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机电一体化专栏
T h e s pe c ia lC o lum e o n M e c h a tro n ic s
数控等离子切割机弧压调高系统
赵家政, 补家武
(中国地质大学(武汉) 机电学院, 湖北
武汉
430074 )
摘
要: 本文分析了等离子切割机的切割过程, 并采用弧压采样的方式将采样电压经过信号处理后输
入给单片机, 由 I/O 口输出控制信号控制步进电机, 从而实现数控等离子切割枪自动高低调节控制。
关键词: 等离子电弧; 弧压调高; 步进电机

表示金属质量热容, J / ( kg
k);
0
前言

表示金属熔化热, J / kg。
数控等离子切割机应用了以等离子弧为热源的高能量
上式中, 电弧切割厚度广义讲应包括切割板材厚度
、
熔化切割的切割方法具有切割速度快、切口的热影响区
, 切割枪与工件距离 h 和切割枪的喷道孔长度 l, 即:
=
+
窄、工件变形小、切割精度好等优点被广泛用于中薄金
, h + l。当切割电源、切割枪以及切割速度确定后, 公式中
属板材自动化切割。而在切割过程中等离子切割枪与工件
的变化主要影响电弧电流 I和电弧电压 U。从切割角度希
的高度距离控制很重要它不仅造成电弧参数的
, ( U, I) 望切割枪与工件距离越近越好, 同时又要保证切割枪不碰
变化, 而且直接影响切割质量。目前国内数控等离子切割工件。而等离子电弧又具有电阻抗作用, 其阻抗在板材厚
高度控制一般由模拟电路实现虽然其电路简单、成本低
, , 度和切割枪及其它切割工艺参数确定情况下, 主要随切割
但也存在控制精度低, 控制高度范围波动大, 经常需用***与工件距离变化而变化。这种变化影响电弧的电压和电
动调节缺点。在此我们介绍以单片机为核心的自动调节控流。反过来说, 电弧的电流和电压的变化影响了电弧的有
制系统。效切割厚度( 切割板材厚度
)。
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等离子电弧切割过程分析 2
系统硬件构成
等离子电弧是一种高能量密度的压缩电弧, 它以压缩
系统按功能主要分为弧压检测单元、信号处理单元
气体为工作介质, 通过被压缩气体电离形成高温高速的等
(包括滤波、光电隔离放大器等)、单片机运算处理单元、
离子电弧将金属熔化并
吹离
基体而形成光洁的切口。
步进电机、机械执行机构及系统电源等。其中弧压检测单
电弧柱的电流和电压与电弧有效切割厚度有如下关系:
元主要完成直流弧压信号的采集, 其输出信号送入信号处
0
24IU

=
( 1)

理为 0 ~ 5V的直流采样信号。为消除干扰杂波并将其处理

(
t
+ ) bv

单元进行有源滤波处理。为消除工频干扰, 此处的滤波截
式中表示电弧有效切割厚度

:
, mm; 止频率取为 40Hz。经该单元处理后的信号, 再经一级光电
I表示电弧电流, A; 隔离放大器, 送入单片机处理单元, 这样可以将单片机处
U 表示电弧电压, V; 理单元与测量现场实现电气上的完全隔离, 大幅度提高单

表示功率利用参数; 片机系统运行的可靠性。弧压信号经过模拟到数字的转换
b 表示切