机械设计制造及其自动化专业毕业设计论文数控火焰切割机电容式调高控制器设计

机械设计制造及其自动化专业毕业设计论文数控火焰切割机电容式调高控制器设计
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1 前言

1.1 课题研究背景与意义

在工业发展过程中,各种型材的切割工序对于现代工业越来越重要。数控火焰切割机自从研制成功以后就一直作为金属型材重要的加工设备之一,它被广泛用于现代的机械产品的加工,加工的领域以及覆盖到机械制造、军工、航天、船舶制造、石油化工、冶金、汽车制造等行业。通过数控系统数控系统的控制,使火焰割炬按要求的速度和轨迹移动,从而在板材上切割出所需要的零件,以代替落后的手工下料成为机械加工业的一项重要的技术进步。

但是在切割过程中,由于代加工的板材可能高低不平、薄厚不一,为了提高切割端口的质量,减少废料的产生,需要保持割炬到板材的高度为恒定数值[1],随着现代工业对板材的精度要求越来越严格,高度控制系统满足了对切割质量精度的要求。在当今的调高控制器市场上,多数产品属于高精度、高成本的器件,然而,对精度要求不高且成本很低的调高器加工却很少,数控切割机是加工制造业的重要的加工机械,而高度控制系统是其重要的组成部分[2]。高度控制器以及控制器通的研发具有越来越重要的意义。

自动调高控制器是数控切割机的辅助设备,它保证了割炬和板材之间的高度。此高度值是操作人员依据板材的厚度、切割机的切割精度设置的参数,通过传感器测出的数据反馈到高度控制系统中,自动也可以手动调整之间的距离。与传统手工下料相比,这种设备大大降低了人员劳动负荷,同时也提高了工作效率,具有很高的性价比。

本论文中以数控火焰切割机为载体,设计了电容式自动调高控制装置并且也设计了装在调高控制器的割炬挂架,具有很好的完整性。

火焰切割机高度控制系统一般采用电容传感器检测高度变化,因为切割机的工作环境通常较差,嗓声大,灰尘多,尤其割炬在工作时温度很高,为了达到调高目的,检测切割高度的位移传感器的安装位置不能离割炬太远,对传感器的要求比较苛刻,要求能耐高温,不受磁场影响,并考虑机器的性能价格比。检测位移的传感器很多,但对于火焰切割来说,不易实现,相比而言只有电容式位移传感器比较符合条件[3]。

本次论文所研究的自动调高控制器是由单片机控制,电容式微位移传感器作为检测装置,查阅步进电机生产商选择了性价比很高的步进电机和驱动器,在整套系统中可以自动调高也可以手动调高,适用于数控火焰切割机。

1.2 国内外发展水平与趋势

随着近几年数控切割机市场的快速发展,目前数控切割机的竞争已经进入到了白热化。一方面对于数控切割机的生产厂家慎重地选择数控切割控制系统是决定企业今后发展好坏的决定性因素之一,另一方面对于数控切割机使用用户慎重地选择数控切割控制系统是决定企业设备使用好坏的决定性因素之一。

目前全球最具有代表性的切割专用数控系统是美国海宝自动化公司(HYPERTHERM AUTOMATION)生产的EDGE系列控制器以及美国CMC公司生产的BURNY系列控制器,这些数控系统与上面通用数控系统最大的不同就是他们的硬件平台都是基于PC(PC-BASED)的,再安装一套专用的切割控制软件就组成了一台所谓的切割专用数控系统了。国外数控切割机的生产厂家主要集中在德国、美国和日本。从机械结构上看,其发展经历了十字架型(轻型)、门型(小型)、龙门型(大型)3个阶段,相应的型号种类繁多。能够代表数控切割技术最高水平的厂家主要集中在德国、美国、日本,如德国ESAB公司。ESAB (伊萨)公司生产的精细等离子切割机在热切削工艺领域处于世界的领先水平。

我国的数控切割技术起步于20世纪80年代,目前,我国金属加工行业使用的数控切割机是以火焰和普通等离子切割机为主,但纯火焰切割,已不能适应现代化生产的需要,而目前市场需求的数控切割机多为数控等离子切割机,但与国外的差距仍极为明显。究其原因,较高的设备成本、复杂和维护和操作制约了数控切割在我国的进一步普及。因此国内数控切割机生产厂家引进了国外控制系统技术,经过二次开发后运用到了切割领域中,设计出了适合我国国情的数控切割机。

从国外数控切割行业发展的趋势来看,智能化精密切割将成为切割行业今后发展的方向。我国钢产量早已达亿吨级,再加上加工制造业的飞速发展,这必将促进国内数控切割技术的良性发展。总体来说,我国数控切割在基本功能上已达到国外同类产品水平,但要完全达到或超过国外水平还有很长的路要走。

调高控制器作为数控切割机的辅助设备,国内外也有很多厂家生产,生产的调高控制器大体上可分为两种:一种是电容式调高控制器,另一种是弧压式调高控制器。国外产的调高控制器精度高,反应迅速,但是价格昂贵。如上述提到的美国海宝自动化公司生产的弧压式调高系统,还有SONY公司的ARC300电容式调高控制器。国内产的调高控制器精度低,可靠性能差,反应速度慢等缺点。但随着国内技术上的发展也有部分厂家达到了所需的精度要求[4]。

本文中设计的系统主要依托国内数控结构和设计思路,结合国内火焰切割机的切割特点和较低的成本,设计出能够运用到国内机械加工一套硬件系统。

1.3 课题研究的内容和要解决的问题

论文研究的内容是以单片机为控制核心,设计一套完整的自动调高控制器硬件系统以及与之配套的安装设备即割炬挂架。数控火焰切割是集数控技术、计算机技术、检测技术等于一体的高新技术。调高控制器是数控火焰切割机不可或缺的部分,它不但可以防止割枪由于碰触钢板受到损害,而且可以提高生产效率。

电容式调高控制器是一个闭环控制系统,如图1.1所示。它包括位置信号检测、A/D转换、逻辑控制、电机驱动四个部分。本文要解决的问题:

(1)通过选用硬件设计出火焰切割机高度控制系统软硬件;

(2)根据控制系统要求,设计接口电路;

(3)人机交互模块下的接口电路;

(4)机械结构割炬挂架的设计与校核。

图1.1自动调控控制系统原理图

自动调高控制器的组成部分如图1.2所示,升降电机带动割炬上下移动,电容环电容式微位移传感器测量电容后,转化成的位移量通过控制线输送到控制单元。

图1.2 顶调高控制器的外部结构

2 主控制模块的设计

在选用单片型号上,传统的8031单片机虽然性能不高,但是本次设计对单片机要求不是很高,容量也可以通过扩展完善,而且8031的管脚功能比较简单易于理解,所以选用其作为控制单元的核心。

2.1 8031型芯片主要管脚与功能

8031是40管脚双列直插式芯片,主要管脚如图2.1所示。

图2.1 8031引脚接线

(1)RESET:设计中8031外接复位电路,复位电路输入高电平时,即可复位单片机。

(2)ALE:允许地址所存信号输出,与8155芯片的ALE端口相连,还与地址锁存器74LS373的LE端口相连,访问外部存储器时,ALE信号的负跳变将P0口上的低8位地址送入锁存器74LS373。

(3)/PSEN:接芯片2764的/PGM端口,低电平有效。

(4)/EA/VPP:访问内部或外部程序的存储器选择信号。当/EA端高电平时,为访问内部程序存储器,本次设计是端口接地,即访问的是外部程序,通过编程后即可接受访问。

(5)多功能I/O口引脚

P0口:P0口的P00-P07口接到地址锁存器74LS373的D0口,这样实现了数据总线和地址总线的复用。把P0口输出地数据、地址输入到锁存器当中P1口:P10接口接到手动升按钮,P12接到手动降按钮,这样可以方便操作人员进行手工操作,P14端口接自动升按钮,P16接自动降按钮,其余P0口可以接升降指示灯或者复位按钮均可以。

P2口:做扩展电路高八位的地址总线,接到另一地址锁存器(U6)的D0口。

(6)XTAL1,XTAL2:采用接外部时钟,晶振频率12MHz即可,此电路是8031不可或缺的电路[5]。

8031所要实现的功能:P10,P12口设为高电平,按下按钮后则变为低电平,,8031读信息后便可以控制其他电路,实现步进电机上下调节。

2.1.1程序存储器的扩展

因课题所设计的所需容量不高,所涉及的接口含有接收数据的3个,输出数据端口4个,所以选用2764EPROM,其容量为8K*8位。可以为设计的控制器预留出足够的容量。2764采用+5V供电,封装形式DIP24.

2764芯片主要引脚如图2.2所示。

图2.2 2764存储器扩展

(1)A0-A12 :其中A0-A7接到地址锁存器的Q0-Q7端口。

(2)D0-D7 :数据总线,接8031的P0口,用于8031的扩展。

(3)/OE :数据输出的允许信号,低电平有效。可以与74LS373的/OE端

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ABSTRACT Commonly used in the process of machining, sheet cutting method with manual cutting, semi-automatic cutting machine cutting and nc cutter cutting. Flexible cutting by hand, but hand cutting quality is poor, size error is big, big material waste, subsequent processing workload is big, poor working conditions at the same time, the production efficiency is low. Semi-automatic cutting machine, profiling cutting machine, cutting the workpiece quality is better, because it is used for cutting die, is not suitable for single piece and small batch and master pieces cutting. Although other type semi-automatic cutting machine reduces the worker labor intensity, but its function is simple, is only suitable for some rules in the shape of cutting parts. CNC cutting relative to manual and semi-automatic cutting way, sheet can effectively improve the cutting efficiency and cutting quality, reduce the operator labor intensity. At present, some small and medium-sized enterprises in our country and even in some big companies using manual cutting and semi-automatic cutting way is also more common. At present, China's machinery industry steel usage has reached more than 300 million tons, is a large amount of steel cutting; With the development of modern mechanical industry, the plate cutting processing efficiency and product quality requirements also increased at the same time. Therefore nc cutter market potential is very big still, market prospects are optimistic. CNC flame cutting machine, cutting with large thickness carbon steel cutting ability, cut expenses low, but there are cutting deformation, cutting accuracy is not high, and low cutting speed, cutting preheating, perforated time is long, difficult to meet the needs of the full automatic operation. Its applications mainly limited to carbon steel, thickness of plate cutting, in thin carbon steel plate cutting, will gradually replaced by plasma cutting. This paper mainly includes the development of all kinds of cutting machine, cantilever main body structure of the flame cutting machine design as well as designing and calculating the transmission parts. Keywords:Cutting machine, the development, structure design, the design calculation

数控专业毕业设计(论文)任务书

皖西学院成教院毕业设计【论文】 任 务 书 二O 一一年六月二日

一、目的与要求 1.培养学生综合运用所学知识和技能,提高解决实际问题的能力,从而达到巩固、深化所学的知识。2.培养学生建立正确的科学研究思想,树立实事求是、严肃认真的科学工作态度。 3.培养学生调查研究,收集资料,熟悉有关技术文件,运用国家标准、手册、资料等工具书进行设计计算,数据处理,编写技术文件等独立工作能力。 二、选题 1.课题 1)简析数控机床及未来的发展 2)数控技术的应用 3)圆弧轴数控车削加工工艺的编制 4)普通机床的数字化改造 5)数控轴类零件加工工艺设计 6)数控技术和装备发展趋势及对策 7)数控机床编程 8)数控铣削盖板类零件的加工 9)数控车床的基本应用 10)调头加工轴数控加工工艺设计 11)轴类零件数控车削工艺分析及数控加工编程 12)浅谈数控机床零件加工前的准备 13)齿轮轴数控加工毕业设计 14)结合轴类零件的加工工艺及编程 15)数控零件加工工艺分析及精度检测 2.选题要求 (1)已经按照学号规定了各自的论文课题; (2)课题内容来自生产第一线包括对原理性或工艺性理解,熟悉,掌握或设计; (3)课题内容应参考相关实际对象,非实际对象可搞理论设计,但严格杜绝抄袭的文件; (4)课题原则上一人一题,多人合写一份论文应为不合格; (5)毕业设计课题一经确认,不得更改。 三、学生须上交的资料项目 说明:按统一的格式写毕业设计(论文);

四、毕业设计(论文)成绩评定标准 1.设计总体方案的独创性,正确性,经济性和论证深度; 2.设计图纸及编写说明书的质量,原理是否合理,图例是否符合国家标准,文字表达水平,逻辑性及计算的正确性等; 3.独立工作的能力,在设计中自学能力如何,分析问题和解决问题的能力以及实验调试中动手能力如何; 4.设计过程的工作态度以及答辩中的表现; 5.毕业论文和答辩各部分的分数比例; A.指导教师评价30%; B.完成文件完整性,按时性10%; C.课题独立完成情况15%; D.自述设计思路,工作原理及过程15%; E.提问答辩30%。 五、其它注意事项 1.凡是弄虚作假、严重抄袭者,毕业设计、毕业论文一律不计成绩,作不及格处理。 2. 凡毕业论文不及格者,不发毕业证书,只发结业证书。 3.请在规定的时间内答辩,逾期不答辩者,与下届毕业生一起答辩。

数控技术毕业论文

西安铁路职业技术学院毕业设计 数控机床加工与操作方法 学生姓名: 学号: 专业班级: 指导教师:

数控机床加工与操作方法 摘要 数控技术是现代制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础,离开了数控技术,先进制造技术就成了无本之木。数控技术广泛使用给机械制造业生产方式、生产结构、管理方式带来深刻变化,它的关联效益和辐射能力更是难以估计。数控技术及数控装备已成为关系国家战略和体现国家综合国力水平的重要基础性产业,其水平高低是衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志,实现加工机床及生产过程数控化,已经成为当今制造业的发展方向。 本论文主要介绍数控机定义,数控机床初学者要求,机床加工前准备工作, 数控机床程序指令,数控机床对刀操作方法,数控机床的工作原理和结构,加工特点,机床加工几何精度要求, 数控机床的优点和缺点,数控机床与计算机实现自动技术,机床维修和生产安全要求。关键词:数控技术概念;加工方法;分类;刀具补偿;

西安铁路职业技术学院毕业设计 目录 摘要.................................................................. I 目录................................................................. II 一、数控技术的概念与特点 (1) 二、数控机床加工前的准备要求 (3) 2.1数控机床的初学者要求 (5) 2.2数控技术常用术语大全 (6) 2.3数控机床工作原理和结构简介 (9) 2.4 数控机床加工特点 (10) 2.5 数控机床的操作方法 (13) 2.6 数控车床是怎样操作的 (18) 三、数控机床产生几何误差的因素 (22) 3.1 普遍认为数控机床的几何误差由以下几方面原因引起 (22) 3.2几何误差补偿技术 (23) 四、计算机数控系统 (24) 五、数控机床的分类与发展 (26) 5.1数控机床分类 (26) 5.2数控机床发展 (27) 六、数控机床维修中应注意的事项 (28) 七、数控加工安全规则 (29) 结论 (30) 致谢 (31) 参考文献 (32)

数控火焰切割基本常识

数控火焰气割的基本常识 (一)气割的基本工作原理及气割的过程 利用气体火焰的热能将工件切割处预热到一定温度后,喷出高速切割氧流,使其燃烧并放出热量实现切割的方法,叫气割。 氧气切割过程有下列三个阶段: 1、预热气割开始时,利用气体火焰(氧乙炔焰、氧丙烷焰)将工件待切割处预热到该种金属材料的燃点(对于低碳钢约为1100~1150℃)。 2、燃烧喷出高速切割氧流,使已达燃点的金属在氧流中激烈燃烧。 3、吹渣金属燃烧生成的氧化物被氧流吹掉,形成切口,使金属分离,完成切割过程。 (二)气焊、气割用设备的组成 气焊、气割用设备由氧气瓶、氧气减压器、乙炔瓶(乙炔发生器)、乙炔减压器、回火保险器、焊炬(割炬)和橡胶管等组成。 (三)什么样的割口是好的 切割后的割口面中间泛白没有疤痕割口不带废渣没有烧边现象 (四)可以气割的金属应符合下述条件: 1)金属氧化物的熔点应低于金属熔点。表1——1是一些常用的金属及其氧化物的熔点。 2)金属与氧气燃烧能放出大量的热,而且金属本身的导热性要低。 符合上述气割条件的金属有纯铁、低碳钢、中碳钢和低合金钢以及钛等。其它常用的金属如铸铁、不锈钢、铝和铜等,必须采用特殊的氧燃气切割方法或熔化方法切割。 对于8mm以下的板材,不易采用数控气割。

数控火焰切割 气割精度是指被切割完的工作几何尺寸与其图纸尺寸对比的误差关系,切割质量是指工件切割断 面的表面粗糙度、切口上边缘的熔化塌边程度、切口下边缘是否有挂渣和割缝宽度的均匀性等。 一、影响钢板火焰切割质量的三个基本要素(气体、切割速度、割嘴高度) 1.气体(氧气,可燃性气体,火焰的调整) (1)氧气氧气是可燃气体燃烧时所必须的,以便为达到钢材的点燃温度提供所需的能量;另外,氧气是钢材被预热达到燃点后进行燃烧所必须的。切割钢材所用氧气必须要有较高的纯度,一般要求在99.5%以上, 一些先进国家的工业标准要求氧气纯度在99.7%以上。氧气纯度每降低0.5%,钢板的切割速度就要降低 10%左右。如果氧气纯度降低0.8%-1%,不仅切割速度下降15%-20%,同时,割缝也随之变宽,切口下端 挂渣多并且清理困难,切割断面质量亦明显劣变,气体消耗量也随着增加。显然,这就降低了生产效率 和切割质量,生产成本也就明显地增加了(见图9-1)。 图9-1 在相同的氧气压力下,氧气纯度对切割时间和氧气消耗量的影响。 采用液氧切割,虽然一次性投资大,但从长远看,其综合经济指标比想象的要好得多。 气体压力的稳定性对工件的切割质量也是至关重要的。波动的氧气压力将使切割断面质量明显劣变。气压压力是根据所使用的割嘴类型、切割的钢板厚度而调整的。切割时如果采用了超出规定数值的氧气压力,并不能提高切割速度,反而使切割断面质量下降,挂渣难清,增加了切割后的加工时间和费用。 表9-1是国内常用的上海气焊机厂生产的GK1系列快速割嘴(即采用拉伐尔喷管结构的割嘴)的使用参数(厂家可能随时对参数进行修改,应以割嘴所附说明书为准,此表仅供参考)。

数控加工工艺毕业设计论文

日照职业技术学院毕业设计(论文) 数控加工工艺 姓名 : 付卫超 院部:机电工程学院 专业:数控设备应用与维护 指导教师:张华忠 班级: 11级数控设备应用与维护二班 2014年05月

随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大,数控加工技术对国计民生的一些重要行业(IT、汽车、轻工、医疗等)的发展起着越来越重要的作用,因为效率和质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大提高效率,提高产品的质量和档次,缩短生产周期和提高市场竞争能力。而对于数控加工,无论是手工编程还是自动编程,在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析,拟定加工方案,选择合适的刀具,确定切屑用量,对一些工艺问题(如对刀点、加工路线等)也需要做一些处理,并在加工过程掌握控制精度的方法,才能加工出合格的产品。 本文根据数控机床的特点。针对具体的零件,进行了工艺方案的分析,工装方案的确定,刀具和切屑用量的选择,确定加工顺序和加工路线,数控加工程序编制。通过整个工艺的过程的制定,充分体现了数控设备在保证加工精度、加工效率、简化工序等方面的优势。 关键词工艺分析加工方案进给路线控制尺寸

第1章前言-----------------------------------第2页第2章工艺方案的分析-------------------------第3页 2.1 零件图-------------------------------第3页 2.2 零件图分析---------------------------第3页 2.3 零件技术要求分析---------------------第3页 2.4 确定加工方法-------------------------第3页 2.5 确定加工方案-------------------------第4页第3章工件的装夹-----------------------------第5页 3.1 定位基准的选择-----------------------第5页 3.2 定位基准选择的原则-------------------第5页 3.3 确定零件的定位基准-------------------第5页 3.4 装夹方式的选择-----------------------第5页 3.5 数控车床常用的装夹方式---------------第5页 3.6 确定合理装夹方式---------------------第5页第4章刀具及切削用量-------------------------第6页 4.1 选择数控刀具的原则-------------------第6页 4.2 选择数控车削刀具---------------------第6页 4.3 设置刀点和换刀点---------------------第6页 4.4 确定切削用量-------------------------第7页第5章轴类零件的加工-------------------------第8页 5.1 轴类零件加工工艺分析-----------------第8页 5.2 轴类零件加工工艺---------------------第11页 5.3 加工坐标系设置-----------------------第13页 5.4 保证加工精度方法---------------------第14页 参考文献 ---------------------------------第15页

数控火焰切割调火技巧归纳

数控火焰切割机调火技巧归纳 众所周知,影响火焰切割质量的因素有很多,其中预热时间、火焰温度、割焰长短等都是较为重要的,上述三点统称为火焰切割调火,那么接下来,就火焰切割调火问题及技巧总结归纳,以便用户参考。 在了解火焰切割调火技巧之前,我们需要先明白在不同燃气比例下的三种切割焰。一般来说,在使用火焰切割方式时,通过调整氧气和乙炔的比例可以得到三种切割火焰:中性焰(即正常焰),氧化焰,还原焰。正常火焰的特征是在其还原区没有自由氧和活性碳,有三个明显的区域,焰芯有鲜明的轮廓(接近于圆柱形)。焰芯的成分是乙炔和氧气,其末端呈均匀的圆形和光亮的外壳。外壳由赤热的碳质点组成。焰芯的温度达1000℃。还原区处于焰芯之外,与焰芯的明显区别是它的亮度较暗。还原区由乙炔未完全燃烧的产物——氧化碳和氢组成,还原区的温度可达3000℃左右。外焰即完全燃烧区,位于还原区之外,它由二氧化碳和水蒸气、氮气组成,其温度在1200~2500℃之间变化。 这里我们所说的中性焰是正常切割时的状态,但在实际操作中,调火成功只是最后的结果,实际上出现氧化焰和还原焰的可能性还是比较高的,那么关于氧化焰和还原焰的特点是什么以及出现氧化焰的还原焰的问题在那里氧化焰是在氧气过剩的情况下产生的,其焰芯呈圆锥形,长度明显地缩短,轮廓也不清楚,亮度是暗淡的;同样,还原区和外焰也缩短了,火焰呈紫蓝色,燃烧时伴有响声,响声大小与氧气的压力有关,氧化焰的温度高于正常焰。如果使用氧化焰进行切割,将会使切割质量明显地恶化。 还原焰是在乙炔过剩的情况下产生的,其焰芯没有明显的轮廓,其焰芯的末端有绿色的边缘,按照这绿色的边缘来判断有过剩的乙炔;还原区异常的明亮,几乎和焰芯混为一体;外焰呈黄色。当乙炔过剩太多时,开始冒黑烟,这是因为在火焰中乙炔燃烧缺乏必须的氧气造成的。 预热火焰的能量大小与切割速度、切口质量关系相当密切。随着被切工件板厚的增大和切割速度的加快,火焰的能量也应随之增强,但又不能太强,尤其在割厚板时,金属燃烧产生的反应热增大,加强了对切割点前沿的预热能力,这时,过强的预热火焰将使切口上边缘严重熔化塌边。太弱的预热火焰,又会使钢板得不到足够的能量,逼使减低切割速度,甚至造成切割过程中断。所以说预热火焰的强弱与切割速度的关系是相互制约的。 一般来说,切割200mm以下的钢板使用中性焰可以获得较好的切割质量。在切割大厚度钢板时应使用还原焰预热切割,因为还原焰的火焰比较长,火焰的长度应至少是板厚的倍以上。

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