CN110076437B - 一种高精度的等离子切割机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度的等离子切割机，包括壳体及集成在壳体内部的切割电路，其壳体上设有割炬接口以外接割炬实现切割，所述切割电路包括控制电路和与控制电路连接的工作回路，所述工作回路包括割炬主电路、气路控制电路及起弧电路，其特征在于：所述控制电路包括处理电路、时间电路和高频电路，通过处理电路可对进入该控制电路的信号进行整流滤波；所述高频电路包括电容C10、C11和变压器T2、T3；本发明采用控制电路控制其他的工作回路，实现一个单按钮即可完成整个切割过程的控制，在切割时在单个工作回路出现问题时，不必重新启动整个控制电路，以缩短工作回路的稳定时间，提高稳定性。

Description

一种高精度的等离子切割机

技术领域

本发明涉及等离子切割技术领域，特别是涉及一种高精度的等离子切割机。

背景技术

目前市面上的金属切割常用火焰和常规等离子切割等类型。常规等离子切割因为使用空气和电能的原因，其具有高效节能，切割成本低，安全性高等特点得以广泛使用，特别是数控平台结合等离子切割，实现了自动高效的金属切割。但大多数等离子切割设备因为其在其内部切割电路中采用了较多的继电器和接触器等控制器，使得切割电路的体积明显增大，增加了制作成本，并且因为此类控制器耗电大，接入较多的控制器后易导致内部的电路的控制出现供电不稳定的情况，从而降低切割精度。且等离子切割机在启动时，会因为其内部工作回路的不稳定，而出现初切割时精度较差，但因为此时处于初切割阶段，可以先进行一段时间的预切割，待工作回路稳定后再进行规定形状的切割。但传统的等离子切割机在切割时一旦出现熄弧等情况，则需关闭外部电源，进行切割机的重启，即重新接通切割机内部的控制电路和切割主回路、高频电路及其起弧电路等工作回路，在重启的过程中，需要一定时间使得整个内部的切割电路得到稳定，但其高频电路一旦接通起弧后便会开始进行切割，此时因为切割机内部电路并未达到完全稳定，且需要与板材上的断口进行连接切割，在此段稳定时间之内的切割精度，特别是对于弧形切割来说是非常差的。如此，提出一种高精度的等离子切割机是很有必要的。

发明内容

本发明的目的在于：为了克服上述缺陷，提出一种高精度的等离子切割机以在降低成本的同时提高其切割精度。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种高精度的等离子切割机，包括壳体及集成在壳体内部的切割电路，其壳体上设有割炬接口以外接割炬实现切割，所述切割电路包括控制电路和与控制电路连接的工作回路，所述工作回路包括割炬主电路、气路控制电路及起弧电路，所述控制电路包括处理电路、时间电路和高频电路，所述处理电路包括主开关SW、变压器T1、整流器和电容C8、C9，整流器由二极管D10~D13构成，通过处理电路对进入该控制电路的信号进行整流滤波；所述时间电路包括切割控制开关K1、电阻R1~R9、电容C1~C7、二极管D1~D9、IC1~IC3三个集成芯片、光电耦合器Q1、Q2、接触器CJI、CJ2、电磁气阀DF和控制器J1~J3组成；所述高频电路包括电容C10、C11和变压器T2、T3；所述时间电路包括电压检测电路，电压检测电路用于检测割炬接口处的电压，以在割炬主电路接通时，使得起弧电路导通后再导通高频电路，所述电压检测电路由二极管D9、电阻R9及光电耦合器Q2构成；

所述切割控制开关K1作为时间电路的输入端，其一端与电容C8的一端连接，切割控制开关K1的一端还连接至电阻R2、R5、R6、R7、R8和电容C1的一端，切割控制开关K1的另一端连接至电阻R1的一端，电阻R1另一端连接至光电耦合器Q1的引脚1，电阻R2的另一端连接光电耦合器Q1的引脚3和二极管D1的一端；所述电容C1的另一端连接电阻R3、R4的一端，电阻R3的另一端连接至二极管D3的另一端和IC2的引脚2，电阻R4的另一端连接至二极管D1的另一端和IC1的引脚2，电阻R5的另一端连接至IC1的引脚6、7和电容C2的一端，IC1的引脚4、8与电阻R5的一端连接，IC1的引脚5连接电容C3的一端，IC1的引脚3连接控制器J1的一端和二极管D2的一端；所述电阻R6的另一端连接至二极管D3、电容C4的一端和IC2的引脚6、7，IC2的引脚4、8连接至电阻R6的一端，IC2的引脚5连接至电容C5的一端，IC2的引脚3连接至二极管D4的一端，所述二极管D4的另一端连接至控制器J2和二极管D5的一端；所述IC3的引脚4、8连接至电阻R7的一端，IC3的引脚3连接至二极管D7的一端，二极管D7的另一端连接至控制器J3和二极管D6的一端，IC3的引脚7连接至二极管D8的一端，电阻R7的另一端连接至IC3的引脚6和电容C7的一端，电阻R8的另一端连接至二极管D8另一端和IC3的引脚2后与光电耦合器Q2的引脚1连接，光电耦合器Q2的引脚3连接至二极管D9的另一端，二极管D9的一端与电阻R9的另一端连接，电阻R9的一端连接割炬接口的输入端；

所述控制器J1的触点JI-1还分别连接在变压器T1初级侧的一端和接触器CJ1的一端之间，控制器J2的触点J2-1连接在变压器T1初级侧的一端和电磁气阀DF的一端之间，控制器J3的触点J3-1连接在变压器T1初级侧的一端和接触器CJ2的一端之间，接触器CJ1、CJ2和电磁气阀DF的另一端均连接至变压器T1初级侧的另一端。

进一步地，所述主开关SW的两端连接外部供电源，主开关SW的两端分别连接至变压器T1初级侧的两端，变压器T1次级侧的两端分别连接至整流器的输入端，整流器的输出端分别连接至电容C8、C9的两端，电容C8的一端还作为该处理电路的输出端与时间电路的输入端连接。

进一步地，所述变压器T3初级侧的一端与变压器T1初级侧的一端连接，其另一端通过控制器J3的触点J3-2与变压器T1初级侧的另一端连接，变压器T3次级侧的一端通过电容C11与变压器T2初级侧的一端连接，变压器T3次级侧的另一端与变压器T2初级侧的另一端连接，所述变压器T2次级侧的一端连接有电容C10的一端，电容C10的另一端和变压器T2次级侧的另一端作为该高频电路的输出端与外部起弧电路连接。

由于采用了上述方案，本发明的有益效果在于：解决了现有技术的不足，本发明提出一种高精度的等离子切割机，其好处是：

（1）传统等离子切割机一旦在切割时工作回路出现情况，需重新启动整个控制电路，本发明采用控制电路控制其他的工作回路，实现一个单按钮即可完成整个切割过程的控制，每个工作回路单独与控制电路连接，使得在切割时在单个工作回路出现问题时，不必重新启动整个控制电路，以缩短工作回路的稳定时间，提高稳定性，从而提高切割机的切割精度。

（2）本发明在起割时，先向割炬进行预送气, 再接通割炬主电路，从而可使得切割机内部有充足的空气流量，便于后续能够准确的起弧进行切割，避免出现传统等离子切割机在切割后会造成切口积瘤或切不透的现象。

（3）传统等离子切割机，一旦切割主电路与割炬接口导通后，高频电路也立即与割炬进行连通，此时，由于起弧电路还未连通，工作的高频电路其电压高达上万伏，没有引弧电路的连通，会有很大的安全隐患，甚至造成割炬的无法起弧。本发明通过设置的电压检测电路使得高频电压经导通的起弧电路再加到割炬的输入端，保证切割机的正常使用。

附图说明

图1是本发明所述切割电路的原理框图。

图2是本发明所述控制电路的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

如图1-2所示，一种高精度的等离子切割机，包括壳体及集成在壳体内部的切割电路，其壳体上设有割炬接口以外接割炬实现切割。所述切割电路包括控制电路和工作回路，所述工作回路包括割炬主电路、气路控制电路及起弧电路，工作回路均与控制电路连接，所述控制电路包括处理电路、时间电路和高频电路，通过控制电路可分别控制工作回路的导通。所述工作回路均采用现有等离子切割机的常规电路，因此在这里不对其具体电路结构做详细描述。

具体地说，所述处理电路包括主开关SW、变压器T1、整流器和电容C8、C9，整流器由二极管D10~D13构成，通过处理电路可对进入该控制电路的信号进行整流滤波。具体地说，所述主开关SW的两端连接外部供电源，主开关SW的两端分别连接至变压器T1初级侧的两端，变压器T1次级侧的两端分别连接至整流器的输入端，整流器的输出端分别连接至电容C8、C9的两端，电容C8的一端还作为该电路的输出端与时间电路的输入端连接。

时间电路包括切割控制开关K1、电阻R1~R9、电容C1~C7、二极管D1~D9、IC1~IC3三个集成芯片、光电耦合器Q1、Q2、接触器CJI、CJ2、电磁气阀DF和控制器J1~J3组成,集成芯片的型号均采用NE555,J1为断电器，J2、J3为微型继电器。其中光电耦合器Q1、Q2、接触器CJI、CJ2、电磁气阀DF和控制器J1~J3均为等离子切割机中常用的元器件，市面上均可购买，因此在这里不对其具体型号和内部电路结构做过多描述。具体地说，切割控制开关K1作为该电路的输入端，其一端与电容C8的一端连接，切割控制开关K1的一端还连接至电阻R2、R5、R6、R7、R8和电容C1的一端，切割控制开关K1的另一端连接至电阻R1的一端，电阻R1另一端连接至光电耦合器Q1的引脚1，电阻R2的另一端连接光电耦合器Q1的引脚3和二极管D1的一端；所述电容C1的另一端连接电阻R3、R4的一端，电阻R3的另一端连接至二极管D3的另一端和IC2的引脚2，电阻R4的另一端连接至二极管D1的另一端和IC1的引脚2，电阻R5的另一端连接至IC1的引脚6、7和电容C2的一端，IC1的引脚4、8与电阻R5的一端连接，IC1的引脚5连接电容C3的一端，IC1的引脚3连接控制器J1的一端和二极管D2的一端；所述电阻R6的另一端连接至二极管D3、电容C4的一端和IC2的引脚6、7，IC2的引脚4、8连接至电阻R6的一端，IC2的引脚5连接至电容C5的一端，IC2的引脚3连接至二极管D4的一端，所述二极管D4的另一端连接至控制器J2和二极管D5的一端；所述IC3的引脚4、8连接至电阻R7的一端，IC3的引脚3连接至二极管D7的一端，二极管D7的另一端连接至控制器J3和二极管D6的一端，IC3的引脚7连接至二极管D8的一端，电阻R7的另一端连接至IC3的引脚6和电容C7的一端，电阻R8的另一端连接至二极管D8另一端和IC3的引脚2后与光电耦合器Q2的引脚1连接，光电耦合器Q2的引脚3连接至二极管D9的另一端，二极管D9的一端与电阻R9的另一端连接，电阻R9的一端连接割炬接口的输入端。

进一步地，所述控制器J1的触点JI-1还分别连接在变压器T1初级侧的一端和接触器CJ1的一端之间，控制器J2的触点J2-1连接在变压器T1初级侧的一端和电磁气阀DF的一端之间，控制器J3的触点J3-1连接在变压器T1初级侧的一端和接触器CJ2的一端之间，接触器CJ1、CJ2和电磁气阀DF的另一端均连接至变压器T1初级侧的另一端。交流接触器CJ1连接在切割主回路的输入端，用于控制切割主回路的通断，交流接触器CJ2连接在起弧电路的输入端，用于控制起弧电路的通断，电磁气阀DF与气路控制电路连接，以控制气路控制电路向割炬接口通气。

所述光电耦合器Q1、Q2的引脚2、4、电容C2~C9的另一端，二极管D2、D5、D6的另一端，IC1~IC3的引脚1和控制器J1~J3的另一端均接地。

所述高频电路包括电容C10、C11和变压器T2、T3，具体地说，所述变压器T3初级侧的一端与变压器T1初级侧的一端连接，其另一端通过控制器J3的触点J3-2与变压器T1初级侧的另一端连接，变压器T3次级侧的一端通过电容C11与变压器T2初级侧的一端连接，变压器T3次级侧的另一端与变压器T2初级侧的另一端连接，所述变压器T2次级侧的一端连接有电容C10的一端，电容C10的另一端和变压器T2次级侧的另一端作为该电路的输出端与外部起弧电路连接。

具体地说，起割时，先向割炬进行预送气, 再接通割炬主电路，从而可使得切割机内部有充足的空气流量，便于后续能够准确的起弧进行切割，避免出现传统等离子切割机在切割后会造成切口积瘤或切不透的现象。具体地说，先合上整个控制电路的主开关SW，使得控制电路与外部供电源接通。再合上切割控制开关K1，此时，光电耦合器Q1导通，其引脚3处的电位由高电平转变为低电平，IC2的引脚2、6、7由高电平转变为低电平，其引脚3由低电平转变为高电平，使得继电器J2通电，其触点J2-1从而闭合，与其连接的电磁气阀DF通电打开，即可使得气路控制电路将外部通入的压缩空气输至割炬接口。当IC2的引脚2、6、7由高电平转变为低电平时，IC1的引脚2通过电阻R3对电容C1充电延时后，其延时时间根据公式T=RC，可通过改变电阻与电容的阻值改变，才由高电平转变为低电平，此时其引脚3由低电平转变为高电平，使得断电器J1通电，其常开触点JI-1闭合，则控制切割主电路的交流接触器CJ1通电，主电路从而被接通。

传统等离子切割机，一旦切割主电路与割炬接口导通后，高频电路也立即与割炬进行连通，此时，由于起弧电路还未连通，工作的高频电路其电压高达上万伏，没有起弧电路的连通，会有很大的安全隐患，甚至造成割炬的无法起弧。所以本发明，还通过二极管D9、电阻R9及光电耦合器Q2组成了电压检测支路，当主电路接通后，割炬接口处暂时处于空载状态，此时Uo即为割炬接口处的空载电压，电压检测支路中的二极管D9被击穿，光电耦合器Q2导通，IC3的引脚2、6、7均由高点平转变为低电平，引脚3由低电平转变为高电平，继电器J3通电，其常开触点J3-1闭合，交流接触器CJ2通电工作，使得起弧电路先被接通，此时触点J3-2闭合，由变压器B3、B2产生的高频高压再经导通的起弧电路加到割炬的输入端，以实现高压起弧，保证切割机的正常使用。

当割炬起弧后，Uo转变为工作电压，二极管D9截止，光电耦合器Q2由导通变为截止，IC3的引脚2由低电平转变为高电平，而其引脚6、7因经电阻R7对电容C7充电延时后，引脚3由高电平转变为低电平，微型继电器J3失电，高频电路断开，起弧电路也停止工作。延时后再停止高频电路和起弧电路，能够增加起弧时的稳定性，提高切割精度，保证切口的平整。

传统的等离子切割机在切割时一旦出现熄弧的情况，则需关闭外部电源，进行切割机的重启，即重新接通切割机内部的切割电路，但在重启的过程中，需要一定时间使得整个内部的切割电路得到稳定，但高频电路一旦接通起弧后便会开始进行切割，因为是中途熄弧，不便于移动已固定好位置的切割机和板材，起弧后需要与板材上的断口进行连接切割，但此时因为切割机内部电路并未达到完全稳定，所有在此段稳定时间之内的切割精度，特别是对于弧形切割来说是非常差的。而本发明中的控制电路与工作回路之间采用控制器J1~J3连接，在中途切割出现熄弧之后，只需再次接通高频电路，重新引燃电弧即可，不必重新启动整个切割机，有效缩短了工作回路的稳定时间，提高了切割机的稳定性，从而保证了切割精度。

切割完毕，需要关闭割炬时，断开切割控制开关K1，光电耦合器Q1截止，其引脚3的电位由低电平转变为高电平，此时由于二极管V1的存在，IC2的引脚2不再延时，直接由低电平转变为高电平，引脚3也由高电平转变为低电平。断电器J1失电，切割主电路不再导通，切割过程终止。此时IC2的引脚2由低电平转变为高电平，而其引脚6、7经电阻R6对电容C4的充电延时后，才由低电平转变为高电平，引脚3由高电平转变为低电平，继电器J2断电，使得电磁气阀DF关闭，停止送气，从而实现主电路断电一段时间后才停止送气功能，以实现割炬的冷却。本发明的控制电路采用三个控制器即可有效对工作回路进行控制，在满足切割机的整体高精度工作的情况下减小了整个切割电路的体积，降低了生产成本。

上述方式中未述及的部分采取或借鉴已有技术即可实现。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征 进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种高精度的等离子切割机，包括壳体及集成在壳体内部的切割电路，其壳体上设有割炬接口以外接割炬实现切割，所述切割电路包括控制电路和与控制电路连接的工作回路，所述工作回路包括割炬主电路、气路控制电路及起弧电路，其特征在于：所述控制电路包括处理电路、时间电路和高频电路，所述处理电路包括主开关SW、变压器T1、整流器和电容C8、C9，整流器由二极管D10~D13构成，通过处理电路对进入该控制电路的信号进行整流滤波；所述时间电路包括切割控制开关K1、电阻R1~R9、电容C1~C7、二极管D1~D9、IC1~IC3三个集成芯片、光电耦合器Q1、Q2、接触器CJI、CJ2、电磁气阀DF和控制器J1~J3组成；所述高频电路包括电容C10、C11和变压器T2、T3；所述时间电路包括电压检测电路，电压检测电路用于检测割炬接口处的电压，以在割炬主电路接通时，使得起弧电路导通后再导通高频电路，所述电压检测电路由二极管D9、电阻R9及光电耦合器Q2构成；

所述切割控制开关K1作为时间电路的输入端，其一端与电容C8的一端连接，切割控制开关K1的一端还连接至电阻R2、R5、R6、R7、R8和电容C1的一端，切割控制开关K1的另一端连接至电阻R1的一端，电阻R1另一端连接至光电耦合器Q1的引脚1，电阻R2的另一端连接光电耦合器Q1的引脚3和二极管D1的一端；所述电容C1的另一端连接电阻R3、R4的一端，电阻R3的另一端连接至二极管D3的另一端和IC2的引脚2，电阻R4的另一端连接至二极管D1的另一端和IC1的引脚2，电阻R5的另一端连接至IC1的引脚6、7和电容C2的一端，IC1的引脚4、8与电阻R5的一端连接，IC1的引脚5连接电容C3的一端，IC1的引脚3连接控制器J1的一端和二极管D2的一端；所述电阻R6的另一端连接至二极管D3、电容C4的一端和IC2的引脚6、7，IC2的引脚4、8连接至电阻R6的一端，IC2的引脚5连接至电容C5的一端，IC2的引脚3连接至二极管D4的一端，所述二极管D4的另一端连接至控制器J2和二极管D5的一端；所述IC3的引脚4、8连接至电阻R7的一端，IC3的引脚3连接至二极管D7的一端，二极管D7的另一端连接至控制器J3和二极管D6的一端，IC3的引脚7连接至二极管D8的一端，电阻R7的另一端连接至IC3的引脚6和电容C7的一端，电阻R8的另一端连接至二极管D8另一端和IC3的引脚2后与光电耦合器Q2的引脚1连接，光电耦合器Q2的引脚3连接至二极管D9的另一端，二极管D9的一端与电阻R9的另一端连接，电阻R9的一端连接割炬接口的输入端；

所述控制器J1的触点JI-1还分别连接在变压器T1初级侧的一端和接触器CJ1的一端之间，控制器J2的触点J2-1连接在变压器T1初级侧的一端和电磁气阀DF的一端之间，控制器J3的触点J3-1连接在变压器T1初级侧的一端和接触器CJ2的一端之间，接触器CJ1、CJ2和电磁气阀DF的另一端均连接至变压器T1初级侧的另一端。

2.根据权利要求1所述的一种高精度的等离子切割机，其特征在于：所述主开关SW的两端连接外部供电源，主开关SW的两端分别连接至变压器T1初级侧的两端，变压器T1次级侧的两端分别连接至整流器的输入端，整流器的输出端分别连接至电容C8、C9的两端，电容C8的一端还作为该处理电路的输出端与时间电路的输入端连接。

3.根据权利要求1所述的一种高精度的等离子切割机，其特征在于：所述变压器T3初级侧的一端与变压器T1初级侧的一端连接，其另一端通过控制器J3的触点J3-2与变压器T1初级侧的另一端连接，变压器T3次级侧的一端通过电容C11与变压器T2初级侧的一端连接，变压器T3次级侧的另一端与变压器T2初级侧的另一端连接，所述变压器T2次级侧的一端连接有电容C10的一端，电容C10的另一端和变压器T2次级侧的另一端作为该高频电路的输出端与外部起弧电路连接。

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