数控等离子切割机工作原理及质量分析

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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。本文介绍了数控等离子切割机的基本组成及工作原理，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详细的介绍。在等离子弧切割加工中，常见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。本文主要针对切割断面波纹产生的原因进行了分析讨论，并提出一些参考的处理方法，希望能对提高数控等离子切割机的切割质量有所帮助。关键词：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1前言数控等离子切

2、割机可以切割各种形状复杂的工件并具有切割速度快、效率高、切割面质量好、切割尺寸精确、工件热变形小等优点。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2008年的3台数控等离子切割机增加到现在的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，经常会出现各种各样的质量问题，常见的有切割斜角、熔渣、切割断面波纹等。为了充分发挥其效率，提高加工质量，要求我们对数控等离子切割机的工作原理有较全面的了解，以便有效的解决实际工作中遇到的各种质量问题。下面以公司的某一

3、种机型为例，对数控等离子切割机的主要机械结构及工作原理进行介绍，并对一些常见的切割质量问题进行分析。2数控等离子切割机的基本组成数控等离子切割机主要由CNC数控系统、机械本体及等离子电源等三大部分组成（图1）。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组成框图下面就这三大部分别进行介绍。2．1CNC数控系统CNC数控系统是主要由CNC数控主机、I/O控制电路板、伺服驱动器、伺服电机及割炬高度控制等部分组成（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2CNC数控系统组成框图CNC数控主机是数控系统的核心，它采用的是Hypert

4、herm的Edge系统，它在WindowsXP软件系统平台上安装了Phoenix图形切割软件，具有人机界面直观，操作简单灵活等特点。数控主机指令通过I/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，完成图形切割加工。割炬高度控制主要有两个作用，一个是在等离子起弧时实现初始定位功能，另一个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。2．2机械本体机械本体是数控等离子切割机的机械结构件，机械本体通常采用龙门式结构，轨距通常为6米。纵向大车采用双边驱动。它主要由两侧端梁、横梁、割炬小车、割炬升降机构、导向

5、及传动机构等部分组成（图3）。图3数控等离子切割机结构示意图由横梁及两侧端梁组成了机床的主体结构，机床的主体结构要求结构刚性好，重量轻，通常采用钢板焊接的箱式结构，一方面减小了机床的惯性负荷，别一方面减少机床运行中的振动。纵向大车驱动方式采用双边高精度齿轮齿条传动，为增加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行精度影响较大的的关键部位，下面主要对这几个关键结构进行详细介绍。2．2．1纵向大车导向机构纵向大车导向机构主要由大车导轨、大车行走轮、导向轴承、调节杠杆机构等部分组成（图4）。

6、图4纵向大车导向机构纵向大车方向采用工字型导轨，表面经过热处理及加工，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结构的重量，并在大车导轨上平稳行走。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。这种导向结构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降低，导向精度降低，直接影响加工精度。预紧力过大将增加传动阻力，使伺服电机负荷增大，并且会加快导向轴承的磨

7、损，所以调节预紧力的大小十分重要。2．2．2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，齿轮齿条传动利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。这种机构还有一个作用就是在机床发生撞车时，齿轮齿条能够脱开，以保护传动

8、机构，所以