便携式 CNC 等离子切割指南

• 1
  等离子电弧如何切除金属
• 2
  空气、氧气和氮气：各气体的作用
• 3
  厚度、电流与速度
• 4
  便携式等离子能保证和不能保证的精度
• 5
  什么时候不该用等离子
• 6
  从等离子毛坯到成品零件
• 7
  电流、气体与厚度的匹配

等离子割炬让电弧通过一个小喷嘴收缩，同时气体从同一开口吹出。气体受热变成物质的第四态，即电离的导电状态，电弧随之转移到工件上。电弧核心温度约为 22,000 °C，足以瞬间熔化钢，而不是像氧燃气那样燃烧钢。

熔化的金属并不是被汽化吹走。高速气流把大部分熔融金属从割缝底部吹出。这就是切割质量如此依赖气体流量和喷嘴离工件高度的原因：气流一散，挂渣就留在零件上。

在便携式 CNC 等离子切割台上，控制器按 CAD 文件生成的程序路径驱动割炬。小车式龙门架承载割炬，电源、空气过滤器和控制箱随车移动。切割几何仍然是 CNC 几何，改变的只是机床底座。

这类系统的精度瓶颈实际在导轨和板材上，不在电子部分。龙门架在加速时变形，或者板材不平，都会让割炬偏离程序路径，偏差比控制器造成的更大。

• 1
  电弧转移到工件工件成为回路的一部分，因此必须接地。
• 2
  气体承担两项任务形成等离子体，并把熔融金属从割缝中清除。
• 3
  运动仍是 CNC与固定工作台相同的 G 代码路径，机床框架更轻。

车间压缩空气是默认选择，对很多工作来说够用。清洁、干燥的压缩空气切割低碳钢，厚度可达约 12 mm，边缘质量可接受。问题在于“清洁”二字。管路中的水分或油会在切割面形成气孔，并缩短喷嘴寿命，这是我们在现场设备上最常见的故障。

低碳钢厚度超过约 12 mm，或者边缘必须达到可焊接状态时，用钢瓶氧气或气体控制台供氧会改变结果。氧气与铁反应，为切割增加热量，从而得到更方正的边缘、更窄的割缝和更少的挂渣。代价是单件气体成本更高，并且需要第二路气体管线接到割炬。

不锈钢和铝的表现不同。氧气容易在不锈钢上留下氧化硬边。氮气或氩氢混合气切割这些合金和铝更干净，但需要更高的流量和气体控制台，而不是车间空压机。

实用规则很简单：按合金和厚度选气体，而不是按车间现成的管路选气体。60 A 空气切割 6 mm 低碳钢能得到好零件；同样的设置切 20 mm 不锈钢就是废品。

• 1
  空气低碳钢约至 12 mm，成本最低，需要干燥机和过滤器。
• 2
  氧气更厚的低碳钢，边缘可焊接，气体成本更高。
• 3
  氮气或氩氢混合气不锈钢和铝，边缘更干净，需要控制台。

电流决定厚度上限。45–60 A 设备可干净切割约 12 mm 低碳钢。80–100 A 设备装在便携式 CNC 等离子切割机上，可处理约 25 mm 低碳钢；不锈钢或铝因散热更快，可切厚度更小。务必查阅具体割炬的切割能力表，不要看营销宣传。

切割速度与电流同样重要。速度太慢，电弧停留，割缝变宽，下边缘挂渣。速度太快，电弧滞后于割炬，留下斜边，路径末端出现未切透的连接段。每种厚度都有一个速度窗口，通常宽几百 mm/min，此时挂渣最少、斜边最小。

厚板还意味着更多热输入和更大变形。20 mm 零件上有长直切割时，板材可能翘曲到使最后一道切割的喷嘴高度与第一道不同。安排切割顺序分散热量，并把板材压紧，能解决大部分问题。

等离子切割边缘有热影响区，深度通常为 0.5–2 mm，取决于厚度和速度。该区域比母材硬，如果零件承受循环载荷，可能产生疲劳裂纹。如果边缘是功能表面，就需要机加工，而不只是打磨。

• 1
  太慢割缝宽、挂渣重、板材热输入过多。
• 2
  太快后拖线、斜边、路径末端未切透的凸台。
• 3
  热影响区沿切割面 0.5–2 mm 的硬化金属层。

等离子是热切割工艺，割缝不是机加工边缘。调好的便携式系统切 6 mm 低碳钢，路径精度通常约为 ±0.5 mm，割缝约 1.5–2 mm，斜边 2–5°。这对支架、底板、加强板和焊接件够用；对轴承内孔或配合面则不够。

孔质量是薄弱环节。等离子切割的孔在小于约1.5倍板厚时会出现锥度和不圆，入口侧比出口侧宽。如果孔要穿螺栓，切割后钻孔，或切小后再铰。许多车间干脆只打一个穿孔标记，让钻头来完成。

还有最小特征尺寸限制。窄于割缝加热影响区的槽和凸耳会变形或掉落。6 mm 板上，筋宽保持 3 mm 以上。20 mm 板上，按 8 mm 以上考虑。

这里就是工艺交接给机加工的地方。等离子产出近净成形毛坯。如果零件需要 ±0.005 mm、Ra 0.8–1.6 μm 表面或真圆内孔，毛坯随后上铣床或车床。毛坯切得接近尺寸可省材料、省加工节拍。

• 1
  路径精度薄板上配刚性导轨装夹约 ±0.5 mm。
• 2
  割缝与斜边典型空气切割下割缝 1.5–2 mm，斜边 2–5°。
• 3
  交接点公差低于 ±0.1 mm 的应上 CNC 铣床。

等离子是切割工艺，不是精加工工艺。它做不出密封面、压配或螺纹孔。如果图纸要求 300 mm 范围内平面度 0.05 mm，等离子保不住，再怎么调枪也改变不了。

薄板是另一个限制。低于约 1 mm，热输入使板材翘曲的速度快于割枪移动。激光或水刀更适合该范围。等离子在约 3 mm 到 25 mm 表现最好，是获得毛坯最便宜的方式。

材料也重要。铜和黄铜导热太快，在典型电流下等离子切割效果差。钛可以切，但需要保护气和洁净腔体以避免污染。这些材料通常水刀或铣削更合适。

最强的应用场景是需要几百件板材零件、多种厚度、交期短的车间。等离子几小时切出毛坯。然后关键面转到三轴或五轴铣床，保证关键公差。这种分工比从实心料加工整个零件更便宜。

• 1
  适合3–25 mm 板材、焊接件、支架、单件维修件。
• 2
  不适合1 mm 以下薄板、铜、高导合金。
• 3
  错误适用密封面、压配、内孔、螺纹。

等离子毛坯送来时边缘硬化、略有斜边，割缝比割枪喷嘴宽。加工前边缘通常需要清理走刀。面铣刀或立铣刀从切割面切去 0.3–0.5 mm，去除热影响区并给出干净基准。

设定基准是决定成品是否与模型一致的步骤。等离子边缘不垂直，靠切割面装夹会引入误差。最好靠轧制边或锯切边装夹，或在机床上测头探测零件，以探测面设定工件坐标。

对于带孔和型腔的零件，我们采用的顺序是：毛坯在待加工面留 2–3 mm 余量切割，厚件去应力，然后铣基准，再加工特征。五轴机床上毛坯常可一次装夹完成，位置误差保持在 ±0.005 mm 内。

余量规划是等离子车间和机加工车间必须沟通的地方。余量太小，刀具会撞上热影响区的硬点。余量太大，就花加工节拍去除本可通过更好排样避免的材料。

• 1
  清理走刀从切割面切去 0.3–0.5 mm 去除热影响区。
• 2
  基准选择尽可能靠非等离子切割面装夹或探测。
• 3
  余量待加工面留 2–3 mm。