CN108296617B - 用于等离子切割机的电流调节装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于等离子切割机的电流调节装置，包括：检测电路，该检测电路检测工件与喷嘴之间是否形成回路并输出检测信号；控制单元，该控制单元接收该检测信号，并根据该检测信号启动电流调节单元；电流调节单元，根据该检测信号调整该等离子切割机的切割电流大小。本发明同时公开一种用于等离子切割机的电流方法。

Description

用于等离子切割机的电流调节装置及方法

技术领域

本发明涉及等离子切割机技术领域，尤其涉及一种用于等离子切割机的电流调节装置及方法。

背景技术

等离子弧切割是利用高温等离子电弧的热量使工件切口处的金属局部熔化 (蒸发)，并借高速等离子的动量排除熔融金属以形成切口的一种加工方法。

等离子是加热到极高温度并被高度电离的气体，它将电弧功率转移到工件上，高热量使工件熔化并被吹掉，形成等离子弧切割的工作状态。压缩空气进入割炬后由气室分配两路，即形成等离子气体及辅助气体。等离子气体弧起熔化金属作用，而辅助气体则冷却割炬的各个部件并吹掉已熔化的金属。等离子切割配合不同的工作气体可以切割各种氧气切割难以切割的金属，尤其是对于有色金属(不锈钢、铝、铜、钛、镍)切割效果更佳；其主要优点在于切割厚度不大的金属的时候，等离子切割速度快，尤其在切割普通碳素钢薄板时，速度可达氧切割法的5～6倍、切割面光洁、热变形小、热影响区少。

相比传统的切割方式来看，等离子切割具有高效率、高精度和高稳定性等优点，尤其适合于大批量生产加工及高精度切割要求。另外从成本角度来看，由于去掉了切割燃气费用，等离子切割相对成本更为经济，特别是应用于大批量加工生产的时候，其加工成本控制将更为明显。等离子切割机广泛运用于汽车、机车、压力容器、化工机械、核工业、通用机械、工程机械、钢结构、船舶等各行各业。

离子切割机的优势在于等离子弧能量更集中、温度更高、切割速度较快、变形小，还可切割不锈钢、铝等材料。

等离子切割机切割工件时，对于等离子电源的切割电流大小的调节至关重要，它是最重要的切割工艺参数，直接决定了切割的厚度和速度，即切割能力。随着等离子切割机的切割电流的增大，等离子电弧能量增加，切割能力提高，切割速度也会随之增大。但是在这一过程中，由于等离子数控切割机的切割电流增大，等离子电弧直径增加，电弧变粗使得切口变宽。同时等离子切割机的切割电流过大会使得喷嘴热负荷增大，喷嘴过早地损伤，缩短喷嘴的寿命。同时使切割质量下降，甚至无法进行正常切割。

有鉴于此，现有技术中急需要一种新的用于等离子切割机的电流调节装置。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种用于等离子切割机的电流调节装置及方法，该电流调节装置能够根据工件和喷嘴的接触状态实时调节等离子切割机电源的切割电流大小。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种用于等离子切割机的电流调节装置，包括：检测电路，该检测电路检测工件与喷嘴之间是否形成回路并输出检测信号；控制单元，该控制单元接收该检测信号，并根据该检测信号启动电流调节单元；电流调节单元，根据该检测信号调整该等离子切割机的切割电流大小。

更进一步地，该检测电路的第一检测端与该工件连接，第二检测端与该喷嘴连接。

更进一步地，该第一检测端用于检测Vout+1，该第二检测端用于检测Vout-，当该Vout-＝Vout+1时，工件与喷嘴之间形成回路。

更进一步地，该检测电路包括供电电源以及检测信号输出单元，该供电单元为该检测电路供电，该检测信号输出单元用于根据工件与喷嘴之间是否形成回路输出该检测信号。

更进一步地，该供电单元为隔离电源，该信号输出单元为光耦。

更进一步地，该检测电路还包括电阻R8、R9，电容C15、C2，二极管D1、 D4，该电阻R8一端连接光耦的输入侧二极管阴极和该二极管D4阳极，另一端连接二极管D1的阳极，该电阻R9一端连接该电容C15、隔离电源，另一端连接该喷嘴；该电容15与该隔离电源连接；该电容C2连接该光耦的输出侧阴极及阳极。

更进一步地，该电流调节单元为比例积分调节电路；当检测信号为零伏电压时，不调节切割电流，当检测信号为5伏电压时，调节切割电流。

更进一步地，该比例积分电路包括电阻R205、R207、R208、R209、R249、 R211、R330，电容C205、C207，运算放大器U201D，该电阻R205一端连接给定信号PPG，另一端连接该运算放大器U201D输入端阴极；该电阻R207、R208 串联后一端连接反馈信号IF，另一端连接该运算放大器U201D输入端阴极；该电容C205分别连接串联后的电阻R207、R208的两端；该电容C207一端连接电阻R249另一端连接控制单元与该运算放大器U201D输出端；该电阻R209的一端接地，另一端连接该运算放大器U201D输入端阳极，该电阻R211和R330 串联后一端接地，另一端连接控制单元与该运算放大器U201D输出端。

本发明同时公开一种用于等离子切割机的电流调节方法，包括：第一步、检测工件与喷嘴之间是否形成回路并输出检测信号；第二步、接收该检测信号，根据该检测信号调整该等离子切割机的切割电流大小。

与现有技术相比较，本发明所提供的电流调节装置能够根据工件和喷嘴的接触状态实时调节等离子切割机电源的切割电流大小，避免因为工件和喷嘴接触时产生的过大电流所导致的喷嘴热负荷骤增，从而使切割质量下降以及喷嘴寿命缩短。

附图说明

附图用于更好地理解本发明，不构成对本发明的不当限定。其中：

图1是本发明所示出的用于等离子切割机的电流调节装置的硬件原理框图；

图2是本发明所示出的用于等离子切割机的电流调节装置电路示意图。

具体实施方式

本发明的核心思想在于提供用于等离子切割机的电流调节装置，该电流调节装置包括喷嘴与工件接触检测电路以及电流调节电路，通过检测喷嘴与工件是否接触来调节切割电流。

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图1～2对本发明提出的用于等离子切割机的电流调节装置作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如在本说明书中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，除非内容另外明确指出外。如在本说明书中所使用的，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。

图1是本发明所示出的用于等离子切割机的电流调节装置的硬件原理框图。如图1所示，在等离子切割机工作过程中，工件3与电极1分别与输出正负极相连，从而在工件3与电极1之间形成电弧。而这个电弧被喷嘴2压缩，从而发射出一个温度高、能量密度大的电弧。在这一过程中，电极1主要起到传导电流和引燃电弧的作用。喷嘴2起到压缩电弧的作用，发射出温度高、能量密度大的电弧。工件3与输出正极相连，在电极1与工件之间形成一个电弧，从而达到切割工件的目的。在工件3与喷嘴2接触的时候，若切割电流过大，会使喷嘴2的热负荷过大，缩短喷嘴2的寿命，同时也会使得切口变宽，影响切割质量。电流调节装置包括检测电路10，用于与等离子切割机的喷嘴2和工件 3连接，判断喷嘴2与工件3是否接触并输出检测信号；控制单元20，接收所述检测信号，并根据所述检测信号启动电流调节单元30。电流调节单元30根据所述检测信号调节切割电流值。

图2是本发明所示出的用于等离子切割机的电流调节装置电路示意图。如图2所示，电流调节装置包括检测电路10，用于与等离子切割机的喷嘴2和工件3连接，判断喷嘴2与工件3是否接触并输出检测信号；控制单元20，接收所述检测信号，并根据所述检测信号启动电流调节单元30。电流调节单元30根据所述检测信号调节切割电流值。其中，检测电路10包括二极管D1、D4，电阻R8、R9，电容C15、C2，光耦合器U3，隔离电源1515和CPU。电阻R8一端连接二极管D1的阳极，另一端连接光耦的输入侧二极管阴极和二极管D4阳极；电阻R9一端与电容C15、隔离电源1515pin5相连，一端与喷嘴引出线相连；电容C15与隔离电源的pin5、pin7相连；二极管D4与输入侧发光二极管反接；电容C2与光电耦合器和CPU相连。隔离电源1515用来给喷嘴与工件接触检测电路供电。隔离电源1515的工作电压为15V。工件引出线OUT+1和喷嘴引出线OUT-还与转弧电路(图中未示出)连接。

电流调节单元30为比例积分调节电路，该比例积分电路包括电阻R205、R207、R208、R209、R249、R211、R330，电容C205、C207，运算放大器U201D，该电阻R205一端连接给定信号PPG，另一端连接该运算放大器U201D输入端阴极；该电阻R207、R208串联后一端连接反馈信号IF，另一端连接该运算放大器U201D输入端阴极；该电容C205分别连接串联后的电阻R207、R208的两端；该电容C207一端连接电阻R249另一端连接控制单元与该运算放大器U201D输出端；该电阻R209的一端接地，另一端连接该运算放大器U201D输入端阳极，该电阻R211和R330串联后一端接地，另一端连接控制单元与该运算放大器U201D输出端。

在等离子切割机工作过程中，若喷嘴与工件接触的时候，切割电流很大，会使切割质量下降，喷嘴热负荷大，造成喷嘴过早地损伤，缩短喷嘴的寿命。若喷嘴与工件未接触的时候，切割电流过小，会使得切割速度与厚度降低，影响切割能力。因此需要在割炬移动过程中根据喷嘴与工件是否接触来调节等离子切割机切割电流，提高喷嘴寿命与切割质量。从喷嘴处引出线OUT-，工件处引出线OUT+1。在切割过程中若喷嘴与工件未接触，喷嘴与工件处的电压不相等，相当于VOUT-≠VOUT+1。此时左侧喷嘴与工件接触检测电路中OUT+1和OUT-之间相当于开路，从而光耦U3的输入侧发光二极管上面没有电流流过，输出0V的电压信号。CPU检测到0V电压信号，此时PPG给定信号处电流与 IF反馈信号处电流相等，使得流经运放的电流为零，A处得电压恒为0，从而给入到CPU的信号为0，不调节UC3895的PWM占空比，不进行电流调节，工作电流为100A。

在切割过程中若喷嘴与工件接触，相当于VOUT-＝VOUT+1，此时喷嘴与工件接触检测电路中OUT+1和OUT-之间形成回路，光耦输入侧二极管上面有电流流过，从而输出5V电压信号。CPU检测到5V电压信号，此时PPG给定信号处电流不等于IF反馈信号处电流，使得运放上面有电流流过，从而A处得电压不为0，从而给入到CPU的信号不为0，调节逆变电源UC3895的PWM占空比，将电流调节到40A。从而在割炬移动过程中，CPU通过对于喷嘴与工件是否接触的检测，来调节切割电流，提高切割质量，同时减小喷嘴的热负荷，提高喷嘴的寿命。

本发明同时公开了一种调节等离子切割机切割电流的方法，该方法包括将喷嘴与工件分别与检测电路连接，检测电路检测工件与喷嘴之间是否形成回路并输出电压信号。如果形成回路，则说明喷嘴与工件连接，将切割电流调节到 40A；如果没有形成回路，则说明喷嘴与工件未连接，则不对切割电流作出调节，切割电流维持100A。

与现有技术相比较，本发明所提供的电流调节装置能够根据工件和喷嘴的接触状态实时调节等离子切割机电源的切割电流大小，避免因为工件和喷嘴接触时产生的过大电流所导致的喷嘴热负荷骤增，从而使切割质量下降以及喷嘴寿命缩短。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (2)

1.一种用于等离子切割机的电流调节装置，其特征在于，包括：

检测电路，所述检测电路检测工件与喷嘴之间是否形成回路并输出检测信号；

控制单元，所述控制单元接收所述检测信号，并根据所述检测信号启动电流调节单元；

电流调节单元，根据所述检测信号调整所述等离子切割机的切割电流大小；其中，所述检测电路的第一检测端与所述工件连接，第二检测端与所述喷嘴连接；所述第一检测端用于检测Vout+1，所述第二检测端用于检测Vout-，当所述Vout-＝Vout+1时，工件与喷嘴之间形成回路；所述检测电路包括供电电源以及检测信号输出单元，所述供电电源为所述检测电路供电，所述检测信号输出单元用于根据工件与喷嘴之间是否形成回路输出所述检测信号；

所述供电电源为隔离电源，所述信号输出单元为光耦；

其中，所述检测电路包括电阻R8、R9，电容C15、C2，二极管D1、D4，所述电阻R8一端连接光耦的输入侧二极管阴极和所述二极管D4阳极，另一端连接二极管D1的阳极，所述电阻R9一端连接所述电容C15、隔离电源，另一端连接所述喷嘴；所述电容C15与所述隔离电源连接；所述电容C2连接所述光耦的输出侧阴极及阳极；所述电流调节单元为比例积分调节电路；当检测信号为零伏电压时，不调节切割电流，当检测信号为5伏电压时，调节切割电流；

其中，所述比例积分电路包括电阻R205、R207、R208、R209、R249、R211、R330，电容C205、C207，运算放大器U201D，所述电阻R205一端连接给定信号PPG，另一端连接所述运算放大器U201D输入端阴极；所述电阻R207、R208串联后一端连接反馈信号IF，另一端连接所述运算放大器U201D输入端阴极；所述电容C205分别连接串联后的电阻R207、R208的两端；所述电容C207一端连接电阻R249另一端连接控制单元与所述运算放大器U201D输出端；所述电阻R209的一端接地，另一端连接所述运算放大器U201D输入端阳极，所述电阻R211和R330串联后一端接地，另一端连接控制单元与所述运算放大器U201D输出端。

2.一种用于权利要求1所述的等离子切割机的电流调节方法，其特征在于，包括：

第一步、检测工件与喷嘴之间是否形成回路并输出检测信号；

第二步、接收所述检测信号，根据所述检测信号调整所述等离子切割机的切割电流大小。

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