《数控等离子切割机工作原理及质量分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数控等离子切割机工作原理及质量分析（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、数控等离子切割机工作原理及质量分析三一汽车起重机械有限公司 陆雄摘要:数控等离子切割机是一种采用数控技术进行板材下料的机电一体化设备。本文简介了数控等离子切割机的基本构成及工作原理,对机床的纵、横向导向机构、传动机构及等离子弧切割过程进行了具体的简介。在等离子弧切割加工中,常用的质量问题有切割斜角、熔渣、切割断面波纹等,消除切割断面波纹是长期以来困扰我们的难题。本文重要针对切割断面波纹产生的因素进行了分析讨论，并提出某些参照的解决措施,但愿能对提高数控等离子切割机的切割质量有所协助。 核心词：数控等离子切割机、等离子电弧、切割斜角、熔渣、切割断面波纹前言数控等离子切割机可以切割多种形状复杂的工
2、件并具有切割速度快、效率高、切割面质量好、切割尺寸精确、工件热变形小等长处。由于其高效率及良好的切割精度,现已广泛应用于机械制造、工程机械、矿山机械、造船、压力容器等行业。随着生产规模的扩大，三一汽车起重机械有限公司由的3台数控等离子切割机增长到目前的16台。由于数控等离子切割机的大量使用，在实际的切割加工过程中,常常会浮现多种各样的质量问题,常用的有切割斜角、熔渣、切割断面波纹等。为了充足发挥其效率,提高加工质量，规定我们对数控等离子切割机的工作原理有较全面的理解，以便有效的解决实际工作中遇到的多种质量问题。下面以公司的某一种机型为例，对数控等离子切割机的重要机械构造及工作原理进行简介，并对
3、某些常用的切割质量问题进行分析。数控等离子切割机的基本构成数控等离子切割机重要由C数控系统、机械本体及等离子电源等三大部分构成(图)。等离子电源机械本体CNC数控系统 图1 数控等离子切割机的构成框图下面就这三大部分别进行简介。21NC数控系统C数控系统是重要由C数控主机、IO控制电路板、伺服驱动器、伺服电机及割炬高度控制等部分构成（图2)。CNC数控主机I/O控制电路板伺服驱动器伺服电机割炬高度控制 图2 CNC数控系统构成框图 C数控主机是数控系统的核心,它采用的是Hyerthem的Edg系统，它在dows XP软件系统平台上安装了Poen图形切割软件，具有人机界面直观,操作简朴灵活等特点
4、。数控主机指令通过/O接口控制电路传送到伺服驱动器以控制伺服电机实现位置控制,完毕图形切割加工。割炬高度控制重要有两个作用,一种是在等离子起弧时实现初始定位功能，另一种是在切割加工过程中实现割炬高度自动控制，常用的调高方式有弧压调高和电容调高,这里采用的是弧压调高。22 机械本体机械本体是数控等离子切割机的机械构造件，机械本体一般采用龙门式构造，轨距一般为6米。纵向大车采用双边驱动。它重要由两侧端梁、横梁、割炬小车、割炬升降机构、导向及传动机构等部分构成（图3）。 图3 数控等离子切割机构造示意图由横梁及两侧端梁构成了机床的主体构造,机床的主体构造规定构造刚性好，重量轻,一般采用钢板焊接的箱式
5、构造，一方面减小了机床的惯性负荷，别一方面减少机床运营中的振动。纵向大车驱动方式采用双边高精度齿轮齿条传动,为增长运动的平稳性和运动精度采用齿轮与齿条无侧隙啮合。纵向大车的导向机构、传动机构、横向割炬小车的导向机构，这几部分是对机床运营精度影响较大的的核心部位,下面重要对这几种核心构造进行具体简介。.2. 纵向大车导向机构纵向大车导向机构重要由大车导轨、大车行走轮、导向轴承、调节杠杆机构等部分构成(图4）。 图4 纵向大车导向机构 纵向大车方向采用工字型导轨,表面通过热解决及加工，既有良好的耐磨性,又有较好的导向精度。两侧端梁下部各有2个大车行走轮用来支承整个机械构造的重量,并在大车导轨上平稳
6、行走。端梁下部安装了4只导向轴承，用来实现纵向大车行走的导向。这种导向构造实现导向轴承与导轨之间零间隙，通过一套杠杆调节机构产生预紧力,这既能消除导向轴承与导轨之间的间隙,又能保持良好的接触刚度。预紧力由一组碟形弹簧产生,通过调节螺杆可以调节预紧力的大小，预紧力过小导轨的接触刚度减少，导向精度减少,直接影响加工精度。预紧力过大将增长传动阻力,使伺服电机负荷增大,并且会加快导向轴承的磨损,因此调节预紧力的大小十分重要。222 纵向大车传动机构 纵向大车的传动采用齿轮齿条传动,由伺服电机通过减速机传送给大车齿轮，以实现割炬的纵向直线运动。 图5 纵向大车传动机构大车齿条安装在纵向导轨的侧面，大车齿
7、轮与伺服电机及减速机一起安装在回转座上，为了提高传动精度,齿轮齿条传动运用弹簧机构来自动消除齿侧间隙。图5为齿侧间隙消除机构，齿轮齿条间的接触力由压缩弹簧产生，其大小可以通过调节螺杆来进行调节。弹簧力的大小必须保证在正常传动过程中齿轮与齿条不脱开，且需要有足够的刚度,以保证传动机构的刚度。这种机构尚有一种作用就是在机床发生撞车时，齿轮齿条可以脱开,以保护传动机构,因此弹簧力的大小必须合适。223 横向割炬小车导向机构 模向割炬小车方向采用2根圆柱形导轨(图6-），该导轨嵌在方型的基座上，以保证导轨的刚度。 图6-1横向割炬小车导向机构 图6-2 偏心调节机构放大图横向导向机构采用对特制导向轴承
8、来实现导向行走,上部导向轴承采用同心销轴固定，为不可调构造。如图6-2所示，下部导向轴承采用偏心销轴固定,可以通过转动偏心销轴的角度来消除导向轴承与导轨之间的间隙,并产生一定的预紧力，这样提高了横向割炬小车的运动刚度。调节偏心销轴时,先要合适将紧固螺钉拧松，然后用扳手转动偏心销轴，调节完后,将紧固螺钉拧紧。2. 等离子电源水路 斩波器 气路主控制板PCB7引弧电路 CR1起动电路CNC等离子电源为数控等离子切割机提供切割能源，它重要由主控制板、起动电路、斩波器、引弧电路、冷却水路、气路等部分构成(图7）。图7 MAX200等离子电源构成框图等离子弧切割过程分析等离子切割是以高温、高速的等离子弧
9、为热源，它以压缩气体为工作介质， 通过被压缩气体电离形成高温、高速的等离子电弧,将被切割的金属或非金属局部熔化(或蒸发），同步用高速、高压气流将已熔化的金属或非金属“吹离”基体而形成狭窄而光洁切口的一种过程。. 割炬的构造及功能割炬是等离子弧切割的核心部件,直接关系等离子切割的效率及质量。如图8所示，重要零件有电极(Electrode)、喷嘴(Nzze)、涡流环（rl Ring)、保护套(eaing ）、保护罩(Sield)、水管（Wer Tbe)。喷嘴(zze） 电极(Electrd) 涡流环（wirl Ring) 水管（Wateu） 保护气 出水 进水 等离子气 图 割炬装配图1喷嘴在割炬
10、中重要有如下功能:1）等离子喷嘴是通过使旋转的等离子气体收缩、喷射，对等离子电弧弧柱产生“机械压缩”、“热收缩”、“磁收缩”等效应，使其能量密度和冲击力增长,达到切割的目的。2）等离子弧喷嘴产生引导电弧的功能,其工作过程是,先以电极为阴极，喷嘴为阳极，在电场的作用下，通过使电极与喷嘴间等离子气电离产生引导电弧,当引导电弧的焰流接触工件后,焰流接通了电极与工件之间的电流通路,此时工件取代喷嘴作为阳极,与电极间产生切割等离子弧,同步继电器切断喷嘴上的电路。3)等离子喷嘴具有耐高温性能和较好的导热性，等离子弧的弧柱温度高达3000以上，弧柱从喷嘴的2mm小孔中穿过，使喷嘴温度很高。2.涡流环的重要功
11、能是产生旋转的等离子气等离子气流旋转喷射构造如图9所示，它是先通过涡流环将气体变化成切向气流旋转,然后再进行收缩和喷射。 图9 切割示意图我们懂得等离子气体在高速旋转时，离心作用使温度较低密度较高的气体向外侧移动,温度高而密度低的气体向中间移动，这样就在喷嘴的喷射孔内形成了径向的外冷内热的温度梯度。这种梯度增长了等离子气对弧柱的“热缩”和“磁缩”效应。在“机械收缩”的共同作用下，使等离子弧柱能量密度更高，挺直性更好,冲击力更大。由此可见,在其他条件相似的状况下,等离子气流的旋转速度越高，则对等离子弧柱的收缩效果越好。32 弧压高度控制在切割过程中档离子割炬与工件的高度距离控制很重要,其高度距离
12、不仅导致等离子电弧参数( 弧压 ,切割电流） 的变化,并且直接影响切割斜角和表面切割质量。在实际切割过程中,由于板材不可避免的会有变形，使割炬与钢板之间的切割高度不断发生变化,为保证切割质量,割炬必须上、下调节以稳定电弧在正常值的范畴内切割。 图10 弧压与切割高度的关系根据理论研究,如图1所示,割炬的切割高度与弧压成一定的比例关系，运用这一原理，一般我们运用弧压来控制割炬的高度，称为弧压调高。 常用质量问题产生的因素及解决措施评估数控等离子切割质量好坏可从如下三个方面来判断: 切割斜角的大小、熔渣量的多少、切割断面波纹的深度等。操作工可以通过调节弧压、切割电流、切割速度、工作气压等来改善切割质量。下面从切割斜角、熔渣、切割断面波纹这三个方面来进行分析讨论。41切割斜角如图1所示,切割斜角（切割角度）指的是切割边部和垂直线的夹角。如果切割非常完美，则切割斜角接近于0度。 图11 切割斜角 图12割炬高度对切割斜角的影响如图12所示,调节
