钣金机械总的发展方向是向大型、非标和数控方向发展。
第一节 钣材柔性制造系统
一、概述
柔性制造系统是一个由计算机集成管理和控制、高效率地制造某一类中小批量多品种零部件的自动化制造系统。它具有两种或两种以上的加工工艺方式；一套物料存储运输系统，可以在机床和物料存储设备之间输送原辅料、工件、刀具等；运行信息的输出功能等基本特点。联合国欧经委对其定义为：由两个或两个以上的柔性加工单元构成，有自动传输系统通往工件库和刀具库，并在机床之间传送托盘、工件和工具，整个系统由计算机控制管理。
上世纪七、八十年代，钣材柔性制造系统已在国外开始应用。九十年代初，济南铸造锻压机械 研究 所设计开发出我国第一台以数控转塔冲床和数控直角剪床为主机的钣材柔性制造系统，并在天水长城开关厂运行至今，取得了很好的经济效益。在去年底德国汉诺威举行的第18届国际钣金加工技术展览会上，国外着名的钣金加工设备制造商如德国TRUMPF、意大利SALVAGNINI、芬兰FINN-POWER、日本AMADA等，均展出了其最先进的代表不同技术特点的钣材柔性制造系统，充分表明了钣金制造技术正朝着数字化、集成化和智能信息化的方向发展，体现为钣金加工设备由单机型向数控多机复合型转化，由多工序加工、人工辅助操作型向全过程一体化加工方式转化，由一般的过程自动化控制向网络化、智能化的自治管理的方向发展。为适应当前国内钣金加工领域迅速发展，促进国内巿场对柔性制造系统的需求，济南铸造锻压机械 研究 所最新开发研制出C1型钣材柔性制造系统，它具有冲剪复合、快速高效、紧凑完整、技术先进等特点，该设备已在今年第九届中国国际机床展览会上成功展出，并进一步推向巿场。
二、C1型钣材FMS的组成与特点
C1型钣材柔性制造系统以数控冲剪复合机为主机，配置有自动立体仓库、自动上料装置、数控分选码垛单元及其他辅助装置，由计算机及数控系统对其进行单元及全线控制，实现对钣料的自动加工过程。
C1型板材柔性制造系统
该设备具有以下功能及特点：
1、钣料成垛出入库，能在很短时间内补充库存。
2、钣料入库作业不影响全线运行。
3、能自动校正钣料位置。
4、省时省料的钣料一体化冲剪加工。
5、工件分选细致并自动整齐码垛。
6、自动监控完善，保证设备安全。
7、远距离程序传输。
8、操作方式灵活。
9、软件可靠，可自动或人工优化排料。
10、全线结构紧凑精巧，占地面积小。
该设备的主要技术参数列表如下：
三、C1型钣材FMS各组成部分的结构和功能
立体仓库由料架、钣料分层装置、钣料定位装置、存取升降机、钢木托盘、进出料台车等组成，自动完成待加工钣料的存入提取、管理统计、分层定位等，为吸盘上料装置作准备。
料架的货格上安放了托盘，以存放不同规格钣料。底层为进出料台车，它是仓库与外部交换钣料的载体，可沿铺设在地面上的地轨在仓库内外两个位置自动运行，向仓库存取钣料。其上方为吸盘上料层，将托盘及钣料存放於此供吸盘上料装置吸提钣料向主机传送。该层侧面安装了磁力分层及初定位装置，可有效防止钣料被吸起时的粘连和偏移。
存取升降机由平移和升降装置两部分组成。前者将货格或台车上的托盘推入或拉出，後者使平移装置选择不同位置的托盘，两者共同完成托盘及钣料的存取过程。
上料装置主要由运行横梁和吸盘支架两部分组成。运行横梁联接於仓库货架并伸展至主机工作台上方，带动吸盘支架作水平和升降运动。吸盘支架底面分布有多只真空吸盘，能自动适应大小幅面钢钣的吸提，而外侧的一组吸盘还能摆动，这样与磁力分层装置配合，可有效地避免双层钣料被同时吸起。
主机为新型数控液压冲剪复合机，它包含冲、剪两部分，是在数控转塔冲床和数控直角剪床两种单机的基础上复合而成。冲、剪主机相对独立，基本功能也与其单机相同，而共用一套伺服送进系统、承料工作台、液压系统以及数控系统。冲、剪主机的运行与转换，由加工程序自动控制，将冲剪两道工序紧密融合。设备运行中，钣料由伺服送进系统的夹钳夹持着，先在冲床主机中完成程序中的所有冲压加工，然无需重新定位，直接转入剪床主机中进行分剪，并将成品件及废料及时由输送机自动输出，连续完成整个加工过程。它具有快速、高效、低成本以及软件功能强等特点，很好地满足了柔性制造系统的要求。
数控分选码垛单元由皮带分选输送机、辊式输送定位台及数控吸料码垛机、交换式台车及托盘等部分组成。
皮带分选输送机位於主机输送工作台之，可翻转抬起与落下，从而打开与关闭落料通道，实现分选与输送功能，它包含废料和小件两个分选通道。
辊式输送台位於皮带分选输送机之，并安装有数控定位装置，对输送来的工件进行定位。
数控吸料码垛机为两轴数控，通过伺服电机控制吸盘架的移动定位，将辊式输送台上的工件吸起，并按照程序指令整齐码垛在托盘上的指定位置。对於较大工件，数控码垛机能够直接从主机工作台及大钣下料辅助台上吸取码垛，提高了效率。
工件码垛托盘有两个可交替选用，托盘由电动台车承载，从其上取走工件很方便。
四、C1型钣材FMS的控制系统和工作流程
电气控制系统主要包括中央控制计算机、仓库及上料PLC控制器、主机数控系统、分选PLC控制器，加工管理软件、自动编程软件，以及相关通讯接口和其他局部控制装置等。从下面的图表中可以看出，中央控制计算机作为柔性加工系统的控制中枢，对其他各部分进行集中管理和监控，通过计划管理软件和自动编程软件，生成相应的程序并传送至仓库、上料、主机及分选单元的控制部分执行。采用日本三菱Q02H型PLC控制器，控制仓库及上料部分的运行；主机应用日本FANUC18i型数控系统，除控制主机的五个数控轴外，还同时控制分选单元的三个伺服轴；另外，分选单元还配置有日本三菱Q02H型PLC控制器，提供更全面的控制方式和功能。以上各部分相互协作，即可实现全线自动运行，又可由自动仓库及上料装置与主机联合组成冲剪加工单元，单独工作。
C1型板材FMS控制系统结构图
用户在中央控制计算机上由计划管理软件制订出加工计划，通过自动编程软件，对工艺过程、材料利用率等进行优化，并直接由工件图形生成完整的冲剪一体化加工程序，控制全线自动循环运行。其一般步骤为：仓库中托盘升降存取装置运行，将存放有待加工钣料的托盘由货格中取出，放入仓库的吸盘上料位。磁力分层装置靠近钣垛侧面，使最表层两张钣料彼此分离。钣料定位装置动作，将最上层钣料靠紧定位柱。上料装置运行至上料托盘上方停止，吸盘架下行，并在吸盘吸住钢钣返回，同时摆动吸盘动作，防止吸提双料。上料装置吸提钣料运行至主机工作台上方停止，工作台原点定位挡块升起，钣料夹钳打开。吸盘架带动钣料靠紧定位挡块，接着夹钳移动夹紧钣料，完成上料过程。上料装置释放钣料向仓库返回，根据程序指令选择到位停止或进入下一次吸钣循环。主机启动，执行加工程序，钣料先被完全冲压，然由剪床将工件及废料分剪并由皮带输送机输出，进入数控分选码垛单元并按钣料规格自动选择不同的方式处理。废料落入废料箱，较小工件落入小件料箱，一般工件先在辊式输送台上定位，然由数控码垛机吸放於下料台车托盘上的指定位置。下料过程完成，主机复位，重新进入下一个加工循环。
希望读者通过以上介绍，对当前国内钣金加工设备有更全面的了解。相信钣材柔性加工系统会日益完善并成为钣材加工领域发展的方向和目标。
第二节 切割机具
一、概述
“焊接与切割”素有钢铁裁缝之称，已成为桥梁、锅炉压力容器及金属结构等 行业 的关键制造技术。切割是焊接的首道工序，切割断面质量、切割效率及材料利用率的高低都直接影响着焊接产品的质量和生产成本，因此切割是焊接生产的重要工艺。
钢材分离的方法很多，而热切割是用的最广、最常见的一种工艺方法。就全世界范围来说，气割工艺大约起源于1905年前后，经过漫长的手工气割，直到20世纪40年代，才由于生产力的不断发展，出现了代替手工劳动的半自动和自动气割装备。各工业发达国家，如德国、日本、美国、英国和前苏联等又不断发展和完善了各式各样的气割设备（包括光电跟踪切割机和数控切割机），由单一的火焰气割发展为具有高能的等离子弧切割、激光切割及综合性的切割技术。被切割的材料也从碳钢、不锈钢、铜、铝等金属，扩大到绝大部分非金属材料，使切割效率、切割断面质量，以及尺寸精度均达到了一个新的水平。
我国的切割技术长期处于落后状态，但近30年来却有了飞速的发展。各有关单位包括生产切割装备的企业在内，先后研制和开发了各种半自动和全自动切割设备。国外一些知名切割机具制造企业，如德国伊萨、梅塞尔、美国捷锐、日本田中及小池酸素等公司，也先后来到中国投资建厂。各企业广泛使用各种半自动和全自动切割机进行各种直线、曲线及成形切割，收到了较好的经济效益，把切割技术推向崭新的阶段。
气体火焰切割是最早也是最普遍被采用的一种工艺方法。近年来，在燃气中以乙炔为基础，先后开发了丙烷气、液化石油气、天然气、煤气和各种新型燃气，并根据各种气体的不同特性研制了专用的切割机具，为燃气能源多元化开辟了广阔的前景。
二、 行业 现状及发展趋势
1.切割机具
切割机具按控制方法划分，可分为手工切割、半自动切割和自动切割机三种类型。
（1）手工切割主要工具是割炬（又称割枪），是用人的手来掌握切割速度和割嘴的高低，特别是在割缝较长和成形切割过程中，很难满足尺寸精度和表面粗糙度的要求。虽然手工切割有其局限性，但适宜在一些使用半自动与自动切割不方便的地方，特别是在野外和高空作业中还必须采用。相对而言，手工割炬的生产技术含量较低，但由于市场还有很大的需求量，因此在我国很多地方都有生产这类产品的企业，具体数量无法做详细统计。国内目前具有一定生产规模的知名企业主要有美国捷锐（上海）公司、宁波隆兴集团及上海焊割工具厂等近50家，年产各式割炬近200万套，割嘴800余万只。
（2）半自动切割是将专用机割炬安装在半自动切割机上，以机械传动来代替手工操作的机器设备。主要有直线切割机、仿型切割机及管道切割机等一些小型的切割机械。大部分半自动切割机具的基本功能及质量达到了工业发达国家的水平，因此在工业生产中得到了广泛的应用，在很大范围内替代了部分手工切割。现有专业生产企业如上海华威、宁波金凤、常州卓越及上海建设等30余家，年产各类半自动切割机约5000余台。
（3）自动切割机是采用光电控制和数字控制技术的切割设备（如光电跟踪切割机和数控切割机）。
光电跟踪切割机是将图形按比例划在图样上，图样和钢板分别放在跟踪机和切割机上就能实现自动切割。目前，造船厂、锅炉厂、汽车制造厂等企业均有各种国产或进口的光电跟踪切割机在生产中应用。
数控切割机是由人根据图样和数控装置的规定，编出切割程序，由计算机根据程序的要求进行运算，使割嘴沿图样要求的轨迹运动进行切割。1958年，英国氧气公司（BOC）研制出第一台数控气割机，使切割领域进入了高科技自动化阶段。仅就数控火焰气割机而言，它不仅使气割技术实现了自动点火、自动调高、自动穿孔、自动切割、自动冲打标记及自动喷粉划线等全过程自动化控制，而且还因表面切割质量和尺寸精度高，可以保证工件尺寸通过切割一次加工成形。
（4）机用割嘴作为自动化切割的主要消耗品，每年的市场需求量非常大。我国是割嘴生产大国，全国机用割嘴的生产总量每年约在1000万只左右，其中近一半出口到国外。我国割嘴生产厂家同发达国家的生产厂家相比，加工设备还比较落后，生产形式仍以单件多工序加工为主，因此生产效率较低，产品质量不易控制。而国外厂家均采用自动化程度较高专机进行产品加工，这样不但生产效率高，而且产品质量容易得到控制。
国内目前最大的割嘴生产厂家为宁波金凤焊割机械制造有限公司，年产各类机用割嘴达400多万套，其中80%销往国外。
2．切割技术的发展
（1）数控切割机我国数控切割机从20世纪70年代由分离元件起步，至今已发展成用微机控制切割机。生产厂家也逐年增加，目前生产各类切割机的厂家已近40家，世界四大著名切割机专业制造商，也先后来到中国投资建厂生产各类中、高档切割机。国内切割机 行业 经过多年的发展，在专业技术上也有了很大的提高。目前，具备一定的研发和生产能力的企业有哈尔滨华崴、金凤公司、深圳博利昌、中船611所及无锡华联等企业，年产数控火焰切割机2000余台。其产品性能已接近国外同类产品标准，并有少数指标超过国外标准，产品质量在逐年提高，完全可以满足国内不同用户需求，替代了部分进口产品，还有部分产品出口。但在一些特殊切割方面和专用系统开发方面同国外公司相比还有一定的差距。（2）氢氧切割机其原理是将洁净水注入氢氧机，利用交流电转换成直流电，以正负两极导通电解槽两极，电解水中氢氧分子，释出氢气（H2）和氧气（O2）的混合气体用作燃料，用于切割、焊接等火焰加工领域（进行厚板切割时需增备氧气），具有低成本、无污染等特点，在钢铁、玻璃及半导体等工业领域得到应用。现有北京建研院、绿科大地等生产企业近10家，年产氢氧切割机1000余台。
（3）空气等离子弧切割是利用高速、高温、高能量的等离子气流来加热和熔化被切割材料，利用空气压缩机提供的压缩空气作为工作气体，排除已熔化金属的气流，从而达到切割金属的目的。可以切割碳钢、合金钢和不锈钢及铜、铝等有色金属。空气等离子弧切割，因其离子气与切割气均采用压缩空气而受到用户欢迎，并在各应用领域被广泛的采用。同时，为了提高切割质量、保证被切割零件的尺寸精度、改善劳动环境、减轻工人劳动强度和提高生产效率，又研制出一系列半自动和全自动等离子弧切割设备。
我国自上世纪60年代就将等离子切割技术应用于工业生产。现有常州泛洋、常州海特锐切、天津天宗等空气等离子弧切割机生产企业50余家，年产手工操作空气等离子弧切割机约20000台、半自动（小车、仿型）空气等离子弧切割机约10000台；数控机用空气等离子弧切割机基本上还是依赖进口（主要是美国海宝等公司），其国内机的占有率不足10%。
（4）CO2激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化，同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料，并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动，从而形成一定形状的切缝。CO2激光切割具有切割质量好（切口窄、精度高、表面粗糙度低）、切割速度快（热影响区小、变形小）及清洁、安全、无污染等优点，目前已成为工业上板材（＜12mm的低碳钢板、＜6mm的不锈钢板＝切割的一种先进的加工方法，并在汽车、航空等工业生产中获得应用。
目前，我国有上海团结普瑞玛、沈阳普瑞玛、济南捷迈和武汉楚天等数家公司，年生产二维平板切割机、三维空间曲线切割机及管子切割机等近100台，满足了市场的需求。
（5）水射流切割（又称水刀）是将水增至100～400MPa的超高压力,通过特殊设计的喷嘴,以每秒数百米的速度喷出,达到加工工件的效果。磨料水射流切割则是在水射流中混入磨料粒子，经混合管形成磨料射流进行切割。由于磨料质量大、硬度高，磨料水射流较水射流功能更大、切割效能更强。水射流切割无尘、无味、无火花、无变形、振动小、噪声低。可以切割各种金属、非金属材料，以及各种硬、脆、韧性材料，如钛镍合金、陶瓷、玻璃、复合材料等，是一种冷切割技术，也是目前世界上先进的切割工艺之一。我国有南京大地等20余家水射流切割机生产企业，年产各种规格、型号的水射流切割机接近600台。
三、未来市场需求
根据国家统计局发布的《2003年国民经济和社会发展统计公报》，我国2003年钢产量为2.2亿吨，按照我国焊接用钢量40%的比率计算，焊接结构的钢材量接近9000万吨。而在工业发达国家，焊接用钢量基本达到其钢材总量的60%～70%。根据我国2020年国民经济发展的总体目标要求，以及我国焊接 行业 的发展趋势预测，我国可能在5～10年达到60%的水平。届时，我国钢产量将介于2.5～3亿吨之间，这意味着焊接量将增加一培。因此，切割量也将随之增加，对切割机具的需求也将保持增长的势态。
第三节 激光切割机
一、产品技术背景
激光技术是二十世纪与原子能、半导体及计算机齐名的四项重大发明之一。
激光加工是现今激光技术应用的主要领域，是当前制造业的高科技重大基础装备。激光加工作为先进制造技术已广泛应用于汽车、电子、电器、航空、冶金、机械造等国民经济重要部门，对提高产品质量、提高劳动生产率、提升工业制造技术水平、带动传统工业的改造和发展方面都发挥了重要作用。
在世界高级制造业领域，激光切割已成为切割领域的主流技术。激光切割是现今人们所掌握的各种切割技术中最好的切割方法，具有热变形小、切割精度高、易于实现无人自动切割、噪声小、无污染等显著优点，对提高产品质量和劳动生产率、减少材料消耗、满足柔性工业加工需求等具有愈来愈重要的作用，被广泛应用在汽车、机械制造、钢铁冶金、航空航天、包装、石油、轻工、电子、医疗器械等领域，为传统工业的技术改造和制造业的现代化提供了先进的技术装备，具有广泛的市场需求。
二、 产业政策 背景
激光加工是当前制造业的高科技重大基础装备，是激光技术应用的主要领域，其普及率高低直接决定了一个国家制造业在国际产业分工中的地位高低，是世界各国争夺的“产业经济制高点”，各国政府和工业部门都非常重视激光加工技术设备的发展。我国政府也一直将激光加工作为“先进制造技术”而列为国家重点发展项目，在国家制定中长远期发展 规划 时，又将激光加工列为关键支撑技术并大力支持，推动了激光加工技术的快速发展，为实现激光加工装备的制造和升级带来很大的商机。
三、 行业 竞争情况
国际高功率激光切割机的主要竞争对手有：瑞士百超Bystronic、德国通快Trumpf、意大利普瑞玛PRIMA、日本的AMADA、MAZAK、三菱、NTC、韩国的韩光等。
国内 研究 生产激光切割机的企业主要有上海团结普瑞玛激光、楚天激光、华工科技、沈阳普瑞玛、济南铸锻所等。
与国内外同行相比，大族激光公司的大功率激光切割设备具有非常明显的价格优势、技术优势及售后服务优势。其产品价格从70多万元到150多万元，高档产品价格200多万元，比国外同类产品价格普遍低30％～50％；而与同等价格水平的产品相比，大族激光公司的产品性价比最高。
从技术层面看，目前公司产品的技术性能处于国际先进、国内领先水平；并可根据用户要求进行设计，提供个性化服务；完善的售后服务网络也为客户提供了技术保障。
四、市场容量
在受到电子、微电子和光电子等 行业 的发展带动下，全球激光加工 行业 发展迅速。1996年全球激光加工设备销售额为12.24亿美元，2000年为30亿美元，2005年为43.18亿美元，。1996年~1997年激光加工设备的销售增长较快，两年间增长了69％，1997年~2005年激光加工设备的销售增长比较平稳，年均增长率为16.6%。
国内工业激光市场1995年前后才刚刚起步，比发达国家晚20年左右。1996年国内激光加工设备市场销售额仅1.29亿元，2005年达到12.5亿元，1996年至2005年，年均增长速度在30%以上。随着中国经济的快速增长，保守估计，今后五年内激光加工设备的年均增长率将保持在15%~30%之间，到2010年市场销售额将达到20~35亿元。
2004年，全球激光切割设备市场规模大约在16亿美元左右。在国外激光加工领域中，激光切割已占24％的市场份额，高居首位，而在国内市场仅占8.1％，国内激光切割市场还有较大的扩展空间。
随着世界制造业向中国深度转移，以及中国制造业自身的产业调整和升级，新产品、新工艺、新技术得到了广泛运用，对切割技术要求更加精细，智能化精密切割将成为切割 行业 今后发展的趋势。对激光切割机及焊接机的年需求量将超过1500台以上，激光切割将迎来快速发展期。
五、激光切割机新锐---大族激光
大族激光2009年的产值超过20亿元，约占世界激光加工设备总销售量的13.2％，已经成长为亚洲最大的激光加工设备的制造商之一。除现有的激光切割机床和激光焊接机床以外，大族激光将适时开发数控冲床、数控折弯机、剪板机等一系列钣金加工设备。大族激光在钣金 行业 的发展战略，就是要成为钣金加工 行业 的装备服务部。
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