Как устроен станок плазменной резки с ЧПУ и как он работает

Станок плазменной резки с ЧПУ ведёт плазмотрон над листом металла по программе, а источник плазмы создаёт режущую дугу. Вокруг этих двух главных узлов — механика, автоматика и системы, без которых рез не будет ровным и стабильным. Ниже — как работает плазменная резка, из каких узлов состоит станок и за что отвечает каждый, на примере наших станков.

Как работает плазменная резка

1. Источник плазмы подаёт ток на электрод плазмотрона.
2. Через плазмотрон подаётся сжатый воздух — плазмообразующий газ.
3. Между электродом и листом зажигается дуга. Газ, проходя через узкое отверстие сопла, нагревается дугой, ионизируется и превращается в плазму — струю с очень высокой температурой и скоростью.
4. Плазменная струя плавит металл по линии реза и выдувает расплав вниз.
5. ЧПУ ведёт плазмотрон по контуру детали, а система контроля высоты держит постоянное расстояние до листа.

Режет плазма только токопроводящие металлы: лист — часть электрической цепи дуги. Дерево, пластик и камень плазмой не режут.

Узлы станка

Портал и привод осей

• Ось X — портал движется вдоль стола; на больших станках у оси два двигателя (X1 и X2), по одному с каждой стороны портала.
• Ось Y — каретка с плазмотроном движется поперёк, по порталу.
• Ось Z — плазмотрон поднимается и опускается.

У наших станков по спецификациям: оси X1, X2 и Y — серво-шаговые двигатели с обратной связью (у ПЛ-2060 — с энкодером), исключающие пропуск шагов; ось Z — шаговый двигатель. Скорость перемещения — до 25 000 мм/мин, точность позиционирования резака — 0,1 мм на метр.

Рейка и направляющие

Вдоль осей портал и каретку двигает зубчатая рейка с шестернёй: накопленная погрешность рейки у наших станков — 0,1 мм/м, есть система компенсации люфтов — шестерня прижимается к рейке с постоянным усилием, зазор не возникает. У ПЛ-2060 — шестерня со ступицей.

Направляющие держат портал и каретку:

• ПЛ-1515 и ПЛ-1530 — цилиндрические направляющие диаметром 16 мм;
• ПЛ-2060 — профильные направляющие: по оси X — 25 мм, по оси Y — 15 мм.

Портал и стол: как они связаны

• У ПЛ-1515 и ПЛ-1530 портал совмещён со столом — станок одной конструкцией.
• У ПЛ-2060 портал стоит на стойках, длина хода 7 м, ширина 2,5 м; портал может выходить за пределы стола в сервисную зону. У него автоматическое выравнивание диагоналей.

Стол

На стол укладывают лист — на ламели, сменные металлические полосы. Стол принимает дым, шлак и брызги металла, поэтому он делается одним из двух способов:

• стол с вытяжкой — сухая камера, из которой вентилятор отсасывает дым (у ПЛ-1515 и ПЛ-1530 — односекционный, у ПЛ-2060 — 6 секций с пневмоцилиндрами и вентилятор 4000 м³/ч);
• водоналивной стол — ванна с водой под листом; мы делаем его по желанию клиента вместо вытяжного.

Это две разные конструкции, станок оснащается одной из них. Подробнее — «Водяной или вытяжной стол для плазменной резки».

Плазмотрон и расходники

Плазмотрон (резак) формирует плазменную струю. Внутри — расходные детали:

• электрод — с него горит дуга;
• завихритель — закручивает газ;
• сопло — сжимает дугу и формирует струю;
• защитный колпак — защищает сопло от брызг.

Расходники изнашиваются и меняются регулярно. У наших станков: ПЛ-1515 — автоматический плазмотрон ТМ-125 с кабель-пакетом 6 м; ПЛ-1530 и ПЛ-2060 — автоматический плазмотрон TP-105 со шланг-пакетом 7,5 м.

Источник плазмы

Электрический аппарат, который даёт ток дуги. От тока зависит, какую толщину станок режет:

• ПЛ-1515 — START CutLine X50 NHF: 20–50 А, рез с края до 16 мм, с пробоя до 10 мм, 220 В;
• ПЛ-1530 и ПЛ-2060 — Arctherm 100 (105 А): 20–105 А, рез с края до 32 мм, с пробоя до 20 мм, 380 В.

Подробнее — «Как выбрать плазменный источник».

Контроль высоты резака (ТНС)

Во время резки лист коробится от нагрева, поэтому расстояние до плазмотрона меняется. ТНС измеряет напряжение дуги, которое зависит от её длины, и поднимает или опускает плазмотрон, чтобы высота оставалась постоянной. Есть на всех станках серии ПЛ. Подробнее — «ТНС».

Поиск металла

Перед пробивкой станок опускает плазмотрон, находит поверхность листа и встаёт на нужную высоту прожига. Есть на всех станках серии ПЛ. Подробнее — «Автоматический поиск металла».

Стойка ЧПУ

Компьютер, который выполняет программу раскроя, двигает оси и включает источник. У наших станков — стойка на промышленном компьютере с программами Mach3 и SheetCam, постпроцессорами для форматов Isel, HPGL, Mach2, TurboCNC, WinCNC, монитор 19 дюймов, питание 220 В, потребление 1 кВт.

Подготовка воздуха и компрессор

Воздух для плазмы должен быть сухим и чистым — иначе страдает рез и быстро сгорают расходники. У ПЛ-1530 и ПЛ-2060 — система подготовки воздуха SMC IDFA с магистральным фильтром, у ПЛ-2060 — ещё и компрессор (не менее 600 л/мин, ресивер не менее 270 л). Подробнее — «Зачем плазменному станку подготовка воздуха».

Экранированные кабели

Плазменная дуга создаёт сильные помехи. У наших станков — высокопрочные экранированные кабели для защиты электроники от высокочастотных помех плазмы.

Газовый резак

Для толстой стали, которую плазма не берёт. Газовый резак — дополнительная опция на любой модели — ставится по требованию заказчика, в стандартную комплектацию не входит, рез до 150 мм.

Как узлы работают вместе

Программа раскроя загружается в стойку → поиск металла находит лист → источник зажигает дугу и пробивает лист → ЧПУ ведёт плазмотрон по контуру → ТНС держит высоту → стол убирает дым и шлак → подготовленный воздух держит дугу стабильной. Слабое место в любом узле сразу видно по качеству реза: конусу, окалине, размеру.

Сводная таблица узлов наших станков

Узел	ПЛ-1515	ПЛ-1530	ПЛ-2060
Рабочая зона / стол	1600 × 1600 мм	1600 × 3100 мм	стол 2000 × 6000 мм
Конструкция	портал совмещён со столом	портал совмещён со столом	портал на стойках, 7 × 2,5 м
Направляющие	цилиндрические Ø16 мм	цилиндрические 16 мм	профильные: X — 25 мм, Y — 15 мм
Привод	X1, X2, Y — серво-шаговые; Z — шаговый	то же	то же, с энкодером; выравнивание диагоналей
Источник	START CutLine X50 NHF, 20–50 А	Arctherm 100, 20–105 А	Arctherm 100, 20–105 А
Ход Z	100 мм	100 мм	200 мм
Стол	односекционный вытяжной	односекционный вытяжной	секционный вытяжной, 6 секций
Подготовка воздуха	—	SMC IDFA + фильтр	SMC IDFA + фильтр, компрессор
Газовый резак	дополнительная опция	дополнительная опция	дополнительная опция

Следующий шаг. Посмотрите наши плазменные станки: в спецификации каждой модели перечислены все её узлы.