出；
②控制和管理软件：程序接收和编辑功能，仿真功能；具有调用和读取Tribon船体设计软件数据格式和dxf格式文件接口；上、下料工艺和时序控制功能；等离子切割工艺和时序控制功能；机器人型钢切割补偿控制（对飞行测量数据的采集和处理，切割精度误差校准及校准工艺参数设置）；划线、喷字工艺及控制功能；诊断与安全保护控制功能。
4.4..数控双曲线坡口切割机
近年来，随着清洁能源的推广运用，我国风电、水电、电力输送等行业得到飞速发展，各种形式的大型钢管亦广泛应用。如风电行业的锥形塔杆、水电行业的变径水压导管和电力输送塔等，都涉及大量的钢管预制和加工。其中，有很多大型钢管件由钢板卷制或折弯、拼焊制成多棱锥管和圆锥管，在钢板下料过程中需要切割大量周边带有各种形式坡口的扇形板、双曲线板。尤其是在曲线上一次性加工出Y形或K形坡口难度较大。目前，采用的加工方法是用数控切割机将扇形板、双曲线外轮廓加工完成，再用手工和半自动小车对工件周边进行不同形式的坡口加工。不仅生产效率低，劳动强度高，切割后的零件卷制成型时极易造成错边或拼缝过大，无法满足后道自动焊接的工艺要求。展会上的一台数控双曲线坡口切割机，是根据大型钢管预制下料的工艺特点专门研发的新机型。该机装有两组带旋转的三割炬装置，在切割过程中三割炬装置能随切割曲线的曲率变化自动调整切割角度，始终保持割炬的上下切割角度与曲线的法线相垂直，使切割曲线上任意点的法向角为等角，通过专用调高系统控制坡口留根精度达1mm。该机还具有两组独立的横向伺服驱动系统，即Y1、Y2轴，分别控制两组三割炬装置的横向运动，机器以纵向X轴为基准，X方向每行走一步，两把割枪根据各自所在圆弧曲线轨迹，同时对横向Y轴进行插补运动，且每把割枪旋转至相应坡口位置。因此，在加工双圆弧坡口零件时，共有5根轴同时进行不同运动，即X、Y1、Y2、U1、U2轴，真正实现五轴联动，且两边不同曲率的V形和K形坡口可一次性切割。由于旋转三割炬切割区域的热量比较集中，不均匀的热辐射将影响电容调高的稳定性，而跟踪点与切割点的距离过大则影响跟踪精度。因此，普通电容式调高系统无法满足旋转三割炬的坡口切割要求。数控双曲线坡口切割机采用旋转三割炬专用调高系统，工作原理是利用割炬座上的耐高温感应调高棒实时检测工件表面的高低变化，并将检测数据反馈给调高系统，由升降机构控制割炬的升降，从而达到自动调高的效果。该机进行双曲线零件坡口加工时，用户无需对切割零件人工编程，只要知道零件的必要参数，在“零件套料”中点击“双Y轴”零件，窗口即会提示该零件的4个基本参数，即内径、外径、锥角及引入线长度。输入相关参数后，系统即可自动生成双圆弧坡口零件的加工指令及相应的零件图形和尺寸，将文件保存后即可加工。该机具有操作简便、实用性强、生产效率高、热变形小、切割精度高等特点。
4.5..双枪等离子坡口切割机
等离子旋转坡口切割是国内外重点研究和推广的技术；也是近几届北京•埃森展会上重点展示的切割产品之一。各企业展出的产品，水平都有不同程度的提高，尤其是在外形结构切割工艺及质量等方面国内与国外产品的差距不断缩小，我国企业在多轴控制技术、软件开发、热切割工艺、软件转换和等离子弧压调高控制技术等方面有明显提高。展会上有国内企业推出了等离子双头坡口切割机，不仅能同时切割两个同向坡口零件，还能同时切割对称的坡口零件。等离子双头坡口切割工艺复杂，且系统多轴控制的技术难度较大，在以下几方面实现了技术上的突破。
（1）多轴控制技术。有10个运动轴，分别控制龙门双驱动、横向双驱动和两个旋转切割头，各轴在工作过程中可独立运动（除龙门双边驱动之外）。
（2）横向双驱动控制。以往的双切割头通过钢带或其他硬连接方式，以人工切换实现同向或相向移动；但等离子旋转坡口切割头运动惯量大，钢带无法实现高刚性传动。因此，新机型在每个旋转坡口切割头上分别独立配置了一个横向驱动装置。两个旋转坡口切割头可独立移动，也可同时同向移动或相向移动。可自动识别相对距离且互不干涉，一旦超过设定的安全值，系统会发出报警提示。
（3）双旋转坡口切割头。可各自独立单头坡口切割，也可实现双头同向切割相同的坡口，还可同时切割对称坡口。工作过程中，双旋转坡口切割头的各旋转轴根据程序指令分别运动。
（4）双等离子引弧，采用双等离子切割工艺，两个等离子必须同时引弧，机器才进入正常工作状态。该产品的成功开发使我国在等离子旋转坡口切割技术方面有很大提高。但我国主导这一产品的市场仍以国外品牌为主。若扭转目前局面，一要加大产品的宣传力度，同时提高产品的稳定性和可靠性，市场占有率才能不断扩大。
4.6..数控钻、铣、切割加工中心
作为一种新兴的复合加工类切割机床，采用的是微量润滑冷却的高速钻削技术和高精度等离子钢板切割技术，是冷热加工为一体的先进设备。其加工对象为整块钢板带孔零件，数控批量下料，一次装夹即可完成钻孔、铣面、切割等几道工序，大大提高产品精度和生产效率，尤其适用于电力、桥梁、汽车等行业的中厚板带孔零件的加工。该机床特点：
（1）操作方便。钻铣切一体化控制利用钻孔辅助系统中的转换功能，将钻孔控制系统与切割控制系统的工艺参数、控制方式相统一，操作简便。
（2）辅助工序时间短。实现了一台钻铣切机代替数控钻床+数控铣床+数控等离子/火焰切割机的组合，改多次装夹为一次装夹，减少辅助工序时间，提高生产效率。且半自动钢板定位的夹定装置，降低了工人的劳动强度。
（3）加工精度高。由于改多次装夹为一次装夹，避免了一个零件多次装夹定位的精度误差，提高了加工精度。
（4）效率提高
①高速钻孔技术使效率大大提高，钻头线速度达200mm/min以上，比传统钻孔速度提高5倍以上。
②采用等离子切割，在切割板厚为20mm材料时，切割速度仍可达2000mm/min以上，大大高于火焰切割的速度500mm/min。钻主轴规格：主轴锥孔-BT50；钻孔最大直径-Φ40；主轴速度-无极调速，可精确定位；主轴功率-15kW变频；主轴进给-功率伺服，滚珠丝杠驱动。
等离子规格：等离子主电源-美国海宝别得HPR260精细等离子；初始定位-接触式电阻定位；高度调节-弧压式自动调高SenSorTHC。
5..数控激光切割设备
5.1..市场分析
5.1.1..目前概况
经过十几年发展，我国激光切割技术及装备从无到有，在高功率数控激光切割成套设备开发及制造方面，已逐步形成一定产业规模。2009年，国内激光切割设备的销售额达18亿元，基本占领国内中低端产品的市场，并有部分出口。然而，与美国、欧盟、日本等发达国家相比，我国的激光切割设备仍然停留在低端产品阶段，且高功率激光器、激光专用控制系统、激光光束传输控制、激光切割专有技术等绝大部分核心技术都依赖进口。目前，德国通快TRUMPF公司、瑞士百超BYSTRONIC、意大利PRIMA、日本田中等国际知名公司已经开发出大功率、大幅面、高速、高精、多维立体、数控自动化程度高的激光切割设备，占据了我国高端激光加工市场。
5.1.2..市场需求
（1）高速高精激光切割机市场
激光加工在钣金加工中的市场占有率持续上升，目前已取代传统的等离子切割和冲床，成为金属切割领域中市场份额增长的领先者。但随着激光技术的发展，用户对激光切割设备的要求已不仅仅是追求灵活性和加工质量，同时还要提供高速切割解决方案以满足大批量生产的需求。激光切割工艺作为“剪切-冲”的替代工艺出现，具有灵活、柔性的特点。但其成本较高，故常应用在异形（或形状复杂）工件制造上。然而，随着多品种小批量的生产越来越迫切，激光切割的需求也日益上升。
（2）三维激光切割机市场
三维激光切割主要用于我国汽车行业覆盖件的切割、焊接以及航空航天、特殊三维零件的制造。国外汽车生产过程中，普遍采用三维激光切割机对覆盖件、门板等精确切边，再采用激光焊接机械手高质量自动焊接，不仅确保产品质量，而且生产效率极高。在样车的开发和小批量生产中，高度柔性的激光三维切割取代大量的冲孔和修边模具，不仅节省模具，新车型的开发周期也大为缩短。在欧洲，几乎所有汽车制造厂在汽车研制开发和生产中无一例外采用激光加工。实际上，激光制造技术在汽车制造中应用的广度和深度已经成为汽车工业先进性的重要标志。三维光纤激光切割机通过龙门架固定倒挂机器人，光纤激光器传输激光到切割头，机器人对汽车三维零件进行异形加工。该设备主要切割厚度在3mm以下的零件，具有加工方便、投资成本低、维护成本低、操作简单等特点，取得了重大技术突破，广泛应用于3mm以下的汽车薄板零部件切割。该设备填补了国内空白，受到市场推崇。
（3）大幅面厚板激光切割机市场
在全球市场，激光切割机正向高功率、大幅面、厚板材方向发展。以造船业为例，美国、欧盟、日本、韩国等先进国家和地区的船舶制造普遍采用高功率CO2激光切割技术。目前，国际上出现了“精密造船”的概念。切割焊接是造船行业最主要的加工工艺。我国船用钢板的切割一般采用火焰切割、等离子切割。由于高精度的要求，尤其是对特殊材料的甲板和船体材料，许多国外大型造船厂普遍采用大幅面厚板材激光切割机。国内造船企业针对特种用途的船艇，采用激光切割已经成为一种必须的加工手段。预计未来5~10年间，这一应用行业的生产需求很大。随着“精密造船”时代的来临，高功率CO2激光切割技术及装备，在造船业将会得到越来越广泛的应用。随着我国铁路建设、公路、水利、水电、能源、矿山、建筑业等方面重大工程的推进，大幅面厚钢板激光切割机也将在我国工程机械行业得到推广应用。
（4）特种行业专用激光切割机市场
高端特种数控激光切割机，尤其是用于武器装备的激光设备，国外对中国实行出口限制。如大功率光纤激光器，美国和欧盟限制向中国出口。在航空航天行业，对于钛合金、铝合金等特种材料加工，激光切割焊接是最佳加工方式，具有不可替代的作用。
5.1.3..技术发展
（1）设备集成技术
激光器与计算机数控技术、先进的光学系统以及高精度自动化的工件定位相结合，自动排料、切割工艺数据库、远程控制与诊断集成一体，激光切割功能与其他加工方法相组合，形成如激光冲床等多功能加工设备，不仅更加符合工厂复杂零部件制造的实际需要，而且兼有激光切割等多功能性的高速高效特点，可同时完成切割、打孔、打标、划线、成形等加工。
（2）激光器技术
目前，国内外金属材料激光切割机大量采用3000~7000W轴快流CO2激光器，其原因是运行成本低，加工种类多，切割速度快。国外有能力生产商用7kW以上轴快流CO2激光器的公司只有三家：德国TRUMPF公司、ROFIN公司和美国PRC公司。目前，国内的最高水平是自主研发并已投入规模生产的4kW轴快流激光器。7kW轴快流激光器正在研制与调试，一些关键技术和器件有待攻克。光纤激光器在国内的应用与开发正在展开。由于光纤激光器在工业加工领域具有多方面优势，被誉为第三代最先进的工业加工激光器。与传统CO2激光器和固态激光器相比，光纤激光器体积小、效率高、节能环保、使用成本低；且有抗震和不怕灰尘污染的优点，其光束质量远非前二者可比。正由于其诸多优点，光纤激光器非常适合工业环境，其应用领域已经扩展到汽车制造、船舶制造和航空制造业等的金属和非金属材料的激光切割、激光焊接等。尤为重要的是，光纤传输特性可保证与机械手便捷衔接，实现柔性和自动化加工，是柔性加工装备的核心器件。我国目前已在研制4kW全光纤激光器，打破国外光纤激光器在我国的垄断，缓解并扭转我国在高端光纤激光器领域长期依赖进口的局面。
（3）精密机械结构技术
激光切割机的横梁有单悬臂式、固定式、倒挂式三种。单悬臂横梁的开放式结构，使切割机便于操作，在小幅面的激光切割机中经常采用。固定式横梁用在固定龙门里，结构相对稳定。高速激光切割机采用倒挂横梁机械结构，考虑到高功率激光切割的高速度，横梁必须轻巧灵活，且刚性好；运动导轨副选用梯形轨道结构的直线导轨，配有可调底座，每个轴承面都可预加负载，提高倒挂横梁刚性，以提高横梁运动精度。大幅面激光切割机采用双龙门机械结构，截面积大，具有高刚性和高稳定性，配置高质量高精度瑞士行星齿轮减速箱和反向间隙小、运动平稳的斜齿轮齿条传动。为了增强整个双龙门架（包含机载激光器）运动的平稳性，拟采用双边驱动系统，且每边都有两个独立的驱动部件，均可单独调整预加负荷和反向间隙，以优化系统运动特性。
（4）光路传输与控制技术
光束半径调整：自适应光学系统可以自动维持程序里的光束聚焦点。原始光束的直径会影响切割时光斑的直径。在切割低碳钢时，需要非常细的光束聚焦点，切割不锈钢时，需要宽些的聚焦点。束腰补偿：激光光束不平行，当切割头在切割范围移动时，光斑直径随之改变。若保证切割质量，需维持光斑直径不变，控制系统通过自动调整束腰的位置保持激光束在焦点处最优的光斑。专有光束质量控制：光束质量是激光切割质量的关键，使用专有光束质量调整系统，包括自适应光学系统，以优化光束形状。
（5）激光数控技术
应开发具有良好交互功能的数控系统，具备激光专有控制功能，如激光功率坡调、z浮功能控制、自动调焦功能等；在高速运行下良好的机床运动控制性能、远程诊断与控制功能以及机床控制一体化（激光器控制、气路控制、光路控制）功能，并使所有操作信息都显示在屏幕上，方便操作和维护；基于中文操作系统平台、操作界面、带有对话参数的标准图形库，具有32位CNC功能，允许用户同时进行多个任务、加工程序的前视功能，提高拐角切割的平滑性、图形界面和图形模拟功能、提供视窗对话式的切割工艺参数数据库、语音提示，以及符合高速高精大幅面激光切割的运算判断等功能。
5.2..中、厚板数控激光切割设备
在中、厚板切割领域中，提高厚板切割的稳定性和缩短切割以外的辅助时间以及坡口切割的普及已成为现实。激光发生器对于厚板切割，虽然输出功率较小，但是在2kW以下的机器中已经开始使用光纤激光。
5.2.1..激光切割的原理和特征
激光切割的原理与用凸透镜聚集太阳光线使纸燃烧的原理相同。从激光发生器射出的激光，通过反射镜传送到切割位置，利用聚焦镜聚集光线，照射到切割材料上，使其熔化；且利用与激光光线同轴的辅助气体吹走熔化的材料进行切割.。聚集激光光线的直径大小为0.2~0.4mm，能量密度为105~107W/cm2。该密度为气体切割的100~10000倍。因为在如此狭小范围内集中高密度能量，所以热影响及热变形较少，且产生的熔渣及粉尘量也较少。
辅助气体的作用：①从切割沟槽吹走熔化的材料；②吹走飞散的飞溅物以保护聚焦镜；③当用氧气作为辅助气体时，氧化反应还能产生能量。辅助气体根据不同的切割材料使用的气体种类也不同。切软钢时用氧气，切不锈钢时较多用氮气。
5.2.2..中、厚板的切割性能
（1）软钢的切割
①切割性能
图1是激光输出功率为2~6kW况下，切割软钢时板厚与切割速度的关系。在确保切割质量、稳定切割时的最大板厚为：2kW时约16mm；6kW时约30mm。与其热
切割方法相比，最大切割板厚为离子切割的1/2、气体切割的1/5~1/10，切割速度为等离子切割的1/2~1/3、气体切割的2~5倍。
.激光切割与气体切割和等离子割相比较，具有切割面处有细条痕，切割沟槽较细，上部边缘没有熔化等特征。
②切割缺陷
在软钢的激光切割中，烧伤是常见的切割缺陷。烧伤，是指切割材料（钢铁）和辅助气体（氧气）发生过剩反应，不仅在激光的照射区域，而且延伸到辅助气体（氧气）的喷射范围（激光光线照射区域周围数毫米范围），导致切割沟槽变宽及切割面粗糙度严重降低等现象的发生。这种现象，在切入处、拐角部等热量容易聚集的地方以及切割材料的裂痕处和异物附着处较易发生。防止方法有，在二重割嘴的外周部位喷放氧气和空气的混合气体，使辅助气体（氧气）的纯度降低以及仅在热量容易聚集的部分抑制激光输入热量这两种方法。
（2）涂装钢板的切割
在中、厚板切割作业较多的造船和桥梁业中，为了防止钢板生锈，较多使用涂装钢板。激光切割涂装钢板时，与切割无涂装钢板相比，最大切割板厚约为后者的80%，切割速度降低至约为后者的70%。但是、这种影响会根据涂料中锌（Zn）的含有量和涂料膜厚度的不同有很大变化。涂料中锌的含量越多、且涂料膜厚度越厚，切割速度越慢。为良好切割涂装钢板，挑选薄的涂料膜厚度以及锌含量少的涂料非常必要。也可事先用激光烧掉切割线
上的涂料，以减小对切割的影响。
（3）不锈钢的切割
使用氧气作为辅助气体时，切割面因为被氧化而变黑；使用氮气作为辅助气体时，切割表面呈现金属光泽的银白色。因此，在切割不锈钢钢板时，通常使用氮气作为辅助气体。氮气的纯度非常重要，如果纯度变低，切割面将从带金属光泽的银白色依次变为金黄色、绿色及黑色。要得到银白色的切割面，板厚越厚，对氮气的纯度要求越高。当板厚为12mm以上时，需要99.9995%以上的高纯度氮气。
.5.2.3..新技术的应用
（1）激光切割的坡口加工
近年来，可进行坡口切割的激光切割机已面市，并逐渐普及到机械行业及造船业。因此，有无坡口加工功能已不再是选择切割机的因素，注重的是能否提高质量和效率
①软钢的坡口切割
通常，激光垂直切割时，左右的切割面质量相同。但是坡口切割时，左右面（外坡面和里坡面）的切割质量往往不同。
②不锈钢的坡口切割
激光可切坡口形状为V坡口，坡口角度最大22.5°。可切板厚为：6kW激光输出功率时，斜切边长度约14mm。切割面与软钢不同，左右两面（表坡面和里坡面）的切断面质量大体相同，并且可获得与垂直切割时的同等质量。
（2）缩短穿孔时间
在形状切割中，从切割开始点进入切割时通常需开孔（穿孔加工）。穿孔分为脉冲发振方式和连续发振方式两种。以往，在中、厚板切割中，一般采用脉冲发振方式。因使用连续发振方式进行厚板穿孔时，不能平稳开孔。但
脉冲发振方式随着板厚的增加，穿孔时间亦增长。因此，期待得到优质的开孔方式。选用连续发振方式穿孔时，孔径变大的原因是，切割材料上部的孔周围堆积着高温的飞溅物，与辅助气体（氧气）发生过剩燃烧。为了防止过剩燃烧，可在辅助气体（氧气）中混入惰性气体。且为使溶化金属顺利排出，在穿孔时可移动激光的照射位置。应研发时间较短、孔形优质的连续发振穿孔方式。辅助气体（氧气）中混入空气，且激光进行圆周运动时，板厚和穿孔时间以及孔的形状如图3所示。
（3）激光发生器的发展动向目前，中厚板切割中，使用较多的是高输出功率下容易得到高质量激光的二氧化碳气体（CO2）激光。CO2激光发生器的近期发展动向是，延长发生器内部镜片维护的时间间隔，以提高激光质量，并维持良好状态。激光改造前后的模型形状如图4所示。切割的稳定性如图5所示。
改良后的激光，周边部分的弱激光较少，在时间上模型形状稳定，摇晃也较少。分别使用改良前后的发生器，切割板厚22mm、容易烧伤的SN490C（不锈钢）材料，开直径22mm孔，切割边长为50mm，材料温度和烧伤发生率如图26所示。改良前，烧伤在材料约50℃时发生，且随着温度的上升，发生率变大。但是，改良后几乎没有发生。随着CO2发生器使用时间的增加，共振器内部的镜片会污染变脏，激光质量下降，必须定期清扫或更换内
部镜片。改良前的4kW激光切割机，使用约1000小时清扫1回，改良后为2000小时清扫1回，大大减少保养费用。
6..大型铸锻件切割装备及工艺
6.1..国内外应用现状
近几年，随着大型基础制造装备水平向大型化、高精度、高效率、低成本和高柔性等方面发展，国内重型机械行业、造船业、冶金业、大型机床制造企业的需求日益加强，国内企业对超大厚度钢锭的火焰切割技术与自动化装备的需求越加迫切。国内外超大厚度的火焰切割技术装备水平是，德国、韩国、日本、意大利等国家可以实现2500mm以上的大厚度火焰切割。切割精度较高，能源介质控制系统实现自动化，切割过程实时监控，切割安全系统稳定，环保配套系统齐备。其中，日本已经实现了3000mm厚度的优良切割。国内目前的切割设备能力可达2500mm，实现机械化切割，切割质量接近国外先进水平。对于2000~3500mm的超大厚度，国内主要采用氧矛手工切割方法，存在切割精度差、材料利用率低、劳动强度大、环境污染严重等问题。我国在20世纪70年代开始研发大厚度钢材的切割技术与装备，经过30多年的努力，完成的科研课题有：1977年，“330”工程大厚度不锈钢冒口切割工艺及设备研究，切割厚度1200mm，为国内首创，解决了“330”葛州坝电站工程水轮机叶片铸造不锈钢冒口切割的技术关键；1981年，大厚度精密切割工艺及设备的研究（800mm厚）；1991年，氧-液化石油气切割成套技术及设备研究，先后为重型铸锻件生产企业设计制造了1000~1500mm超大厚度铸件冒口切割机和2500mm超大厚度钢锭火焰切割机近10台套，成功用于相关企业，且在为企业服务的过程中积累了丰富经验并打下牢固的技术基础；目前，已经实现了大厚度超大厚度切割技术与数字控制技术相结合的自动化切割设备，在生产实践中成功应用。
6.2..技术与装备
通常，加工厚度超过300mm的钢材称为大厚度切割，加工厚度超过1000mm的钢材称为超大厚度切割。目前，大厚度和超大厚度钢材的切割方法，除金属切削法以外，普遍采用火焰切割法。大厚度火焰切割工艺方法可以切割冷态和热态钢材，具有工艺方法简单、经济性好、实用性强等诸多优点。
6.3..大厚度火焰切割技术及装备的技术特点由于大厚度切割的应用场合是大型重型零部件生产部门，由于工件厚度大，且存在冷态和热态、截面尺寸经常变换等诸多原因，形成了大厚度火焰切割工艺及设备的特点：
（1）钢材厚度大，导致切割工艺难度大：①钢材上部热、下部冷，受热不均匀，整个厚度不易顺利割穿；②钢材下部的切割氧气流动量减小，切割过程中后拖量大，不易控制切割速度；③割炬设计制造难度大，且能源介质控制难度增加；④切割过程中产生的熔渣多，若排渣不利极易堵塞切口底部，严重影响切割的正常进行。
（2）氧气和燃气压力高、流量大，调压器、流量调节阀等专用控制元器件均需专门设计生产。
（3）工作环境差。
（4）距离热场较近的关键零部件需要水冷却或空气冷却。
（5）整个设备需要安装热防护装置和防熔渣飞溅装置。
6.4..市场发展趋势
随着近几年经济形势的发展以及超大型零部件的生产量不断增加，使21世纪基础制造装备的水平主要体现在大型化、高精度、高效率、低成本和高柔性等诸多方面。其中，大型化是装备制造业高端产品的重要特征之一。例如，三峡电站1200吨起重机；宝钢5m宽厚板轧机机架有700多吨铸件；神华煤液化装置的压力容器重达2000多吨；百万千瓦核电蒸发器高23m，重量775吨；60万吨级乙烯裂解装置的精馏塔高达近100m，丙烯塔重达743吨，等等不胜枚举。这些大型设备的生产需要大型基础制造装备，从而推动了大型化的发展方向。若制造大型设备和大型基础制造装备，需要大型甚至超大型铸/锻件作为毛坯。而大型铸/锻件加工的第一道工序即为去除零件冒口和多余部分，达到设计的尺寸、形状和重量。大型铸锻件的火焰切割厚度和质量直接关系到后续的工作量和能源消耗。因此，大型甚至超大型铸/锻件火焰切割技术的研究开发能够解决目前手工切割精度差、材料利用率低、劳动强度大、环境污染严重等问题。只有加速开展大型甚至超大型铸/锻件火焰切割技术及装备的研发，才能满足重大装备发展的需求。
7..其他特色切割设备
7.1..水雾保护（WMS）切割技术
美国飞马特公司展示的以氮气作为等离子气，以普通自来水作为保护气的WMS工艺，对有色金属拥有良好的切割性能，使用成本低。水雾保护气释放氢气的过程使切割区域的大气压降低。大气压降低有助于减少切割表面氧化物堆积，实现清洁、无熔渣和氧化物残留的切割表面。WMS适用于厚度不超过25mm的材料，其优点是：使用成本低，相对于氦氢气-氮气，切割速度快3倍以上；切割面无氧化物堆积，可实现无熔渣切割效果；参数可选范围广，使用方便；可对铝材实现等同于激光切割的效果；热影响范围小，变形小；切后材料可焊性良好。
7.2..逆变等离子切割机
新型逆变等离子切割机，在原有产品基础上进行了优化设计，具有如下特点：
（1）与数控行走机构联接的接口，提供切割机启动引弧成功显示信号和等离子弧压信号，便于与数控系统联接。
（2）为了减少等离子切割机对数控系统的电磁干扰，切割机起弧方式由高频起弧改为非高频起弧。
（3）改变切割机的维弧方式。以往切割机的维弧电路由大功率电阻串联在电路中提供维弧电流。在切割机工作过程中，维弧电路自始至终提供维弧电流，从而给切割机带来许多负面效应，主要表现在以下几个方面：①增加能耗，使切割机效率下降。在工作过程中，串联维弧电阻消耗大量电能，10%~20%的电能变为热能后大幅增加了对机器散热的要求；②维弧电流增加了切割枪的割嘴烧损，同时造成切割质量下降。新型逆变等离子切割机采用无需维弧电阻的维弧原理，当切割机割嘴与被切工件分离时，维弧电路开关K1闭合，维弧电路工作。正常切割时，K1断开，维弧电路停止工作。由于机器中无维弧电阻，机器的发热量大幅减少，相应的散热能耗下降，切割机效率提高10%。由于切割时无维弧电流，割嘴在切割中无维弧等离子弧燃烧，可降低60%的割嘴损耗，减少切割枪的使用成本，提高切割生产率。由于切割过程中不存在维弧电流，切口的平整度与垂直度有所提高。
8..数控切割机发展前景
数控切割机广泛用于工程机械、重机、汽车、机车、煤炭机械、造船、压力容器、锅炉、风电、核电、钢结构、航空航天、兵器工业等多个领域。广泛的市场需求推动生产制造企业不断沿着提高质量、软件升级和提高自动化水平的方向发展。数控（火焰/等离子）切割无疑是主要发展趋势。普通数控火焰切割中、薄板时，效率低、变形量大、挂渣毛刺多；对于40mm以下的中、薄板采用数控精细等离子切割，不仅效率比前者提高7倍，且下料成型的工件无挂渣、垂直、不变形、成本低，应大力推广。激光加工应用技术是世界高技术发展方向之一。用激光加工技术改造和提升传统制造业，大幅度提高产品档次、技术含量和附加值，可全面提升传统制造业的整体技术水平。为此，国内激光切割设备制造商在大力加强数控系统研发的同时，还应大力加强激光加工工艺技术的研发力度，以满足国民经济各个领域的多样性需求，努力推动数控激光切割技术及装备的快速发展。