【文章內容簡介】 公司等，也各在我國銷售了10多臺；這些國外進口的氣體切割機，有的是光電跟蹤、有的是數控，它們主要以氧乙炔切割為主，但也有少數的帶等離子切割槍的，這些國外進口機，總的來說，性能不錯，但價格昂貴，以日本機為例，每臺需28萬美元，再加上其他費用，折合人民幣整150萬元/臺。是我國一般的中小廠家無力購買。而我國研制的數控等離子切割機，售價約為進口機的1/8。若能推廣到全國，每年可為國家節(jié)省數千萬元的外匯。 為了滿足國內大、中、小各類工廠的要求，我們將開發(fā)高、中、低三檔數控等離子切割機，低檔將以步進電機、小型計算機、精密的機械傳動和結構組成，面向中小企業(yè)，甚至鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)。中檔機將以步進電機、中型計算機、較精密的機械傳動和結構組成，面向中等企業(yè)。高檔機將以直流伺服電機或交流伺服電機、高檔計算機系統(tǒng)、高精密機械傳動系統(tǒng)和結構組成，面向大、中企業(yè)。其售價自然是分檔論價。 在做發(fā)上，我們先易后難，先搞用戶多、銷路廣的中低檔機，取得經驗后，再搞難度較大的高檔機。在滿足國內用戶的基礎上，積極尋找出口機會，將產品推向世界。、性能及用途的確定 數控切割機主參數是按軌距的大小而確定的，我們本著先小后大、先易后難的原則，我們先研制軌距為3米的切割機，以配等離子切割槍為主，同時可根據用戶的要求，配帶氧乙炔割槍，其主要技術參數和性能如下： 軌距：3000mm(下一步研究4000mm、5000mm)； 最大切割寬度： 2400mm； 導軌長： 11480mm(每加長一級為2290mm)； 最大切割長度： 9000mm； 割炬數：等離子切割槍一把(是否帶氧乙炔切割槍由用戶選擇)； 割炬上下行程： 160mm； 切割支架高： 250mm； 切割速度： 0~6000mm/min； 最大空程速度： 12000mm/min； 切割板材厚： 3~60mm(用等離子切割)； 3~100mm(用氧乙炔切割)； 供電電壓： AC380V； 控制電源電壓： AC380V,220V； DC5V, DC15V； 頻率： 50Hz； 切割電壓： 250~300V(DC)； 切割電流： 200~350A； 機器精度：按自檢程序劃線檢驗，其綜合誤差不得大于177。； 外形尺寸： lbhmm 1148035601810mm； 機重：運動部分 ； 性能： 具有人機對話的功能；有切割速度的調節(jié)和瞬時速度顯示功能；有手動控制與自動控制的功能；可切割直線、圓、橢圓、二次曲線及各種曲線組成的圖形。有返回原點的功能；有切縫修正功能；用戶編程語言應用Z80匯編語言。 該機的用途：主要是用于劃線和切割不銹鋼、鋁、銅、鉻鎳合金、鑄鐵和碳鋼等板材。 結構及工作原理的分析 我們在作數控等離子切割機初步方案設想時，曾作過單臂式和龍門式兩種方案，在作傳動方案時，曾作過鋼絲繩牽引式、滾輪式、齒輪詞條式三種方案，經反復的對比論證，由于雙軌龍門式齒輪齒條傳動運動平穩(wěn)、傳動精確度高、剛性好等明顯的優(yōu)點，所以選定了雙軌龍門式齒輪齒條傳動。 其工作原理，就是由三個步進電機通過它們各自的傳動機構，帶動切割槍沿縱向、橫向、垂直三個方向運動，使切割槍能夠在被切金屬板上切割出所需的幾何圖形。 。 等離子切割機總圖1 導軌墊板 2 導軌 3 輔輪架 4 橫梁 5 鏈帶 6 水槽7 鋼板支架 8 橫梁行車 9 割炬升降機構 10 橫向機構 11步進電機12 導軌接頭墊板 13 操縱臺 14 風水管電纜 15風水管電纜骨架 16 電源柜17 主輪架 18 主傳動系統(tǒng) 19步進電機 20 傳動系統(tǒng) 21 步進電機 橫梁是切割機的主梁，是鏈帶、橫梁行車、操縱臺等部件的安裝的基礎，為了減輕梁的重量、增加梁的剛度，橫梁采用薄鋼板焊接的箱形結構，橫梁座在主輪架上。 主輪架，是鋼板焊接的n形結構，中間有橫向的加強肋板，在它的兩端安裝兩個行走的輪子，主傳動系統(tǒng)就安裝在它的后端，步進電機經減速機構，推動切割機沿縱向前進或后退。 輔輪架，也是用鋼板焊接的n形結構，在它的下部安裝一個行走的輪子。 橫梁行車，它靠齒輪齒條沿著橫向導軌作橫向運動，在橫向導軌的上面有兩個承重輪，在側面有6個導向輪，在行車的上面，安裝有橫向運行的減速箱、步進電機、在行車的前側面裝有割炬升降機構和切割槍。 割炬升降機構，主要通過步進電機的正反轉來調整割炬的高低，保證割炬與被切金屬面間合理的距離，其結構原理如圖 。 圖 圖 1 電機 2 螺母 3 絲桿 1 電機 2,3,4,5,6齒輪 圖 1 電動機 2 ,3,6 齒輪 4 蝸輪 5 螺桿 7 齒條 橫向減速機，為了保證割炬橫向運行的速度要求，而專門設計了橫向減速機。 鏈帶，用于夾持和固定風管、水管、電纜線。 主傳動系統(tǒng)，為了保證割炬縱向運行的速度要求，而專門設計了主傳動系統(tǒng)，該系統(tǒng)的齒輪與主傳動導軌的齒條相嚙合，保證了切割機沿縱向往返運動。其結構原理圖如圖示所示。 導軌，是用鋼軌加工、用螺釘、墊板連接而成，并可進行水平調整，在主傳動導軌外側鑲有齒條，作縱向傳動之用，在主傳動導軌的兩端裝有行程開關和擋塊。 步進電機電源柜，它是由變壓器、電壓表、電流表、晶體管、印刷電路、電阻、電容、箱型殼體組成，分別控制著x、y、z三個坐標軸的三臺步進電機的運行。 1操縱臺，它是由計算機、鍵盤按鈕、顯示器、功能鍵、箱型殼體等組成，控制x、y、z三個坐標軸的步進電機按計算機所編制的程序運行。 1等離子電源柜，是由變壓器、整流器、接線板、電器元件、水電阻等組成，與等離子切割槍一起形成等離子切割裝置。 1配套設備： 水泵：型號：1W，壓力：，水量：,配電機3kw。 空壓機：系列型號：，排氣量：,額定壓力：7kg/cm2，轉速：1450r/min。 上述兩項設備，主要是為了保證等離子切割機風壓和水壓的要求。 SDQ3000(CNC300P)型數控等離子切割機驅動力的計算： 縱向（x軸）驅動力的計算已知切割機沿縱向運動，可運動部分的重量為：G=mg=1200=11760N 切割機沿縱向運動的最大速度： V=6000mm/min 鋼軌與滾輪之間的摩擦系數： f= 切割機橫梁下的滾輪與鋼軌之間的摩擦力： F=Gf=11760= 鋼軌在鋼導軌上啟動時的起始摩擦力： T0=2kgf=主傳動系統(tǒng)斜齒輪節(jié)圓直徑設為φ86mm步進電機的步距角：176。步進電機每轉一圈為600布縱向驅動電機試選為：130BF04在縱向運行速度為Vmax=6000mm/min時，主傳動斜齒輪的轉速為：從步進電機到主傳動斜齒輪的減速箱的減速比設為：則步進電機的轉速為：步進電機的運行頻率為：f=600=切割機沿縱向齒條每秒所移動的距離為：S=πD或計算：S=6000mm/min=100mm/s步進電機每轉一步切割機沿縱向移動的距離L=S/f=，所需要的時間，是可以根據矩頻特性，采用不同的加速脈沖分布圖，如指數曲線、對數曲線、多段直線逼近曲線等，以獲得最佳加速。日本切割機，起始時的切口導入段長度為20mm，切速可達6000mm/min，按照此對比，我們切割機加速所需要的時間應該是1s:100mm=xs:20mm，則x=201/100=。則橫梁在鋼軌上的直線加速度為：1. 切割機橫梁在鋼軌上加速運行時所產生的慣性力：Q=ma=1200kg2. 直線運動機構，其額定驅動力P和電機啟動功率、啟動扭矩的計算： 公式中P直線運動額定力（N）Nd縱向驅動電機的額定功率（kW）η在計算速度下，從電機至直線運動機構的效率（不計入直線運動 零件的導軌摩擦可消耗的功率）Vi計算速度（m/min），該機定為6m/min 在啟動的初期，主傳動斜齒輪、齒條在節(jié)徑上所受的切向力P，應該大于或等于滾輪與鋼軌之間的摩擦力F，滾輪在鋼軌上啟動時的起始摩擦力T0、橫梁在鋼軌上加速運行時的慣性力Q之和。 切割機縱向運行時根據達倫培爾原理：P=Q+T0+F=600++=縱向傳動的總效率η1=蝸輪下軸承的效率η2=蝸輪上軸承的效率η3=雙頭蝸桿與蝸輪的效率η4=蝸桿前軸承的效率 η5=蝸桿后軸承的效率 η6=一對直齒輪嚙合的效率 η7=總效率 η=η1η2η3η4η5η6η7=在橫梁進入勻速運動之后，此時的加速度a=0，慣性力Q=0，勻速運動時所需的功率為：電動機的啟動扭矩：T=9550000Nd0/ηT=9550000如有可能，切割機將要加上12m/min的快速返回功能，所以選用的步進電機在容量方面應留有余地，選用130BF04步進電機，它的運行矩頻特性是 縱向傳動系統(tǒng)的運動和動力參數1 各軸轉速 n1 =n電/i1= n2 =n1/i2=2 各軸功率 P1 =Ndη7== P2 =P1η4η5η6== Pw =P2η1η2η3==3 各軸轉速 T1=9550P1/n1=9550 T2=9550P2/n2=9550 主傳動系統(tǒng)的受力分析1 結構簡圖3 主傳動系統(tǒng)設計 第一級齒輪計算 需求分析 配總減速比i=，所以此級減速比i12=i/i34=按照啟動受力分析有傳遞功率P1=P電=，轉速n1=n電=，按照工作機設計壽命，15年，雙班制，大小齒輪均懸臂布置。齒輪為雙向受力。 設計計算 1）選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數 （1）選用直齒圓柱齒輪傳動，傳動效率高 （2）大小齒輪材料45號鋼，調質處理，大齒輪齒面硬度為220HBS，小齒輪齒面硬度為250HBS 常用齒輪材料材 料機械性能 / MPa熱處理方法硬 度