CN1086756A - 数控空气等离子切割机 - Google Patents
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Abstract
数控空气等离子切割机,是采用微计算机数字控
制的空气等离子切割机,由步进电机、传动齿轮(条)、
空气等离子割炬、空压机等组成,可以自动实现任意
平面曲线的运动,并能对气割不能或不易切割的铸
铁、不锈钢、铝、铜等各种特殊材料的切割,具有结构
简单、工作可靠、操作方便、功能齐全、易于维修、质量
精度高(±0.3毫米)、便携移动、安全可靠、造价低廉
等特点。
Description
本发明涉及金属材料切割机,特别是数控空气等离子切割机。
在工业生产中,金属材料的切割是有着广泛的应用领域的。目前采用的较先进的多为数控气割机,如龙门式多割炬数控气割机、光电跟踪气割机,除用切割气体燃料外,它由一台小型微机按EIA码编程,然后打出穿孔纸带拿出机房送到现场输入到切割机旁的分机中,再控制切割机进行切割加工,其设计控制系统繁杂而功能一般,价格又十分昂贵(40多万美元),难以满足工业化生产的普及应用。
本发明的目的是提供一种采用空气等离子切割技术,利用微计算机控制,实现任意平面曲线运动的便携式切割机,并能对气割不能或不易切割的铸铁、不锈钢、铝、铜等各种特殊金属材料的切割,提高质量和功效,并大幅度降低其造价。
本发明包括微机控制部分、平面曲线运动部分和切割部分,其微机控制部分是由PIO接口、输入电路、电源电路、多谐振荡器及功率放大器组成,由一台TP801型微计算机配以6KEPROM的专用控制软件,占用由0000-07FF存储器地址,通过并行接口PIO的PA0-PA5经功率放大器分别来驱动纵横两向的步进电机完成插补运动。外接多谐振荡器电路产生一定数量赫兹的矩形脉冲,经PIO口输入给CPU,通过调整电位器改变振荡频率来达到对切割速度的控制,在切割速度的范围内可以进行无级调整,以选择最佳的切割速度。
电源是整个电路的动力源,采用了集成稳压器,具有工作电流抗干扰能力强,对过流有保护作用。其5V电源是市电220V经变压器B1降压后,得到低电压9V,经D1-D4桥式整流得到脉冲直流,再经C1、C2滤波得到较稳定的直流,经集成稳压器件“7805”稳压后,从a、b两端输出稳定的直流5V接至微机,C3用以提高抗干扰能力;16V直流电源是市电220V经变压器B2降压后,得到低电压15V,经D1-D4桥式整流后,得到脉冲直流,再经C1滤波到较稳定的直流16V,经R4同样6个电阻,接至二个步进电机的6个绕组L,C2能滤掉杂波,C3用以提高抗干扰能力。
微机发出的控制信号,通过输入电路、功率放大器按环形分配程序分时,送至步进电机各绕组,使其按指令运转。当a点的电位由低变高时,通过与非门U输出为低电平,光电耦合器GD中的发光二极管有电流通过发光,同时D1也发出指示出输出信号,R1为D1和GD的限流电阻,当GD的CE结受光照时电阻变小,通过R2限流使复合管BG2、BG3导通步进电机绕组得电,D2为续流二极管,R3为下拉电阻,R4为限流电阻。此为一个绕组L的供电电路,二个电机共六个相同的供电电路;由“555”芯片和阻容件构成的多谐振荡器电路,RA为电位器,用以调节振荡频率即可调速。
本机平面曲线运动部分和切割部分,包括机体2、步进电机6、空压机20、割炬夹具23、等离子切割割矩24等,其结构是机体2上的步进电机6,通过减速箱5,带动传动齿轮10、9,使前轮8沿导轨7做纵向运动;机体2上的步进电机6通过减速箱5,带动小齿轮4,使工作齿条3沿横向运动;置于工作齿条3一端割炬夹具23通过割嘴升降手轮调节等离子切割割炬24与切割金属板材19的距离;等离子切割割炬24是置于割炬夹具23的横臂上,它通过减压过滤器21接受空压机20的旋转强制进风;步进电机6和步进电机12联接微机控制台1。
本切割机的功能是通过传动和切割两个部分完成,其传动部分有两个方向的合成运动,横向运动是步进电机6,通过蜗杆蜗轮减速箱5带动小齿轮4,而齿轮4与工作齿条3啮合使之运动,切割割炬配装于齿条3一端,从而使割炬沿横向运动,步进电机6的正、反方向运转使得割炬24沿横向作往复运动;纵向运动是步进电机12,通过蜗杆蜗轮减速箱11,带动一对传动齿轮10、9,使前轮8转动,前轮8通过与导轨7之间的摩擦力,使之沿导轨7滚动,从而使整个切割机体2(含割炬)沿轨道方向运动,步进电机12的正反方向运动,使得割矩24沿纵向做往复运动,两个步进电机通过微机控制其运转速度和方向,其插补运动使割炬得以实现任意平面曲线运动。切割动作是首先接通电路,打开气阀,根据板厚选择电源档次和气压,空气机压力表指示0.6MPa左右,减压阀应指示0.350.7MPa,然后将割炬接近工件,使割炬垂直于工件或略向后倾,让割嘴中心孔距工件1.5-3毫米,按下引弧按钮,电弧引燃,若电弧未引燃,停几秒钟再按。切割厚板时,割嘴应避免与工件接触,起弧后要有一定时间才能割透,等割透后再启动切割机运行,载着割炬按零件图切割工件。
控制程序的操作方法是:
1、在显示“good”状态下,按输入键,这时显示“P”字,表示程序字首。
2、输入程序号共三位,如是第1程序则按数字键001。
3、按B键,显示16字符,可输入x值;再按B显示2b,可输入y值。再按B显示3b可输入J值。第四次按B显示4b可输入G。第五次按B显示5b,可输入加工指令。
4、按增1键,程序号自动增1显示下一个程序。
5、每个程序都按五次B键,将加工数据和指令连续输入。
6、当全部程序输入完毕时,再按“增1”键此时程序送入存储器,再按“监控”键,显示“good”控制台转入准备加工。按ON-OFF键于ON步进电机上电,再按“EXCT”键即可开始加工。
本发明具有结构简单、工作可靠、操作方便、功能齐全、易于维修、质量精度高、便携移动、造价低廉等特点,除能自动控制任意平面曲线轨迹的运动外,还能利用压缩电弧熔化并吸走被切割的金属熔渣,切割温度可达6000-10000℃,因此不但能切割常规普通钢材,还能切割气割不容易或不能切割的不锈钢、铸铁、铝、铜等各种金属,且比气割切割质量好,切口窄、光洁度高、熔渣少、速度快、节省材料、热影响区小、操作安全、无爆炸和燃烧危险,比气割费用节约1/4以上;切割部分采用电磁式接触低压引弧,克服了常规高频高压的缺点,操作安全;采用旋转强制进风,这不仅对电弧压缩效果好,有利于切割,而且冷却效果较理想,使喷嘴不易损坏;采用可给进式电极,比固定式电极寿命长5-6倍;电源采用漏磁变压器加抽头电抗器,工作电流可调整。
本机主要性能指标:
1、加工工件最大尺寸:1.2×2米,导轨移动可切割长度100米。
2、切割厚度:可切不锈钢45毫米,若安装气割炬可切钢板达100毫米。
3、加工轨迹:任意平面曲线。
4、加工精度:±0.3毫米。
5、切口表面光洁度:Ra12.5、溶渣少。
6、切割速度:0-780毫米/分。
7、抗干扰性能:电网电压在330V-450V范围内时,切割机正常工作;在工作区域附近有大型设备运转或电焊机操作时,均不影响本机工作。
8、计算机脉冲当量为0.02mm/脉冲。
9、程序输入可用键盘、纸带和磁带三种方式,一次输入指令可达386条。
10、具有选择显示和中断检查功能。
11、对已输入的程序具有检索、修改、插入及删除的功能。
12、具有步进电机节拍变换功能。
13、具有快速工作图和图缩放功能。
本发明附图1为结构示意图,其中微机控制台1、机体2、齿条3、齿轮4、减速箱5、步进电机6、导轨7、前轮8、传动齿轮9、10、减速箱11、步进电机12、电源开关13、输入配电线14、切割配电箱15、割炬控制线16、割炬导线17、工件导线18、切割金属板材19、空压机20、减压过滤器21、引弧控制线22、割炬夹具23、切割割炬24。
图2为控制电路原理图;图3为5V直流电源原理图;图4为16V直流电源原理图;图5为微机控制台面板标志图,其中:
MON为监控键:按它程序返回到初始状态。
STEP为快动键:程序输入后,按它程序快速绘图。
EXEC切割键:程序输入后,按它开始切割加工。
2FBE偏差键:按它可使割嘴置入偏移量。
2FBB坐标变换键:按它可旋转加工图形的坐标或使坐标变换。
以下五个键盘是分上下档的,各有不同的作用,其中上档键是在“good”状态下有效,下档键是输入程序号后有效。
MON′为 (增1)/(定相) 键:上档是程序段增加1
下档是电机定相用。
(LOAD)/(NEXT) 为 (减1)/(缩放) 键:上档键是程序段减1
下档键是作加工图形缩放、快速绘图。
(DUMP)/(LAST) 为 (删除)/(输入) 键:上档作删除所输入程序号的全部指令和数据
下档键作输入程序号。
(REG′)/(REG) 为 (插入)/(低带) 键:上档键作插入程序
下档键作低带输入键。
(DISP)/(MEM) 为 (检索)/(齿补) 键:上档作程序检索能查出给定程序号的数据和指令
下档可置入齿补量。
x、y各三个发光二极管分别显示x、y向两个步进电机三向绕组的通电状态。
SPARK按钮可控制引弧。
VELOCITY旋钮速度调节。
ON-OFF按钮控制启动或停车。
图6为系统总体框图;图7为微机控制部分框图;图8为圆弧加工、插补计算部分框图;图9为直线加工插补计算部分框图。
实施例:
MCAPC-I型数控空气等离子切割机,由一台TP801型微计算机配以6KEPROM的专用控制软件;步进电机6步距角3°;蜗杆减速器5传动比1W=51;齿轮4模数Mn=2,齿数Z1=20、螺旋角β=14°32′27″;齿条3模数Mn=2,齿数Z2=179;步进电机12步距角3°、蜗杆减速器11传动比1W=28;齿轮10模数m=1,齿数Z1=19;齿轮9模数m=1,齿数Z2=79,前轮直径D=88.94毫米;空气压缩机为3W/0.97C;空气压力0.6MPa,空气流量0.30.3M3/min;其电路的元件参数:R1·R2150Ω·1/8WR3220Ω1/8W,R410Ω2W,BG2DDol,BG32N3055,C1100P,RAlK,RB1.2K。
微机按逐点比较法的四个步骤:偏差判别、进给、编差计算和终点判别循环进行,直至加工完计数长度减为0停止加工。加工零件按5b格式编程即1Bx2By3BJ4BG5BZ。将所编程序输入计算机后,软件可判别加工线段是属直线还是属圆弧,确定后,以其相应的插补计算程序运行,直至加工完毕。
Claims (3)
1、一种数控空气等离子切割机,包括微机控制部分、平面曲线运动部分和切割部分,其特征在于微机控制是PIO接口与输入电路和多谐振荡器相连;输入电路与功率放大器相连;L为电机绕组,其步进电机6带动齿条3使切割割炬24做横向运动;步进电机12带动前轮8使切割割炬24做纵向运动,其合成运动使割炬24实现任意平面曲线运动;
控制程序的操作方法是:
(1)在显示“good”状态下,按输入键,这时显示“P”字,表示程序字首;
(2)输入程序号共三位,如是第1程序则按数字键001;
(3)按B键,显示16字符,可输入x值;再按B显示2b,可输入y值。再按B显示3b可输入J值;第四次按B显示4b可输入G;第五次按B显示5b,可输入加工指令;
(4)按增L键,程序号自动增1显示下一个程序;
(5)每个程序都按五次B键,将加工数据和指令连续输入;
(6)当全部程序输入完毕时,再按“增L”键此时程序送入存储器,再按“监控”键,显示“good”控制台转入准备加工;按ON-OFF键于ON步进电机上电,再按“EXCT”键即可开始加工。
2、根据权利要求1所述的切割机,其特征在于微机接口PIO的PA端接入与非门电路,与非门电路的输出端接入光电耦合器的发光二极管电路,光电耦合器的CE结的E极输出接入复合放大电路,复合放大电路的集电极通过限流电阻接入步进电极绕组电路,两个电机共六个相同的绕组L供电电路。
3、根据权利要求1所述的切割机,其特征在于机体2上步进电机12,通过减速箱11带动传动齿轮10、9,使前轮8沿导轨7做纵向运动,机体2上步进电机6,通过减速箱5带动小齿轮4,使工作齿条3沿横向运动;置于齿条3一端的割炬夹具23调节空气等离子切割割炬24与切割金属板材19的距离;切割割炬24是置于割炬夹具23的横臂上,它通过减压过滤器21接受空压机20的旋转强制进风。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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CN 92111867 CN1086756A (zh) | 1992-11-11 | 1992-11-11 | 数控空气等离子切割机 |
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CN1086756A true CN1086756A (zh) | 1994-05-18 |
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1992
- 1992-11-11 CN CN 92111867 patent/CN1086756A/zh active Pending
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PB01 | Publication | ||
C01 | Deemed withdrawal of patent application (patent law 1993) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |