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：
本發(fā)明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)計控制系統(tǒng)繁雜而功能一般，價格又十分昂貴(40多萬美元)，難以滿足工業(yè)化生產(chǎn)的普及應(yīng)用。
本發(fā)明的目的是提供一種采用空氣等離子切割技術(shù)，利用微計算機(jī)控制，實現(xiàn)任意平面曲線運(yùn)動的便攜式切割機(jī)，并能對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。
本發(fā)明包括微機(jī)控制部分、平面曲線運(yùn)動部分和切割部分，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TP801型微計算機(jī)配以6KEPROM的專用控制軟件，占用由0000-07FF存儲器地址，通過并行接口PIO的PA0-PA5經(jīng)功率放大器分別來驅(qū)動縱橫兩向的步進(jìn)電機(jī)完成插補(bǔ)運(yùn)動。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)到對切割速度的控制，在切割速度的范圍內(nèi)可以進(jìn)行無級調(diào)整，以選擇最佳的切割速度。
電源是整個電路的動力源，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個電阻，接至二個步進(jìn)電機(jī)的6個繞組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，通過輸入電路、功率放大器按環(huán)形分配程序分時，送至步進(jìn)電機(jī)各繞組，使其按指令運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)a點的電位由低變高時，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D1也發(fā)出指示出輸出信號，R1為D1和GD的限流電阻，當(dāng)GD的CE結(jié)受光照時電阻變小，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。此為一個繞組L的供電電路，二個電機(jī)共六個相同的供電電路;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，帶動傳動齒輪10、9，使前輪8沿導(dǎo)軌7做縱向運(yùn)動;機(jī)體2上的步進(jìn)電機(jī)6通過減速箱5，帶動小齒輪4，使工作齒條3沿橫向運(yùn)動;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1。
本切割機(jī)的功能是通過傳動和切割兩個部分完成，其傳動部分有兩個方向的合成運(yùn)動，橫向運(yùn)動是步進(jìn)電機(jī)6，通過蝸桿蝸輪減速箱5帶動小齒輪4，而齒輪4與工作齒條3嚙合使之運(yùn)動，切割割炬配裝于齒條3一端，從而使割炬沿橫向運(yùn)動，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;縱向運(yùn)動是步進(jìn)電機(jī)12，通過蝸桿蝸輪減速箱11，帶動一對傳動齒輪10、9，使前輪8轉(zhuǎn)動，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，從而使整個切割機(jī)體2(含割炬)沿軌道方向運(yùn)動，步進(jìn)電機(jī)12的正反方向運(yùn)動，使得割矩24沿縱向做往復(fù)運(yùn)動，兩個步進(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)動使割炬得以實現(xiàn)任意平面曲線運(yùn)動。切割動作是首先接通電路，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，割嘴應(yīng)避免與工件接觸，起弧后要有一定時間才能割透，等割透后再啟動切割機(jī)運(yùn)行，載著割炬按零件圖切割工件。
控制程序的操作方法是
1、在顯示“good”狀態(tài)下，按輸入鍵，這時顯示“P”字，表示程序字首。
2、輸入程序號共三位，如是第1程序則按數(shù)字鍵001。
3、按B鍵，顯示16字符，可輸入x值;再按B顯示2b，可輸入y值。再按B顯示3b可輸入J值。第四次按B顯示4b可輸入G。第五次按B顯示5b，可輸入加工指令。
4、按增1鍵，程序號自動增1顯示下一個程序。
5、每個程序都按五次B鍵，將加工數(shù)據(jù)和指令連續(xù)輸入。
6、當(dāng)全部程序輸入完畢時，再按“增1”鍵此時程序送入存儲器，再按“監(jiān)控”鍵，顯示“good”控制臺轉(zhuǎn)入準(zhǔn)備加工。按ON-OFF鍵于ON步進(jìn)電機(jī)上電，再按“EXCT”鍵即可開始加工。
本發(fā)明具有結(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、造價低廉等特點，除能自動控制任意平面曲線軌跡的運(yùn)動外，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，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，操作安全;采用旋轉(zhuǎn)強(qiáng)制進(jìn)風(fēng)，這不僅對電弧壓縮效果好，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，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，均不影響本機(jī)工作。
8、計算機(jī)脈沖當(dāng)量為0.02mm/脈沖。
9、程序輸入可用鍵盤、紙帶和磁帶三種方式，一次輸入指令可達(dá)386條。
10、具有選擇顯示和中斷檢查功能。
11、對已輸入的程序具有檢索、修改、插入及刪除的功能。
12、具有步進(jìn)電機(jī)節(jié)拍變換功能。
13、具有快速工作圖和圖縮放功能。
本發(fā)明附

圖1為結(jié)構(gòu)示意圖，其中微機(jī)控制臺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的全部指令和數(shù)據(jù)下檔鍵作輸入程序號。
(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的數(shù)據(jù)和指令下檔可置入齒補(bǔ)量。
x、y各三個發(fā)光二極管分別顯示x、y向兩個步進(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按鈕控制啟動或停車。
圖6為系統(tǒng)總體框圖;圖7為微機(jī)控制部分框圖;圖8為圓弧加工、插補(bǔ)計算部分框圖;圖9為直線加工插補(bǔ)計算部分框圖。
實施例MCAPC-I型數(shù)控空氣等離子切割機(jī)，由一臺TP801型微計算機(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，BG2DDol，BG32N3055，C1100P，RAlK，RB1.2K。
微機(jī)按逐點比較法的四個步驟偏差判別、進(jìn)給、編差計算和終點判別循環(huán)進(jìn)行，直至加工完計數(shù)長度減為0停止加工。加工零件按5b格式編程即1Bx2By3BJ4BG5BZ。將所編程序輸入計算機(jī)后，軟件可判別加工線段是屬直線還是屬圓弧，確定后，以其相應(yīng)的插補(bǔ)計算程序運(yùn)行，直至加工完畢。
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)動部分和切割部分，其特征在于微機(jī)控制是PIO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帶動齒條3使切割割炬24做橫向運(yùn)動；步進(jìn)電機(jī)12帶動前輪8使切割割炬24做縱向運(yùn)動，其合成運(yùn)動使割炬24實現(xiàn)任意平面曲線運(yùn)動；控制程序的操作方法是(1)在顯示“good”狀態(tài)下，按輸入鍵，這時顯示“P”字，表示程序字首；(2)輸入程序號共三位，如是第1程序則按數(shù)字鍵001；(3)按B鍵，顯示16字符，可輸入x值；再按B顯示2b，可輸入y值。再按B顯示3b可輸入J值；第四次按B顯示4b可輸入G；第五次按B顯示5b，可輸入加工指令；(4)按增L鍵，程序號自動增1顯示下一個程序；(5)每個程序都按五次B鍵，將加工數(shù)據(jù)和指令連續(xù)輸入；(6)當(dāng)全部程序輸入完畢時，再按“增L”鍵此時程序送入存儲器，再按“監(jiān)控”鍵，顯示“good”控制臺轉(zhuǎn)入準(zhǔn)備加工；按ON-OFF鍵于ON步進(jìn)電機(jī)上電，再按“EXCT”鍵即可開始加工。
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PIO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，兩個電機(jī)共六個相同的繞組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帶動傳動齒輪10、9，使前輪8沿導(dǎo)軌7做縱向運(yùn)動，機(jī)體2上步進(jìn)電機(jī)6，通過減速箱5帶動小齒輪4，使工作齒條3沿橫向運(yùn)動;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)。
全文摘要
數(shù)控空氣等離子切割機(jī)，是采用微計算機(jī)數(shù)字控制的空氣等離子切割機(jī)，由步進(jìn)電機(jī)、傳動齒輪(條)、空氣等離子割炬、空壓機(jī)等組成，可以自動實現(xiàn)任意平面曲線的運(yùn)動，并能對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、安全可靠、造價低廉等特點。
文檔編號B23K10/00GK1086756SQ9211186
公開日1994年5月18日 申請日期1992年11月11日 優(yōu)先權(quán)日1992年11月11日
發(fā)明者張登原 申請人:張登原