带旋转三割炬火焰切割机数控系统的研究

1 前言

　　我国的工厂企业，每年要把千万吨的钢材通过热切割设备分解成各种形状的零件。对于碳钢，氧焰切割是最主要的手段。数控火焰切割机的推广使用，不仅使切割效率大为提高，而且使材料的利用率上升了几个百分点，其社会经济效益相当可观。但目前使用的数控火焰切割机一般只是两轴联动控制的，只带有一把垂直于钢板平面的割炬，因此它只能切割出任意轮廓的零件，而不能切割出这些零件上的焊接坡口。而实际情况中，零件被切割以后往往需要焊接，因此必须再增加开焊接坡口这一道工序，否则不能保证焊接质量。针对这一情况，本文提出了基于工业PC机的带旋转三割炬的数控火焰切割机。该切割机由X、Y和C三轴联动控制，其中X、Y轴控制旋转三割炬的运动轨迹，C轴控制旋转三割炬的转角，它随X轴和Y轴坐标的变化而发生转动（图1）。这样就能使切割机在切割零件轮廓的同时连同零件的焊接坡口一起切出。切割后，只要将熔渣清除干净即可焊接，避免了再开焊接坡口这道工序。

图1 旋转三割炬的示意图

2 数控系统硬件的设计

　　该数控火焰切割机数控系统的硬件框图如图2所示，主要包括工业PC机、运动控制卡和伺服系统。其中工业PC机是数控系统的核心，它担负着切割机运动轨迹的计算（粗插补）以及对整个系统管理的任务；运动控制卡插在工业PC机的扩展槽中，它一方面与伺服系统相连，实现对切割机运动轨迹的控制（精插补）。另一方面与机床操作面板及控制气源的继电器相连，通过操作面板，可以调整机床的位置，指令机床启动、暂停或沿原切割轨迹返回，还能实现切割速度的加速与减速；通过继电器，可以控制氧气和乙炔气体的开关。伺服系统可以选择步进伺服系统或全数字交流伺服系统。

图2 数控系统硬件框图