數控火焰（yàn）切割機氣（qì）割割炬設計思路

　　針對金屬材料（liào）的氣割切割加工方式在我國（guó）由來已久，在以（yǐ）傳統手工作（zuò）業方式向數控自動（dòng）化切割（gē）升級過程中，對於切割割（gē）炬的設計很大程度上（shàng）決定了氣割加工的質量與精度。國內機械加工及相關（guān）下遊行（háng）業中，年均材料切割需（xū）求已突破千萬（wàn）噸級別，其中有將近60%以上為碳鋼、普碳鋼以及低（dī）合金鋼，火焰氣割（gē）加（jiā）工無疑是最主要的下料手（shǒu）段（duàn）方式。至上世紀90年代開始，數控火焰切（qiē）割機床開始逐步在國內市場（chǎng）得到普及，數控火焰切割機的推廣（guǎng）使用，不（bú）僅使切割效率大為提高（gāo），而且使材料的利用率上（shàng）升了幾個百分點，其社（shè）會經濟效益相當可觀。但值得指（zhǐ）出的是，無論是傳統手工切割還是數控機床加（jiā）工，在氣割割（gē）炬設計方麵一（yī）般隻是兩（liǎng）軸聯動控製的，隻帶（dài）有（yǒu）一把垂直於鋼板平麵的割炬，因（yīn）此它隻能切（qiē）割出任意輪廓的零件（jiàn），而不能切割出這些零（líng）件上的焊接坡口。而實際情況中，零件被切割以後往往需要焊接，因此（cǐ）必須再增加（jiā）開焊（hàn）接坡口這一道工序，否則不能保證焊接質量。
　　鑒於此情況，武漢嘉倍德科技提出了基於工業PC機的帶三割（gē）炬的數控火焰切割機。該切割機由X、Y和C三軸聯動控製，其中X、Y軸控製三割炬的運動軌跡，C軸控（kòng）製三（sān）割炬的轉角，它隨X軸和Y軸坐標的變（biàn）化而發生轉動。這樣就能使切割機在切（qiē）割零（líng）件輪廓的（de）同時連同零件的焊接（jiē）坡口一起切出。切割後，隻要將熔渣清除幹淨即可焊接，避免了再開焊接坡口這道工（gōng）序。
　　下麵我（wǒ）們將基於工業PC機的帶三割（gē）炬的（de）數控火焰切割機設計思路整理說明一下：

一、數控火焰切割機割炬係統硬件設計
　　基於工（gōng）業PC機的帶三割炬的數控火焰切割機在設計上，對於割炬係統的硬件設計可以參照（zhào）以下思路：首先在硬（yìng）件係統（tǒng）構成上包括工業PC機、運動控製（zhì）卡和伺服係統。其中工業PC機是數控係（xì）統的核心（xīn），它（tā）擔負著數控火焰切割機割炬運動軌跡的（de）計算（suàn）（粗插補）以及對整個係統（tǒng）管理的任務；運動控製卡插在工業PC機的擴展槽中，它（tā）一方麵與伺服係統相連，實現對切割機運動軌跡的控（kòng）製（精插補）。另一方麵與數控火（huǒ）焰切割機床操作麵（miàn）板及控製氣源的繼電（diàn）器相連（lián），通過操作麵板，可以調整（zhěng）機床的（de）位置，指令機床啟動、暫停或沿原（yuán）切割（gē）軌跡返回，還能實現割炬切割速度（dù）的加速與減速；通過繼電器（qì），可以控製（zhì）氧氣和乙炔氣體的開關。伺服係統可（kě）以選擇步（bù）進伺服係統或全數字交流伺服係（xì）統。
　　嘉倍德（dé）科技迅鋒係列數控火焰切割機運動控製卡完全自主開發設計，它主要包括譯碼電路、振蕩電路、I/O端口電路、脈（mò）衝控（kòng）製（zhì）電路、中斷電路以及光電隔離輸入輸出（chū）電路。其中譯（yì）碼電路為運動控製卡提供一個接口（kǒu）地址段，通過撥碼開關可以更改該地址段的範圍；振蕩電路為運動控製卡上的脈衝控製電路提供固定頻（pín）率的脈衝源；I/O端（duān）口（kǒu）電路由兩片8255並行（háng）口芯片組成，其主要作用是輸出切割機氣源控製信號（hào）及輸入機床（chuáng）按（àn）鈕（niǔ）信號；脈衝控製電路由三片8254計數器組成，每（měi）片8254計數（shù）器分（fèn）別控製一個軸的伺服（fú）電機；中斷電路（lù）是為（wéi）控製程序提（tí）供硬件（jiàn）中斷信號而設計的；光電隔離輸出輸入（rù）電路將工業PC機電源（yuán）和外界電源隔離，減少（shǎo）外界電源（yuán）對計算機的幹擾。

二、數控火焰切割機（jī）割（gē）炬係統軟件設計
　　數控（kòng）火（huǒ）焰切割機割炬（jù）係統的軟件設計需基於對CAD/CAM模塊實現圖形自動編程功能；一般來看，垂直的數控火焰切割機割炬設計運（yùn）行（háng）軌（guǐ）跡完全遵照CAD的圖形自動編程行走，但三割炬設計由於存在倒角切割需求，在割炬行走過程中（zhōng），勢必需要考慮到不同切割邊緣的切割方向問題，這一點則（zé）需要通過（guò）數控火焰切割機割炬係（xì）統（tǒng）基於CAD/CAM模塊的設計思路融合。
　　與傳統（tǒng）的自動編（biān）程係統不同，數控火焰切割機割炬係統CAD/CAM模塊采用圖（tú）形自動編程係統。編程時不需要編輯零件源程序，隻要在AutoCAD環境中將要切割的零件排列好，係統能自動將圖形轉化成數控代碼，從而避（bì）免了信息（xī）的重複輸入，提高了編程效率及可（kě）靠性。
　　1. 零件圖形的編輯
　　該（gāi）模塊利用漢化AutoCAD圖（tú）形軟件，編程者在AutoCAD環境下進行圖形輸入、編輯，按下料鋼板的大小設置圖框尺寸，將要切割（gē）的零件在圖框內排（pái）列好，並（bìng）加上切割（gē）引（yǐn）線。
　　2. 圖形數據（jù）的提（tí）取和切割路徑的規劃
　　AutoCAD係統提供了一個與其它高級語（yǔ）言的接口文件——DXF圖文交換文件，它將AutoCAD提供的數據以固定的格式輸出。從DXF文件我們可（kě）以提取零件（jiàn）的輪廓數（shù）據（jù），它包含了設計零件的全部（bù）實體，但各個零件的實體夾雜排列在一起，所以必須對這些數據進行處理，使每個零件的實體放在一起，並且（qiě）使零件的各實體（tǐ）首尾相連。
　　3. 火焰半徑補償及過渡圓弧的計算
　　在切割過程中，由於火焰噴嘴有一定的半徑，因此，火焰噴嘴中心的運動軌跡並不（bú）是零件的實際輪廓，必須對各（gè）個零件進（jìn）行火焰半徑補償處理。且在切割過程中，火焰噴嘴是不允許暫停的，因（yīn）此，在（zài）實（shí）體與實體之間須增加一段半徑為火焰噴嘴半（bàn）徑的過渡圓弧（hú），在切（qiē）割（gē）完一個實體後，使三割炬的（de）轉角（jiǎo）逐步過渡到下一個實體。
　　4. 數控程序的生成
　　通過（guò）以上（shàng）計算，已經（jīng）求得火焰噴嘴中心（xīn）實際的（de）運動軌跡。根（gēn）據切割（gē）加工工藝（yì）的需要，該係（xì）統還增加了如下（xià）六條輔助指（zhǐ）令：
　　M12——點火　M24——預熱　M13——熄火（huǒ）
　　M14——開切割氧　M15——關切割氧
　　M00——程序結束

三（sān）、數控火焰切割機割炬係統氣源控製功能設計
　　使用數控火焰切割機（jī）加工（gōng），對氣源控製是十分重要的一個細（xì）節，數控火（huǒ）焰切割機割炬係統氣源控製功能設計根據切割加（jiā）工工藝（yì）的要求，同時又能充分發揮工業PC機的優點，該數控火焰切割機的割炬氣源控製設計可按以下幾個模塊來設計。
　　1. 程序檢驗及圖形仿真模塊
　　程序運行的第一步是檢驗輸入的數據文件是否符合規定的要求，一旦（dàn）發現（xiàn）指定的文件中有非法的（de）指令，則退出控製程（chéng）序，並提（tí）示編（biān）程人員哪一行出現哪一種類型的錯誤，編程人員修改好數控代（dài）碼文件以後，可繼續進入控製程序。圖形仿真模塊將讀入G代碼（mǎ）經過處理畫出零件圖形，無論零（líng）件有多大或（huò）多小，係統都能（néng）自動按比例縮放。
　　2. 轉角計算模塊
　　由於自動編程係統生成的數（shù）控代碼文（wén）件隻包含（hán）零件輪廓的信息，沒有包含三割炬轉角（jiǎo）的信息，因此（cǐ）在該模（mó）塊中必須根據零件的輪廓計算出三割（gē）炬的轉角，並計算出切割（gē）每個零件前三割炬的初始轉角，為插補控（kòng）製作好準備。
　　3. 插補控製模塊
　　此模塊解釋數（shù）控代碼文件中的G00，G01，G02，G03類（lèi）運動指令，由（yóu）於運動（dòng）控製卡沒有插補控製（zhì）指令，因此在執行這些指令前必須（xū）由工業（yè）PC機（jī）作一些數據（jù）處理。該模塊一方麵根據數控代碼文件中的數值以（yǐ）及各軸的脈衝當量，計算出X、Y和C軸的（de）脈衝數；另一方麵根據指定的切割速度，計算出各軸（zhóu）的分（fèn）頻係數。並在上（shàng）一條指令執行結束（shù）時，將計算出的脈衝數（shù）的分頻係（xì）數送到對應8254計數器的對應通道。
　　4. 軌跡的動（dòng）態跟蹤（zōng）模塊（kuài）
　　該模塊完成切割嘴位置的動態跟（gēn）蹤顯示，從顯示屏上，操作者（zhě）可以清楚地看到當前的切割位置（zhì）。該模塊通過不停（tíng）地讀回8254計數器的計數值，得到剩餘的脈衝數，經過數據處理得到當前切割位置的屏幕坐標，並用小箭頭指示三割炬的位置，用指針指示三割炬的轉角。
　　5. 係統管理模塊
　　該模塊用來在切（qiē）割過（guò）程中對（duì）整個係統（tǒng）的管理，包（bāo）括暫停、啟動（dòng）、返回、退出（chū）、升降速的控製以及對限位信號的處理。

　　本文由武漢（hàn）嘉倍（bèi）德科（kē）技官方網站編輯整理www.sufiecnc.com