CN1086756A - 数控空气等离子切割机 - Google Patents

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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。
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