工艺说明

CNC 等离子切割机是如何工作的？

等离子切割机是一道受控电弧。电弧把气体变成 16,000 °C 的高速射流，CNC 则让这股射流沿刀路移动。本页介绍 CNC 等离子切割的五个步骤、关键参数，以及该工艺在什么情况下不再适合某个零件。

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5 个步骤电流与气体切割面质量限制何时改用铣削

本页内容

本文内容

1
要点速览
2
割炬内部发生了什么
3
CNC 如何驱动割炬
4
适合切什么，不适合切什么
5
如何判断等离子切割面
6
分步说明：从文件到成品切割
7
同一零件：等离子切割与铣削对比

快速解答

要点速览

这是热加工过程电弧熔化金属，气体射流把熔池从切缝中吹出。刀具不接触板材。

CNC 只负责移动割炬CAM 软件把 2D 轮廓转成 G 代码。控制器按设定进给速度驱动 X、Y、Z 轴。

切缝是真实的材料损耗典型切缝宽 1.5 到 3 mm。排样时要预留这部分。

它切的是板材，不是特征孔径小于约 1.5 倍板厚时，孔会带锥度，需要二次加工。

公差较粗板材状态良好时约为 ±0.5 mm。精密内孔和轴承座应交给铣床。

机理

割炬内部发生了什么

等离子割炬有三个关键零件：铪或钨电极、带小内孔的铜喷嘴，以及使气流旋转的旋流环。气体以 4 到 8 bar 进入，绕电极旋转后从喷嘴内孔喷出，内孔通常为 0.9 到 1.8 mm。内孔决定射流直径，射流直径又决定切缝宽度。

起弧时，引导弧在电极与喷嘴之间跳火。高频引弧机型上，这一电压约为 5,000 到 10,000 V。引导弧电离旋转气体，形成导电等离子柱。割炬靠近工件到通常 1.5 到 3 mm 时，电弧转移到板材，引导回路断开。

转移弧按板厚以 20 到 200 A 运行，把喷嘴内的气体加热到约 16,000 °C。气体在该温度下无法保持气态，会变成等离子体剧烈膨胀，以接近声速离开喷嘴。工件整体不会升到这么高的温度，热量集中在几毫米宽的区域内。

原理就是这些：局部熔化加快速度气体射流等于切割。机器上的其他部分都是为了把这个热点准确放到位置，并以正确速度移动它。

1
电极磨损决定耗材寿命空气等离子切割的铪电极通常可穿孔 300 到 1,000 次。
2
喷嘴内孔控制切缝喷嘴磨损会加宽切缝，并在下边缘产生挂渣。
3
气体选择改变切割化学反应氧气在低碳钢上切出的边最垂直。氮气适合不锈钢。

控制措施

CNC 如何驱动割炬

CNC 等离子切割中 CNC 部分的原理很简单：控制器读取 G 代码并驱动三个轴。X、Y 轴把割炬定位到板材上方，Z 轴设定喷嘴与工件之间的间距。典型 1,500 × 3,000 mm 工作台上，快速移动速度为 10 到 25 m/min，切割移动速度为 1 到 8 m/min。

G 代码来自 CAM 软件。导入 2D DXF 或展开图，选择引入线、切割方向，然后后处理。后处理器处理机器相关细节：穿孔延时、弧压，以及在板材于割炬下方移动时保持间距恒定的高度控制回路。

弧压高度控制是最容易被低估的部分。切割时板材受热变形。没有主动高度控制，间距会漂移，弧压随之变化，切割要么熔不透，要么过烧。闭环控制每秒读取弧压 100 到 200 次，并调整 Z 轴，把弧压控制在约 ±0.2 V 内。

排样也很重要。零件在板料上排布时尽量共用切割线。在 1,500 × 3,000 mm 板材上做好排样，可把材料利用率从 65% 提高到 80% 以上。

1
关键是穿孔延时，不是穿孔功率12 mm 低碳钢上，开始移动前保持穿孔 0.5 到 1.5 s。
2
引入线避开成品边缘使用 3 到 6 mm 圆弧引入线，让穿孔凹坑落在废料上。
3
切割方向影响垂直侧顺时针外轮廓时，右侧切缝壁更垂直。

材料与厚度

适合切什么，不适合切什么

等离子切割要求工件导电。低碳钢、不锈钢、铝和铜都能切。厚度范围从 0.5 mm 薄板到高电流机器的约 50 mm，但切割面质量远在达到该厚度前就已下降。1 到 6 mm 低碳钢上，调好的 45 A 切割可得到干净的上边缘和极少挂渣。

超过约 12 mm 后，切割面会出现明显后拖角。切缝顶部领先底部，因为电弧在厚截面底部无法足够快地去除材料。这种后拖是物理限制，不是参数调整问题。增加电流、降低进给可以减轻，但无法消除。

有色金属表现不同。铝导热快，同样厚度需要更高电流，且常留下较粗糙的挂渣，需要铲除或打磨。不锈钢用空气等离子切割会在切割面产生氧化层。如果零件要焊接或外露，应使用氮气或氮氢混合气切割。

等离子切割做不到的：不能保证严格公差，不能获得精细表面，也不能切非导电材料。这些任务应转到铣床。

1
适用支架、角撑板、底板、框架梁、防护罩和焊前坡口轮廓。
2
不适用轴承内孔、密封面、螺纹孔，以及任何公差在 ±0.1 mm 以内的配合。

质量

读懂等离子切割边缘

等离子切割面分为三个区域。顶部因电弧半径形成一小段圆角。中部表面相对平滑，可见细密的垂直条纹。底部条纹弯曲，如果进给过快，电弧滞后，会在下表面留下挂渣。

进给速度是首要调节参数。太快，电弧跟不上，底部拐角变圆且挂渣。太慢，割缝变宽，热影响区扩大，顶部边缘被冲蚀。最佳点通常是切割底部条纹呈 5 到 15 度拖拽角。

割炬高度是第二个调节参数。在 1.0 到 1.5 mm 高度切割，割缝更窄、边缘更垂直，优于 4 mm 高度。但距离太近有双弧风险，电弧从喷嘴跳到板材，几秒内烧毁喷嘴。多数车间取 1.5 到 3 mm 作为折中。

如果零件需要成品边缘，安排二次加工。在铣床上做 0.3 到 0.5 mm 的清理走刀，去除热影响区，得到可检测的尺寸。等离子给你毛坯，机加工给你零件。

1
底部挂渣
2
顶部边缘冲蚀
3
孔锥度大

工序顺序

分步说明：从文件到成品切割

1
1. 准备展开图导出干净的 DXF，使用闭合多段线，无重复线。割缝补偿在 CAM 中加，不在 CAD 中加，这样可按材料调整。3 mm 碳钢割缝约 1.5 mm，12 mm 约 2.5 到 3 mm。
2
2. 排样并设置引入线排列零件以共用切割线。穿孔点放在废料区，绝不放在成品边缘。厚板使用 3 到 6 mm 圆弧引入和 1 到 2 mm 引出，避免切割终点留下凹坑。
3
3. 设置电流和气体电流与厚度匹配：1 到 6 mm 约 30 到 45 A，8 到 12 mm 用 60 到 80 A，16 到 25 mm 用 100 到 130 A。碳钢用氧气获得最垂直的边缘，不锈钢用氮气，仅在边缘化学成分不重要时用空气。
4
4. 设置穿孔高度和延迟在板面上方 3 到 6 mm 处穿孔，不要用切割高度。12 mm 钢板上穿孔保持 0.5 到 1.5 s，更厚的板更长。穿孔距离太近会把熔融金属吹回喷嘴，使喷嘴寿命减半。
5
5. 设置切割高度并起弧穿孔后降到 1.5 到 3 mm 切割高度。启用弧压高度控制，按切割参数表设定目标电压。观察切割前 200 mm。如果弧压波动超过 ±2 V，说明板材在变形或高度控制需要调整。
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6. 调定进给速度从参数表值开始，然后调整。目标是条纹呈 5 到 15 度拖拽角。如果底部挂渣，速度提高 10%。如果顶部边缘冲蚀，速度降低 10%。
7
7. 检查并去毛刺检查首件的割缝宽度、挂渣和锥度。用敲渣锤敲掉轻微挂渣，或对任何需要配合的面在铣床上做 0.3 到 0.5 mm 清理走刀。如果零件要焊接，去除热影响区。

决策表

同一零件的等离子切割与铣削对比

按特征判断工艺，不按零件名称判断。

特征或要求	等离子	CNC 铣削	结论
1 到 6 mm 板材，平面轮廓	速度快，单件成本低	较慢，装夹更多	等离子占优
外轮廓公差	约 ±0.5 mm	可达 ±0.005 mm	紧配合用铣削
孔径小于 1.5 倍板厚	有锥度，不圆	钻孔或镗孔干净	铣削或钻孔
切割面表面粗糙度	Ra 6.3 到 12.5 μm	Ra 0.8 到 3.2 μm	密封面用铣削
热影响区	深 0.1 到 0.5 mm	切割不产生	焊接关键时用铣削
切割 50 mm 厚板	200 A 可行	不实用	等离子占优
螺纹孔	不可行	装夹中攻丝	仅铣削
原型数量 1 件	装夹非常简单	装夹较多，结果更精确	取决于配合要求