【正文】 引言等離子切割是利用高能量密度的等離子弧和高速的等離子流，將溶化金屬從割口處吹走，形成連續(xù)割口。等離子切割速度快，沒有氧乙炔切割時(shí)對(duì)工件產(chǎn)生的燃燒，因此工件獲得的熱量相對(duì)較小，工件變形小，適合于切割各種金屬材料。但因?yàn)榈入x子弧流速高，噪音，煙氣和煙塵重，工作衛(wèi)生條件較差。等離子弧可用與焊接，噴涂，堆焊及切割。厚度25mm以下的碳鋼板切割時(shí)，等離子弧切割比氧乙炔切割快5倍左右，而對(duì)于厚度大于25mm的板切割時(shí)，氧乙炔切割速度較快些。數(shù)控等離子切割機(jī)是技術(shù)密集度及自動(dòng)化程度很高的一種機(jī)電一體化切割設(shè)備，它是按國際或國家規(guī)定的數(shù)字和文字編碼方式，將各種機(jī)械位移量、運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)、輔助功能用數(shù)字、文字符號(hào)表示出來，通過能識(shí)別并處理這些符號(hào)的控制系統(tǒng)（數(shù)控系統(tǒng)）變成電信號(hào)，利用電氣元件將電信號(hào)變位機(jī)械能，而機(jī)械動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)則依靠切割機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)達(dá)到需要的動(dòng)作。而本項(xiàng)目主要任務(wù)是將等離子切割機(jī)的機(jī)械部分的導(dǎo)軌組、橫梁、主輪架以及主輪架中的行星減速器進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中設(shè)計(jì)重點(diǎn)是通過計(jì)算確定行星減速器的減速比配比，達(dá)到減速比25的要求，規(guī)定減速比變化范圍不超過4%，減速器外形尺寸不超過120180。120的方箱減速器。等離子切割種類介紹1） 普通等離子弧切割。根據(jù)所使用的主要工作氣體，主要分為氬等離子弧切割、氧等離子弧切割。氧等離子弧切割和空氣等離子弧切割等幾類。切割電流一般在100 A以下，切割厚度小于 30 mm。2） 再約束等離子弧切割。根據(jù)等離子弧的再約束方式，主要分為水再壓縮等離子弧切割、磁場再約束等離子弧切割等。由于等離子弧受到再次壓縮，其電流密度、切割弧的能量進(jìn)一步集中，從而提高了切割速度和加工質(zhì)量。3） 精細(xì)等離子弧切割。等離子弧電流密度很高，通常是普通等離子弧電流密度的數(shù)倍，由于引進(jìn)了諸如旋轉(zhuǎn)磁場等技術(shù)，其電弧的穩(wěn)定性也得以提高，因此，其切割精度相當(dāng)高。國外的精細(xì)等離子切割表面質(zhì)量已達(dá)激光切割的下限，而其成本只有激光切割的三分之一。等離子切割電源原先在我國應(yīng)用較多的高漏抗變壓器加二次側(cè)整流式的切割機(jī)電源已逐漸被逆變式等離子切割電源所代替。國產(chǎn)等離子電源大多用于手工切割和配在小車切割機(jī)上，近年來由于性能有所改善，因此也逐步配用于數(shù)控切割機(jī)，但仍需進(jìn)一步提高。數(shù)控等離子切割系統(tǒng)的抗干擾措施切割電源具有強(qiáng)烈的電磁干擾，這就要求計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)必須具有很高的抗干擾能力，既能抵抗等離子引弧時(shí)的高頻干擾，也能抵抗工作時(shí)大電流等離子弧的干擾，還能抵抗工作現(xiàn)場的其他干擾源。經(jīng)過抗干擾設(shè)計(jì)，改善了數(shù)控等離子切割系統(tǒng)的可靠性，其故障率也降低。數(shù)控技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展推動(dòng)了數(shù)控技術(shù)的更新?lián)Q代，而這也日益完善了數(shù)控等離子切割的高精、高速、高效功能。代表世界先進(jìn)水平的歐洲、美國、日本的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)商利用工控機(jī)豐富的軟硬件資源開發(fā)的新一代數(shù)控系統(tǒng)具有開放式體系結(jié)構(gòu)，即數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運(yùn)行平臺(tái)上，面向最終用戶，通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對(duì)象（數(shù)控功能），形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技術(shù)訣竅集成到控制系統(tǒng)中，快速實(shí)現(xiàn)不同品種、不同檔次產(chǎn)品的開發(fā)。 開放式體系結(jié)構(gòu)使數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、擴(kuò)展性，并向智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。目前，開放系統(tǒng)具體有2種基本結(jié)構(gòu)：1） CNC+工控機(jī)主板。將一塊工控機(jī)主板插入傳統(tǒng)的CNC機(jī)器中，工控板主要用作實(shí)時(shí)控制，CNC主要用作以坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)為主的實(shí)時(shí)控制。2） 工控機(jī)+運(yùn)動(dòng)控制板。將運(yùn)動(dòng)控制板插入工控機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)插槽中作實(shí)時(shí)控制用，而工控機(jī)主要作非實(shí)時(shí)控制。我國生產(chǎn)的數(shù)控等離子切割機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)多是在引進(jìn)國外數(shù)控技術(shù)的基礎(chǔ)上，加以自主開發(fā)而成，并逐步形成了更能適應(yīng)國內(nèi)用戶的數(shù)控系統(tǒng)?？傮w來說，在數(shù)控系統(tǒng)方面具備了國外同類系統(tǒng)的基本功能，但與國外先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)相比，在錯(cuò)誤記錄、網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)、全自動(dòng)生產(chǎn)等方面還存在較大差距。 等離子切割技術(shù)國內(nèi)現(xiàn)狀在工業(yè)生產(chǎn)中，金屬熱切割一般有氣割、等離子切割、激光切割等。其中等離子切割與氣割相比，其切割范圍更廣、效率更高。而精細(xì)等離子切割技術(shù)在材料的切割表面質(zhì)量方面已接近了激光切割的質(zhì)量，但成本卻遠(yuǎn)低于激光切割。因此，等離子切割自 20世紀(jì) 50年代中期在美國研制成功以來，得到迅速發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)及數(shù)字控制技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控切割也得以蓬勃發(fā)展，并在改善加工精度。節(jié)約材料、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率等方面顯示出巨大優(yōu)勢。這促使等離子切割技術(shù)從手工或半自動(dòng)逐步向數(shù)控方向發(fā)展，并成為數(shù)控切割技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。數(shù)控等離子切割技術(shù)是集數(shù)控技術(shù)、等離子切割技術(shù)、逆變電源技術(shù)等于一體的高新技術(shù)，它的發(fā)展建立在計(jì)算機(jī)控制、等離子弧特性研究、電力電子等學(xué)科共同進(jìn)步基礎(chǔ)之上。我國的數(shù)控切割技術(shù)起步于 20世紀(jì) 80年代，而數(shù)控等離子切割技術(shù)起步更晚。但近年來，國內(nèi)一些高校、科研單位、制造廠商對(duì)數(shù)控等離子切割技術(shù)進(jìn)行了研究，并逐步開發(fā)生產(chǎn)了各種規(guī)格的數(shù)控等離子切割設(shè)備，縮小了與國外先進(jìn)技術(shù)的差距。數(shù)控等離子切割技術(shù)國內(nèi)現(xiàn)狀我國工廠的板材下料中應(yīng)用最為普遍的是火焰切割和等離子切割，所用的設(shè)備包括手工下料、仿形機(jī)下料、半自動(dòng)切割機(jī)下料及數(shù)控切割機(jī)下料等。與其他切割方式比較而言，手工下料隨意性大、靈活方便，并且不需要專用配套下料設(shè)備。但手工切割下料的缺點(diǎn)也是顯而易見的，其割縫質(zhì)量差、尺寸誤差大、材料浪費(fèi)大、后道加工工序的工作量大，同時(shí)勞動(dòng)條件惡劣。用仿形機(jī)下料，雖可大大提高下料工件的質(zhì)量，但必須預(yù)先加工與工件相適應(yīng)的靠模，不適于單件、小批量和大工件下料。半自動(dòng)切割機(jī)雖然降低了工勞動(dòng)強(qiáng)度，但其功能簡單，只適合一種形狀的切割。上述3種切割方式，相對(duì)于數(shù)控切割來說由于設(shè)備成本較低、操作簡單，所以在我國的中小企業(yè)甚至在一些大型企業(yè)中仍在廣泛使用。隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)形勢的蓬勃發(fā)展以及“以焊代鑄趨勢的加速，數(shù)控切割的優(yōu)勢正在逐漸為人們所認(rèn)識(shí)。數(shù)控切割不僅使板材利用率大幅度提高，產(chǎn)品質(zhì)量得到改進(jìn)，而且改善了工人的勞動(dòng)環(huán)境，勞動(dòng)效率進(jìn)一步提高。目前，我國金屬加工行業(yè)使用的數(shù)控切割機(jī)是以火焰和普通等離子切割機(jī)為主，但純火焰切割，已不能適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)的需要，而目前市場需求的數(shù)控切割機(jī)多為數(shù)控等離子切割機(jī)，該類切割機(jī)可滿足不同材料、不同厚度的金屬板材的下料以及金屬零件的加工的需要，因此需求量將會(huì)越來越大，但與國外的差距仍極為明顯，主要表現(xiàn)為：發(fā)達(dá)國家金屬加工行業(yè)90%為數(shù)控切割機(jī)下料，僅10%為手工下料；而我國數(shù)控切割機(jī)下料僅占下料總量的10%，其中數(shù)控等離子切割下料所占比例更小。究其原因，較高的設(shè)備成本、復(fù)雜和維護(hù)和操作制約了數(shù)控切割在我國的進(jìn)一步普及。因此國內(nèi)數(shù)控切割機(jī)生產(chǎn)廠家引進(jìn)了國外控制系統(tǒng)技術(shù)，經(jīng)過二次開發(fā)后運(yùn)用到了切割領(lǐng)域中，設(shè)計(jì)出了適合我國國情的數(shù)控切割機(jī)。某些廠家開發(fā)生產(chǎn)的專用數(shù)控切割設(shè)備，在技術(shù)上已經(jīng)達(dá)到或超過了國外同類產(chǎn)品。我國數(shù)控切割機(jī)每年市場需求量約在400~500臺(tái)之間，產(chǎn)品主要以數(shù)控等離子切割機(jī)為主。相較而言，仿形切割機(jī)每年銷售幾千臺(tái)，半自動(dòng)切割機(jī)每年銷售達(dá)上萬臺(tái)。由此可見，我國數(shù)控切割市場，尤其是數(shù)控等離子切割市場的發(fā)展?jié)摿κ蔷薮蟮摹?shù)控等離子切割技術(shù)國外狀況國外數(shù)控切割機(jī)的生產(chǎn)廠家主要集中在德國、美國和日本。從機(jī)械結(jié)構(gòu)上看，其發(fā)展經(jīng)歷了十字架型（輕型）、門型（小型）、龍門型（大型）3個(gè)階段，相應(yīng)的型號(hào)種類繁多。能夠代表數(shù)控等離子切割技術(shù)最高水平的廠家主要集中在德國，如德國ESAB公司的精細(xì)等離子切割機(jī)的切割精度已達(dá)激光切割下限，目前，國外已有廠家在龍門式切割機(jī)上安裝一個(gè)專用切割機(jī)械手，開發(fā)出五軸控制系統(tǒng)的龍門式專用切割工具，該系統(tǒng)可以在空間切割出各種軌跡，利用特殊的跟蹤探頭，在切割過程中控制切割運(yùn)行軌跡。近幾年來，由于對(duì)切割質(zhì)量、勞動(dòng)環(huán)境等的要求越來越高，國外的大型水下等離子切割法、精細(xì)等離子切割法等先進(jìn)等離子切割技術(shù)得到較快發(fā)展，其相應(yīng)產(chǎn)品在我國的市場需求量也逐年上升。在我國的等離子切割設(shè)備生產(chǎn)行業(yè)中，由于缺乏等離子切割理論研究與生產(chǎn)實(shí)踐相轉(zhuǎn)換的機(jī)制，因此新技術(shù)運(yùn)用不廣、新產(chǎn)品開發(fā)速度不快，制約了等離子切割技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和運(yùn)用。從國外數(shù)控等離子切割行業(yè)發(fā)展的趨勢來看，智能化精密切割將成為切割行業(yè)今后發(fā)展的方向。結(jié)論我國鋼產(chǎn)量早已達(dá)億噸級(jí)，再加上制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，這必將促進(jìn)國內(nèi)數(shù)控等離子切割技術(shù)的良性發(fā)展。總體來說，我國數(shù)控等離子切割在基本功能上已達(dá)到國外同類產(chǎn)品水平，但要完全達(dá)到或超過國外水平還有很的路要走。國內(nèi)各企業(yè)、科研單位應(yīng)加大科研力度，重視企業(yè)間的橫向合作，形成優(yōu)勢互補(bǔ)，并在以下方面爭取進(jìn)一步提高：1．應(yīng)加強(qiáng)等離子理論研究與生產(chǎn)的相關(guān)轉(zhuǎn)換；2．等離子電源應(yīng)進(jìn)一步提高穩(wěn)定性；3．積極開發(fā)適合我國國情、經(jīng)濟(jì)可靠的數(shù)控等離子切割設(shè)備；4．人機(jī)對(duì)話界面友好，適合切割下料工人操作；5．網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)功能。1 等離子切割原理介紹 等離子弧切割的特點(diǎn)等離子弧是利用等離子槍將陰極和陽極之間的自由弧壓縮成高溫，高電離度，高能量密度及高焰流速的電弧，等離子弧切割是用非常熱的高速射流來進(jìn)行的，將電弧和惰性氣體強(qiáng)行穿過小直徑孔以產(chǎn)生這種高速射流。電弧能量集中在一個(gè)小區(qū)域內(nèi)，使板材溶化，高溫膨脹的氣體，射流迫使溶化金屬穿過切口，切割碳鋼或鑄鐵時(shí)，在氣流中加入氧氣，還可以提供額外的切割能量。等離子弧切割方法具有切割厚度大、機(jī)動(dòng)靈活，裝夾工件簡單及可以切割曲線等優(yōu)點(diǎn)。與氧乙炔焰切割比較，等離子弧能量集中、切割變形小、起始切割時(shí)不用加熱，能切割幾乎所有金屬，而且切割碳鋼的速度比氧乙炔切割快，但是由于切割較寬，所以被溶化掉的金屬較多，板材較厚時(shí)切口不如氧乙炔切割的那樣光滑平整。為了保證切口的側(cè)面平行，需要專門的割嘴。為了獲得一定的坡口成型，還需要專門的切割技術(shù)。等離子弧的切割特點(diǎn)主要有：①能切割氧氣難以切割的各種金屬材料（利用等離子弧還能夠切割某些非金屬材料）；②切割厚度不大的金屬時(shí)，切割速度較快，尤其在切割碳素鋼薄板時(shí)，速度可達(dá)氣割法的5~6倍；③切割面光潔，熱變形小，尤其適合加工各種成形零件；④切口寬度和切割面斜角較大，但切割薄板時(shí)采用特種切割割炬或工藝可獲得接近垂直的切割面；⑤切割厚板的能力不如氣割；等離子弧切割的缺點(diǎn)是：切割公差大，切割過程中產(chǎn)生弧光輻射、煙塵及噪聲等。與氧乙炔相比，等離子弧切割設(shè)備貴，切割用電源空載電壓高，不僅耗電量大，而且在割槍絕緣條件不好的情況下易對(duì)造作人員造成電擊。切割用的等離子弧是利用特種割炬對(duì)電弧進(jìn)行壓縮形成的。等離子弧切割要求很高的電弧電壓，因而需要有很高空載電壓的專用電源。根據(jù)被切割的材料及厚度，所需的功率在25~200kw之間。切割電流的范圍為30~1000 A。通常使用氬或氮及氫的混合氣體，割炬必須用水冷卻。有手工切割用的等離子弧割炬，對(duì)手工等離子弧切割的技術(shù)要求與手工氧乙炔切割時(shí)相似，但為了能調(diào)節(jié)更多的參數(shù)，需要較多的訓(xùn)練，切割薄板時(shí)，因?yàn)橐苿?dòng)速度不需那樣仔細(xì)控制，故切割質(zhì)量較好。等離子弧切割用的最多的是機(jī)械式的自動(dòng)化設(shè)備，割炬和其他附件與手工等離子弧切割所用的相同，行走系統(tǒng)是自動(dòng)化的。割炬的移動(dòng)機(jī)構(gòu)與氧乙炔切割時(shí)所用的相似，但要求有較高的移動(dòng)速度。多割炬設(shè)備需要為每個(gè)割炬附加電源和控制箱。此外，為了吸收噪音和煙塵，可以使用水套或水箱。 等離子弧切割的工作原理切割用等離子電弧溫度一般在10000~14000度之間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過所有金屬和非金屬的熔點(diǎn)。因此能夠切割絕大多數(shù)的金屬和非金屬材料。這種方法誕生于20世紀(jì)50年代，最初用與切割氧乙炔火焰無法切割的金屬材料，如鋁合金及不銹鋼等。隨著這種切割方法的發(fā)展，其應(yīng)用范圍已經(jīng)擴(kuò)大到碳鋼和低合金鋼。等離子弧割槍的基本設(shè)計(jì)與等離子電焊槍相似，用于焊接時(shí)，采用低速的離子氣流溶化母材以形成焊接接頭；用于切割時(shí)，采用高速的離子氣流溶化母材并吹掉熔融金屬而形成切口。切割用離子氣焰流速度及強(qiáng)度取決于離子氣體種類，氣體壓力、電流、噴嘴孔道比及噴嘴至工件的距離等參數(shù)。： 等離子切割槍的基本構(gòu)造； ； ； 嘴到工件的距離； ； ； ；用等離子弧切割時(shí)只采用直流正接的電流極性，即工件接電源正極。切割金屬時(shí)采用轉(zhuǎn)移弧，引燃轉(zhuǎn)移弧的方法與割槍有關(guān)，割槍分為有維弧割槍和無維弧割槍。兩種割槍分別在引弧時(shí)都是用高頻引弧器引弧，但除了使用高頻引弧器外，有的割槍上的電極可能是移動(dòng)的，此類割槍可以使用電極回抽法引弧，引弧時(shí)將割槍上的電極與噴嘴短路后迅速分離，引燃電弧。 等離子弧切割方法分類等離子弧切割方法可從幾個(gè)方面進(jìn)行分類。按等離子弧的類型可分為轉(zhuǎn)移型等離子切割和非轉(zhuǎn)移型切割。轉(zhuǎn)移型等離子切割的工件處于切割電流回路內(nèi)，被切割的材料必須是導(dǎo)電的；非轉(zhuǎn)移型等離子弧切割的工件不需處于電流回路內(nèi)，可以切割導(dǎo)電的及不導(dǎo)電的材料，能用于切割非金屬材料。按等離子氣分為氬等離子弧，氮等離子弧，氧等離子弧和空氣等離子弧等切割方法，按對(duì)電弧壓縮情況分為一般等離子弧切割，和水再壓縮等離子弧切割兩類。： 各種等離子切割方法的特點(diǎn)切割方法氬氫等離子弧氮等離子弧空氣等離子弧氧等離子弧水再壓縮等離子弧切割碳鋼和低合金鋼切割性能差，粘渣多、切割速度慢氣體成本高，一般不采用。切割性能差，切割面有氮化物層、氣體成本稍高，一般不采用。切割性能良好，切割速度快，熱變形小，能獲得無粘渣、無氮化層，切割寬度窄，切割后可進(jìn)行焊接，缺點(diǎn)：切割時(shí)煙塵多，切割面傾斜角較大，電極和噴嘴損耗快。切割性能優(yōu)良，切割速度很快，切口質(zhì)量好，無粘渣無氮化層，切口寬度窄熱變形小，切割后可直接進(jìn)行焊接。缺點(diǎn)：切割時(shí)煙塵多，切割面傾斜角度大，電極和噴嘴損耗快。切割性能優(yōu)良，切口質(zhì)量好，上緣呈銳角，下緣無粘渣，切割面傾斜角小，能獲得垂直面、熱影響區(qū)小，熱變形小，能抑制弧光，有害氣體和煙塵。缺點(diǎn)：需配備帶