專利名稱：數(shù)控空氣等離子切割機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及金屬材料切割機(jī)，特別是數(shù)控空氣等離子切割機(jī)。
在工業(yè)生產(chǎn)中，金屬材料的切割是有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域的。目前采用的較先進(jìn)的多為數(shù)控氣割機(jī)，如龍門式多割炬數(shù)控氣割機(jī)、光電跟蹤氣割機(jī)，除用切割氣體燃料外，它由一臺(tái)小型微機(jī)按EIA碼編程，然后打出穿孔紙帶拿出機(jī)房送到現(xiàn)場(chǎng)輸入到切割機(jī)旁的分機(jī)中，再控制切割機(jī)進(jìn)行切割加工，其設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)繁雜而功能一般，價(jià)格又十分昂貴(40多萬美元)，難以滿足工業(yè)化生產(chǎn)的普及應(yīng)用。
本實(shí)用新型的目的是提供一種采用空氣等離子切割技術(shù)，實(shí)現(xiàn)任意平面曲線運(yùn)動(dòng)的便攜式切割機(jī)，并能對(duì)氣割不能或不易切割的鑄鐵、不銹鋼、鋁、銅等各種特殊金屬材料的切割，提高質(zhì)量和功效，并大幅度降低其造價(jià)。
本實(shí)用新型包括微機(jī)控制部分，平面曲線運(yùn)動(dòng)部分和切割部分，其微機(jī)控制部分是由PIO接口、輸入電路、電源電路、多諧振蕩器及功率放大器組成，由一臺(tái)TP801型微計(jì)算機(jī)配以6KEPROM的專用控制軟件，占用由0000－07FF存儲(chǔ)器地址，通過并行接口PIO的PA0－PA5經(jīng)功率放大器分別來驅(qū)動(dòng)縱橫兩向的步進(jìn)電機(jī)完成插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)。外接多諧振蕩器電路產(chǎn)生一定數(shù)量赫茲的矩形脈沖，經(jīng)PIO口輸入給CPU，通過調(diào)整電位器改變振蕩頻率來達(dá)到對(duì)切割速度的控制，在切割速度的范圍內(nèi)可以進(jìn)行無級(jí)調(diào)速，以選擇最佳的切割速度。
電源是整個(gè)電路的動(dòng)力源，采用了集成穩(wěn)壓器，具有工作電流抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)過流有保護(hù)作用。其5V電源是市電220V經(jīng)變壓器B1降壓后，得到低電壓9V，經(jīng)D1－D4橋式整流得到脈沖直流，再經(jīng)C1，C2濾波得到較穩(wěn)定的直流，經(jīng)集成穩(wěn)壓器件“7805”穩(wěn)壓后，從a、b兩端輸出穩(wěn)定的直流5V接至微機(jī)，C3用以提高抗干擾能力；16V直流電源是市電220V經(jīng)變壓器B2降壓后，得到低電壓15V，經(jīng)D1－D4橋式整流后，得到脈沖直流，再經(jīng)C1濾波到較穩(wěn)定的直流16V，經(jīng)R4同樣6個(gè)電阻，接至二個(gè)步進(jìn)電機(jī)的6個(gè)繞組L，C2能濾掉雜波，C3用以提高抗干擾能力。
微機(jī)發(fā)出的控制信號(hào)，通過輸入電路，功率放大器按環(huán)形分配程序分時(shí)，送至步進(jìn)電機(jī)各繞組，使其按指令運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)a點(diǎn)的電位由低變高時(shí)，通過與非門U輸出為低電平，光電耦合器GD中的發(fā)光二極管有電流通過發(fā)光，同時(shí)D1也發(fā)出指示出輸出信號(hào)，R1為D1和GD的限流電阻，當(dāng)GD的CE結(jié)受光照時(shí)電阻變小，通過R2限流使復(fù)合管BG2、BG3導(dǎo)通步進(jìn)電機(jī)繞組得電，D2為續(xù)流二極管，R3為下拉電阻，R4為限流電阻。此為一個(gè)繞組L的供電電路，二個(gè)電機(jī)共六個(gè)相同的供電電路；由“555”芯片和阻容件構(gòu)成的多諧振蕩器電路，RA為電位器，用以調(diào)節(jié)振蕩頻率即可調(diào)速。
本機(jī)平面曲線運(yùn)動(dòng)部分和切割部分，包括機(jī)體2、步進(jìn)電機(jī)6、空壓機(jī)20、割炬夾具23、等離子切割割矩24等，其結(jié)構(gòu)是機(jī)體2上的步進(jìn)電機(jī)6，通過減速箱5，帶動(dòng)傳動(dòng)齒輪10、9，使前輪8沿導(dǎo)軌7做縱向運(yùn)動(dòng)，機(jī)體2上的步進(jìn)電機(jī)6通過減速箱5，帶動(dòng)小齒輪4，使工作齒條3沿橫向運(yùn)動(dòng)，置于工作齒條3一端割炬夾具23通過割嘴升降手輪調(diào)節(jié)等離子切割割炬24與切割金屬板材19的距離，等離子切割割炬24是置于割炬夾具23的橫臂上，它通過減壓過濾器21接受空壓機(jī)20的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)制進(jìn)風(fēng)，步進(jìn)電機(jī)6和步進(jìn)電機(jī)12聯(lián)接微機(jī)控制臺(tái)1。
本切割機(jī)的功能是通過傳動(dòng)和切割兩個(gè)部分完成，其傳動(dòng)部分有兩個(gè)方向的合成運(yùn)動(dòng)，橫向運(yùn)動(dòng)是步進(jìn)電機(jī)6，通過蝸桿蝸輪減速箱5帶動(dòng)小齒輪4，而齒輪4與工作齒條3嚙合使之運(yùn)動(dòng)，切割割炬配裝于齒條3一端，從而使割炬沿橫向運(yùn)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)6的正、反方向運(yùn)轉(zhuǎn)使得割炬24沿橫向作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，縱向運(yùn)動(dòng)是步進(jìn)電機(jī)12，通過蝸桿蝸輪減速箱11，帶動(dòng)一對(duì)傳動(dòng)齒輪10、9，使前輪8轉(zhuǎn)動(dòng)，前輪8通過與導(dǎo)軌7之間的摩擦力，使之沿導(dǎo)軌7滾動(dòng)，從而使整個(gè)切割機(jī)體2(含割炬)沿軌道方向運(yùn)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)12的正反方向運(yùn)動(dòng)，使得割炬24沿縱向做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)通過微機(jī)控制其運(yùn)轉(zhuǎn)速度和方向，其插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)使割炬得以實(shí)現(xiàn)任意平面曲線運(yùn)動(dòng)。切割動(dòng)作是首先接通電路，打開氣閥，根據(jù)板厚選擇電源檔次和氣壓，空氣機(jī)壓力表指示0.6MPa左右，減壓閥應(yīng)指示0.350.7MPa，然后將割炬接近工件，使割炬垂直于工件或略向后傾，讓割嘴中心孔距工件1.5－3毫米，按下引弧按鈕，電弧引燃，若電弧未引燃，停幾秒鐘再按。切割厚板時(shí)，割嘴應(yīng)避免與工件接觸，起弧后要有一定時(shí)間才能割透，等割透后再啟動(dòng)切割機(jī)運(yùn)行，載著割炬按零件圖切割工件。
本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、操作方便、功能齊全、易于維修、質(zhì)量精度高、便攜移動(dòng)、造價(jià)低廉等特點(diǎn)，除能自動(dòng)控制任意平面曲線軌跡的運(yùn)動(dòng)外，還能利用壓縮電弧熔化并吸走被切割的金屬熔渣，切割溫度可達(dá)6000－10000℃，因此不但能切割常規(guī)普通鋼材，還能切割氣割不容易或不能切割的不銹鋼、鑄鐵、鋁、銅等各種金屬，且比氣割切割質(zhì)量好，切口窄、光潔度高、熔渣少、速度快、節(jié)省材料、熱影響區(qū)小、操作安全、無爆炸和燃燒危險(xiǎn)，比氣割費(fèi)用節(jié)約1／4以上，切割部分采用電磁式接觸低壓引弧，克服了常規(guī)高頻高壓的缺點(diǎn)，操作安全，采用旋轉(zhuǎn)強(qiáng)制進(jìn)風(fēng)，這不僅對(duì)電弧壓縮效果好，有利于切割，而且冷卻效果較理想，使噴嘴不易損壞，采用可給進(jìn)式電極，比固定式電極壽命長5－6倍，電源采用漏磁變壓器加抽頭電抗器，工作電流可調(diào)整。
本機(jī)主要性能指標(biāo)1、加工工件最大尺寸1.2×2米，導(dǎo)軌移動(dòng)可切割長度100米。
2、切割厚度可切不銹鋼45毫米，若安裝氣割炬可切鋼板達(dá)100毫米。
3、加工軌跡任意平面曲線。
4、加工精度±0.3毫米。
5、切口表面光潔度Ra12.5、溶渣少。
6、切割速度0－780毫米／分。
7、抗干擾性能電網(wǎng)電壓在330V－450V范圍內(nèi)時(shí)，切割機(jī)正常工作；在工作區(qū)域附近有大型設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)或電焊機(jī)操作時(shí)，均不影響本機(jī)工作。
本實(shí)用新型附


圖1為結(jié)構(gòu)示意圖，其中微機(jī)控制臺(tái)1、機(jī)體2、齒條3、齒輪4、減速箱5、步進(jìn)電機(jī)6、導(dǎo)軌7、前輪8、傳動(dòng)齒輪9、10、減速箱11、步進(jìn)電機(jī)12、電源開關(guān)13、輸入配電線14、切割配電箱15、割炬控制線16、割炬導(dǎo)線17、工件導(dǎo)線18、切割金屬板材19、空壓機(jī)20、減壓過濾器21、引弧控制線22、割炬夾具23、切割割炬24。
圖2為控制電路原理圖；圖3為5V直流電源原理圖；圖4為16V直流電源原理圖；圖5為微機(jī)控制臺(tái)面板標(biāo)志圖，其中MON為監(jiān)控鍵按它程序返回到初始狀態(tài)。
STEP為快動(dòng)鍵程序輸入后，按它程序快速繪圖。
EXEC切割鍵程序輸入后，按它開始切割加工。
2FBE偏差鍵按它可使割嘴置入偏移量。
2FBB坐標(biāo)變換鍵按它可旋轉(zhuǎn)加工圖形的坐標(biāo)或使坐標(biāo)變換。
以下五個(gè)鍵盤是分上下檔的，各有不同的作用，其中上檔鍵是在“good”狀態(tài)下有效，下檔鍵是輸入程序號(hào)后有效。
MON為 (增1)/(定相) 鍵上檔是程序段增加1下檔是電機(jī)定相用。
(LOAD)/(NEXT) 為 (減1)/(縮放) 鍵上檔鍵是程序段減1下檔鍵是作加工圖形縮放、快速繪圖。
(DUMP)/(LAST) 為 (刪除)/(輸入) 鍵上檔作刪除所輸入程序號(hào)的全部指令和數(shù)據(jù)下檔鍵作輸入程序號(hào)。
(REG′)/(REG) 為 (插入)/(低帶) 鍵上檔鍵作插入程序下檔鍵作低帶輸入鍵。
(DISP)/(MEM) 為 (檢索)/(齒補(bǔ)) 鍵上檔作程序檢索能查出給定程序號(hào)的數(shù)據(jù)和指令下檔可置入齒補(bǔ)量。
x、y各三個(gè)發(fā)光二極管分別顯示x、y向兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)三向繞組的通電狀態(tài)。
SPARK按鈕可控制引弧。
VELOCITY旋鈕速度調(diào)節(jié)。
ON－OFF按鈕控制啟動(dòng)或停車。
實(shí)施例MCAPC－I型數(shù)控空氣等離子切割機(jī)，由一臺(tái)TP801型微計(jì)算機(jī)配以6KEPROM的專用控制軟件；步進(jìn)電機(jī)6步距角3°，蝸桿減速器5傳動(dòng)比1W＝51；齒輪4模數(shù)Mn＝2，齒數(shù)Z1＝20、螺旋角β＝14°32′27″；齒條3模數(shù)Mn＝2，齒數(shù)Z2＝179，步進(jìn)電機(jī)12步距角3°、蝸桿減速器11傳動(dòng)比1W＝28，齒輪10模數(shù)m＝1，齒數(shù)Z1＝19，齒輪9模數(shù)m＝1，齒數(shù)Z2＝79，前輪直徑D＝88.94毫米，空氣壓縮機(jī)為3W／0.97C，空氣壓力0.6MPa，空氣流量0.30.3M3／min，其電路的元件參數(shù)R1·R2150Ω·1／8WR3220Ω1／8W，R410Ω2W，BG2DD01，BG32N3055，C1100P，RA1K，RB1.2K。
權(quán)利要求1.一種數(shù)控空氣等離子切割機(jī)，包括微機(jī)控制部分、平面曲線運(yùn)動(dòng)部分和切割部分，其特征在于微機(jī)控制是P10接口與輸入電路和多諧振蕩器相連；輸入電路與功率放大器相連；L為電機(jī)繞組，其步進(jìn)電機(jī)6帶動(dòng)齒條3使切割割炬24做橫向運(yùn)動(dòng)；步進(jìn)電機(jī)12帶動(dòng)前輪8使切割割炬24做縱向運(yùn)動(dòng)，其合成運(yùn)動(dòng)使割炬24實(shí)現(xiàn)任意平面曲線運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切割機(jī)，其特征在于微機(jī)接口P10的PA端接入與非門電路，與非門電路的輸出端接入光電耦合器的發(fā)光二極管電路，光電耦合器的CE結(jié)的E極輸出接入復(fù)合放大電路，復(fù)合放大電路的集電極通過限流電阻接入步進(jìn)電極繞組電路，兩個(gè)電機(jī)共六個(gè)相同的繞組L供電電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切割機(jī)，其特征在于機(jī)體2上步進(jìn)電機(jī)12，通過減速箱11帶動(dòng)傳動(dòng)齒輪10、9，使前輪8沿導(dǎo)軌7做縱向運(yùn)動(dòng)；機(jī)體2上步進(jìn)電機(jī)6，通過減速箱5帶動(dòng)小齒輪4，使工作齒條3沿橫向運(yùn)動(dòng)，置于齒條3一端的割炬夾具23調(diào)節(jié)空氣等離子切割割炬24與切割金屬板材19的距離；切割割炬24是置于割炬夾具23的橫臂上，它通過減壓過濾器21接受空壓機(jī)20的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)制進(jìn)風(fēng)。
專利摘要數(shù)控空氣等離子切割機(jī)，是采用微計(jì)算機(jī)數(shù)字控制的空氣等離子切割機(jī)，由步進(jìn)電機(jī)、傳動(dòng)齒輪(條)、空氣等離子割炬、空壓機(jī)等組成，可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)任意平面曲線的運(yùn)動(dòng)，并能對(duì)氣割不能或不易切割的鑄鐵、不銹鋼、鋁、銅等各種特殊材料的切割，具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、操作方便、功能齊全、易于維修、質(zhì)量精度高(±0.3毫米)、便攜移動(dòng)、安全可靠、造價(jià)低廉等特點(diǎn)，比氣割加工節(jié)省費(fèi)用1/4，是理想的金屬材料切割裝置，易于推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)B23K10/00GK2139869SQ9223702
公開日1993年8月11日 申請(qǐng)日期1992年11月11日 優(yōu)先權(quán)日1992年11月11日
發(fā)明者張登厚 申請(qǐng)人:張登厚