在切割領(lǐng)域，等離子切割，特別是精細(xì)等離子切割已經(jīng)在眾多工業(yè)領(lǐng)域得到了應(yīng)用，但是，隨著光纖等激光技術(shù)的發(fā)展，激光切割機(jī)近年來也開始受到一些用戶的青睞。那么，等離子切割與激光切割相比，哪種切割方式更適合企業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)？本期將通過用戶的角度，讓用戶來探討兩種切割工藝的優(yōu)勢和缺點(diǎn)，為今后采購切割產(chǎn)品和生產(chǎn)工藝設(shè)計的工程師提供借鑒。

本期策劃 張維官

等離子切割機(jī)與激光切割機(jī)應(yīng)用

李偉劍：我單位主要有軍品生產(chǎn)線和轉(zhuǎn)包生產(chǎn)線兩條，在每條生產(chǎn)線上應(yīng)用不同的切割機(jī)品牌。

（1）軍品生產(chǎn)線 我公司最早在1997年成功引進(jìn)一臺美國laserdyne780型激光加工系統(tǒng)，主要用于零件的精密切割和打孔。該設(shè)備的激光器是英國JK704 YAG激光器，功率為400W。該設(shè)備的特點(diǎn)是動光式，在加工過程中零件不動，通過激光加工頭的運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)空間任意軌跡的切割。激光頭可以進(jìn)行A、B方向上的數(shù)控旋轉(zhuǎn)，這樣能保證空間曲面沿法向方向的切割。這款切割機(jī)的另一個特點(diǎn)是懸臂式，這樣機(jī)床的敞開性比較好，方便于操作工搬運(yùn)和裝卸零件。

鑒于激光切割零件需求量的逐年增多，我公司在2005～2012年期間先后購買了美國PRIMA公司生產(chǎn)的laserdyne890（3000W CO2快軸）、laserdyne795激光切割機(jī)，用于航空零件的激光精密切割與打孔。

在板材下料方面，引進(jìn)了國產(chǎn)武漢楚天公司生產(chǎn)的HYPE－CUT3015型激光切割機(jī)，是一款CO2快軸氣體激光器。可實(shí)現(xiàn)自動標(biāo)定、自動聚焦功能，使用戶可以隨時調(diào)整和更換不同材料不同厚度的板材，大大提高了效率。此設(shè)備還擁有自動穿孔檢測功能、防碰撞和斷點(diǎn)返回功能等，大大方便了操作者的使用。

（2）轉(zhuǎn)包生產(chǎn)線 2003年引進(jìn)了兩臺激光切割機(jī)用于轉(zhuǎn)包零件的加工。這兩臺都是意大利PRIMA公司生產(chǎn)的快軸氣體激光器。一臺用于二維切割，一臺用于三維激光切割。這兩臺設(shè)備的特點(diǎn)為自動上料、飛行光路，擁有電容傳感器。驅(qū)動方式為高速滾珠絲杠（因?yàn)橐M(jìn)時間比較早，現(xiàn)在這種驅(qū)動方式已經(jīng)很少采用），激光頭旋轉(zhuǎn)軸可連續(xù)無限旋轉(zhuǎn)（這是該設(shè)備的核心技術(shù)，國內(nèi)目前還沒有掌握）。2012年左右又引進(jìn)兩臺DMG的LT130PD和LT80PD激光切割機(jī)。這兩臺設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸和激光頭中的兩個高動態(tài)性能扭轉(zhuǎn)電動機(jī)，使機(jī)床可在最短的加工時間內(nèi)達(dá)到最高的加工精度。憑借機(jī)床的高動態(tài)性能以及高切割速度，能夠?qū)崿F(xiàn)鉆環(huán)穿孔。借助零件加工編程系統(tǒng)，能夠快速簡便地完成復(fù)雜的工件加工程序制定。該設(shè)備的驅(qū)動方式采用最為先進(jìn)的直線電動機(jī)驅(qū)動技術(shù)，極大提高了切割機(jī)的加工效率和加工精度。

目前我公司還沒有等離子切割機(jī)。

李 勇：我公司目前具有以下幾種切割設(shè)備：

（1）激光切割通片快激光切割機(jī)：通快產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)是在切割5mm以下鋼板時有較大優(yōu)勢，切割速度和移動速度相當(dāng)快。但是缺點(diǎn)是工作臺面小，一般為1.5m×3m或2m×4m，主要應(yīng)用于鈑金行業(yè)，如駕駛室、電器開關(guān)柜、電梯行業(yè)、糧食機(jī)械和紡機(jī)等。

田中激光切割機(jī)：其優(yōu)點(diǎn)是中厚板切割，工作臺面大，比如有3m×9m或2m×6m的板就可直接放在工作臺上進(jìn)行。主要用于重工行業(yè)，如工程機(jī)械、造船、橋梁、鋼結(jié)構(gòu)等（一般是3～25mm）。

普瑞瑪激光切割機(jī)：意大利PRIMA的單元技術(shù)，懸掛式龍門梁飛行光路結(jié)構(gòu)，人機(jī)接近性及機(jī)床驅(qū)動特性良好；機(jī)床全封閉防護(hù)，可使操作者觀察到完整的加工過程。配有自動交換工作臺。普瑞瑪激光切割機(jī)可加工范圍3000mm×1500mm，最大定位速度140m/min，最大板材重量800kg，發(fā)生器功率2500W，3000W及4000W，最大加速度6G。

（2）精細(xì)等離子 濟(jì)南第二機(jī)床廠：采用美國CMC公司生產(chǎn)的VURNY 10 PLUS 數(shù)控切割機(jī)專用切割機(jī)系統(tǒng)。龍門式結(jié)構(gòu)雙邊驅(qū)動，重量輕，剛性好，縱向和橫向均采用進(jìn)口數(shù)字交流伺服系統(tǒng)和精密齒輪無間隙嚙合傳動，并由自動加減速，斷點(diǎn)回復(fù)功能，因此保證了切割機(jī)的運(yùn)行精度和拐角處的精度。橫向采用直線導(dǎo)軌導(dǎo)向，縱向采用SKF軸承導(dǎo)向。最大切割長度18 500mm，切割厚度2～32mm，最大穿孔厚度32mm。

梅塞爾：數(shù)控切割機(jī)為門式穩(wěn)固設(shè)計，雙邊縱向驅(qū)動來保證高切割準(zhǔn)確性及切割精度。最大的切割長度可達(dá)到12 000mm；結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，導(dǎo)向準(zhǔn)確；橋架上的直線導(dǎo)板使切割平整及精確；用最現(xiàn)代化的CAD工具設(shè)計，性能最佳；交流電動機(jī)性能高，速度可達(dá)35m/min，加速快。

孫志剛：我公司使用的等離子切割機(jī)主要有三種品牌：美國海寶等離子切割機(jī)：特點(diǎn)是切割穩(wěn)定且切割速度快，用于自動切割中、厚型鋼板；美國米勒等離子切割機(jī)：特點(diǎn)是用于手工切割40mm以下的鋼板，操作靈活，維修成本比較高；唐山松下等離子切割機(jī)：用于手工切割40mm以下的鋼板，操作靈活，比較耐用，維修費(fèi)用低，使用方便。

劉 靜：我公司主要產(chǎn)品有電力機(jī)車、內(nèi)燃機(jī)車、城市軌道車輛、各種機(jī)車車輛配件產(chǎn)品。機(jī)車鋼結(jié)構(gòu)的研發(fā)制造全部由公司獨(dú)立完成，鋼結(jié)構(gòu)的板材種類主要有Q345E、Q235A、09CuPCrNi等，板厚3～70mm不等，切割設(shè)備主要有數(shù)控火焰切割機(jī)、數(shù)控等離子切割機(jī)、激光切割機(jī)和剪板機(jī)等。目前有瑞士百超、意大利譜瑞瑪激光切割機(jī)3臺；2臺梅賽爾數(shù)控等離子切割機(jī)。

等離子切割機(jī)和激光切割機(jī)應(yīng)用場合

李偉劍：我公司用于激光切割的板材材料主要是不銹鋼、鈦合金、高溫合金等。

李 勇：激光切割機(jī)：激光切割機(jī)以中薄板為主，以4000W激光為例，最大可切25mm左右普通碳鋼。激光切割機(jī)除用于切割各種高熔點(diǎn)材料、耐熱合金和超硬合金等特種金屬材料外，也可切割半導(dǎo)體材料、非金屬材料以及復(fù)合材料。激光因其具有幾乎無發(fā)散的方向性，而具有極高的發(fā)光強(qiáng)度。激光切割速度快、加工精度高、切縫狹窄，相對于等離子切割熱影響區(qū)小、切割板材變形小，切割表面無損傷，一般不需后續(xù)加工。

等離子切割機(jī)：等離子切割機(jī)可用于不銹鋼、鋁、銅、鑄鐵、碳鋼等各種金屬材料切割，等離子切割以中厚板為主，以260A的等離子切割為例，最大切割厚度可達(dá)60mm。等離子切割速度快、切縫狹窄、切口平整，允許成本低，具有顯著的節(jié)能及經(jīng)濟(jì)效果

孫志剛：我單位現(xiàn)在沒有激光切割機(jī)，等離子切割機(jī)主要用于切割高碳鋼和普通碳鋼，板厚一般在6～40mm。

劉 靜：激光切割機(jī)主要用于板厚在8mm以下的碳鋼、不銹鋼板材備料，尤其是形狀復(fù)雜，切割面精度要求較高的零部件。數(shù)控等離子切割機(jī)主要用于重要零部件或者較薄板材的切割。

等離子切割機(jī)VS激光切割機(jī)

李偉劍：等離子切割的工作原理是以氧氣或氮?dú)庾鳛楣ぷ鳉怏w，利用高溫等離子電弧的熱量使工件切口處的金屬局部熔化和蒸發(fā)，并借助高速等離子流的動量排除熔融金屬以形成割縫的一種加工方法。

而激光切割是由激光器產(chǎn)生的激光束，通過一系列反射鏡的傳輸，最后由聚焦鏡聚焦到工件表面，在焦點(diǎn)處產(chǎn)生局部高溫，使工件的被加熱點(diǎn)瞬間熔化或汽化形成割縫。同時在切割的過程中加以輔助氣體將割縫處的熔渣吹出，最終達(dá)到加工的目的。

等離子切割適用于各種金屬材料的切割，以中厚板切割為主。優(yōu)點(diǎn)是切割速度快，割縫窄，熱影響區(qū)小，變形小，運(yùn)行成本低；缺點(diǎn)是在斷面垂直度有0.5°～1.5°的傾斜角，切口硬化。

激光切割主要以中薄板為主，切割材料范圍非常廣（金屬、非金屬、陶瓷、玻璃等）。由于激光具有高方向、高亮度、高強(qiáng)度等特點(diǎn)，所以激光切割速度快，加工精度高，割縫非常窄，一般無需后續(xù)加工處理。

綜上所述，在切割材料方面，激光切割的材料選擇范圍要比等離子切割的更廣；在薄板切割方面，激光切割具有更加顯著的優(yōu)勢；而在成本方面，等離子切割相對于激光切割要便宜很多。

李 勇：激光切割機(jī)與一般切割方式對比，有一些顯著的優(yōu)勢：①激光切割割縫小，切割面可以直接用于焊接，不需要打磨。②激光切割機(jī)速度快：切割薄板時速度可達(dá)10m/min，比等離子切割機(jī)的速度快很多。③激光切割機(jī)切割質(zhì)量好：變形小，表面粗糙度值低，斜口小。④激光切割機(jī)精度高：定位精度能達(dá)到0.05mm，重復(fù)定位精度可達(dá)0.02mm。⑤激光切割機(jī)切割材料廣泛：除了可以切割金屬，也可以切割木材、塑料、橡膠、PVC、皮革、紡織品及有機(jī)玻璃等多種材料，應(yīng)用范圍極廣。

激光切割的劣勢：激光切割成本高，初期投入和后期維護(hù)需要較高的成本；目前，激光在切割薄板性價比較高，但在切割中厚板時效率低，除非質(zhì)量要求較高，否則不適宜用激光切割。

等離子切割的優(yōu)勢：在切割中厚板的過程中，可以達(dá)到非常高的切割速度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于激光和火焰。初期設(shè)備投入比激光低，后期維修成本也比激光低。

等離子切割的劣勢：①切割面垂直度較差：在切割面的一側(cè)會產(chǎn)生很大的斜口，垂直度會較差。②產(chǎn)生較多的割渣：切割過程中會在切割面的下方產(chǎn)生割渣，為不影響后工序的質(zhì)量，此割渣必須通過修磨去掉，也增加了人工成本。③會產(chǎn)生有害的氣體和弧光：等離子切割的原理決定了在切割過程中會產(chǎn)生有害的粉塵和弧光，但是，目前也出現(xiàn)了采用水下等離子切割來避免此缺陷。④后期的割嘴消耗會比較多，而且目前的割嘴主要靠進(jìn)口，成本較高。

孫志剛：根據(jù)我們以前使用的經(jīng)驗(yàn)，激光切割機(jī)與等離子切割機(jī)比較如下：

第一，激光切割機(jī)不會損傷工件，而等離子切割機(jī)對板材卻存在或大或小的損傷，特別是在切割過程中等離子切割機(jī)割槍割嘴出現(xiàn)問題時就會對板材造成明顯缺陷。

第二，由于激光束聚焦成很小的光點(diǎn)，所以激光切割機(jī)切縫窄，等離子切割機(jī)切割的切縫要比激光切割機(jī)切縫略大。

第三，激光切割機(jī)速度快：切割速度可達(dá)10m/min，比等離子切割機(jī)的速度快很多。

第四，激光切割機(jī)切割面光滑，無毛刺，切割質(zhì)量好，屬無接觸切割，切邊受熱影響很小，基本沒有工件熱變形，完全避免材料沖剪時形成的塌邊，切縫一般不需要二次加工。但切割板材的厚度受限制且加工成本高。而等離子切割機(jī)可根據(jù)不同型號和功率大小可切割6～40mm以上鋼板，加工成本相對低廉。

第五，激光切割機(jī)精度高：激光切割機(jī)定位精度0.05mm，重復(fù)定位精度0.02 mm，但工作環(huán)境要求高，等離子切割機(jī)的加工精度雖不比激光切割機(jī)，但對工作環(huán)境要求較低且機(jī)動性較強(qiáng)，適應(yīng)切割的范圍較廣，對人員的技能水品要求相對激光切割要低。

劉 靜：激光切割機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于：切割精度更高，速度快，板材變形小，適用于形狀復(fù)雜的零部件備料，但就目前我公司的設(shè)備而言，切割厚度受限制，一般情況下：8mm以下的板材，組對精度要求高的單件使用激光切割機(jī)下料，下料成本較高，對板材的清潔度也有一定的要求。等離子切割機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于：切割領(lǐng)域?qū)挘汕懈钏薪饘侔宀?；切割速度快，效率高；切割精度比?shù)控火焰切割高，精細(xì)等離子切割則精度更高。缺點(diǎn)在于切割厚板，尤其是20mm以上鋼板比較困難，需要大功率的等離子電源，成本較高。

未來發(fā)展趨勢

李偉劍：目前，國際上有代表性的激光切割制造廠家主要有德國通快、瑞士百超、意大利普瑞瑪?shù)?，國?nèi)有深圳大族、武漢楚天、上海團(tuán)結(jié)普瑞瑪?shù)龋袌錾蠈τ诩す馇懈畹男枨笾鹉暝龆唷?/p>

隨著激光切割機(jī)的制造技術(shù)日趨成熟，高效激光切割機(jī)的發(fā)展方向如下：

（1）切割效率進(jìn)一步提升 開發(fā)高效高精度數(shù)控激光切割機(jī)，提高切割速度，不僅要提高光束質(zhì)量，改變切割工藝，更重要的一個方面是要采用直線電動機(jī)驅(qū)動，使其擁有更大的加速度和移動速度。

（2）激光切割的柔性加工 提高激光切割機(jī)的多自由度，適用于更加復(fù)雜曲面工件的加工。開發(fā)高精度光纖激光切割機(jī)，在二維和三維方面的推廣應(yīng)用，提高柔性加工。

（3）加大幅面大厚板的激光切割 掌握遠(yuǎn)光程激光傳輸技術(shù)，厚板切割工藝，高功率激光光路的設(shè)計與制造技術(shù)，開發(fā)大幅面大厚板激光切割設(shè)備。

（4）切割機(jī)智能化的提升 進(jìn)一步把激光器與CNC技術(shù)、光學(xué)技術(shù)以及高精度工件的定位相結(jié)合，把激光切割機(jī)的功能部件與其他加工方法組合，制成多功能激光加工機(jī)。

李 勇：未來高效切割機(jī)應(yīng)該會分兩條路發(fā)展，一種是目前技術(shù)的升級換代，比如說激光切割的板厚會越來越高，成本越來越低。等離子切割存在的粉塵和弧光缺陷，隨著水下等離子的出現(xiàn)，此劣勢也降低了不少。

另一種方向是新的切割介質(zhì)和切割方式會出現(xiàn)，從古老的火焰切割到后來的等離子、激光、水切割，無一不是隨著新技術(shù)的出現(xiàn)而推廣的。

孫志剛：今后高效切割機(jī)的發(fā)展方向應(yīng)是：精細(xì)等離子切割，因?yàn)榫?xì)等離子切割已使切割質(zhì)量接近激光切割水平，目前隨著大功率等離子切割技術(shù)的成熟，切割厚度已超過150mm，拓寬了數(shù)控等離子切割機(jī)切割范圍。