【正文】 合金電極，它的工作壽命，一般也只有510h。因此用于焊接坡口的切割時(shí)，需用砂輪打磨，較耗費(fèi)工時(shí)。在我國(guó)電力供用下，采用工作電流70A以下的空氣等離子弧切割代替氧乙炔氣割加工厚度12mm以下的碳鋼，不論從技術(shù)上，還是經(jīng)濟(jì)上以及減少總耗電量方面來(lái)看，都是十分有利，宜大力推廣使用。與等離子弧焊電源相比，切割電源的空載電壓更高，為了獲得滿意的引弧和穩(wěn)弧效果，電源空載電壓一般為切割時(shí)電弧電壓的兩倍，常用切割電源空載電壓為150~400V。 國(guó)產(chǎn)普通等離子切割機(jī)的主要型號(hào)及參數(shù)名稱自動(dòng)等離子弧切割機(jī)手把式等離子弧切割機(jī)手把式等離子弧切割機(jī)手把式等離子弧切割機(jī)微束等離子弧切割機(jī)型號(hào)LG4002LG3400LG34001LG500LG100額定切割電流/A400400400500100引弧電流30~5040——50~7030工作電流100~15060~15070~150100~150額定負(fù)荷持續(xù)率6060606060鋀鎢電極直徑6切割范圍厚度碳鋼80——150——不銹鋼804060150~25鋁8060—150—紫銅5040—100——圓形直徑120——————〉130氣體耗量電弧31~44二氧化碳3~4（L/h）引弧0——氮?dú)饧兌?————冷卻水耗量〉343——空氣等離子弧切割機(jī)因其離子氣與切割氣均采用壓縮氣，市場(chǎng)應(yīng)用廣泛而受到用戶的歡迎，適用于切割碳鋼、低合金鋼、不銹鋼，甚至厚度1mm以下的薄板。最簡(jiǎn)單的電源是硅整流電源、整流器，所以電源具有陡降外特性。（2）割炬割炬（也稱割槍）是產(chǎn)生等離子弧并進(jìn)行切割的關(guān)鍵部分。割炬的主要組件有割炬本體、電極組件、噴嘴和壓帽等，手工割炬則帶有把手。 冷卻割炬示意圖1. 氣流 這中割炬適合于切割厚金屬，如使用500A切割電流、200v工作電壓時(shí)能切割厚度為140mm的不銹鋼。割炬噴嘴至工件間的距離對(duì)切割質(zhì)量有影響。自動(dòng)割炬可以安裝在行走小車、數(shù)控切割設(shè)備或機(jī)器人上進(jìn)行自動(dòng)切割。（3）噴嘴和電極 1）噴嘴 噴嘴是壓縮電弧并形成等離子體的重要元件，對(duì)切割效率和切割質(zhì)量（尤其是切割寬度）具有一定的影響。噴嘴通常采用純銅制造，因?yàn)榧冦~的導(dǎo)熱性良好，便于冷卻，而且容易加工。等離子弧切割法的種類很多，噴嘴的結(jié)構(gòu)也不盡相同。割炬壓縮噴嘴的結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)等離子弧的壓縮及穩(wěn)定有直接影響，并關(guān)系到切割能力、割口質(zhì)量及噴嘴壽命。）~2~30~45~~30~452)電極電極是等離子弧切割的一個(gè)關(guān)鍵元件，他直接影響切割效率、切口質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性。割炬中的電極可采用鎢、杜鎢、鈰鎢棒，也可采用鑲嵌式電極。等離子弧切割電極材料優(yōu)先選用鈰鎢，但空氣等離子弧切割時(shí)，空氣對(duì)電極氧化作用極大，因此不能選作鎢做電極，只能選用鑲嵌式Hf或Zr及其合金作電極。尤其噴嘴和電極在切割過(guò)程中最易損壞，為了保證切割質(zhì)量必須定期進(jìn)行更換。根據(jù)工作氣體是使用單一氣體還是混合氣體，供氣系統(tǒng)有單一氣體氣路和混合氣體氣路兩種，氣路中設(shè)置出氣筒是為了在開(kāi)始切割前減小氣流的沖擊作用，便于引??；而在切割結(jié)束時(shí)能滯后斷氣，保證鎢極不受氧化。氣路中的電磁氣閥用于控制氣路的通或斷，~。 （5）冷卻水（氣）系統(tǒng)冷卻水主要用于冷卻噴嘴和電極以保證割炬能穩(wěn)定的持續(xù)工作。一種是間接水冷電極的水路，冷卻水從噴嘴下部進(jìn)入，冷卻噴嘴后通過(guò)上腔體在對(duì)電極進(jìn)行間接冷卻，冷卻水可來(lái)自水或循環(huán)水。有的切割設(shè)備采用循環(huán)冷卻水冷卻，水路中需配置冷卻器和循環(huán)水泵。C. 一般常用的冷卻水流量為3L/min以上，要求強(qiáng)烈冷卻的場(chǎng)合，需10L/min左右。水冷電阻用于限制小弧電流防止燒化噴嘴，對(duì)大電流的切割電纜也需通水冷卻。1949年，帕森斯公司在麻省理工學(xué)院伺服機(jī)構(gòu)研究所的協(xié)助下，開(kāi)始從事數(shù)控機(jī)床的研制工作。1959年，數(shù)控機(jī)裝置有電子管元件過(guò)渡到晶體管元件和印刷電路板元件，進(jìn)入第二代產(chǎn)品。1970年，在美國(guó)芝加哥國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上，第一次出現(xiàn)了用小型計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置，進(jìn)入了第四代產(chǎn)品。 早在20年前，西德的梅塞爾公司，就從事氣體切割機(jī)的研制和生產(chǎn)。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，數(shù)控氣體切割機(jī)也日臻完美。80年代，北京機(jī)床研究所，開(kāi)發(fā)出了BSO3A經(jīng)濟(jì)型的數(shù)控系統(tǒng)，取得了廣泛的使用。 目前，國(guó)產(chǎn)的氣體切割機(jī)，如上海氣焊機(jī)廠生產(chǎn)的氧乙炔氣體切割機(jī)，最大切割速度僅為1米/分，切速低、功能少、遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了等離子切割速度的要求。 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 目前，在我國(guó)各大廠使用的氣體切割機(jī)，多是國(guó)外進(jìn)口機(jī)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，到1986年底，僅日本小池酸素株式會(huì)社一家，就在我國(guó)銷售了72臺(tái)，西德梅塞爾公司、美國(guó)林特公司、瑞典伊薩公司等，也各在我國(guó)銷售了10多臺(tái)；這些國(guó)外進(jìn)口的氣體切割機(jī)，有的是光電跟蹤、有的是數(shù)控，它們主要以氧乙炔切割為主，但也有少數(shù)的帶等離子切割槍的，這些國(guó)外進(jìn)口機(jī)，總的來(lái)說(shuō)，性能不錯(cuò)，但價(jià)格昂貴，以日本機(jī)為例，每臺(tái)需28萬(wàn)美元，再加上其他費(fèi)用，折合人民幣整150萬(wàn)元/臺(tái)。而我國(guó)研制的數(shù)控等離子切割機(jī)，售價(jià)約為進(jìn)口機(jī)的1/8。 為了滿足國(guó)內(nèi)大、中、小各類工廠的要求，我們將開(kāi)發(fā)高、中、低三檔數(shù)控等離子切割機(jī)，低檔將以步進(jìn)電機(jī)、小型計(jì)算機(jī)、精密的機(jī)械傳動(dòng)和結(jié)構(gòu)組成，面向中小企業(yè)，甚至鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)。高檔機(jī)將以直流伺服電機(jī)或交流伺服電機(jī)、高檔計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、高精密機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)組成，面向大、中企業(yè)。 在做發(fā)上，我們先易后難，先搞用戶多、銷路廣的中低檔機(jī)，取得經(jīng)驗(yàn)后，再搞難度較大的高檔機(jī)。、性能及用途的確定 數(shù)控切割機(jī)主參數(shù)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(jī)，以配等離子切割槍為主，同時(shí)可根據(jù)用戶的要求，配帶氧乙炔割槍，其主要技術(shù)參數(shù)和性能如下： 軌距：3000mm(下一步研究4000mm、5000mm)； 最大切割寬度： 2400mm； 導(dǎo)軌長(zhǎng)： 11480mm(每加長(zhǎng)一級(jí)為2290mm)； 最大切割長(zhǎng)度： 9000mm； 割炬數(shù)：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(jī)器精度：按自檢程序劃線檢驗(yàn)，其綜合誤差不得大于177。有返回原點(diǎn)的功能；有切縫修正功能；用戶編程語(yǔ)言應(yīng)用Z80匯編語(yǔ)言。 結(jié)構(gòu)及工作原理的分析 我們?cè)谧鲾?shù)控等離子切割機(jī)初步方案設(shè)想時(shí)，曾作過(guò)單臂式和龍門(mén)式兩種方案，在作傳動(dòng)方案時(shí)，曾作過(guò)鋼絲繩牽引式、滾輪式、齒輪詞條式三種方案，經(jīng)反復(fù)的對(duì)比論證，由于雙軌龍門(mén)式齒輪齒條傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、傳動(dòng)精確度高、剛性好等明顯的優(yōu)點(diǎn)，所以選定了雙軌龍門(mén)式齒輪齒條傳動(dòng)。 。 主輪架，是鋼板焊接的n形結(jié)構(gòu)，中間有橫向的加強(qiáng)肋板，在它的兩端安裝兩個(gè)行走的輪子，主傳動(dòng)系統(tǒng)就安裝在它的后端，步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速機(jī)構(gòu)，推動(dòng)切割機(jī)沿縱向前進(jìn)或后退。 橫梁行車，它靠齒輪齒條沿著橫向?qū)к壸鳈M向運(yùn)動(dòng)，在橫向?qū)к壍纳厦嬗袃蓚€(gè)承重輪，在側(cè)面有6個(gè)導(dǎo)向輪，在行車的上面，安裝有橫向運(yùn)行的減速箱、步進(jìn)電機(jī)、在行車的前側(cè)面裝有割炬升降機(jī)構(gòu)和切割槍。 圖 圖 1 電機(jī) 2 螺母 3 絲桿 1 電機(jī) 2,3,4,5,6齒輪 圖 1 電動(dòng)機(jī) 2 ,3,6 齒輪 4 蝸輪 5 螺桿 7 齒條 橫向減速機(jī)，為了保證割炬橫向運(yùn)行的速度要求，而專門(mén)設(shè)計(jì)了橫向減速機(jī)。 主傳動(dòng)系統(tǒng)，為了保證割炬縱向運(yùn)行的速度要求，而專門(mén)設(shè)計(jì)了主傳動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的齒輪與主傳動(dòng)導(dǎo)軌的齒條相嚙合，保證了切割機(jī)沿縱向往返運(yùn)動(dòng)。 導(dǎo)軌，是用鋼軌加工、用螺釘、墊板連接而成，并可進(jìn)行水平調(diào)整，在主傳動(dòng)導(dǎo)軌外側(cè)鑲有齒條，作縱向傳動(dòng)之用，在主傳動(dòng)導(dǎo)軌的兩端裝有行程開(kāi)關(guān)和擋塊。 1操縱臺(tái)，它是由計(jì)算機(jī)、鍵盤(pán)按鈕、顯示器、功能鍵、箱型殼體等組成，控制x、y、z三個(gè)坐標(biāo)軸的步進(jìn)電機(jī)按計(jì)算機(jī)所編制的程序運(yùn)行。 1配套設(shè)備： 水泵：型號(hào)：1W，壓力：，水量：,配電機(jī)3kw。 上述兩項(xiàng)設(shè)備，主要是為了保證等離子切割機(jī)風(fēng)壓和水壓的要求。f=11760= 鋼軌在鋼導(dǎo)軌上啟動(dòng)時(shí)的起始摩擦力： T0=2kgf=主傳動(dòng)系統(tǒng)斜齒輪節(jié)圓直徑設(shè)為φ86mm步進(jìn)電機(jī)的步距角：176。日本切割機(jī)，起始時(shí)的切口導(dǎo)入段長(zhǎng)度為20mm，切速可達(dá)6000mm/min，按照此對(duì)比，我們切割機(jī)加速所需要的時(shí)間應(yīng)該是1s:100mm=xs:20mm，則x=201/100=。 切割機(jī)縱向運(yùn)行時(shí)根據(jù)達(dá)倫培爾原理：P=Q+T0+F=600++=縱向傳動(dòng)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(duì)直齒輪嚙合的效率 η7=總效率 η=η1η2η3η4η5η6η7=在橫梁進(jìn)入勻速運(yùn)動(dòng)之后，此時(shí)的加速度a=0，慣性力Q=0，勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)所需的功率為：電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)扭矩：T=9550000Nd0/ηT=9550000如有可能，切割機(jī)將要加上12m/min的快速返回功能，所以選用的步進(jìn)電機(jī)在容量方面應(yīng)留有余地，選用130BF04步進(jìn)電機(jī)，它的運(yùn)行矩頻特性是 縱向傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)1 各軸轉(zhuǎn)速 n1 =n電/i1= n2 =n1/i2=2 各軸功率 P1 =Ndη4η6== Pw =P2η2齒輪為雙向受力。但為了熟悉一下設(shè)計(jì)步驟，這里仍然校核一下。 （1）確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值齒寬系數(shù)φd1=φ1/d1=22/72= Φd2=φ2/d2=25/45=使用系數(shù)KA=1（工作原動(dòng)機(jī)、載荷狀態(tài)）動(dòng)載系數(shù)KV=（由圓周速度及齒輪精度查取）載荷系數(shù)K傳遞轉(zhuǎn)矩T電=齒形系數(shù)YFa1= YFa2=（按齒數(shù)）應(yīng)力校正系數(shù)YSa1= YSa2=（按齒數(shù)選） （2）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=1 KFN2=1取安全系數(shù)SF=彎曲疲勞強(qiáng)度極限σFE1=460MPa σFE1=460MPa （3）校核從上面可看出本齒輪設(shè)計(jì)富裕量過(guò)分充足，可適當(dāng)降低一些性能參數(shù)，此處從略。2） 分度圓直徑d1=72mm d2=45mm3） 齒頂高h(yuǎn)a1=ha2=ha*m=1=4） 齒根高h(yuǎn)f1=hf2=（ha*+c*）m=(1+)*=5） 齒全高h(yuǎn)1=h2=(2ha*+c*)m=6） 齒頂圓直徑da1=(Z1+2ha*)m=75mm da2=(Z2+2ha*)m=48mm7） 齒根直徑df1= df2=8） 基圓直徑db1=d1cosa= db2=d2cosa=9） 齒距p=πm=10） 基圓齒距(法向齒距)pb=pcosa=11） 齒厚s=πm/2=12） 齒槽寬e=πm/2=13） 齒寬b1=22mm b2=25mm14） 標(biāo)準(zhǔn)中心距a=m(Z1+Z2)/2=15） 傳動(dòng)比 i12=16） 重合度 εa=[Z1(tanαa1tanα39。/)=176。/24)=176。=a，因此εa=[Z1(tanαa1tanα39。tan20176。箱體溫升30176。（+）/(2cos20176。 查得Fr1=45um，br1=74= Fr2=45um,br2=62= ∴Ts1= Ts2= Esi1=Ess1Ts1=（）= Esi2=Ess2Ts2=（）= 取Esi1=8fpt1= Esi2=8fpt2=，所