新型等離子切管機技術的應用
2024-1-18 來源： 滕州市三合機械股份有限公司 作者： 張成龍 徐寶衛
一、概述
隨著現代機械加工業地發展，對切割的質量、精度要求的不斷提高，對提高生產效率、降低生產成本、具有高智能化的自動切割功能的要求也在提升。數控切割機的發展必須要適應現代機械加工業發展的要求。
相貫線切割機的發展。從現在幾種通用數控切割機應用情況來看，火焰相貫線切割機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，未來的發展方向在于等離子電源技術的提高、數控系統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 ; 精細等離子技術的完善和提高可提高切割的速度、切面質量和切割
精度 ; 數控系統的完善和提高以適應等離子切割，可有效提高工作效 率和切割質量。
目前，我國機械工業鋼材使用量已達到 3 億噸以上，板材、管材的切割量非常大 ; 隨著現代機械工業的發展，對切割加工的工作效率和切割質量的要求也同時提高，進一步提高生產效率、降低生產成本、制作高智能化的自動切割設備的要求也在提升。
基于這種市場需求，并通過廣泛的市場調研，我司決定開發新型等離子切管機。此種切割機具有切割范圍廣，切割速度快，工作效率高等特點，未來的發展方向在于等離子電源技術的提高、數控編程軟件及系統與等離子切割配合問題 ; 精細等離子技術的完善和提高可提高切割的速度、切
面質量和切割精度 ; 數控軟件及系統的完善和提高以適應等離子切割，這些相關配套設施的發展會有效提高切割的工作效率和切割質量。
根據國外國內市場上同類型產品具備的這些通用特點，公司成立了課題開發小組，小組技術人員借助公司已經開發的系列的 PC 等離子板類切割機的技術，以及制造過程中總結的鈑金類制作的生產經驗，從目前使用的設備中存在的問題
和產品質量入手進行具體情況分析，結合目前國內國際市場上存在的等離子切管類相似產品的研究，形成了一個可調整、易實現的、符合我們企業制造特點的產品設計方案。
二、設備介紹
1.設計要求
（1）總體設計案
鋼管由主軸帶動旋轉，同時割炬槍只需進行軸向移動即可實現切割要求，所以要實現兩軸聯動，并且要求能進行人機對話，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，縮短非生產準備時間，提高生產率。標配為等離子切割方式，選配弧壓手動調高實現等離子切割。
（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” 兩端斜截斷面。
⑤能切割與環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 ) 能進行鋼管截斷。
2.主要結構
新型等離子切管機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。機械系統組成框圖如圖 1 所示。
機械系統的主要作用是支持割炬部分、主軸部分完成 X-Y 平面的聯動，并且割炬可以在Z 平面上獨立控制升降，以調節割嘴和鋼板間的距離。
3.各組成結構設計
（1）主軸箱升降部分
此部分結構主要是完成 X 向工件的旋轉。為實現工件的旋轉，選用主軸和氣動卡盤 來實現。利用氣動卡盤手動夾緊管件，氣動卡盤安裝在主軸一端，伺服電機通過齒輪帶動主軸運動，主軸
旋轉帶動卡盤旋轉運動，實現割件切割時的旋轉運動（如圖 2 所示）。
為了完成裝夾工件切割位置的調整，采用兩個錐齒輪相嚙合，帶動絲杠與絲母相配合，轉動手輪，手動調整主軸箱的高度，來確定管件切割位置。這種結構不同于以往 的相貫線切割機，以往的相貫線切割機大部分是通過調整支撐結構來調整管件的切割位 置。這種調節方式，設置簡單、易于操作，調節精度較高（如圖 3 所示）。
（2）割炬部分設計
該部分實現割炬 Y 軸方向的縱向移動。如圖 4 所示，為實現運動的可靠性與穩定性，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構，即左右兩條線性滑軌和齒條均安裝在縱向支撐導軌上，伺服電機、割炬支撐架
通過電機座固定在線性導軌的線性滑塊上，伺服電機通過斜齒輪與齒條相嚙合沿 Y 軸方向縱向移動，即實現割炬在 Y 軸方向的縱向移動。Z 軸手動控制升降以調節割嘴和工件間的距離。為了保證割炬升降的精度與準確性采用絲杠與絲母相配合的結構，手輪旋轉絲杠與母相配合，帶動割炬升降，來調整割嘴與工件間的距離。
（3）支撐部分結構
支撐結構主要包括支撐底座、連接桿、圓管支架、萬向球支撐座等組成。支撐底座是切割機的關鍵部件 , 它的作用是支撐工件實現旋轉運動，并安裝縱向導軌實現割炬橫向運動。設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行校核。支撐底座采用矩管焊接，焊接牢固、穩定，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。此結構，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，維護簡單（如圖 5 所示）。
（4）控制系統的可靠準確性
機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 認證的產品，其高質量和高穩定性保證了機器運轉的穩定性和可靠性。
4.技術參數性能指標
根據市場調研，結合用戶參考建議，研發的新型等離子切管機技術參數和性能指標為 : 最大的有效切割直徑 300mm; 最小的有效切割直徑50 mm; 主機導軌 6m ，相貫線導軌 6m; 數控等離子切割壁厚 1~12mm; 整機運行速度 5.08m/min; 機器承重 150kg/m; 機床體積（長 × 寬 ×高）:7000mm×930mm×1630mm。
三、主要創新點
（1）Y 軸。斜齒輪與齒條相嚙合，線性滑軌，帶動機頭沿著鋼管軸向移動。此結構，運動平穩，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，手動調整主軸箱的高度，來確定管件切割位置。這種結構不同于以往的相貫線切割機，以往的相貫線切割機大部分是通過調整支撐結構來調整管件的切割位置。這種調節方式，設置簡單、易于操作，調節精度較高。
（3）支撐結構。支撐結構主要包括支撐底座、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，此結構，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 , 維護簡單。
四、市場前景
新型等離子切管機功能可靠、軟件易學易懂，機器操作方便，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量以及弧線能較好的吻合，是管類焊接打破口的高效生產設備。產品經用戶使用，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更是得到用戶的青睞。所以我們開發的等離子切管機是成功的，很具有推廣價值。
投稿箱：
如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
