毕业设计（论文）-火焰数控切割机电气控制系统设计.pdf

I 火焰数控切割机电气控制系统设计火焰数控切割机电气控制系统设计火焰数控切割机电气控制系统设计火焰数控切割机电气控制系统设计 摘要摘要摘要摘要 本文在叙述了火焰切割机数控技术的发展历史 目前的研究状况以及未来 的发展趋势的前提下 结合 开放式热切割机系统的研究 课题 针对传统的 专用封闭控制系统的不足提出了基于工业微机基础上的开放式数控系统参考模 型 阐述了开放化数控系统的特点 开放化途径 方法和形式 文中对数控热 切割机的基本原理及基本概念做了较为全面的阐述 并详细介绍了火焰数控切 割机的构成及功能 分析了切割机 EDGE 控制器的控制方案 并对火焰数控切 割机的供气系统作了全面的阐述 对系统的控制原理进行了全面的分析和阐 述 并根据这个核心的需要将控制系统的各个基础模块给予确定 本文在介绍了火焰数控切割机的生产流程基础上 对工艺要求也做了更加 详细的阐述 从数控切割机的工艺特点出发 指出了对切割工艺的确定方法 切割参数的确定以及对切割路线的确定方法 按照所提出的系统模型的设计方案 本文中也介绍了电气控制的方法和路 线 并对电控柜的设计做了全面分析 同时 对其他元器件的选择也进行了分 析介绍 本文在简单介绍了 PLC 的产生和它的特点的基础上对 PLC 在切割机上 的应用做了较详细的阐述 关键词关键词关键词关键词热切割机 数控系统 开放式体系结构 哈尔滨理工大学学士学位论文 II FlamesFlamesFlamesFlames digitaldigitaldigitaldigital cuttingcuttingcuttingcutting machinemachinemachinemachine controllercontrollercontrollercontroller designdesigndesigndesign AbstractAbstractAbstractAbstract This article was narrating the historical development of flame cutter numerical control technology the present research condition as well as future trend of development Under this premise union open style hot cutter system s research topic in view of traditional special purpose seal control system s insufficiency proposed based on the industry microcomputer foundation s open style numerical control system reference model elaborated the opening numerical control system s characteristic opening way method and form In the article has made a more comprehensive elaboration to the numerical control hot cutter s basic principle and the basic concept and introduced in detail the flame numerical control cutter s constitution and the function have analyzed the cutter EDGE controller s control plan And has made a comprehensive elaboration to the flame numerical control cutter s air supply system The control principle has carried on the comprehensive analysis and elaborated to the system and according to this core make a determination to control system s each base module This article in foundation of the flame numerical control cutter s production process foundation has also made a more detailed elaboration to the technological requirement Embarks from the numerical control cutter s craft characteristic pointed out to cuts the craft the definite method the cutting parameter s determination as well as to cuts route s definite method According to system model design proposal which proposed in this article also introduced the electric control method and the route and has made the overall analysis to the electrically controlled cabinet s design At the same time has also carried on the analysis introduction to other primary device s choice This article was introducing simply the PLC production and in its characteristic s foundation has made the detailed elaboration to PLC on cutter s application KeywordsKeywordsKeywordsKeywordsHot cutting machine Numerical control system Open style architecture 哈尔滨理工大学学士学位论文 III 目录目录目录目录 摘要 I Abstract II 第 1 章 绪论 1 1 1 引言 1 1 2 数控系统发展概况 1 1 3 开放式数控系统 1 1 3 1 数控系统中开放体系结构的发展 2 1 3 2 美国的研究状况 2 1 4 国内外数控系统的发展现状 3 1 4 1 数控系统及其体系结构的现状 3 1 4 2 我国数控系统发展现状 3 1 5 火焰切割机数控系统现状 3 1 6 火焰切割机数控系统硬件结构和原理 4 1 7 数控切割机在生产中的作用 4 1 8 论文的主要内容 5 第 2 章 火焰数控切割机的构成及功能 6 2 1 火焰数控切割机的参数 6 2 2 火焰数控切割机的组成 6 2 3 火焰数控切割机的主要结构 6 2 3 1 总体控制构成 6 2 3 2 机床整体结构简介 8 2 3 3 EDGE 数控切割机控制系统介绍 9 2 3 4 门式切割机的其他配置 11 2 3 5 坐标系统 12 2 3 6 附加装置 12 2 4 数控切割机的供气系统简介 12 2 4 1 供气系统原理 12 2 4 2 配气系统设计方案 12 2 4 3 供气气源要求 12 2 4 4 压力调节器结构与调整 13 第 3 章 火焰数控切割机的生产流程及工艺要求 14 3 1 火焰数控切割机的生产流程 14 3 1 1 切割前准备 14 3 1 2 切割 14 3 2 火焰数控切割机的工艺要求 15 哈尔滨理工大学学士学位论文 IV 3 2 1 数控火焰切割机加工工艺特点 15 3 2 2 切割工艺的确定 15 3 2 3 切割参数的确定 16 3 2 4 切割路线的确定 16 第 4 章 电气控制原理设计 18 4 1 控制系统总体方案 18 4 2 数控火焰切割机控制系统的各部分控制方法 20 4 2 1 数控火焰切割机操作系统的操作面板控制 20 4 2 2 点火器控制 21 4 2 3 调高系统控制 21 4 2 4 切割气路设计及切割时序 22 4 2 5 主电源电路控制 26 4 3 电控柜的设计 27 4 4 接口功能介绍 27 4 5 低压电器的选择 29 4 6 伺服驱动器的选型 30 4 7 电气控制原理图 31 4 8 系统控制部分的总体结构 31 第 5 章 数控切割机 PLC 设计 34 5 1 PLC 的介绍 34 5 2 PLC 的基本结构图 35 5 3 PLC 在切割机上的应用 35 5 4 PLC 的确定 36 5 5 PLC 地址编号及接线图 37 结论结论结论结论 44 致谢致谢致谢致谢 45 参考文献参考文献参考文献参考文献 46 附录附录附录附录 47 哈尔滨理工大学学士学位论文 5 第第第第 1 1 1 1 章章章章 绪论绪论绪论绪论 1 11 11 11 1 引言引言引言引言 随着现代工业的发展 各种材料的切割加工已成为现代工业生产的一道重 要工序 好的切割工具和切割方法可以加速生产进程和提高产品质量 在现代 自动控制理论 微电子技术及图像处理技术的支持下制造工艺的高要求才能得 以实现 数字控制技术与切割机的有机结合 使得切割工具具有更好的使用性 能和更高的性能价格比 数控系统是利用数字信号对执行机构的位移 速度 加速度和动作顺序实 现自动控制的一种控制系统 数控系统自 1952 年问世以来 随着科学技术的不 断发展 已经经过了六次换代 早期的数控系统仅用于数控机床 自从出现了 计算机数控系统后 数控系统不仅普遍用于数控机床 而且在电火花线切割 电火花成形 高压水射流切割 激光切割 快速原型制造和机器人等自动化控 制领域也获得了越来越广泛的应用 1 1 21 21 21 2 数控系统发展概况数控系统发展概况数控系统发展概况数控系统发展概况 1946 年在美国诞生了世界上第一台电子计算机 1952 年 计算机技术应用 到了机床上 在麻省理工学院诞生了第一台数控机床 从此 数控机床的发展 日新月异 到今天已经经历了两个阶段和六代 1952 1970 年为数控 NC 阶 段 这阶段划分为三代 即第一代电子管 1952 年 第二代晶体管 1959 年 第三代小规模集成电路 1965 年 自 1970 年起 小型计算机用于数控系统 数控技术进入计算机数控 CNC 阶段 这是第四代数控 1974 年进入第五代数 控 其特征为微处理器用于数控 前五代数控系统虽然解决了许多制造问题 但均属于封闭式结构的数控系 统 随着现代制造技术的发展 对数控系统提出了越来越高的要求 新型的数 控系统应能运用于各种计算机软硬件平台上 并提供统一风格的用户交互环 境 以便用户的操作 维护和更新换代 还应能在普及型个人计算机的操作系 统上 简便地应用系统所配置的软件模块和硬件运动控制卡 机床制造商和用 户能够方便的进行软件开发 追加功能和实现功能的个性化 使 CNC 系统具有 PC 的高速分析能力 大容量存储功能 各种软件的支撑 图文显示的优势以及 联网的灵活性 显然 封闭式结构的 CNC 系统根本无法满足这些要求 在这种 情况下 基于 PC 的第六代数控系统 开放式数控系统便应运而生 2 1 31 31 31 3 开放式数控系统开放式数控系统开放式数控系统开放式数控系统 从开放式数控系统目前的研究成果看 开放式数控体系结构还没有统一明 确的概念内涵 系统还处于百家争鸣的时代 按照 IEEE 国际电器电子工程师 协会 的定义 开放式数控系统应该是具有下列特征的系统 符合系统规范的 哈尔滨理工大学学士学位论文 6 应用 可以运行在多个销售商的不同平台上 可以与其它的系统应用互操作 并且具有一致风格的用户交互界面 一个开放式体系结构的数控系统必须具备 以下特征 1 模块化的软 硬件结构 2 通用的标准化接口 3 开放的软 硬件控制接口 4 友好的用户界面 5 类型和规模可变 6 优化的生产时间和生产成本 7 工业级的质量标准 8 高可靠性和可维护性 9 优良的性能价格比 总之 开放性 兼容性和互操作性是开放式数控系统的最大特点 3 1 3 11 3 11 3 11 3 1 数控系统中开放体系结构的发展数控系统中开放体系结构的发展数控系统中开放体系结构的发展数控系统中开放体系结构的发展 数控系统经历了几十年的发展 在硬件体积 重量 稳定性 可靠性 能 源消耗 维护使用的方便性及功能的多样性方面有了长足的进步 数控体系结 构的发展经历了从布线逻辑到存储逻辑的变化 现代的数控系统处处体现着模 块化思想 系统的控制部分 驱动部分 电机 输入输出 传感器等均有不同 的厂商提供并组合 这就造就了利用外国控制系统和国产机器组合成自己产品 的众多中国数控生产商 同样 模块间的各自为政使得数控系统在体系结构上 还存在相当的封闭性 从软硬件模块到零件的编程 各厂之间互不相容 给生 产和使用带来了极大的不便 1988年提出的开放体系结构制造概念掀起了数控界标准化 开放化的系统 变革的开端 美国 欧共体 日本等展开了深入持久的研究 正全力研究新一 代开放式CNC标准规范及产品 下面对美国的开放式的系统加以简单的介绍 1 3 21 3 21 3 21 3 2 美国的研究状况美国的研究状况美国的研究状况美国的研究状况 世界上最早关于开放式体系结构的研究是美国国防部 DOD 1981年提出 的 下一代控制器 计划四 这个计划目标是为控制商建立一个统一的控制标 准 其中 1986年提出的为了夺回美国失去的数控市场的振兴美国国内机床工 业的行动计划使得美国的数控产业重新获得世界领先的地位 1987年空军WRIGHT研究开发中心 AF WRDC 与NCMS共同领导下的 下一代工作站 机床控制器 体系结构的研究计划中制定了开放式体系结构标 准规范和建立三个NGC参考模型 这个标准规范允许单独的设计去开发具有互 换性和相互协作的NGC单元 它包括了CNC兼容产品的所有功能 并为以后开 发的产品提供了运行的基础 开放式 模块化体系结构控制器 的计划于 1994年由通用 福特 克莱斯三大汽车公司开始启动 其目的是用更加开放 更加模块化的控制结构使制造系统更具柔性 更加敏捷 该计划启动不久便公 布了相应的规范 并促成了一系列相关研究项目的运行 4 哈尔滨理工大学学士学位论文 7 1 41 41 41 4 国内外数控系统的发展现状国内外数控系统的发展现状国内外数控系统的发展现状国内外数控系统的发展现状 1 4 11 4 11 4 11 4 1 数控系统及其体系结构的现状数控系统及其体系结构的现状数控系统及其体系结构的现状数控系统及其体系结构的现状 由于模块化思想在数控领域的广泛应用以及数控技术在生产中的重要地 位 世界上出现了许多专门生产数控系统的技术公司和实体 有代表性的数控 系统生产商有 德国的西门子公司 日本的法纳克公司 西班牙的法格公司 等 对这些公司产品的分析可以看出 进入80年代以后 先进的数控系统一般 都具有以下特点 结构上 主要是向两个方面发展 一是提高系统的集成度 缩小体积 二是采用模块化 总线结构 便于剪裁 扩展和升级 随着微型计算机技术的发展 现代先进的CNC装置 都已完成了由16位微 处理器向32位微处理器的过渡 西班牙的FAGOR的8050系列及意大利A B OSAI 的9360系统 为了提高CNC的运算处理速度都采用了32位微处理器 1 4 21 4 21 4 21 4 2 我国数控系统发展现状我国数控系统发展现状我国数控系统发展现状我国数控系统发展现状 随着国际学术界对开放式数控系统研究的日益推进 我国的相关研究也越 来越受到重视 经过多年的技术攻关 已经有一批产品和成果涌现出来 其 中 北京机床所的中华系列 沈阳计算所的蓝天系列等是将原有的系统移植到 PC 平台上 武汉华中数控股份有限公司推出的华中 I 型数控系统 是利用 PC 平台通过串行总线和自行开发的数字交流伺服系统开发的 近期 武汉华中数 控系统股份公司和北京航空航天大学等单位共同开发了一种网络化的开放式数 控系统 该系统采用了基于工业 PC 的开放式体系结构统一硬件平台 在 Linux DOS Windows 三种不同的操作系统平台上 分别开发了网络化 开放 式数控系统软件平台 实现了跨平台的数控软件操作 控制轴数为 6 轴 联动 轴数为 5 轴 能实现任意曲面插补功能和自动加减速控制 技术性能指标达到 了当代国际先进水平 5 1 51 51 51 5 火焰切割机数控系统现状火焰切割机数控系统现状火焰切割机数控系统现状火焰切割机数控系统现状 世界上第一台数控火焰切割机是英国氧气公司1961年研制成功的 1964年 日本在船舶行业开始制造使用数控切割机 我国广州中山造船厂1971年研制成 功我国第一台数控切割机 上世纪80年代初 随着改革开放 各行各业对数控 技术大量需求 我国先后从日本 法国 美国等国家 引进了部分数控装置及 伺服系统技术 使数控机床的质量 性能以及水平都上了一个新台阶 1990年 中国科学院光电技术研究所和机电部东方机床厂联合研制成功大型火焰切割机 数控系统 火焰切割机数控系统开始采用计算机数控技术 目前 国内的火焰切割机数控系统既有国外的 也有国内的 国外的数控 系统主要有美国海宝的EDGE系统 美国的BuRNY系统 西班牙的AFGOR系 统 这些数控系统功能强大 但价格比较昂贵 国内使用的火焰切割机数控系 统既有基于单片机的经济型数控系统 也有基于工控机的中档数控系统 如北 京斯达特机电科技有限公司的SH 2000H火焰切割机数控系统 采用PC104总线 哈尔滨理工大学学士学位论文 8 工控机为主机 DOS平台 能自动点火 延时 预热 穿孔 火焰半径补偿 连续回退 断点恢复 动态图形显示 切割图形的径向 放大 缩小 旋转 与流行的CAD CAM及各种套料软件有很好的接口 经过国内研究人员的不懈努力 我国的火焰切割机数控系统功能有了很大 的提高 但是与国外先进的数控系统相比 还存在不足 国内的火焰切割机数 控系统主要采用DOS操作系统 不能充分利用32位计算机的硬件及软件资源 使得数控系统的性能受到制约 而使用国外的切割机数控系统虽然功能强大 但价格昂贵 企业没有核心竞争力 由于DOS本身功能的限制 以及为了提高 火焰切割机数控系统的性能 有必要研究Wnidows操作系统中如何设计数控系 统软件 Windows平台和DOS平台的软件设计方法不同 在DOS平台 数控系 统软件采用的是面向结构的编程方法 数控系统软件结构与数控系统硬件以及 数控系统的功能关系紧密 当数控系统的硬件改变 或是功能改变时 数控系 统软件改动较大 大部分需要重写 Windows是多任务操作系统 软件的设计 方法和DOS有很大的区别 国内有些企业采用了国外的先进数控系统硬件 如 PMAC运动控制卡作为火焰切割机数控系统硬件 大大挺高了数控系统的性 能 但这些数控系统的成本太高 开发一套实用 成本低廉的火焰切割机数控 系统对于实际应用有很重要的意义 1 61 61 61 6 火焰切割机数控系统硬件结构和原理火焰切割机数控系统硬件结构和原理火焰切割机数控系统硬件结构和原理火焰切割机数控系统硬件结构和原理 数控切割机是数字程序控制的自动化切割设备 将所需切割的零件形状和 尺寸以及切割机的各种动作 用数字的形式表示 并按一定的程序编排好 然 后通过磁盘输入到计算机中 经过计算机计算和变换后发出相应的信息和指令 来控制切割装置的运动 从而割出一定形状的零件 它是现代自动切割机中切 割精度 生产效率和自动化程序最高的一种设备 数控火焰切割机设备的数控系统控制主横梁上的小车沿纵向运动 控制带 有割矩的小车沿横向运动 其横 纵向的运动合成为割矩的运动轨迹 也就是 所要切割的工件的形状 同时 火焰切割数控系统中的PLC实现切割气路的阀 动作和时序控制 在数控火焰切割机系统中 为保持切割机头与钢板之间的距 离不变 必须配备自动调高装置 控制系统硬件组成 由于数控火焰切割机控制精度 工作速度及载荷要求 都不是很高 所以可以采用步进电机以开环方式实现运动控制 控制系统硬件 框图如图1 1所示 其中工业控制机和运动控制卡协同完成控制系统的控制功 能 该控制系统电机驱动器能实现斩波恒流细分驱动 提高了电机运动精度 并较好的解决了大扭矩驱动时的发热问题 外围控制电路由PLC 继电器等组 成 其输出可控制气路的电磁阀 接触器线圈等 实现气路的时序控制 1 71 71 71 7 数控切割机在生产中的作用数控切割机在生产中的作用数控切割机在生产中的作用数控切割机在生产中的作用 数控切割机的基本功能是对金属板材进行火焰切割 它的特点是 第一 可根据数字放样资料安排程序 直接进行切割 省去号料工序而且不需绘制仿 哈尔滨理工大学学士学位论文 9 形图 使放样和加工工艺大大简化 第二 提高割件的切割精度 为提高装配 质量打下了基础 第三 提高生产效率 能装多个割嘴 可以同时切割几种同 样割件 第四 可以实现生产自动化 而且管理的方法也较简便 6 工 业 控 制 pc 机 运 动 控 制 卡 X 轴 电机驱动器 X 轴 伺服电机 Y1 轴 电机驱动器 Y2 轴 电机驱动器 外围控制电路 Y1 轴 伺服电机 Y2 轴 伺服电机 气路控制单元 数 控 火 焰 切 割 机 图1 1 控制系统硬件框图 1 81 81 81 8 论文的主要内容论文的主要内容论文的主要内容论文的主要内容 基于热切割机床数控系统的发展中存在的这些问题及我国的实际情况 结 合华威焊切公司 开放式热切割数控系统 的课题对热切割加工数控系统领域 进行的开放式体系结构进行研究 本课题的研究内容主要分为以下几个方面 1 分析和研究开放化的技术途径以及方法 分析热切割加工数控系统的 开放框架以及功能特性 选定开放式体系结构热切割加工数控系统的软硬件平 台并研究其开放式的系统参考模型 2 研究开放式热切割加工数控系统的硬件结构 研究基于工业计算机的 开放式体系结构的热切割加工数控系统的硬件构成方式 3 研究开放式热切割加工数控系统的架构 4 研究热切割加工数控系统控制器的应用 5 研究热切割加工数控系统电气控制原理设计 6 初步研究PLC在数控切割机上的应用 哈尔滨理工大学学士学位论文 10 第第第第 2 2 2 2 章章章章 火焰数控切割机的构成及功能火焰数控切割机的构成及功能火焰数控切割机的构成及功能火焰数控切割机的构成及功能 2 12 12 12 1 火焰数控切割机的参数火焰数控切割机的参数火焰数控切割机的参数火焰数控切割机的参数 HONEYBEE 小蜜蜂 龙门式数控切割机主要技术参数 1 轨距 4m 可制造 10m各种规格 2 轨长 12m 可按用户要求定制 3 割炬数量 标准为2 4把 裁条割枪9把可定制 4 最大切割厚度 最大可切割200mm 5 走行速度 0 10m min 6 调高 电动调高 可选配电容式或弧压式自动调高 7 喷粉线 选配功能 8 坡口切割 选配功能 可制造无限回转坡口切割机 9 表面粗糙度 Ra25 10 尺寸精度 1000mm为 0 3mm 2 22 22 22 2 火焰数控切割机的组成火焰数控切割机的组成火焰数控切割机的组成火焰数控切割机的组成 门式火焰切割机由导轨 端架 横梁 传动系统 横向小车 开条割矩装 置 气路系统等组成 火焰数控切割机示意图如图2 1所示 其主体为大小端架 及横梁 横梁为箱形结构 其重量轻 刚度高 具有良好的动态性能 增加了 机器的稳定性 大端架为焊接件 上面装有纵向驱动装置及使机器运行时导向 的水平导向轮 水平导向轮上装有消隙装置 另外大小端架上均装有行走滚轮 整机的重量均匀作用在这些滚轮上面 机器的主体结构通过滚轮及水平导向轮安放在导轨上 导轨则安装于固定在钢 筋混凝土基础上的支座上 传动系统由电机 减速装置等构成 电机为稀土直 流电机 其具有高的转矩 惯性比 动态响应快 良好的低速特性 调速范围宽 等性能 与电机相配的减速装置具有减速比大传动效率高等优点 它的出轴齿 轮与安装在导轨上的齿条啮合 为了提高精度 配有消隙机构 上述传动系统 配有专用的调速模板 7 2 32 32 32 3 火焰数控切割机的主要结构火焰数控切割机的主要结构火焰数控切割机的主要结构火焰数控切割机的主要结构 2 3 12 3 12 3 12 3 1 总体控制构成总体控制构成总体控制构成总体控制构成 数控火焰切割机由控制面板 数控系统 执行机构 气路系统 保护装置 等构成 其控制组成框图如图2 2所示 1 控制面板 包括显示器 输入设备 键盘和控制按钮 可显示序段 和切割时的割矩位置 对切割机进行编程和操作控制 2 数控系统 采用8051单片机通过数控系统软件和零件加工程序进行微 哈尔滨理工大学学士学位论文 11 机控制 3 执行机构 有X Y Z三个方向的自由度 可对割矩进行X Y平面的 任意曲线运动的控制 还可控制割矩的升降 4 气路系统 可控制乙炔 低压氧 高压氧的通 断 配合切割时的预 热 穿孔和切割工艺等需要 5 保护装置 包括切割机的防超程限位开关和应急开关 实行对切割机 的紧急控制 图2 1 火焰数控切割机示意图 哈尔滨理工大学学士学位论文 12 输入设备显示器 数控系统保护装置 执行机构 气路系统 X 向Y1 向Y2 向乙炔低压氧高压氧 图2 2 数控火焰切割机控制组成框图 另外 还配有主控制盘 自动点火器和高度自动控制系统 主控制盘安装 在割矩小车上 所需数据可通过磁带阅读器或软驱读入微机 所有操作可通过 主控制盘完成 自动点火器可通过手动控制盘开关实现高预热点火或通过输入 数控加工程序自动完成 高度自动控制系统通过传感器自动控制切割时割嘴和 板材之间的距离 2 3 22 3 22 3 22 3 2 机床整体结构机床整体结构机床整体结构机床整体结构简介简介简介简介 该数控火焰切割机采用龙门桥式结构形式 在地面上铺设距离为3m的平行 导轨 机床的支架在两平行导轨上通过Y向驱动单元实现单边控制 产生前 后 移动 形成Y坐标轴方向运动 切枪受X向驱动单元控制在机床横梁上左 右移 动 形成X坐标轴方向运动 X Y两方向的进给伺服系统均采用以步进电动机 作为动力驱动的开环控制 数控火焰切割机的机械结构参考图2 1 切割装置由机架 纵向驱动装置和 横向移动装置等组成 纵向驱动采用齿条齿轮啮合传动方式 切割机的机架方 案采用龙门式双侧驱动 切割板材时 切割机的横梁到加工面的距离较小 放 置材料后 通过调节割矩导轨行程来适应不同材料厚度的切割加工 通过调节 割矩导轨的行程以及横梁在垂直方向的有效行程 600mm 以适应不同零件 及板材的切割加工 数控火焰切割机的导轨采用65Mn重轨 导轨的有效长度为3000mm 两导 轨间的有效跨距为2000mm 立柱的高度为900mm 以满足横梁的有效行程为 600mm 即横梁在垂直方向上的最大调整距离为600mm 割矩的最大调整范围 为200mm 横梁沿立柱的垂直方向运动是由两台110BC380B型步进电机同步驱 哈尔滨理工大学学士学位论文 13 动 静转矩8N m 实现为了保证系统的运行速度 提高系统的运行可靠性 纵 向移动由两台110BC380型步进电机经齿轮齿条传动实现双边驱动 横向移动使 用一台110BC380B型步进电机驱动一个割矩 通过钢带带动另一割矩作同步运 动 两割矩垂直方向运动分别由90BF003型步进电机 静转矩2N m 驱动 以 使割矩沿导轨运动 可据需要使用一个或二个割矩来切割加工材料 工作时割 矩可实现点火器自动点火 割矩的气源开关由电磁阀控制 据氧气切割工艺的 特点 每一割矩需三道气路 切割氧 预热氧和乙炔 每一道气路由一个调节 气流量的小的调节旋钮和一个控制气路开关的电磁阀组成 每一个割矩由电子 点火器实现自动点火 控制系统配有一个遥控键盘 以方便人工调整切割机 8 2 3 32 3 32 3 32 3 3 EDGEEDGEEDGEEDGE 数控切割机控制系统介绍数控切割机控制系统介绍数控切割机控制系统介绍数控切割机控制系统介绍 EDGE是美国海宝集团设计的专门用于数控切割机方面的数控系统 是该公 司长期致力于发展金属加工业前沿技术的最新成果 操作简单容易 可编程定 义的键使得最常用的功能只需手指一按 简化控制键盘 用Microsoft Visual C6语 言Microsoft Foundation Classes平台技术开发的 具有新一代人机界面 能胜任 用户切割现场的最恶劣环境 主机与控制信号之间的X Y AXIS DRV ENC I O通 讯 采用二只标准的圆形CPC接头 该接头采用特殊的工业设计及具有抗电磁干 扰 射频干扰的金属绝缘性 能有效防止等离子大电流 高频引弧对数控的干 扰 EDGE两坐标控制器为二轴 三轴 四轴数控系统专为图形切割机器所设 计 是长期致力于发展金属加工业依靠前沿技术的最新成果 设计的出发点就 是要操作简单容易 可编程定义的键使得最常用功能只需手指一按 简化控制 键盘 用Microsoft visual C 语言示口 Microsoft Foundation Classes平台技术开 发的 本控制器具有新一代人机界面 能胜任用户切割现场的最恶劣环境 随着高精度等离子及激光技术在切割领域的成熟运用 迫切需要数控系统 能精确定位切割机 把Intel Pentium强大的功能和精度应用于工作台定位借助于 数字位置环和速度环运用 便利整个速度范围运行平衡 切割精度另人满意 这些可以在切割时借助于动态放大功能验证 该控制器可用于所有两轴图形切割 内部提供等离子 氧燃气 不管你的 应用情况怎么样 都能使你的切割更加高效率 直接采用控制面板Shape Wizard 可以直接键入零件图形程序 而不用等待装运 准备 校直模板 你甚至可以 任选参数图形库里的47种图形 采用主机或CAD CAM系统时 你能轻易下载定 制的零件程序 甚至可以免费提供你通讯软件包用意 以将控制器连接你的管 理信息 无论采用哪种方法 该控制器由于采用先进的图形用接口 GUI 缩短了 建立的时间 提高了生产效率 简化时间进度安排 2 3 3 12 3 3 12 3 3 12 3 3 1 EDGEEDGEEDGEEDGE相关功能介绍相关功能介绍相关功能介绍相关功能介绍 EDGE数控系统是美国HperthermAutomation集团专为火焰切割机开发的 建立于windows界面上的 先进的数控系统 主要功能 哈尔滨理工大学学士学位论文 14 1 10 4寸彩色液晶显示器 1G硬盘和1 44软盘驱动器 Pentium微处理器 带32MRAM 2 可用47个宏库生成200多个不同图形 3 具有实时运动图形和输入 输出数据显示 4 中文菜单 5 系统自诊断 故障自报警功能 6 数据编程的主要功能和特点 7 英制或公制单位 8 比例和镜象功能 9 可采用直线 交错 嵌套三种方式重复图形 10 板材校直功能 11 动态割缝补偿功能 12 切割失败恢复功能 数控火焰切割机的数控系统采用了国际通用的G M代码编程 对工作中常 用的CAD CAM等制图软件有很好的兼容性 它能对其所生成的图形进行转化 生成数控程序 从而节省了人工编程时间 更提精度 是钢结构生产不可缺少 的设备之一 2 3 2 3 2 3 2 3 3 23 23 23 2 手动方式手动方式手动方式手动方式 按一下手动键进入手动方式视窗 这时鼠标箭头变成小手形状 使用箭头键 可以在8个方向任意移动切割机 如果在设置菜单中使用手动键的锁定功能 只 要按一下方向键 切割机就可以在连续运动 直到再一次按手动键为止 2 3 2 3 2 3 2 3 3 33 33 33 3 自动切割方式自动切割方式自动切割方式自动切割方式 在执行切割之前 要首先设置切割方式 割缝值和切割速度 切割方式有三 种选择 演示方式 氧燃气方式 等离子方式 在演示方式时 按下 START 键将使切割机按编程速度跟踪切割路径 但切割没有被激活 在氧燃气方式时 视窗下部出现 增加 设定 取消三个按键 视窗右下部显示预置的时间延时 按 增加键 将延长预热时间 直到按设定键或释放键为止 按 设定键 将保 存新的预热时间 按 释放键 不保持新设定值 不论氧燃气方式还是等离子方 式 视窗下部显示增加速度 减少速度 观察全图按键 按下观察全图控制器随 时显示切割的中心位置 按增加速度或减少速度切割机将速度增加或减少3 2 3 2 3 2 3 2 3 3 3 3 3 4 4 4 4 暂停方式暂停方式暂停方式暂停方式 在不可避免的情况下切割失败 这时要按STOP键 使切割机处于暂停状态 控制器有全面恢复切割的能力 在视窗的下部出现 返回起点 回退 前进 走到穿孔点按键 按返回起点后 切割机将回到板材的起始切割处 按回退或前 进按键 切割机按选择的移动速度后移或前移到切割工件的任何位置 按START 键切割机将按编程速度重新切割 2 3 2 3 2 3 2 3 3 53 53 53 5 图形库图形库图形库图形库 EDGE控制器与图形包括50种常用的工件在主显示窗下 按图形库键50种工 件图形显示在显示器之中 用上下左右箭头键来选择按回车键选择工件后 选定 哈尔滨理工大学学士学位论文 15 的工件出现在显示窗中 视窗的右测出现参数区 操作者可以输入参数 这些参 数包括工件的长度 高度 半径 引入 引出线的类型等 按确认键后 工件图 被选到主画面 2 3 2 3 2 3 2 3 3 63 63 63 6 文件文件文件文件 对简单的工件程序 操作者可以用编辑功能或图形导向功能在 EDGE 系统上 编程或直接从图形库中调用 但是对于大板材来说一般需要套料 套料是在上位 机上完成的 EDGE 系统提供了文件功能 可以方便地实现工件在上位机与 EDGE 系统间的传递 在主画面下按 文件 按钮 进入文件功能视窗 本视窗 包括了四个按键 从磁盘装载 存入磁盘 从计算机装载 装载 到计算机 EDGE 有软盘和硬盘驱动器 在硬盘上允许创建多个自己的文件夹 创建文件夹用 键 删除文件夹用 键 操作选择了磁盘传递后视窗 右侧出现参考区 允许操作者输入或选择一些参数 例如 从什么地方装文件 装 载到什么地方去 可选择图形库 内存 软盘 硬盘的相应文件夹 要传递的文 件在视窗中全部列出 用户可以选择一个文件或一组文件 但是装载到内存中一 次只可装一个文件 装到硬盘文件夹中的文件可以另起一个文件名 选择主机 传递功能后 视窗的右侧会出现参考区 这些参考包括 从什么地方装载 装载到 什么地方 用户可以选择从主机的哪个目录下载文件 下载到 EDGE 的内存还是 硬盘的某个文件夹 从 EDGE 系统中的内存 硬盘的某个文件夹选择文件传递到 主机 传递到主机的哪个文件夹中 主机中相应文件夹中的全部文件或 EDGE 硬盘中的相应文件夹都可以显示在视窗中 供操作者选择 操作者可以给下载的 文件或上传到主机的文件另起名字 通过文件功能 操作者可以很方便地为 EDGE 系统准备工件文件或把应用过的文件保存起来 2 3 2 3 2 3 2 3 3 73 73 73 7两种割矩升降结构两种割矩升降结构两种割矩升降结构两种割矩升降结构 为了适应不同用户的需要 设计了两种不同的割矩升降结构 其一为割矩 的升降由手动实现 开条装置固定在横梁的托架上 托架的数量视不同轨距而 定 梁安装在同一水平的托架平面上 梁上置有供数个载体横向移动的导轨 载体数量可根据用户要求配置 每个载体上配有一把割矩 并设有横向调节手 轮 该手轮可调节载体的位置及载体间的距离 割矩的割嘴与钢板的距离可通 过升降手轮来调节 此种割矩升降结构具有结构简单 制造成本低等优点 但 操作较麻烦 一般用于小轨距门式火焰切割机 其二为割矩的升降由自动实 横梁导轨上配有数个滑座 其数量可根据用 户所需的割矩数而定 滑座平面上装有电动升降装置 割矩座固定在升降装置 的座上 每个滑座的位置可通过横向调节手轮来设定 割矩座上还配有升降调 节手轮 用于手动调节割矩的高度 割矩的自动升降由电动升降装置来实现 此种升降结构自动化程度高 操作方便 但成本较高 上述两种开条装置中割矩的间距均为手动调整 9 2 3 42 3 42 3 42 3 4 门式切割机的其他配置门式切割机的其他配置门式切割机的其他配置门式切割机的其他配置 根据用户的要求 有些门式火焰切割机上可配有横向小车把它安装在横梁 哈尔滨理工大学学士学位论文 16 的导轨上 并配有横向驱动装置 用于板材的横向切割 其特点与纵向驱动装 置相同 横向小车上配置有割矩自动升降装置 门式火焰切割机的配置较多 用户可根据要求进行选择 所研制的多种配置的门式切割机已有数台在船厂及 钢结构厂使用 性能 质量均得到用户好评 可以深信 随着国民经济的飞速 发展 门式火焰切割机将得到越来越广泛的应用 2 3 52 3 52 3 52 3 5 坐标系统坐标系统坐标系统坐标系统 二套独立的驱动单元分别负责纵向和横向运动 如松脱电磁离合器 可以 用手将机器迅速定位 2 3 62 3 62 3 62 3 6 附加装置附加装置附加装置附加装置 数控切割机还有一些附加装置 主要有 轨道 由一导轨及一支承轨组成 支承轨可以装在任何轨道支架上 氧 乙炔割矩 通过电容式高度传感器进行自动高度控制 有4个割矩 其 中4号割矩有5个自由高度旋转控制 等离子割矩 可以装置等离子切割矩 适应各种材料的切割 氧 乙炔装置 该机配有中央电磁阀负责开启及切断预热和切割氧气体供应 气压调节系统包括切割氧 预热氧以及乙炔气 球形阀 防回火阀及压力调节 面板 2 42 42 42 4 数控切割机的供气系统简介数控切割机的供气系统简介数控切割机的供气系统简介数控切割机的供气系统简介 2 4 12 4 12 4 12 4 1 供气系统原理供气系统原理供气系统原理供气系统原理 供气系统是由气源经过减压器 气体分配器 电磁阀 接止阀 回火防止 器 割矩 割嘴等组成的系统 供气系统用来保证稳定供气及安全供气 数控 火焰切割机供气系统由氧气系统 燃气系统组成 2 4 22 4 22 4 22 4 2 配气系统设计方案配气系统设计方案配气系统设计方案配气系统设计方案 配气系统是将氧气和燃气经调压 分配 电磁阀的开关控制 按照一定要 求引到割矩中进行点火和切割 主要分为 点火气 燃气 助燃氧气 切割氧 气等 2 4 32 4 32 4 32 4 3 供气气源要求供气气源要求供气气源要求供气气源要求 1 氧气 根据现场条件 可采用氧气瓶并联供气 也可用液氧罐供气 也可采用管道 供气 氧气纯度要求99 5 以上 供气压力为1 2 1 6Mpa 2 乙炔 根据现场条件可以用瓶装溶解乙炔 也可用管道供气 供气压力为0 1 0 15Mpa 3 丙烷 石油液化气 根据条件可以用瓶装丙烷或石油液化气多瓶并联 其压力为0 1 0 15Mpa 哈尔滨理工大学学士学位论文 17 2 4 42 4 42 4 42 4 4 压力调节器结构与调整压力调节器结构与调整压力调节器结构与调整压力调节器结构与调整 设备选用的调节器 是选用美国诺冠R73G 4GK NMN型减压器 进口压力 2 1Mpa 出口压力 1 03Mpa 保证单割矩切割最大厚度为200mm 三割矩同 时切割时 最大切割厚度为100mm 调整切割氧气 预热氧气和燃气压力时 首先打开进气的主控阀门 然后 根据割嘴规格将调压器调到给定值 割矩进口处的压力为调节器出口压力 由气路仪表盘压力表显示 切割工 作停止时 需把压力调节器降至零以保护调节器的精度 10 哈尔滨理工大学学士学位论文 18 第第第第 3 3 3 3 章章章章火焰数控切割机的生产流程及工艺要求火焰数控切割机的生产流程及工艺要求火焰数控切割机的生产流程及工艺要求火焰数控切割机的生产流程及工艺要求 3 13 13 13 1 火焰数控切割机的生产流程火焰数控切割机的生产流程火焰数控切割机的生产流程火焰数控切割机的生产流程 3 1 13 1 13 1 13 1 1 切割前准备切割前准备切割前准备切割前准备 切割前 对数控的行走轨道进行检查清理 包括两侧大车轨道 齿条及小 车齿条 钢带的清理 保持轨道清洁无杂物 无障碍 这样数控才能平稳行 走 保证切割质量 另外割嘴的规格要适应板厚 并要透好 预热孔火焰均 匀 切割氧风线长且呈圆柱形 切割前检查电源是否接好 设置好足够的氧气 乙炔 如果开坡口 还要 设置压缩空气 以冷却4号小车的传感棒和吹走传感棒附近的杂物 避免传感棒 因杂物起伏不平而导致坡口面的沟道缺陷 影响坡口质量 开坡口时 压缩空 气的压力不必高 一般在0 5 0 6Mpa就可以 3 1 23 1 23 1 23 1 2 切割切割切割切割 切割的步骤如下 1 按数控方式键 屏幕显示为 SINGLEPROGRAM 单程序 PROGRAMNEST 程序链 CONTINUATION OF PROGRAM AFTER INTERRUPT 中断程序继续 如果选择第一项 按翻页键 屏幕有如表3 1所示 表3 1 单程序显示 MAIN PROGRAM NUMBER 主程序号 FEED RATE mm min 00000 切割速度 KERF 1 10mm 0000 割缝补偿 REPETATION j n 1 0 0 图形重复要 不要 START AT BLOCK NUMBER 0001 起始数据块号 SCALE 1 1000 1000 切割比例 ROTATION 0 1 DGR 0000 旋转角度 0 1度 OPSTOP SINGLE BLOCK 0 1 0 2 行语句输入简短说明如下 1 主程序号 可以手工输入 也可以图形直接调入 2 切割速度 割缝补偿 根据材板厚度选定手工输入 3 图形重复 如果单件切割时 则取0 多件重复切割时 则取1 哈尔滨理工大学学士学位论文 19 4 切割比例 一般取1000 即1 1 需放大或缩小时 根据需要而定 5 旋转角度 在360度以内 逆时针旋转 精确到0 1度 3 填好各项需要的数据后 按翻页键 即可显示切割图形 然后按功能 键F3设置好时间参数 再按功能键F3回到切割图形 选择切割小车 按 开始 键 数控切割机开始切割 如果时间设置不合理 可能出现预热时间少 钢 板温度不够而不能穿孔或预热时间过长 钢板己熔化形成 熔抗氧化而穿孔还 没有开始 或是上升时间 高度控制时间不合理 造成穿