专利名称：数控空气等离子切割机的制作方法
技术领域：
本实用新型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。
本实用新型的目的是提供一种采用空气等离子切割技术，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。
本实用新型包括微机控制部分，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速，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，使得割炬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。
本实用新型具有结构简单、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。
本实用新型附
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。
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，BG2DD01，BG32N3055，C1100P，RA1K，RB1.2K。
权利要求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P10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。
2.根据权利要求1所述的切割机，其特征在于微机接口P10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。
专利摘要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，比气割加工节省费用1/4，是理想的金属材料切割装置，易于推广应用。
文档编号B23K10/00GK2139869SQ9223702
公开日1993年8月11日 申请日期1992年11月11日 优先权日1992年11月11日
发明者张登厚 申请人:张登厚