火焰切割论文（精选8篇）
火焰切割论文 篇1
0 引言
管料切割机产品按照切割形式主要分为热切割和冷切割两种。其中, 热切割主要是利用集中热能使材料熔化并且分离, 它广泛用于国内造船、压力容器、工程机械、电站设备、桥梁和钢结构等行业中。热切割的方式也有多种, 这里以最常用的火焰切割和等离子切割方法浅析管料热切割机的原理、结构和应用。
1 火焰切割和等离子切割的基本原理
火焰切割是一种古老的热切割方法, 在切割中、大厚度钢板、切割多种形状的焊接坡口和多割炬大批量切割直条钢板等应用场合有一定的优越性。等离子弧切割金属材料已有近50年的历史, 其良好的适用性和经济性已在长期的生产实践中得到了验证, 在l~38mm厚的碳钢以及有色金属的切割中, 等离子弧切割占据主导地位, 并且有广阔发展空间。
1.1 火焰切割原理火焰切割也叫燃气切割, 是利用氧化铁燃烧过程中产生的高温来切割碳钢, 是一个用氧/燃气火焰燃烧的过程。
首先, 钢板的温度必须升至燃点。然后, 氧流在狭长区域氧化金属, 燃烧时所产生的溶渣被切割氧流吹除从而形成割缝。氧燃气切割可用于碳素钢及低合金钢, 厚度可达到几个分米。切割质量取决于材料表面情况、切割速度及材料厚度。在薄板切割方面就存在不足, 火焰切割的热影响区要大许多, 热变形比较大, 切割速度慢, 生产效率相对较低。
1.2 等离子切割原理等离子弧切割是利用高温等离子电弧的
热量使工件切口处的金属局部熔化 (和蒸发) , 并借高速等离子的动量排除熔融金属以形成切口的一种加工方法。等离子切割具有切割速度快, 范围宽等特点, 适合切割低厚度金属板材及多种非金属材料, 最高切割速度可达10m/min, 因此切割面光洁, 热变形小。
在等离子切割领域, 根据等离子气体的种类不同, 可分成空气等离子切割、氧气等离子切割、氩氢等离子切割等。各种等离子弧切割工艺参数, 如空载电压、切割电流和气体流量、电极内缩量和割嘴高度等都直接影响切割过程的稳定性、切割质量和效果。在保证切割质量的前提下, 应尽可能的提高切割速度。这不仅提高生产率, 而且能减少被割零件的变形量和割缝区的热影响区域。
2 火焰切割和等离子切割设备的结构
火焰切割和等离子切割设备结构形式主要由主驱动机构和切割机构组成, 其作用分别为:主驱动机构夹紧工件并带动工件旋转, 切割机构按要求切割工件。主要有卡盘式和滚床式两种。
2.1 卡盘式切割机卡盘式切割机是卡爪式卡盘夹紧水平放置
的工件, 减速电机通过齿轮或链条等带动卡盘旋转, 卡盘带动工件旋转。切割机构大致可分为三轴, 五轴, 六轴, 七轴等。
2.1.1 三轴切割机的三轴为:工件绕X轴旋转, 割炬沿X轴移动和割炬沿X轴摆动。
2.1.2 五轴切割机的五轴为:工件绕X轴旋转, 割炬沿X轴移动, 割炬沿Z轴移动, 割炬沿X轴摆动和仿行跟踪。
2.1.3 六轴切割机的六轴为:工件绕X轴旋转, 割炬沿X轴移动, 割炬沿Y轴移动, 割炬沿Z轴移动, 割炬沿X轴摆动和仿行跟踪。
2.1.4 七轴切割机的七轴为:
工件绕X轴旋转, 割炬沿X轴移动, 割炬沿Y轴移动, 割炬沿Z轴移动, 割炬沿X轴摆动, 割炬沿Y轴摆动和仿行跟踪。
卡盘式切割机主要适用于中小管径φ25-φ630mm的管子切割, 可切圆管和方管。一般为卡盘固定, 托架托动工件升降调整工件中心高度以满足切断不同管径的管料。而如果需要轴向输送工件时, 则为托架固定, 卡盘升降调整中心高度以满足切断不同管径的管料。
2.2 滚床式切割机滚床式切割机的驱动机构是减速电机通过
齿轮或链条带动托盘旋转, 托盘靠工件自重形成的摩擦力带动工件旋转。切割机构和卡盘式相同。
滚床式切割机主要适用于大中管径φ60-φ1520mm的管子切割, 只能切圆管, 或者增加圆形旋转工装后可切割方管。一般滚床托盘固定, 靠切割机构升降以满足切断不同管径的管料。而如果需要轴向输送工件时, 则为可调整两托盘之间的距离, 调整工件高度以满足切断不同管径的管料。
目前的滚床式切割机产品大都是主传动机构在一侧, 使用电机和托盘之间使用齿轮传动, 因此长距离轴输送扭矩, 从电机端到另一端, 长轴的扭转变形, 会造成两端旋转速度不同, 而很容易产生工件轴向窜动或卡滞。而如果把切割机主传动机构在中间, 或者两端同步电机传动, 则可有效降低两端旋转速差。
3 火焰切割和等离子切割的应用
火焰切割和等离子切割的切割形式和工件断面形状基本相同, 一般用于管件相贯线的切割。而相贯线切割机按切割形式主要切割形状可分为:
3.1 三轴切割机 (1) 开槽切割; (2) 四方孔切割; (3) 端部切断并开坡口。
3.2 五轴切割机 (1) 开槽切割;
(2) 四方孔切割; (3) 端部切断并开坡口; (4) 斜交支管端头切割; (5) 同径V字支管端头切割; (6) 切割焊接弯头、虾米节两端斜截端面; (7) 两支管交叉相贯线切割; (8) 三 (多) 支管交叉相贯线切割; (9) 主管开相贯线孔; (10) 固定坡口、定角坡口、定点坡口的切割。其中:定角坡口是割炬以固定角度进行切割;定点坡口是在切管的0°、90°、180°、270°点上设定角度, 在定点位置之间割炬自动变化坡口角度进行切割;固定坡口是输入相贯的焊接坡口角度, 系统自动计算切割的坡口角度进行切割。
3.3 七轴切割机 (1) 能在主管上切割相贯孔, 满足主管轴线与单根支管轴线偏心与非偏心、垂直与倾斜相交等条件;
(2) 能在支管端部切割相贯线端头, 满足单根支管轴线与主管轴线偏心与非偏心、垂直与倾斜相交等条件; (3) 能在管子上切割平行管轴心的方孔、腰形孔、圆角矩形孔, 满足偏心与非偏心, 垂直与倾斜相交等条件; (4) 能在管子上切割平行管轴心的方槽、腰形槽、圆角矩形槽, 满足偏心与非偏心, 垂直与倾斜相交等条件; (5) 切断型切割可同时开槽; (6) 能切割焊接弯头“虾米节”的两端面及切割垂直和斜截端面; (7) 能切割同规格管材多管对接端面; (8) 能切割与环型主管相贯的支管相贯线端头, 单根支管情况可偏心; (9) 能切割与矩形管相贯的圆支管端头; (10) 能切割无主管、有主管单管相贯, 多管相贯的支管相贯线端头。支管与主管轴心需相交于一点。主管可直管、弯管或方管;11可开定角度、变角度、定距离及变距离的坡口及360度的孔坡口。
在现代化生产中, 管料热切割设备越来越多的应用于石油、煤矿、船舶、建筑、生活用品等很多方面。为满足自动化使用需要, 提高生产效率和生产安全性, 管料切割设备还可增加自动上下料系统, 使其和其他前序加工和后续加工有机的连接成一个整体的生产线, 更好的实现无人高效安全操作。
参考资料:
摘要：对于管料切割来说, 从简单的切断, 开坡口, 到复杂的相贯线、“虾米节”等, 火焰和等离子切割可满足各种切断要求, 而且成本低, 断面形状质量好, 应用广泛。
关键词：热切割,等离子切割,火焰切割,相贯线
参考文献
[1]殷浩澍.国内自动化热切割技术发展态势分析.上海船舶工艺研究所.2009-9-18.
[2]杭争翔.等离子切割在热切割中的地位.中国金属加工在线.2008-3-4.
[3]孔德杰, 张光先, 乔立强.数控等离子切割技术在我国的现状与发展.电焊机, 2005-35-1.
[4]毕承恩, 丁乃建.现代数控机床 (上下册) .上海交通大学出版社.1993.
火焰切割论文 篇2
一、故障表现：
在切割时机床出现抖动，在切割圆、圆弧、斜线时，由于阻力导致不匀速，导致切割面成波浪形，已排除排版的多段线原因。
二、故障原因：
1、轨道坑洼较多，坑洼出现的原因：（1）吸盘吊小板时出现跌落，砸到轨道。（2）切割的细颗粒熔渣掉在轨道上，机床行走就会在轨道面上压出小坑（轨道硬度低）。对轨道面的高点已处理，效果有限。
2、轨道接头有挤压造成的毛刺和高点，已处理，效果有限。
3、机床、轨道有不同程度的倾斜，特别在倾斜角度不同时，轨道边上的坑对机床影响很大。
4、伺服电机的减速机内部间隙较大，运行时噪音偏高（与另一台新减速机做对比）。初步判断减速器内齿轮磨损较大。
5、齿条多个接头磨损严重，接头处对机床行走影响较大。
6、减速机外齿轮已磨损。
三、处理建议：
1、先更换伺服电机的减速机。先排除减速机带来的不匀速。
2、更换减速机外齿轮。轨道磨平，重新找平安装，再安装齿条，并对磨损严重的齿条更换。
俞强
火焰切割论文 篇3
日前, 由哈尔滨焊接研究所研制的"超大厚度钢锭火焰切割设备"通过了黑龙江省工业和信息化委员会组织的新产品鉴定。最大切割厚度达到3.5m, 主要技术指标国内领先、达到国际先进水平, 与日本的技术水平持平。
据介绍, 超大厚度火焰切割设备是超大型铸锻件项目配套的数控切割技术装备。目前, 国内对2.6m以上厚度金属件的切割技术设备还没有制造能力, 国外对我国实行技术封锁, 是困扰我国超大金属工件切割加工的技术瓶颈。
该设备的切割厚度最大可达3 500 mm、断面垂直度可控制在12 mm/m以内、切割速度最高可达35 mm/min。该产品在以下方面实现了技术突破, 均属国内首创:1) 研发了超音速外混式割炬割嘴, 开发了2 000~3 500 mm超大厚度钢锭火焰切割工艺, 实现了高效优质切割。2) 研发了超大厚度钢锭火焰切割专用的大流量回火防止器, 性能稳定、可靠。3) 研发了大流量能源介质系统, 通过对能源介质压力和流量等工艺参数的远程控制, 实现了火焰形态的适应性调节。
数控火焰切割机改造研究与应用 篇4
1 数控及伺服驱动系统改造
1.1 数控设计方案明确
数控机床的工作原理也就是通过数字控制技术实现展开制造、加工的一种行为, 并且具备自主操控的优势, 其系统是达成数字控制的一种配置, 如图1所示。
其中, CNC属于系统中的核心部门, 涵盖了诸如存储器、总线、CPU、以及控制软件等。CNC按照所指定的需要制造加工的相关程序展开轨迹行为, 以及进行对机床的输入输出解决, 最后再输出相关指令至与之相对的执行部件上, 其功能类似于人体的大脑。
当伺服系统接收到CNC输送而来的进给指令, 就把此类指令通过换位与扩展后, 利用驱动设备换化成为执行部件需要的进给速度、方向、位移等。它将来源自数控的十分微弱的指令扩展为驱动装置应用的功率信号[1]。驱动单元把伺服单元中的输出行为转换成为机械活动, 驱动单元和伺服单元共同为数控装置和机床中的传动部件的纽带。
1.2 伺服系统改造
数控机床主要是根据相关指令脉冲进行工作, 伺服系统则属于以数控机床移动部件位置与速率作为控制量的一种系统。因此, 伺服系统的程度直接影响着数控机床的操作精度、运行速度等相关指标。在对伺服系统展开改造的过程中, 必须坚持一下原则:第一, 调速范围宽。这里所说的调速是指进给速度能够在比较宽广的区域中无级变化, 且应当维续均匀、平稳、速降小的状态。在零速状态时, 伺服则处于锁定;第二, 可逆运行。伺服系统可以较为机敏的完成正、反向运行。处于加工阶段时, 机床在随机状态根据轨迹行为标准, 即时完成。另外, 不可拥有反向间隙。第三, 具备传动刚性与速率稳定性。伺服系统应当拥有优质的静动态负载属性, 四度系统在切削环境产生改变时, 应当让进给速度维续恒定状态。
改造伺服系统中的开环系统环节中, 指令脉冲的输入和步进电机的旋转角度息息相关, 后者每次都受前者影响。进给指令信号利用脉冲分配器来操作电路。开环系统的特点可以归纳为, 操作便捷、组织简单, 但是精确不良。如图2所示, 改造之前数控机床横宗向驱动是步进单元, 在加工的过程中时常会产生误差过大、应对迟缓等问题, 故而, 在改造时放弃该系统[2]。与之相对的闭环系统是按照来源于反馈信号和指令信号的对比结果实施对速度与位置的控制。因为现实中的火焰切割机的作业环境往往不甚理想, 温度较高、粉尘大、稳定性存疑, 故而, 此类系统无法实现。
对比之后, 本文所改造的系统选择为半闭环系统。电机附有编码器, 不但性能出色, 且组织构成简单, 还能够确保精度。半闭环系统检测元件装置于机床传动部件中, 从侧面测量执行部件的位置。半闭环系统只可以弥补系统环路内部元件出现的误差, 所以, 其精度相较于闭环系统略低, 然而其组织和调试都更为便捷, 并且平稳, 性能优异。
2 电气控制结构改造
2.1 电气控制设计方案
电气控制部分中的CNC数控系统, 是利用驱动控制柜实现对数控机床制作加工的自动化控制。例如, 利用驱动控制柜1*1插口进入至JV控制电源插槽, 从而实行对电源控制;CNC系统利用控制柜1J1插口进至J1面板开关信号插实行开关量控制;CNC系利用1J3、1J4插口禁止J3 (X驱动信号) 、J4 (Y驱动信号) 插槽实行信号控制[3]。控制柜接口主要是指控制柜和元件之间的输入和输出口。控制柜接口实现外部期间、CNC、以及电源的转接。
2.2 PID控制改造
PID控制在数控生产的过程中属于最为常规的控制办法。系统主要由PID控制器及被控主体构成。PID控制器属于线性控制器, 把偏差的比例、积分利用线性组合形成控制量。因为计算机控制属于采样控制, 其至可以按照采样时间的偏差完成对控制量的计算。
电动机的运行轨迹的数字PID控制系统通过单片机实现, 位移检测设备用于实时检测电动机的输出位移量, 且把观察到的结果反馈到单片机系统。
2.3 检测装置
测量装置属于确保数控火焰切割机精度的重点, 其将位移测量信号当成反馈信号, 且把测量信号改变成为数字, 之后再运回至计算机, 再与指令脉冲展开对比且操控驱动元件正确运转。本文系统所择取的旋转式增量脉冲编码器。所以增量式主要是针对位移增量的测量, 也就是数控工作台如果移动某一长度, 装置便会产生一个脉冲信号。
2.4 监控系统软件工作流程
按照火焰切割机需要实现的诸多类任务, 能够得出控制系统在其工作中的一些状态:第一, 等待状态。控制任务尚没有展开调度, 并未和外部设备实施通讯, 控制参数仍然维续于之前加工任务完成后的数值。第二, 自检状态。在接收到电气系统的自检命令后, 系统初始化设备, 之后根据设置进至电气系统中的自检程序, 且送回自检结果, 一旦输入停止指令后, 系统恢复到等待状态。第三, 错误报警状态。一旦系统显现并不常规的状态时, 第一时间进至与之相对应的解决子程度, 且提醒用户。第四, 伺服控制状态。当系统接收至伺服控制命令, 利用DI口给控制机输入运行指令, 之后根据加工命令展开与之相对应的工作程序, 一旦加工结束后, 系统回顾到等待状态。
在安装、调试、检测时, 如图6所示, 先把主电源回路接好, 着重注意不可将强电电源中的输入、输出端接反;之后则是数控系统输入、输出开关量控制线连接、以及对数据输入输出线的连接。数控系统和轴伺服控制线连接;工作台上的电机电源线、反馈线连接;工作台上的其他控制线连接。连线完毕后, 需要展开检测与调试, 线路检查过程中需由强至弱检测, 根据线路走向顺序检测, 通过万用表逐步实施测量。
3 结束语
最大程度掌握数控火焰切割机计重点及应用难点, 毫无疑问是火焰切割机应用优势能够激发至最大水平的重中之重。其在现实应用阶段当所显现出的特征有, 自动化控制、切割信息储存修改以及保存、运行稳定和可操作性强。缩减切割零件后续打磨与装焊时间。数控火焰切割机的应用优势更需要引起人们的广泛关注与重视, 并能够在实践操作中得到不断发展及深化。
参考文献
[1]李亚江.切割技术及应用[M].北京化学工业出版社, 2012, 22 (13) :284.
[2]机械设计手册编委会.机械设计手册 (新版) (第1卷) [M].北京:机械工业出版社, 2012, 22 (13) :284.
火焰切割论文 篇5
关键词：数控,切割机,尺寸
1 数控火焰切割机特点
微型数控切割机在切割方式上可以有火焰切割和等离子切割两类, 便携式数控火焰切割机主要应用于金属板材快速加工的精细切割机设备, 使用于铁板, 铝板, 镀锌板, 白钢板等金属板材的切割机。便携式数控等离子切割机具有高质量, 高精度, 可操作性强等基本特性, 同时具有于激光切割相媲美的切割精度和更胜于激光切割机的价格优势。因此广泛应用于汽车、造船、工程机械、石化设备、轻工机械、航空航天、压力容器以及装饰、大型标牌制造等各行各业, 适合碳钢 (火焰切割) 、不锈钢以及铜、铝 (等离子切割) 等金属板材切割和下料作业。根据金属材料和切割金属的厚度从工艺角度来说, 一般5mm以上的碳钢板推荐用火焰进行切割, 因为他本身的切割坡口质量比较垂直, 坡口很小, 最大切割厚度可以达到200mm, 不锈钢和有色金属不能用火焰进行切割。
切割机应用目前有金属和非金属行业, 一般来说, 非金属行业分的比较细致, 像有切割石材的石材切割机, 水切割机, 锯齿切割机, 切割布料和塑料, 化纤制品用的激光切割机, 刀片式切割机切割金属材料的则有火焰切割面, 等离子切割机, 火焰切割机里面又分数控火焰切割机, 和手动的两大类, 手动的类别有, 小跑车, 半自动, 纯手动, 数控的有, 龙门式数控切割机, 悬臂式数控切割机, 台式数控切割机, 相贯线数控切割机等等。
2 数控火焰切割机的误差影响
数控火焰切割机设备在切割方式上以火焰切割和等离子切割为重要切割手腕。固然在切割精度及速率上胜于火焰切割, 但关于25MM厚度以上的资料切割性价比绝对偏低。至2001年成立以来, 已陆续10年专业开发数控切割机及相干操控零碎, 所开发的数控操作零碎汲取行业下风, 具有操作方便、维护俭朴、牢靠高效等特点, 一同联合企业运用习气, 增设批量切割功效, 能大批量的陆续主动切割, 兼容性方面, 成本要素, 可配套行业内下风制图下料软件同步运用。目前市场上重要采取的处理方式为将开放式数控零碎使用于数控切割机操控, 其特点在于降低零碎成本, 并且应用优越的软件敏捷性, 使数控切割机的加工误差经由软件补偿的方式得以根本消弭。相干技巧目标方面, 其火焰切割挪动精度可到达0.01mm/步, 有用缓解了机床在沿轨道方向运转的误差。另外设备中零件的加工精度和拆卸精度不高发生的传动误差以及齿轮回程误差都对机床本身的传动精度有显著影响, 招致割炬运转速率很低 (有时低至0.1m/min以下) 一同使机床在沿轨道方向上有较大运转误差。除此之外, 所生产的ZLQ系列数控切割机, 从实践切割中总结经历, 资料板面光亮度无穷要求下对割炬增长主动调高安装, 以确保割嘴与钢板的高度处于最佳的形数控火焰切割机态, 从而失掉最佳的切割效果和最长的割嘴运用寿命。
3 数控火焰切割钢板零件的尺寸保证
在数控火焰切割钢板零件的过程中, 保证切割零件尺寸精度的关键是解决好热膨胀、选择合适的切割路径。通过分析、对比与讨论, 提出相应措施和选择原则.随着经济的飞速发展, 通过使用数控机床来提高生产效率和精度已屡见不鲜。尤其是在钢板下料中, 数控火焰切割设备的广泛运用, 极大地提高了生产效率和产品质量。特别是形状复杂的零件下料, 采用数控火焰切割设备, 可以达到事半功倍的效果。
3.1 数控火焰切割中出现的问题分析
从理论上讲, 一个零件的切割程序编好, 并且确定了割缝补偿, 那么设备运行切割时的轨迹就是一定的, 切割出的零件尺寸就不再会变化。但在实际切割过程中, 我们发现割出的零件还是存在一定的偏差, 特别是一些直接切割下料后不再进行加工的工件。如果解决不好尺寸偏差问题, 对产品的质量就会产生较大的影响。
通过多年的切割实践和总结, 分析得出以下两方面的影响因素:
(1) 热膨胀量的影响在实际切割过程中, 整张钢板上切割零件有先有后。刚切割时钢板的温度接近室温, 但零件切割的速度很快, 尤其当零件不是很大时, 一个零件切割完成时整块钢板还未来得及升温、热膨胀;或者虽然有局部的升温, 但热膨胀受到周围室温状态钢板的约束, 此时切割的零件尺寸比较精确。随着切割零件的增多, 热量的不断输入, 钢板温度不断升高, 热膨胀量也不断增大。如果不给割缝补偿k加上一个单侧热膨胀补偿量Δt , 那么再切割的零件冷却至室温测得的尺寸与第一个切割零件测得的尺寸就会有偏差, 且偏差会随着钢板热膨胀量的增大而增大, 直至趋于平衡 (即切割的热输入与钢板的散热达到一个基本平衡) 。这是由于钢板在不同温度下产生的热膨胀量不同, 导致了钢板的体积变化, 而对割缝补偿k不加以修正 (增加热膨胀补偿量Δt ) 则切割轨迹就不会变化, 那么切割的零件冷却后体积就会缩小, 尺寸当然就变小了。
(2) 切割路径选择的影响保证零件切割尺寸的另一个关键就是切割路径的选择。如果切割路径选择不好, 就不可能切割出高精度的零件。例如, 要在一张较大钢板上切割R200mm的圆法兰。方案一选择的切割路径为切割引入线→A→B→C→D→A, 方案二选择的切割路径为切割引入线→B→A→D→C→B。这两种方案在切割过程中R200mm的圆法兰与整张钢板的连接刚度随切割点的前进都在降低, 但方案一中的连接刚度在切割点到达D点时已降至很低, 从而无法保证D→A段切割的刚度, 故零件尺寸无法保证。方案二, 切割过程中的连接刚度在B→A→D→C段都比较高, 只有在接近B点时连接刚度才迅速降低, 但到达B点时零件的切割也随之完成, 故零件尺寸能够得到保证。
3.2 措施
(1) 对于长短径比相差不大的零件, 其各个方向的热膨胀量基本一致, 故只需给割缝补偿k加上一个单侧热膨胀补偿量Δt 即可 (具体数据可视零件大小、钢板厚度等, 通过计算、试验或凭操作经验来确定, 此处不论述) 。
(2) 对于长短径比相差较大的零件, 其各个方向的膨胀量也就相差很大, 故不能仅给割缝补偿k加一个单侧热膨胀补偿量Δt就可以保证切割零件的尺寸。而应给割缝补偿k加一个短径方向的单侧热膨胀补偿量Δt1, 同时长径方向的热膨胀补偿量与短径方向的热膨胀补偿量的总差值[即2× (Δt2-Δt1) ]应直接在切割程序上进行增加, 这样才能保证切割零件的尺寸精度。
(3) 如果操作工对钢板热膨胀量的控制不熟悉或没有足够的经验, 也可以采用物理降温的办法 (如循环冷却水、冷却液等) 对切割工件进行跟踪冷却和降温, 使切割钢板尽量处于接近室温的状态, 使钢板的热膨胀量得到控制, 从而使切割零件的尺寸得以保证。但只有当钢板的淬硬倾向不大, 或微量淬硬对产品质量是允许的情况下才能采用这种方法。
(4) 在切割过程中, 无论选择何种切割路径, 在零件切割接近完成点以前都必须使零件与钢板之间具有足够的连接刚度, 才能保证零件的切割尺寸和精度。
(5) 正确设置数控火焰切割机切割运行速度。在实际数控火焰切割的加工使用中, 考虑到火焰切割的加工板厚差异较大, 钢板的切割速度是与钢材在氧气中的燃烧速度相对应的, 但是很多企业无法准确把握不同材料及厚度情况下对数控火焰切割机的速度设置。
过快的切割速度会使切割断面出现凹陷和挂渣等质量缺陷, 严重的有可能造成切割速度会使切口上边缘熔化塌边、下边缘产生圆角、切割断面下半部分出现水冲状的深沟凹坑等等。在实际生产中, 应根据所用割嘴的性能参数、气体种类及纯度、钢板材质及厚度来调整切割速度。切割速度直接影响到切割过程的稳定性和切割断面质量。如果想人为的调高切割速度来提高生产效率和用减速切割速度来最佳的改善断面质量, 那是办不到的, 只能使切割断面质量变差。
在正常的火焰切割过程中, 切割氧流相对垂直的割炬来说稍微偏后一个角度, 其对应的偏移叫后拖量。速度过低时, 后有后托量, 工件下面割口处的火花束向切割方向偏移。如提高割炬的运行速度, 火花束就会向相反的方面偏移, 当火花束与切割氧流平行时, 就认为该切割速度正常。速度过高时, 火花束明显后偏。通过观察熔渣从切口喷出的特点, 可调整到合适的切割速度。
参考文献
[1]陈金成, 周向东, 黄剑.基于工业PC机的数控火焰切割机数控系统开发[J].机床与液压, 1999, (5) .
[2]宋喜庆, 李满霞.新型数控火焰切割机智能系统[J].电工技术, 2003, (9) .
[3]李金伴, 马伟民.实用数控机床技术手册[M].北京:化学工业出版社, 2007, (10) .
基于面域的火焰切割信息自动识别 篇6
使用数控火焰切割设备完成金属结构件的下料工作时,为提高效率,可借助自动编程软件编制切割程序。自动编程软件根据输入的排样图,经一系列的处理后,最终输出切割程序。排样图中包含了所有切割信息—既包含所有待切割零件的轮廓信息,又包含为保证零件切割质量而添加的引入线的信息。切割时,引入线与零件轮廓间有特定的切割顺序要求:先切割一条引入线,再切割与之相连的零件轮廓。因此,准确地识别出全部切割信息是进行自动编程的前提和基础。根据自动化程度不同,自动编程有两种方式:①部分与编程相关的工作实现自动化,这是目前较为常见的自动编程方式。编程过程中需人工进行轨迹规划[1,2],信息识别、数控程序编制工作自动完成。由于切割轨迹为人工确定,信息识别过程中不需对引入线信息和零件轮廓信息进行区分。这种编程方式过程中人工操作量大,效率较低,不符合敏捷制造的要求。②与编程相关的所有工作都实现自动化,这是自动编程的发展趋势。编程过程不需人工干预,所有工作全部自动完成,编程效率高。信息识别过程中若不对引入线信息和零件轮廓信息进行区分,会影响到轨迹规划的运算速度及轨迹规划结果的准确性。因此,准确地识别切割信息是提高编程效率、保证编程结果正确性的基础。近年来,一些学者对第2种自动编程方法进行了研究,并进行了自动编程软件的开发,但都存在不足。如按文献 [3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13]中介绍的方法,不需人工干预都可以完成进行自动编程工作,但又存在共同的缺点—对排样图的绘制质量的要求苛刻,必须保证零件的轮廓线绝对封闭,否则不能处理,该软件并未得到业内普遍认同。由此可见,通过进一步的研究,提出一个有效的切割信息自动识别方法,对自动编程软件的开发具有现实意义。
本研究在分析火焰切割信息和面域对象特点的基础上,提出基于面域的火焰切割信息自动识别方法。
1 识别方法的提出
AutoCAD排样图中的切割信息通过构成AutoCAD图形的图形元素(简称图元)表示。构成AutoCAD图形的图元包含基本图元和复合图元。基本图元指不可分解的图元,包括点、直线、圆弧、圆、椭圆及椭圆弧。复合图元(如块、面域,多线段等)为基本图元的集合体,可分解为若干基本图元。在排样图中,引入线可通过一段直线基本图元或圆弧基本图元表示,不能与其他图元一起构成封闭图形,如图1中的基本图元1、8、9和12所示;零件轮廓通过一个或多个基本图元表示,可以构成封闭图形,如图1中的基本图元2、3、4、5、6、7、10、11和13所示。通过判断排样图中的基本图元能否构成封闭图形,可以判断该基本图元所表示的切割信息。AutoCAD面域对象可以视为以基本图元为轮廓的封闭图形。因此,可以借助AutoCAD面域对象对切割信息进行自动识别:以排样图中表示切割信息的所有基本图元为条件构造AutoCAD面域对象,能构成面域轮廓线的基本图元表示零件轮廓线,反之表示引入线[14,15,16]。
2 信息识别过程
2.1 图形分解
绘制排样图时,为了提高绘图速度,经常调用复合图元生成指令。导致排样图中除了包含基本图元外,还有复合图元。复合图元中的各个基本图元表示的切割信息可能不同:某些基本图元可能表示引入线,而其他的基本图元表示零件轮廓线。由于复合图元是一个整体,不能够准确判断切割信息。因此,切割信息识别时,需先把排样图中的复合图元分解为基本图元。若排样图中的复合图元存在公共边,分解后会出现完全重合的基本图元,造成图形中的切割信息重复,如图2中的基本图元3与5所示。重复切割信息要删除,以保证图形中的切割信息且有唯一性。
2.2 轮廓线识别
本研究以排样图中表示切割信息的所有基本图元为输入图元构造AutoCAD面域对象,用以识别轮廓线信息。每构造一个面域,都表示识别出待切割零件的一段封闭轮廓线。构造的面域应与待切割零件的封闭轮廓线一一对应。轮廓线识别过程中可能会出现过识别和漏识别,须进行处理,以保证信息识别的准确性。
2.2.1 过识别轮廓处理
由于不同零件的结构复杂程度不同,零件的排列方式不同,可能引起切割零件过识别。待切割的零件如图3(a)所示, 4个零件的共边排样图如图3(b)所示。轮廓线识别时,可识别出了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 、Ⅳ、Ⅴ五条封闭轮廓线,轮廓线Ⅴ为过识别。轮廓线过识别导致重复切割、切割质量降低、切割轨迹增长、切割成本提高等不利影响,须有效处理。直接的处理方法是删除过识别轮廓线。删除过识别的轮廓线,须先判断哪些轮廓线是过识别的。这项工作人工操作并不复杂,但是计算机很难独立完成,可采用人机交互实现:首先标记识别出的轮廓线,然后人工判断是否存在过识别轮廓线。若存在过识别轮廓线,直接删除即可。
2.2.2 漏识别轮廓处理
轮廓线识别是借助面域对象的构造来实现的。构造面域对象对基本图元的连接要求非常严格。但事实上,无论操作者怎样注意,绘图时也可能会出现失误,使图元间未连接或者连接点有误差,导致图形不封闭。正确排样图如图4(a)所示,出现失误的排样图如图4(b)所示。由于失误, 图4(b)中零件轮廓线上的b′点与b点不重合,轮廓线未封闭。轮廓线识别时,bc、cd、b′d不能识别为轮廓线,引起轮廓线漏识别。轮廓线漏识别,导致切割信息识别不准确,会影响后续轨迹规划的结果的正确性。漏识别的处理也需要人机交互完成:标记识别出的轮廓线后,人工判断是否存在漏识别轮廓线。若存在漏识别轮廓线,手动拾取相应的基本图元并使之正确连接,重新构造面域对象即可。
2.3 引入线识别
在表示切割信息的所有基本图元中,除去已识别出的轮廓线外,其他的都表示引入线。
3 识别实例
本研究按上述方法进行切割信息识别,排样图及识别结果如图5、图6所示。
4 结束语
笔者在分析火焰切割信息特点和面域对象特点的基础上,提出了基于面域的切割信息自动识别方法。经识别试验验证表明,此方法操作方便、信息识别效率高,识别出的切割信息完整、准确,为后续自动编制合理的数控切割程序奠定了基础。
摘要：在数控火焰自动编程过程中,为了实现切割信息的准确、自动识别,首先分析了排样图中包含的引入线及零件轮廓线的表达方式和特点,并对比AutoCAD中面域对象构成方式和特点,提出了基于面域的火焰切割信息自动识别方法。然后详细地阐述了识别过程,并针对识别过程中可能出现的问题,提出了有效解决方案。最后进行了信息识别试验,试验结果表明此方法方便、高效,识别结果完整、准确,为自动编制数控切割程序奠定了基础。
火焰切割论文 篇7
1 数控火焰切割机
数控火焰切割机 (CNC Cutting Machine) 就是用数字程序驱动机床运动, 搭载火焰切割系统, 使用数控系统来控制火焰切割系统的开关, 对钢板等金属材料进行切割。这种机电一体化的切割设备为数控火焰切割机。数控火焰切割机切割的优点较多, 比如具有大厚度碳钢切割能力, 切割费用较低等, 但也要充分正视其缺点, 数控火焰切割机切割容易出现变形大, 切割精度不高等情况, 需要引起重视。
数控火焰切割机以控制工控机为原理, 对产品进行切割。但随着社会的发展, 切割机的发展也越来越先进, 不同的切割机适用范围也不同, 在进行切割时, 要考虑资金投入以及切割机本身的切割程度。数控火焰切割机完善了火焰切割机切割密度小的缺点, 具有生产投入资本小, 切割面积和切割深度大, 对精密度不太高的产品也可以进行切割等优点。是现代钢铁制造业切割工序的首选。
2 数控变形的编程控制经验
2.1 先内后外法
在进行编制前, 先对零件的形状进行准确的分析, 分析的内容主要围绕:零件在切割时的变形特点、零件切割过程中呈现的状态等等, 结合综合性的分析, 执行相关的切割计划, 计划中包括对切割起始点的确定、切割的方向以及切割的顺序。计划的完善与否关系到后期整个数控变形编程控制的开展。有学者发现, 在进行法兰条切割时, 通过完善的切割计划———预期达到的预热效果、穿孔的方向和细节、切割走向的计划, 按照计划来执行后, 从内圆弧到外圆弧, 一气呵成, 精准到位, 整个法兰条的切割非常成功, 变形非常小并且精度很高, 切割效果理想。
2.2 间断切割法
间断切割法与的应用与“先内后外法”有所不同, 间断切割法能够用于体积较大且长的零件, 比如薄板、中厚板等等。这是因为间断切割法能够更好地实现对体积较大的零件进行切割时, 达到控制变形的效果。零件如果在切割过程中发生了严重的变形, 要达到预期的使用效果是不可行的, 有的甚至会出现一些安全隐患。因此, 一定要选择正确的方式来进行切割。间断切割法的实施, 首先要确定不予切割的点, 这些点通常为几个或多个, 并做好标记;然后, 在对零件进行切割时, 通过有效的连接来实现钢板与零件的一体化, 最后再将预设要切割的点进行切开。将钢板与零件一体化是为了避免在切割的过程中出现零件被割跑的情况, 减小零件的收缩变形。
2.3 多割炬冲条下料法
多割炬冲条下料法通常应用在宽度比割炬之间最小距离要大的零件, 割炬的作用是使氧与乙炔按比例进行混合, 形成预热火焰, 并将高压纯氧喷射到被切割的工件上, 使被切割金属在氧射流中燃烧, 氧射流并把燃烧生成的熔渣 (氧化物) 吹走而形成割缝。割炬是气割工件的主要工具。在使用时, 需要注意以下几点: (1) 选择合适的割嘴:装配割嘴时, 操作人员必须使多割嘴的内嘴和外嘴保持同心, 才能保证切割氧射流位于预热火焰的中心, 并且在安装割嘴时注意拧紧割嘴螺母; (2) 保持割嘴通道清洁割嘴通道应经常保持清洁光滑, 孔道内的污物应随时用通针清除干净。 (3) 回火的处理。当发生回火时, 应立即关闭切割氧调节阀, 然后关闭乙炔调节阀及预热氧调节阀。在正常工作停止时, 应先关切割氧调节阀, 再关乙炔和预热氧调节阀。此外, 如果在切割的过程中, 出现了点火后火焰正常, 但打开切割氧调节阀时, 火焰就立即熄灭的情况。原因大多是因为割嘴头和割炬配合面不严。此时应将割嘴拧紧, 无效时应拆下割嘴, 用细砂纸轻轻。研磨割嘴头配合面, 直到配合严密。
2.4 二次切割法
二次切割法是在单次切割法的基础上再次进行切割, 能够有效避免出现工件侧弯过大等情况, 能够达到更好的切割效果, 也更加符合设计图的要求。此外, 一方面不论选择哪种切割方法, 一定要尽可能避免出现零件变形的情况, 首先, 在切割的过程中不要断断续续, 并且走向和切割点一定要精准;其次, 在切割前一定要检查各气路、阀门, 是否有无泄漏, 气体安全装置是否有效, 在切割时要保障有规则、对称性;最后, 如果是进行批量工作, 需要对较多的工件进行切割, 则要做好固定工作, 确保切割过程中工件的稳定性。在另一方面, 对于工件的切割是一项需要有熟练技术的工作, 操作人员必须有过硬的技巧。针对这一问题, 相关单位也要注意做好对技术人员操作能力的要求和培训, 实现人工和机械之间的完美搭配。
3 数控火焰切割机的应用价值
3.1随着数控火焰切割机的不断发展, 渐渐地避免了以前许多的不足之处。数控火焰切割机具有切割成本低的优点, 这对我国制造企业的是个极大的优势。在发展的新阶段, 许多企业都面临资金不足的问题, 而数控火焰切割在资金投入方面具有极大的优势, 往往是刚开始发展或是资金不足的制造企业的首选。
3.2与等离子切割机相比较, 数控火焰切割机虽然对一些有色金属和不锈钢进行切割, 但是数控火焰切割机能对普通的钢材进行切割, 而且能切割厚度较大的钢材。据调查, 我国目前已经掌握了≥2000MM厚度的切割技术。这对许多制造企业具有重大的意义, 不仅提高了切割的效率, 而且节省了加工时间。
3.3数控火焰切割机, 将电子数控程序和火焰切割相结合, 用电子程序解放了人类的劳动力, 完善了火焰割切精密度低的缺点, 大大地提高切割的精密度, 是切割工艺史上的重要转折。这种具有相当精密度又成本低的切割机, 在制造业中得到了广泛的使用。
3.4在不断发展中, 我国一直在落实可持续发展战略, 提倡减少工业污染, 加大对污染的处理, 做到减低对自然的伤害, 用科学的发展观来发展经济, 用节能减排的发展手段来提高生产力。在众多的切割机中, 我们也不断在追求污染小的切割手段。数控火焰切割机有着污染较小的优点, 这一优势将我国制造业发展向科学发展推进, 符合我国一直提倡的科学发展观, 在制造业的发展中深受大众的喜爱。
4 切割工件变形应对策略
在钢材切割过程中存在的热量与内应力集中变形, 由于细长件的特殊因素, 等离子切割机或火焰切割机都会存在不同变形量的偏移, 方向没有可控性, 一般在中部开始产生偏移, 火焰切割机与钢板的横向或斜线切割;背面安装2组火焰割炬, 用于纵向直条切割, 对于直条板下料能有效防止旁弯, 并大幅提高生产效率。在出现了切割变形的情况后, 可以从以下几点来加以处理: (1) 在进行切割前, 可以制作一个二维线轴来对切割点进行定位, 并且在切割时注意矫正X轴和Y轴的精度。确保切割的位置精准且不易发生变形。 (2) 在使用火焰切割机的过程中, 由于火焰没有固定的形状, 大多数操作人员甚至认为对切割效果的控制就是一种感觉, 往往需要通过多次尝试来实现, 对于初学者来说, 开始学调火可以建议预热火小点, 预热时间长点。而在防变形方面, 还需要结合对工件的排版来实现。 (3) 在切割的过程中仔细观察, 钢板与割炬是否垂直、割炬上下移动是否有摆动的情况以及切割台上钢板于导轨是否垂直, 密切观察切割的进行情况, 及时在切割过程中进行有效的调整, 完善切割的精准度。 (4) 对进刀的选择:结合火焰切割机的特点来看, 采用圆弧进刀增加引入线长度, 避免直接切入点, 能够避免在切割的过程中产生缺陷, 但使用圆弧进刀也有可能造成对材料的浪费, 因此, 在使用时刻根据实际需求来选择; (5) 可以使用采用引燃棒。有研究发现, 在火焰切割机的使用中, 通过采用引燃棒, 能够减少工件与板边的距离, 同时还能尽可能减少边角余料的产生, 这种方法能够有效提升板材的利用率。在使用的过程中, 还要注意割刀应从引燃棒上切入, 然后引燃棒将引导割具火焰至钢板底部, 这样的操作方法能够使钢板上下燃烧速度达到一致, 能够获得最佳的切割段面。
5 结语
在以上的讨论总结中, 我们对数控火焰切割机的编程工艺有了更深的了解。数控火焰切割机凭借着自己众多的优势, 在我国的发展也会越来越大。只有不断地总结经验, 不断地更新各个零件的编程工艺, 对每个零件都加以研究, 提高切割机的切割技术, 才能进一步提高数控火焰切割机的切割精密度。切割机的发展对我国的制造业有着至关重要的意义, 我们应该加强对切割机等基础工序的研究, 将优点集中, 避免缺点和不足, 为我国钢铁产品制造业的发展做出更大的贡献。
参考文献
[1]蒋翔俊, 等.模糊控制在数控火焰切割机自动调高系统中的应用[J].制造技术与机床, 2008, 6:87-89.
[2]宋凯云, 等.基于微电容的数控火焰切割机自动调高系统[J].机械设计与制造, 2008, 4:153-155.
[3]徐达丽, 董本志.数控火焰切割机虚拟样机系统设计与切割运动仿真[J].机械设计与制造, 2010, 11 (7) :170-172.
[4]彭子龙, 等.基于IPC的数控火焰切割机经济型数控系统开发[J].哈尔滨理工大学学报, 2016, 11 (1) :142-145.
[5]郑晓龙, 等.基于ANSYS Workbench的龙门式数控火焰切割机优化设计[J].煤矿机械, 2015, 36 (6) :275-277.
[6]胡明华, 张斌.数控火焰切割机任意路径回退加工的研究与实现[J].制造业自动化, 2010, 32 (7) :189-191.
[7]郑晓龙, 等.基于ANSYS Workbench的数控火焰切割机主动升降机构优化设计[J].煤矿机械, 2015, 36 (7) :60-62.
[8]黄金花, 刘继清.基于混合遗传算法的数控火焰切割机自动调高系统的优化设计[J].制造技术与机床, 2013, 13 (9) :54-57.
[9]张敏.浅谈提高数控火焰切割机下料质量的方法[J].山西焦煤科技, 2012, 19 (z1) :15-16+43.
火焰切割论文 篇8
关键词：PLC控制,铸坯切割系统,硬件配置
1 铸坯切割系统组成及原理
连铸是把液态钢用连铸机浇注,冷凝,切割而直接得到铸坯的工艺。它是连接炼钢厂(车间)和轧钢的中间环节,是炼钢厂的主要组成部分。
一台连铸机主要由盛钢桶(钢包),运载装置(天车),中间包,中间包车,结晶器,结晶器振动装置,二次冷却装置,拉坯(矫直)装置,切割装置和铸坯运输,钢坯收集系统组成。其中热坯切割车是钢坯切割装置的重要组成。
切割系统主要组成部分如图1所示。
PLC可以接收定尺系统的定尺信号及上位PLC的切割指令信号,向上位PLC返回切割准备好、正在切割、切割正常、切割完成、切割故障等信号。具体交换信号在编程或调试期间根据实际情况增减。
2 PLC硬件选择及设计
2.1 PLC硬件选择
小方坯连铸坯火焰切割系统中采用了S7-300PLC控制技术,与上位S7-400系列PLC通过PROFIBUS进行通讯,并且结合系统抗干扰的技术,进行设计。下面对主要部件进行选型介绍:
CPU选择315-2DP(1)型号。CPU315-2DP有集成的数字量I/O和模拟量I/O适用于较高要求的系统。CPU315-2DP最大模拟量I/O总数为248/124,模块总数为31块通信连接总数8个,最大机架数为4块,通信接口和功能为MPI接口。
数字量输入共60点选择SM321 6ES7 321-1BL00-0AA0共2块。6ES7 321-1BL00-0AA0输入点数为32源输入,额定输入电压为DC 24V隔离分组数为4组,输入电流为7mA。数字输入模块将从过程传输来的外部数字信号的电平转换为内部S7-300信号电平。该种模块使用于连接开关和2线BERO接近开关。
数字量输出共35点,选择SM322 6ES7 322-1BL00-0AA0一块,输出点数为32。6ES7 322-1BH01-0AA0一块,输出点数为16,额定输入电压为DC 24/48V。数字输出模块将S7-300的内部信号电平转化为控制过程所需的外部信号电平。该种模块适用于连接电磁阀,接触器,小功率电机,灯和电机启动器
模拟量输入共2点,选择SM332 6ES7 332-5HB01-0AB0型1块。6ES7 332-5HB01-0AB0输入点数为8点,额定输入电压为24V。
以太网通讯模块:6GK7 343-1EX11-0AB0。
2.2 系统流程图
图2为火切机自动控制流程图。
流程图说明:通过对连铸坯火焰切割系统的自动控制设计,实现自动,摄像采集到定尺前500mm,夹紧缸预夹紧,到定尺夹紧缸夹紧同时燃气得电,割枪以靠坯速度前进。1s后预热氧得电,在1s后切割氧得电,割枪以起切速度前进,粒化水开,大奔车前进。割枪到达切割铸坯位置,割枪以切割速度前进。铸坯切割完毕,割枪停止前进,关预热氧,切割氧,燃气。割枪返回,割车返回,到位停止,大奔车返回。上述过程中信号采集分别来自定尺摄像,割枪位置检测编码器,限位开关,而后通工业以太网控及PROFIBUS实现S7-300个模块之间,与连铸机主机之间的通讯,进而控PLC的输入输出,最终控制割枪将铸坯准确割开,割枪,割车,大奔车自动复位,夹紧缸及时打开。并且可通过现场操作箱及手动实行方便安全的维修。
3 结束语
该文提出的系统是由PLC组成的控制系统,实现的是小方坯连铸坯火焰切割系统,满足工厂自动化要求。系统设计简单实用、可靠性高、抗干扰能力强、性价比高。在以后的工作和设计中要不断改善不足,使之成为稳定,简单的系统。
参考文献
[1]于庆广.《可编程控制器原理及系统设计》第一版.北京:清华大学出版社,2004年.
[2]张燕宾.《电动机变频调速图解》第四版.北京:中国电力出版社,2006年.
[3]王永华,郑安平等,《现代电气控制及PLC应用技术》第1版,北京:北京航空航天大学出版社出版发行,2007.7,104,233-237,280.