浅谈降低等离子数控切割设备维修费用及生产成本的方法

摘要：阐述了等离子切割原理及等离子数控设备的组成，根据实训工厂多年来等离子数控切割设备的实际使用状况，介绍了降低等离子数控切割设备维修费用及生产成本的方法，以供有关单位及人员参考。

关键词：等离子切割原理;维修费用;生产成本

0 引言

众所周知，在薄板钢材切割方面，等离子切割因切割速度快、熔渣少，其工作效率及切割质量明显优于火焰切割。随着等离子数控切割设备技术的飞速发展，等离子数控切割设备切割的钢板厚度已经达到150 mm，不仅能切割常用的低碳钢板，还能切割耐腐蚀的合金钢板以及铝、铜、镍、钛等各种金属材料，因而等离子数控切割设备得到了广泛应用。

自2012年3月份以来，笔者在实训工厂先后安装了两台常州华强等离子数控切割设备。通过多年的使用，等离子数控切割设备的工作效率及产品质量明显更高，尤其在BTW材质的切割过程中，完全取代了火焰切割。但是，根据数据统计，在完成同等工时情况下，等离子数控切割设备的维修费用及生产成本是火焰数控切割设备的10多倍，因此，亟需了解并掌握降低等离子数控切割设备维修费用及生产成本的方法。

1 等离子切割原理及等离子数控切割设备

1.1    等离子切割原理

离子体是物质存在的第四种状态。例如，冰随着温度的升高由固体转为液态变成水，再加热转为气态变成水蒸气，继续加热到一定温度，则变成等离子态，即我们所说的等离子体。等离子体中带负电荷的电子与带正电荷的离子处于平衡状态，它可以通过很大的电流，因而具有很高的能量密度和极高的温度。控制等离子弧的能量密度、温度和运行速度等，可以对金属进行切割、焊接和喷涂。等离子弧切割是利用等离子弧将被切割的金属加热至熔化状态，然后利用辅助气体将熔化的金属吹开，达到切割的目的。

1.2    等离子数控切割设备

1.2.1    等离子数控切割设备的定义

数控切割代表了现代高科技的生产方式，是将先进的优化套料计算技术与计算机数控技术和切割机械相结合的产物。等离子数控切割设备就是结合先进实用可靠的数控系统，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，该导电气体即形成高温等离子电弧，电弧的热量使工件切口处的金属局部熔化，并借助高速等离子气流的动力排除熔融的金属（即熔渣）以形成切口。

1.2.2    等离子数控切割设备的组成

等离子数控切割设备由CNC控制系统、切割床、机械传动部分、机架、自动气体操作台及降尘水循环装置、空气压缩机、气体干燥机等附属设备构成。其中，自动气体操作台由等离子电源、冷却器、高频箱、选择操作台、流量控制箱、割炬六部分组成。以常州华强等离子数控切割机为例，其基本构成如图1所示。

2 等离子数控切割设备使用现状及割炬易损件消耗情况

2.1    等离子數控切割设备使用现状

通过常州华强等离子数控切割设备在实训工厂多年的使用发现，其故障率高，设备部件易损坏，导致设备维修费用增加。

2.1.1    机械传动部分

设备纵向传动（大车行走）及横向传动（割炬行走）齿轮磨损严重，致使机床运行不稳，切割零件质量下降，现两台设备的齿轮已全部更换。设备横向传动（割炬行走）滑块易磨损，两台设备已更换16块滑块。

2.1.2    电气控制部分

因供电不稳导致等离子电源熔断器多次烧坏，也曾发生过等离子电源斩波器损坏的现象。流量控制箱是设备故障的高发点，两台设备已更换十几个气体压力传感器及6块流量箱控制板及电源板。

2.1.3    冷却系统

冷却系统也是设备故障的高发部分，冷却箱内冷却水泵及冷却剂滤芯的损坏率很高，两台设备已更换多台水泵及十多个冷却剂滤芯。

2.1.4    附属设备

附属设备中的空气压缩机与其他设备相比故障率较高，其中带齿空压机皮带易断裂，空气过滤器芯易堵塞，现已更换多次。

2.2    割炬易损件消耗情况

实训工厂这两台等离子数控切割机主要用于切割厚度5～25 mm低碳钢钢板。使用的等离子电源能提供7种工作电流，分别为：30 A、50 A、80 A、130 A、200 A、260 A、400 A，因电流不同，使用的割炬易损件如电极、喷嘴、保护帽、涡流环、保护罩、喷嘴固定帽也不相同。实训工厂主要使用130 A、260 A两种电流，在BTW材料30～45 mm厚板切割中尝试使用了400 A电流，切割效果良好，但易损件的消耗也非常大。根据数据统计，在完成同等工时情况下，割炬易损件消耗费用是火焰数控切割设备的10多倍。

3 降低等离子数控切割设备维修费用及生产成本的方法

3.1    降低等离子数控切割设备维修费用的方法

根据上述等离子数控切割设备使用现状的分析，导致设备维修费用增加的原因及降低设备维修费用的方法如下：

（1）设备维护保养不到位是维修费用增加的主要原因。因此，每年对设备的所有部件至少要做两次彻底的维护保养，维护保养必须有设备维修、操作及技术人员参加，严格按照等离子数控设备的维护保养规程进行。

（2）机械传动部分的齿轮与齿条、滑块与导向杆的间隙一定要调整到最佳状态，操作工周末要清洗齿轮、齿条、滑块和导向杆。

（3）保证供电电网的质量及良好的接地。流量控制箱安装在割炬托架上，在工件切割过程中与割炬一起移动，切割溅起的水蒸气从流量控制箱的排气孔进入，导致电路板损坏。因流量控制箱与割炬控制站之间的电缆及气管长度不能超过1.8 m，否则无法引弧，流量控制箱不能放在其他位置。针对此种情况，电工每月用电吹风对流量控制箱内部的电路板进行清洁保养，大大减少了电路板的损坏。

（4）对于故障高发的冷却系统及空压机，虽然工作载体不同（液体和气体），但有一个共同的特点就是因载体中的脏污堵塞，导致设备部件损坏。针对这种情况，一年两次的维护保养已远远不够，这就要求设备维修及操作人员每季度必须维护保养设备一次。

3.2    降低等离子数控切割设备生产成本的方法

根据割炬易损件实际消耗情况，技术人员对等离子数控切割下料进行了长达半年的实验跟踪、数据统计，对比分析出了导致割炬易损件消耗量大的诸多因素。

（1）实训工厂零部件品种繁多，一张钢板有时需编程套排十几种零件，穿孔次数多导致割炬易损件消耗量大。曾用最常用的260 A电流易损件，如电极、喷嘴、保护帽，切割材料为Q235、厚度20 mm的钢板进行实验。发现当穿孔次数达到260次以上时，就需要更换电极和喷嘴，否则切割质量满足不了工艺要求，而且将对割炬主体造成损害。因此编程人员采用编程技巧、套排方法控制穿孔次数（尤其是内部穿孔次数），少切割或不切割需要穿孔多的零件，是延长易损件使用寿命、降低生产成本的根本方法。（2）切割钢板垫架的平整度也是影响割炬易损件使用寿命的主要原因。要求每季度清理一次切割钢板垫架，每使用两年彻底更换切割钢板垫架。（3）操作工操作设备的技术水平、设备精度、钢板材质厚度、表面锈蚀程度、平整度、工艺方法是影响割炬易损件使用寿命的次要原因。针对这些因素，在设备维护保养良好、保证设备精度、稳定可靠运转的前提下，提高操作工操作设备的技术水平，正确使用、保存好割炬易损件，是延长其使用寿命的基础。因等离子电源的最大电流为400 A，根据BTW材料切割的实际情况，切割厚度控制在45 mm以下，割炬及易损件不易损坏。

4 实施效果

2014年10月份，实训工厂按照上述方法实施了降低等离子数控切割设备维修费用及生产成本的措施，现以2014年及2015年1月—3月设备备件更换数量及易损件消耗费用进行比较，其具体数据如表1、表2所示。

根据表1、表2的数据可知，降低设备备件维修费用及生产成本的效果还是比较明显的，由此证明上述方法是可行的。

5 结语

本文所阐述的降低等离子数控切割设备维修费用及生产成本的方法，是笔者近年来从事等离子数控设备维修及割炬易损件计划购置、控制使用等工作中总结出来的，存在一定局限性，仅供参考。

[参考文献]

[1] 梁桂芳.切割技术手册[M].北京：机械工业出版社，1997.

[2] 美国海宝公司.自动气体操作台HPR400XD使用手冊[Z].

[3] 常州华强焊割公司.EDGE操作说明书[Z].

收稿日期：2020-02-05

作者简介：宋晓杰（1980—），男，宁夏人，实训教师，研究方向：电工实训。