激光切割机气路集成装置的改进

激光切割机气路集成装置的改进

洪迪纳

海目星（江门）激光智能装备有限公司  529000

摘要：激光切割机械气流调控核心组件在作业阶段肩负着关键气流调节与管控使命，是切割作业成效与效率的决定性因素。气路集成装置设计不当会导致气流分布失衡，能源消耗偏高且故障频发。通过优化气路结构、引入高效气流分配技术，并改善组件间的连接方式，实现了气流的均匀分配和稳定供应，提升了切割效率，降低了能耗和故障率，显著提高了设备的运行稳定性和可靠性。

关键词：激光切割机、气路集成装置、改进方案、切割效率

引言：

激光切割技术凭借其卓越的精度与效率优势，已被工业界广泛采纳。气路集成装置作为激光切割机的重要组成部分，其切割效果与设备的稳固性密切相关。然而，传统气路集成设备常面临气流分布不均、能效不足和故障率高等问题，极大限制了切割作业的效能及企业运营的经济性。优化气路系统，不仅能提高切割质量和速度，还能降低能耗和维修成本，从而为激光切割设备的智能化发展铺平道路。气路集成装置的改进迫在眉睫，尤其是在推动绿色制造和节能减排的大背景下。

1. 激光切割机气路集成装置的工作原理与现状分析

1.1 气路集成装置的基本结构

激光切割设备的气路集成单元由多个核心部件组成。能源供应系统包括源头、输送管道、控制阀门和气流调控单元。供应气体一般选用压缩空气或氮气，以保障切割作业中高压气源的稳定输出，并保持激光切割气流压力稳定在预定的压力范围内。管道将各组件紧密连接，引导气体流向激光切割机头部，确保气流供应的恒定输出。由于气流路径较长，管道材质与设计的优劣直接影响气流的稳定性和系统效能。

气阀在气路集成框架中占据核心角色，负责控制气流的强度、压强及流向，并设定切割作业中的气体流量值。气流操控系统由传感器和调节器组成，实时监控气流的流速和压强，确保切割作业的气流条件与加工要求及材料特性相匹配。强压气流常用于吹拂作用，协助去除切割过程中产生的金属碎片；低压气流则在防护、冷却及清洁切割区域中发挥关键作用，保障切割作业的效果和设备的持续稳定运行。如图1所示。

图1  新型装配示意图

1.2 现有气路集成装置存在的问题

激光切割设备的气路整合环节暴露出一系列明显的不足。气流的不稳定直接影响切割作业的质量。管道布局存在缺陷或阀门调控系统精度不足，导致气流分布不均，气流波动不定，使切割作业中的气流供应时常起伏不定，进而导致切割质量不佳，边缘粗糙，显著降低生产效率和产品质量。

气体流失现象普遍存在，许多设备在操作过程中常出现气体逃逸或过度使用的情况，能源消耗大幅攀升，造成资源大量流失，运营支出上升。该集成气路结构复杂，维修作业繁琐，部件更换难度大，设备故障率增加，运营开销持续增长，设备的长期稳定性和工作效率受到严重影响。

2. 气路集成装置的改进方案

2.1 优化气流通道设计

气流通道的优化是提升激光切割机气路集成装置性能的关键驱动力。通过流体动力学分析，可以对气流通道的结构进行详细研究，优化管道布局和阀门配置，降低气流通过时的阻力。科学规划管道路径可以降低气流急剧转向和流通受阻的风险，有效减少气流阻力，提高气体输送效率。结合高精度气流调节阀与流量检测传感器，可以实时监控气流变化，降低气流扰动的程度。这种控制方式显著提升了气流稳定性，保证切割作业中的气流供应恒定输出，从而提高切割水平，减少不稳定干扰源对切割作业的影响。

2.2 节能设计

降低能耗是气路集成系统优化的关键要素之一。引入智能化控制系统能够在切割过程中根据不同的工作状态自动调节气流的流量和压力，避免过度供气或气流不足的情况发生。通过动态调整气流供给，智能化控制系统不仅保证了切割过程中的气流需求，还有效地降低了能源浪费，达到了节能效果。此外，针对气流泄漏问题，增加实时监测系统可以对气流进行持续监控，一旦发现泄漏现象，系统能自动启动修复程序，迅速修复泄漏部位，减少因气体泄漏造成的能源浪费。这一先进的检测与修复系统大幅提升了能源利用效率，降低了运营支出。

2.3 提高设备稳定性

优化气路集成装置的稳定性，提升抗干扰能力显得尤为重要。在气流路径中引入净化系统，有效防止空气污染粒子干扰，显著减少气路系统受损的风险。这一措施大大提升了设备的耐用性，减少了由于污染物积聚引发的设备故障概率，确保了气路系统的稳定运行。采用模块化布局使得气路集成装置的结构更加简洁，模块化部件能够按需更换并实现高效维护。与复杂的系统结构相比，模块化设计便于快速更换和维修组件，减少了设备的停机时间，显著降低了设备故障频率。此设计理念有效降低了气路系统的维护成本，提高了设备的长期运行稳定性和可靠性。

3. 改进效果分析与实践验证

3.1 实验验证

为了验证改进后的气路集成装置性能，进行了多次实验对比测试。实验分别在改进前后的气路集成装置上进行，主要测试了气流稳定性、切割质量以及能效等关键指标。实验中，通过高精度传感器实时监测气流波动、切割精度和能源消耗等数据，并对比分析了改进前后的性能差异。

实验结果显示，改进后的气流波动范围显著缩小，切割精度大幅提高。根据实验数据，改进后的气流稳定性提升了约30%，气流波动幅度从原来的±15%降低至±5%。同时，切割精度也有了显著提高，误差减少了20%。此外，能源消耗方面，改进后的气路集成装置在相同的切割任务下能效提高了约15%，展示了较为明显的节能效果。如表1所示。

表1   部分实验数据对比

3.2 改进效果

实验结果表明，该气路集成系统在多个维度上展现出卓越的性能提升。气流稳定性显著增强，通过细致调节气流路径，高效运作的激光切割机展现出持久的作业稳定性，显著减少了气流波动对切割质量的影响。切割速度明显提升，在相同切割时段内，加工工件的数量大幅增加。智能化控制策略大幅降低了能源消耗。在实施过程中，智能控制系统根据切割需求自主调整气流流速，并适度分配气体资源，显著减少了能源消耗，能源效率提升了15%，确保了高效、稳定的切割操作，进一步降低了生产成本并提高了整体作业效益。

设备的运行稳定性和可靠性也有了显著提升。通过精巧的气流路径布局和强化的滤网系统，故障风险大幅降低，设备故障率明显减少，从每月三次下降至每月一次，维护开销和停工时间大幅缩短。

优化后的气流组合设备显著提升了作业效率和切割质量，减少了能源消耗和设备故障率，整体性能得到了显著提升。

结语：

创新的激光切割机气路集成系统通过优化气流导流架构，采用智能化管控系统，显著提高了设备的稳定性，技术革新迈出了关键一步。实验证明，革新后的气流系统在稳定性、切割效能、环保节能和设备可靠性等方面实现了飞跃式的进步。切割精准度提高，能源利用率降低，故障发生率显著下降。该改进方案显著提升了激光切割机的作业速度和切割精度，大幅降低了运营成本，为激光切割技术的全面应用提供了坚实的支持。随着技术逐步成熟，优化后的气路集成系统有望在工业应用中拓展其应用边界，推动绿色节能和高效制造的双重进步。

参考文献：

[1]牛威杨.数控激光切割机常见故障及解决措施[J].机械管理开发,2022,37(08):332-333.DOI:10.16525/j.cnki.cn14-1134/th.2022.08.141.

[2]倪振兴. 基于直线电机的激光切割机关键技术研究[D].扬州大学,2019.DOI:10.27441/d.cnki.gyzdu.2019.001912.

[3]乔永强,李任戈,李志禹,温庆年.数控激光切割机的加工原理及其结构组成分析[J].中国设备工程,2023(23):72-74.