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新型等離子切管機(jī)技術(shù)的應(yīng)用

2024-1-18 來源：滕州市三合機(jī)械股份有限公司作者：張成龍徐寶衛(wèi)

一、概述

隨著現(xiàn)代機(jī)械加工業(yè)地發(fā)展，對切割的質(zhì)量、精度要求的不斷提高，對提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、具有高智能化的自動切割功能的要求也在提升。數(shù)控切割機(jī)的發(fā)展必須要適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械加工業(yè)發(fā)展的要求。

相貫線切割機(jī)的發(fā)展。從現(xiàn)在幾種通用數(shù)控切割機(jī)應(yīng)用情況來看，火焰相貫線切割機(jī)功能及性能已比較完善，其材料切割的局限性（只能切割碳鋼管），切割速度慢，生產(chǎn)效率低，其適用范圍逐漸在縮小，市場不可能有大的增加。

等離子相貫線切割機(jī)具有切割范圍廣（可切割所有金屬材料），切割速度快，工作效率高等特點，未來的發(fā)展方向在于等離子電源技術(shù)的提高、數(shù)控系統(tǒng)與等離子切割配合問題，如電源功率的提升可切割更厚的板材 ; 精細(xì)等離子技術(shù)的完善和提高可提高切割的速度、切面質(zhì)量和切割

精度 ; 數(shù)控系統(tǒng)的完善和提高以適應(yīng)等離子切割，可有效提高工作效率和切割質(zhì)量。

目前，我國機(jī)械工業(yè)鋼材使用量已達(dá)到 3 億噸以上，板材、管材的切割量非常大 ; 隨著現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，對切割加工的工作效率和切割質(zhì)量的要求也同時提高，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、制作高智能化的自動切割設(shè)備的要求也在提升。

基于這種市場需求，并通過廣泛的市場調(diào)研，我司決定開發(fā)新型等離子切管機(jī)。此種切割機(jī)具有切割范圍廣，切割速度快，工作效率高等特點，未來的發(fā)展方向在于等離子電源技術(shù)的提高、數(shù)控編程軟件及系統(tǒng)與等離子切割配合問題 ; 精細(xì)等離子技術(shù)的完善和提高可提高切割的速度、切

面質(zhì)量和切割精度 ; 數(shù)控軟件及系統(tǒng)的完善和提高以適應(yīng)等離子切割，這些相關(guān)配套設(shè)施的發(fā)展會有效提高切割的工作效率和切割質(zhì)量。

根據(jù)國外國內(nèi)市場上同類型產(chǎn)品具備的這些通用特點，公司成立了課題開發(fā)小組，小組技術(shù)人員借助公司已經(jīng)開發(fā)的系列的 PC 等離子板類切割機(jī)的技術(shù)，以及制造過程中總結(jié)的鈑金類制作的生產(chǎn)經(jīng)驗，從目前使用的設(shè)備中存在的問題

和產(chǎn)品質(zhì)量入手進(jìn)行具體情況分析，結(jié)合目前國內(nèi)國際市場上存在的等離子切管類相似產(chǎn)品的研究，形成了一個可調(diào)整、易實現(xiàn)的、符合我們企業(yè)制造特點的產(chǎn)品設(shè)計方案。

二、設(shè)備介紹

1.設(shè)計要求

（1）總體設(shè)計案

鋼管由主軸帶動旋轉(zhuǎn)，同時割炬槍只需進(jìn)行軸向移動即可實現(xiàn)切割要求，所以要實現(xiàn)兩軸聯(lián)動，并且要求能進(jìn)行人機(jī)對話，編程及操作方便，診斷功能及糾錯能力強，具有顯示和通信功能，縮短非生產(chǎn)準(zhǔn)備時間，提高生產(chǎn)率。標(biāo)配為等離子切割方式，選配弧壓手動調(diào)高實現(xiàn)等離子切割。

（2）適用材料

①能在主管上切割多個不同方向、不同直徑的圓柱相貫線孔，滿足支管軸線與主管軸線偏心和非偏心的垂直相交的條件。

②能在支管端部切割圓柱相貫線端頭，滿足支管軸線與主管軸線偏心和非偏心的垂直相交、傾斜相交的條件。

③能在圓管端部切割斜截端面。

④能在圓管上切割焊接彎頭，“蝦米節(jié)” 兩端斜截斷面。

⑤能切割與環(huán)形主管相交的支管相貫線端頭。

⑥能切割變角度坡口面。

⑦能在圓管上切割方孔、腰形孔。

⑧ ) 能進(jìn)行鋼管截斷。

2.主要結(jié)構(gòu)

新型等離子切管機(jī)主要由主軸箱升降部分、割頭部分、支架部分、電氣箱部分組成。機(jī)械系統(tǒng)組成框圖如圖 1 所示。

機(jī)械系統(tǒng)的主要作用是支持割炬部分、主軸部分完成 X-Y 平面的聯(lián)動，并且割炬可以在Z 平面上獨立控制升降，以調(diào)節(jié)割嘴和鋼板間的距離。

3.各組成結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）主軸箱升降部分

此部分結(jié)構(gòu)主要是完成 X 向工件的旋轉(zhuǎn)。為實現(xiàn)工件的旋轉(zhuǎn)，選用主軸和氣動卡盤來實現(xiàn)。利用氣動卡盤手動夾緊管件，氣動卡盤安裝在主軸一端，伺服電機(jī)通過齒輪帶動主軸運動，主軸

旋轉(zhuǎn)帶動卡盤旋轉(zhuǎn)運動，實現(xiàn)割件切割時的旋轉(zhuǎn)運動（如圖 2 所示）。

為了完成裝夾工件切割位置的調(diào)整，采用兩個錐齒輪相嚙合，帶動絲杠與絲母相配合，轉(zhuǎn)動手輪，手動調(diào)整主軸箱的高度，來確定管件切割位置。這種結(jié)構(gòu)不同于以往的相貫線切割機(jī)，以往的相貫線切割機(jī)大部分是通過調(diào)整支撐結(jié)構(gòu)來調(diào)整管件的切割位置。這種調(diào)節(jié)方式，設(shè)置簡單、易于操作，調(diào)節(jié)精度較高（如圖 3 所示）。

（2）割炬部分設(shè)計

該部分實現(xiàn)割炬 Y 軸方向的縱向移動。如圖 4 所示，為實現(xiàn)運動的可靠性與穩(wěn)定性，保證Y 向運行精度，采用斜齒輪、齒條、線性滑軌相配合使用的結(jié)構(gòu)，即左右兩條線性滑軌和齒條均安裝在縱向支撐導(dǎo)軌上，伺服電機(jī)、割炬支撐架

通過電機(jī)座固定在線性導(dǎo)軌的線性滑塊上，伺服電機(jī)通過斜齒輪與齒條相嚙合沿 Y 軸方向縱向移動，即實現(xiàn)割炬在 Y 軸方向的縱向移動。Z 軸手動控制升降以調(diào)節(jié)割嘴和工件間的距離。為了保證割炬升降的精度與準(zhǔn)確性采用絲杠與絲母相配合的結(jié)構(gòu)，手輪旋轉(zhuǎn)絲杠與母相配合，帶動割炬升降，來調(diào)整割嘴與工件間的距離。

（3）支撐部分結(jié)構(gòu)

支撐結(jié)構(gòu)主要包括支撐底座、連接桿、圓管支架、萬向球支撐座等組成。支撐底座是切割機(jī)的關(guān)鍵部件 , 它的作用是支撐工件實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動，并安裝縱向?qū)к墝崿F(xiàn)割炬橫向運動。設(shè)計中要充分考慮支撐底座強度、剛度和工藝性 , 要對其強度及剛度進(jìn)行校核。支撐底座采用矩管焊接，焊接牢固、穩(wěn)定，支撐強度大，不易變形。連接桿與圓管支架固定在支撐底座上端，萬向球支撐座放在連接桿上，且在連接桿可軸向滑動。每個萬向球支撐座上，固定 8 個萬向球，左右對稱排布，用于支撐管件。此結(jié)構(gòu)，能使在其上運行的工作板、物料箱等物體能非常靈活的滑移，從而大大減小工人的勞動強度，安裝方便（只需將萬向球固定在平臺上即可），傳動靈活，性能可靠，維護(hù)簡單（如圖 5 所示）。

（4）控制系統(tǒng)的可靠準(zhǔn)確性

機(jī)床控制元件均選用世界知名品牌 LG 的PLC 控制，其他控制元件選用高品牌具有 CE、UL 或 CSA 認(rèn)證的產(chǎn)品，其高質(zhì)量和高穩(wěn)定性保證了機(jī)器運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性和可靠性。

4.技術(shù)參數(shù)性能指標(biāo)

根據(jù)市場調(diào)研，結(jié)合用戶參考建議，研發(fā)的新型等離子切管機(jī)技術(shù)參數(shù)和性能指標(biāo)為 : 最大的有效切割直徑 300mm; 最小的有效切割直徑50 mm; 主機(jī)導(dǎo)軌 6m ，相貫線導(dǎo)軌 6m; 數(shù)控等離子切割壁厚 1~12mm; 整機(jī)運行速度 5.08m/min; 機(jī)器承重 150kg/m; 機(jī)床體積（長 × 寬 ×高）:7000mm×930mm×1630mm。

三、主要創(chuàng)新點

（1）Y 軸。斜齒輪與齒條相嚙合，線性滑軌，帶動機(jī)頭沿著鋼管軸向移動。此結(jié)構(gòu)，運動平穩(wěn)，運行精度高。

（2）采用兩個錐齒輪相嚙合，帶動絲杠與絲母相配合，手動調(diào)整主軸箱的高度，來確定管件切割位置。這種結(jié)構(gòu)不同于以往的相貫線切割機(jī)，以往的相貫線切割機(jī)大部分是通過調(diào)整支撐結(jié)構(gòu)來調(diào)整管件的切割位置。這種調(diào)節(jié)方式，設(shè)置簡單、易于操作，調(diào)節(jié)精度較高。

（3）支撐結(jié)構(gòu)。支撐結(jié)構(gòu)主要包括支撐底座、連接桿、圓管支架、萬向球支撐座等組成。支撐底座采用矩管焊接，焊接牢固、穩(wěn)定，支撐強度大，不易變形。連接桿與圓管支架固定在支撐底座上端，萬向球支撐座放在連接桿上，且在連接桿可軸向滑動。每個萬向球支撐座上，固定 8個萬向球，左右對稱排布，用于支撐管件，此結(jié)構(gòu)，能使在其上運行的工作板、物料箱等物體能非常靈活的滑移，從而大大減小工人的勞動強度，安裝方便（只需將萬向球固定在平臺上即可）, 傳動靈活 , 性能可靠 , 維護(hù)簡單。

四、市場前景

新型等離子切管機(jī)功能可靠、軟件易學(xué)易懂，機(jī)器操作方便，裝卸管材比較簡單，切口下料效率較高，管件相連接的切割面的質(zhì)量以及弧線能較好的吻合，是管類焊接打破口的高效生產(chǎn)設(shè)備。產(chǎn)品經(jīng)用戶使用，效果良好，滿足了客戶的使用要求，特別是簡單易用的編程操作系統(tǒng)更是得到用戶的青睞。所以我們開發(fā)的等離子切管機(jī)是成功的，很具有推廣價值。

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