Станки плазменной резки

Для автоматизации процесса резки металлопроката на нашем предприятии установлены два станка плазменной резки с ЧПУ отечественного (Комета М) и зарубежного (AJAN HP 260A) производства.

Станки термической резки предназначены для плазменной резки листовой низкоуглеродистой стали, а также легированных сталей и алюминия.

Данные станки обеспечивают вырезку деталей из листового металла одним плазменным резаком в соответствии с управляющей программой. Плазмотрон установлен в поворотном блоке с механизмом наклона, что позволяет вырезать детали с наклоном кромки под различными углами к вертикали.

Данные станки оснащены компьютерной системой управления, обеспечивающей ввод управляющих программ с помощью съемных USB накопителей, а также непосредственно с пульта оператора машины и может использоваться как самостоятельное изделие с индивидуальным обслуживанием, так и в составе поточно-механизированных линий при соответствующем математическом обеспечении.

Устройство и работа данных станков почти идентичная, поэтому рассмотрим устройство плазменного станка Комета М.

КОМЕТА М представляет собой портальную конструкцию, перемещающуюся по двум направляющим продольного хода, на которой установлены плазмотрон и узлы управления технологическими операциями.

Управление работой машины осуществляется УЧПУ CNC 4000, снабженным специализированным функциональным математическим обеспечением.

Перемещение резака в плоскости разрезаемого листа (координатные оси X и Y) в направлении, перпендикулярном листу (ось Z), поворот его и наклон по заданию от УЧПУ осуществляется приводами движения, механизмом подъема резака, механизмами поворота и наклона.

Общее описание и вид станка

Несущей частью машины является портал, установленный на направляющих рельсового пути (координата X). Перемещение портала осуществляется двумя синхронно работающими мотор-редукторами, выходные шестерни которых входят в зацепление с зубчатыми рейками, закрепленными на двух ветвях направляющих рельсового пути. Применение синхронного двухстороннего привода обеспечивает движение портала без перекосов.

К балке портала закреплены направляющие поперечного хода (координата Y), по которым перемещается суппорт. На суппорте установлен мотор-редуктор, выходная шестерня которого зацепляется с рейкой портала, что обеспечивает перемещение суппорта. Кроме того, на суппорте установлена плазменная панель.

Суппорт снабжен встроенным приводом вертикального перемещения ползуна, который перемещается на шариковых каретках по двум вертикальным направляющим, установленным в корпусе суппорта. Движение ползуну передается от привода вертикального перемещения через шарико-винтовую пару. К ползуну суппорта крепится поворотный плазменный блок с механизмами поворота, наклона, плазмотроном и датчиком высоты. Действия механизмов подъёма, поворота и наклона в соответствии с управляющей программой позволяют вырезать из листа фигурные заготовки, как с вертикальными кромками, так и с наклоном кромки под различными углами к вертикали. Поддержание заданного зазора между листом и торцем плазмотрона обеспечивается системой слежения, в которой, в качестве начального сигнала управления используется датчик высоты. В процессе резки высота резака над листом отслеживается по сигналу напряжения на дуге плазмотрона. Исходная информация о положении плазмотрона перед началом резки формируется датчиком высоты.

К механизму поворота на специальном кронштейне закреплён лазерный указатель. При необходимости с помощью лазерного луча оператор в ручном режиме указывает на листе точку начала реза. Система управления запоминает координаты этой точки и в процессе раскроя листа автоматически выводит в неё плазмотрон.

Подача энергоносителей от цеховых магистралей к машине осуществляется продольной подводкой, пакет энергоносителей которой уложен в траковой цепи, перемещающейся по желобу, расположенному параллельно пути рельсовому со стороны каретки опорной на высоте 2,24 м.

Энергоносители к суппорту ведущему (в т.ч. к панели плазменной) поступают через поперечную подводку, по конструкции подобной продольной подводке. Опорная панель подводки поперечной расположена на задней стенке балки портала.

К балке портала на специальном кронштейне закреплен блок управления, в котором расположена система ЧПУ и пульт управления станком в ручном режиме. На портале установлены также блок питания, платформа, кресло оператора, два защитных экрана, газовая консоль; специальным раздвижным экраном ограждён плазмотрон; аппарат плазменной резки располагается на незначительном удалении от подводки продольной. Там же размещаются узел подготовки воздуха, компрессор воздушный.

Блок управления (с УЧПУ и пультом управления), а также блок питания выполнены со степенью защиты не менее IР42 и расположены в отдельных шкафах.

Описание и работа составных частей станка плазменной резки

Комплектующие узлы:

  1. Портал. Является несущей частью машины, предназначен для перемещения режущей оснастки по координатам X и Y и служит базой для установки основных узлов и систем машины. Портал состоит из балки, сваренной из профильных гнутых заготовок, и двух кареток, направляющей и опорной. Каретки перемещаются на колесах по рельсовому пути. В каждой из кареток установлен мотор-редуктор, выходная шестерня которого входит в зацепление с рейкой пути рельсового. Двухсторонний синхронизированный привод обеспечивает движение портала по рельсам без перекосов. Мотор-редукторы устанавливаются в каретках на поворотных кронштейнах, выходные шестерни с помощью пневматических устройств постоянно поджимаются к зубчатым рейкам, что обеспечивает безлюфтовое перемещение шестерни относительно рейки. Редуктора привода кареток планетарного типа. Каретка направляющая имеет боковые ролики для фиксации портала относительно рельса в направлении оси Y. Два боковых ролика установлены на эксцентриковых осях, что обеспечивает возможность изменения положения оси каретки, а вместе с ней и балки, относительно рельса направляющего; два других ролика подпружинены для выборки люфтов при движении портала по рельсам. На балке установлены зубчатые рейки и специальные высокоточные профильные направляющие планки для перемещения суппортов. На балке портала и каретках предусмотрены места для установки подводки поперечной, блока питания, платформы оператора, пультов управления, консоли газовой. Для защиты от перехода подвижных частей машины за крайние положения в требуемых местах установлены конечные выключатели и «жесткие» упоры.
  2. Суппорт. Предназначен для перемещения резака вдоль балки портала (поперек разрезаемого листа) и в вертикальном направлении. На суппорте установлен мотор-редуктор для перемещения его по направляющим балки портала. Суппорт по профильным направляющим перемещается на линейных роликовых подшипниках. Привод вертикального перемещения резака. В корпусе суппорта встроен привод вертикального перемещения ползуна; ползун перемещается на шариковых линейных подшипниках по двум вертикальным направляющим, установленным в корпусе суппорта. Движение ползуну передается от привода вертикального перемещения через шарико-винтовую пару. К ползуну суппорта крепится кронштейн, на котором установлены механизмы поворота и наклона резака. К механизму наклона закреплена державка с плазмотроном и датчиком высоты. Перемещение ползуна вверх-вниз обеспечивает изменение положения резака в вертикальном направлении. Для предохранения от поломки режущей оснастки (например, при резкой деформации разрезаемого листа) державка плазмотрона крепится к механизму наклона через предохранительную муфту пневматического типа. Муфта предохранительная выполняет роль «слабого звена» и освобождает державку плазмотрона от связи с корпусом механизма наклона в аварийных ситуациях (например, при утыкании плазмотрона в разрезаемый лист) с целью предотвращения поломок элементов поворотного блока.
  3. Стабилизатор высоты. Предназначен для слежения за изменением уровня поверхности разрезаемого листа и автоматического поддержания заданного рабочего зазора между режущим соплом и поверхностью листа. Стабилизатор обеспечивает предотвращение аварийной ситуации (удара сопла о металлический лист) при подходе датчика к кромке листа либо к «окну» от ранее вырезанной детали, а также в случае наезда резака на препятствия (опрокинутые вырезанные детали, выгнутые тепловой деформацией полосы металла и т.п.). В машине применяется система стабилизации по сигналу напряжения на дуге плазмотрона. При работе системы стабилизации «по дуге» необходимо установить соответствующие станочные константы в УЧПУ. При работе данной системы поиск листа и установка требуемой (начальной) высоты осуществляются контактным упором, закрепленным на штоке пневмоцилиндра. Информация о положении контактного упора с помощью индуктивного датчика поступает в систему управления и формируется сигнал на установку плазмотрона на соответствующей высоте над листом. При начале процесса резки по сигналу рабочей дуги система переходит на отслеживание требуемой высоты плазмотрона в соответствии с колебаниями напряжения на дуге. При ускоренных перемещениях машины от одной вырезаемой заготовки к другой, оператор машины должен следить за положением резаков для предотвращения аварийных ситуаций (наезд резака на препятствия). В случае опасности наезда необходимо дать команду на технологическую остановку и устранить препятствие.
  4. Блок поворотный плазменный.Предназначен для работы в составе машины термической резки металлов с системой ЧПУ и используется для вырезки из листового металла фигурных деталей как с вертикальными кромками, так и с наклоном кромки под различными углами к вертикали. Блок укомплектован одним плазменным резаком и обеспечивает вырезку за один проход не более одной детали.

Блок позволяет производить следующие технологические операции:

        • фигурный раскрой листового металлопроката вертикально установленным резаком без фасок на кромках;
        • фигурный раскрой листового металлопроката со скосом кромок на наружных и внутренних контурах под различными углами к вертикали;
        • вырезка фигурных деталей с автоматическим изменением угла скоса кромки на различных участках контура в соответствии с управляющей программой;
        • прямолинейная резка.

Наличие в блоке только одного резака позволяет получать скос кромки без притупления. При необходимости получить притупление вырезать заготовку следует в два приема:

        • вырезка контура вертикально установленным резаком;
        • обрезка фаски с наклоном резака.

При этом после вырезки контура заготовка должна остаться на месте (обеспечивается выбором соответствующей технологии), какие-либо смещения не допускаются. В соответствии с управляющей программой совокупные действия механизмов вертикального перемещения, поворота и наклона обеспечивают на каждом участке детали положение плазмотрона, соответствующее параметрам заданного контура реза. Поддержание заданного зазора между листом и торцом плазмотрона обеспечивается системой слежения, в которой в качестве сигнала управления используется напряжение на дуге. Блок поворотный плазменный (БПП) представляет собой пространственную конструкцию, которая закрепляется на ползуне суппорта машины и обеспечивает наклон и поворот плазмотрона, установленного в державке. Блок поворотный состоит из кронштейна, механизма поворота, шпиндельной втулки, механизма наклона резака, резака плазменного, рукава подвода энергоносителей, устройства установки начального положения резака над разрезаемым листом.

5. Механизм поворота предназначен для доворота резака вокруг вертикальной оси при фигурной резке со скосом кромки так, чтобы угол наклона резака был направлен перпендикулярно касательной к криволинейному контуру в каждой его точке.

Механизм поворота представляет собой редуктор, который приводится во вращение электродвигателем. Вращение вала двигателя поворота через редуктор передаётся на шпиндельную втулку, вместе с которой поворачивается корпус механизма наклона вокруг вертикальной оси. Одновременно в ту или иную сторону происходит поворот плазмотрона. Корпус редуктора выполнен заодно с кронштейном, который закрепляется на ползуне суппорта машины. Через окно в кронштейне проходит шпиндель с присоединительным фланцем.

Фланец пристыкован к корпусу механизма наклона плазмотрона. При обходе криволинейного контура выходной вал механизма поворота в соответствии с управляющей программой осуществляет поворот корпуса механизма наклона, ориентируя плазмотрон определенным образом относительно контура реза в каждой его точке. При этом вращение может происходить в одном направлении (например, по часовой стрелке) либо с временным изменением направления вращения на обратное в зависимости от изменения направления кривизны контура.

6. Механизм наклона резака предназначен для автоматической установки угла наклона резака к вертикальной оси и изменения этого угла на различных участках контура заготовки в соответствии с техническими требованиями, предъявляемыми к данной заготовке.

Механизм наклона состоит из корпуса, который с помощью фланца крепится к механизму поворота. В нижней части корпуса расположен электродвигатель, передающий вращение вертлюгу наклона, на котором закреплены муфта предохранительная и державка для плазмотрона.

Электродвигатель имеет встроенный тормоз, который фиксирует угол поворота вертлюга (наклона державки) при отключении питания электродвигателя наклона, либо прекращении подачи электроэнергии к механизму наклона. Это необходимо для исключения возможности самопроизвольного наклона державки, что приводит к некорректной работе системы управления наклоном плазмотрона при последующем включении.

7. Муфта предохранительная пневмомеханического типа выполняет роль «слабого звена» и при утыкании плазмотрона в разрезаемый лист освобождает державку плазмотрона от связи с корпусом механизма наклона в пределах ± 5 º в любом направлении от её оси.

Узел наклона соединен с муфтой посредством юстировочных устройств вертлюга, которые обеспечивают возможность смещения оси державки по двум взаимно-перпендикулярным направлениям в горизонтальной плоскости и наклона относительно вертикали.

Юстировочное устройство вертлюга состоит из поводка и качающегося шарнира, скрепленных по оси К регулировочными и контрящими элементами. Оно позволяет отрегулировать положение державки таким образом, чтобы её ось совпадала с осью вращения выходного вала механизма поворота.

Механизмы поворота и наклона имеют нулевые указатели, которые определяют исходное положение, от которого система управления автоматически отсчитывает заданное рабочее положение плазмотрона в соответствии с выбранной технологией резки.

Управляющие импульсы на электродвигатели механизма поворота и узла наклона поступают от системы управления в соответствии с информацией, заложенной в управляющей программе.

Блок поворотный устанавливается на суппорте машины термической резки металла и вместе с ним перемещается по координатам Х и Y, обеспечивая перемещение плазмотрона по криволинейному контуру в соответствии с конфигурацией вырезаемой заготовки.

При повороте происходит скручивание рукава энергоносителей, что ограничивает суммарный угол поворота в ту или другую сторону от нулевого положения (± 62°). Нулевое положение обозначено совпадающими рисками на корпусе редуктора и фланце шпиндельной втулки.

Поддержание заданного зазора между листом и торцом плазмотрона обеспечивается системой слежения, в которой в качестве начального сигнала управления используется сигнал датчика устройства установки начального положения резака. В процессе резки высота резака над листом отслеживается по сигналу напряжения на дуге.

Блок поворотный плазменный (БПП) выполнен с типом кинематики «конус в конусе».

Данный принцип кинематики блока поворотного плазменного наиболее широко применяется из-за относительной простоты конструкции и технологичности применения для получения фасок при разрезании листов.

Основным геометрическим параметром, использующимся в математической модели движения БПП данного типа, является угол между вертикальной осью вращения «С» и осью наклона резака «U». Его значение 36°±1′. В случае отклонения этого значения при прочих нормальных условиях, возникает несоответствие реальной траектории по отношению к расчётной. Это характерно проявляется на окружностях траектории при наклоне резака от вертикали более 20°.

Конструкция узла наклона обеспечивает получение угла наклона 36° при установке резака вертикально и соосно с осью вращения механизма поворота. Для проверки правильности установки резака выполняются регулировочные работы.

Юстировка БПП заключается в инструментальной настройке узлов с целью достижения пересечения оси наклона резака U с вертикальной осью поворота резака C в заданной точке на поверхности разрезаемого листа. Допустимое отклонение пересечения на плоскости листа ±0,2 мм.

8. Система газопитания. Предназначена для подачи воздуха и рабочих газов от источников газопитания к машине, разводки их по машине, включения и отключения их подачи к АПР, регулирования их давления и расхода. Воздух в систему поступает от компрессора воздушного КВ.

При работе на других газах (смеси газов) питание осуществляется от баллонной рампы БР через газовую консоль PVG-360.

Плазмотрон. Комплектуется плазмотроном, входящим в комплект установки плазменной резки. Плазмотрон обеспечивает формирование потока плазмообразующего газа (смеси газов), в котором горит сжатая электрическая дуга постоянного тока прямой полярности. Воздух к плазмотрону подаётся по гибкому шлангу; система охлаждения плазмотрона – жидкостная.

Машина работает с источником питания для плазменной резки – HiFocus 280I. Электропитание, охлаждающая жидкость и газы от источника питания к плазмотрону подаются через энергоподводящий жгут.

Пневмоцилиндры. Установлены в узлах координатных редукторов для прижима выходных шестерён к зубчатым рейкам. Регулирование управляющего давления осуществляется микрорегуляторами.

Блок фильтров и осушитель. На линии подачи воздуха от компрессора установлены блок фильтров и осушитель (холодильного типа), которые предназначены для очистки подаваемого воздуха от влаги и твёрдых примесей.

9. Блок управления. Предназначен для управления процессом раскроя металла на исполнительной машине термической резки портального типа с прямоугольной системой координат с газокислородной, плазменной либо комбинированной оснасткой.

Блок управления обеспечивает:

  • управление координатными приводами X,Y, высоты Z, а также  поворота С и наклона U;
  • управление технологической оснасткой;
  • управление системой стабилизации высоты резака над листом.

Управление осуществляется от специализированной системы ЧПУ CNC- 4000 для портальных машин термической резки металла.

Блок управления оснащен системой термостатирования внутреннего пространства. На передней раме размещена система ЧПУ CNC-4000 и лицевая панель, справа установлена панель вводная. На задней стенке установлена коммутационная панель для подключения различных устройств машины. Кроме того, на задней стенке установлен теплообменник системы внутреннего термостатирования.

Система ЧПУ обеспечивает:

    • перемещение рабочих органов машины по требуемой траектории в соответствии с управляющей программой;
    • реализацию требуемых алгоритмов управления технологической оснасткой машины в процессе выполнения раскроя;
    • графический интерфейс при просмотре деталей и выполнении раскроя;
    • загрузку управляющих программ с дисковода либо ввод с клавиатуры ЧПУ;
    • редактирование программ;
    • диагностику и настройку электрооборудования машины;
    • реверс отработки программы;
    • прерывание реза с восстановлением требуемого технологического цикла резки;
    • автоматическое снижение скорости на углу траектории;
    • быстрое перемещение между вырезаемыми деталями;
    • компенсация ширины реза 0…30 мм;
    • часы реального времени и счетчик рабочих часов;
    • формат данных – код ISO.

СЧПУ выполнена на базе промышленной рабочей станции с IBM PC/AT совместимым одноплатным компьютером и местной шиной расширения ISA-bus.

Применение технологии плазменной резки позволяет наиболее эффективно решать задачи по резке металла и получению металлоконструкций любой сложности, а также максимально точно следовать заданным заказчиком параматрам.

© Copyright 2020 ЧАО АЗМК