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开题申请：（包括选题的意义与目的、文献综述、研究现状、创新思路、论文提纲、进度安排、参考文献等。）
一、选题的目的与意义
1. 目的
通常认为固态、液态、气态为物质的三种形态，然而离子体是物质存在的第四种状态。由于等离子体中带负电荷的电子与带正电荷的离子处于平衡状态，它可以通过很大的电流，因而具有很高的能量密度和极高的温度。通过控制等离子的能量密度、温度和运行速度等，可以对金属进行切割、焊接和喷涂。等离子切割是利用等离子将被切割的金属加热至熔化状态，然后再利用辅助气体将熔化的金属吹开，达到切割目的。利用数控技术，将喷嘴相对于工件的移动轨迹进行编程，使等离子切割机工作自动化，高效率化并降低劳动强度等特点。通过研究等离子切割机的原理，设计出台式数控等离子切割机，实现等离子的全自动化，节省成本，改善劳动环境。
2.意义
目前，正处于科学技术飞速发展的信息时代，自动化、最优化、集成化、智能化和精密化等使现代机械制造业正经历着巨大的变化，也是今后发展的必然趋势。而台式等离子切割机是由原来的手工操作走向自动化、智能化和精密化的机器。
数控等离子切割机广泛运用于汽车、机车、压力容器、化工机械、核工业、通用机械、工程机械、钢结构等各行各业。并主要通过从水蒸气中获取等离子这样安全，简便，有效，多功能且环保的方法对0.3mm以上厚度的金属进行热加工处理（切割，熔焊，钎焊，淬火，喷涂等等），这在金属加工工业史上实属首创。而且数控等离子切割机更加可以用薄片分层叠加成型法，利用计算机根据所要设计工件形状来编写程序的指令来切割所需要的图形的设备，为生产复杂零件的模具提供了一种新的方法。
我的这次毕业设计是对大学四年专业知识的综合运用。通过这次设计，更好的掌握了专业知识，对其也有更深入的理解，这对我将来的工作、学校都是一个莫大的帮助，使我们受益匪浅。
二、文献综述
等离子技术开始于二战时期军工加工领域，因为当时的战局对武器装备的加工速度和品质要求极其强烈，这就促使人们不断地去研究新技术，有很多现代所用的技术都是在那个时候产生的，等离子技术就是其中之一。在二战时期，等离子最初是应用于焊接领域，当时人们发现通过电流电解的气体可以在焊接点附近形成一道屏障，以防止氧化。从而使得焊缝更加整齐，连接结构的强度更坚固。再后来，人们发现加快气流速度和缩小气孔会引出温度极高的电离弧，而这个温度是当时传统加工工艺所不能及的，因此等离子不仅再作为焊接保护手段更作为直接的焊接工艺出现在人们的视野，这使得军工加工速度和品质成倍的翻新。后来等离子弧渐渐的应用于热切割领域，并表现出了优秀的性能，等离子电弧的引入革命性地提高了切割速度、精度以及切割材质的种类，使人类的加工业获得了质的提高。
在1948年，美国军方对军械的精度要求越来越高，一般的加工设备难以适应，；美国美国帕森斯公司提出了数字脉冲控制机床的设想，为数控技术的出现奠定了理论依据。在1949年，该公司和麻省理工学院开始了共同研究。1952年，终于试制出第一台三坐标数控铣床。为数控技术投入了实际生产中打下了基础。在20世纪80年代初以来，随着计算机软、硬件技术的发展，出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控装置；数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上；数控机床的自动化程度进一步提高。因此，数控技术水平的高低已经成为衡量一个国家机械制造业水平的重要标志。
过去，在切割生产中，下料主要靠氧气乙炔的手工割炬来手工切割，这种加工方法效率低下、切割精度不高、且浪费原材料。然而将等离子切割技术与数控技术相结合的数控等离子切割技术却具有效率高，切割精度高，自动化程度高，节省能源和材料，并可以对几乎所有的金属材料进行切割，且数控等离子切割还有着切割速度快，工件变形小等优点。使得数控等离子切割技术是现代金属切割技术发展的趋势之一。
三、研究现状
1.国外研究现状
在20世纪50年代中期，美国成功研制出了等离子切割技术。近几年来，由于对切割质量、劳动环境等的要求越来越高，国外的大型水下等离子切割法、精细等离子切割法等先进等离子切割技术得到较快发展，其相应产品在我国的市场需求量也逐年上升。而国外数控切割机的生产厂家主要集中在德国、美国和日本。其主要厂家有德国的伊萨(E SAB)、梅塞尔(MESSER)，日本的田中(TANAKA)、小池(KOIKE)，美国的L-TEC、林德(LINDA) 等。能够代表数控等离子切割技术最高水平的一家集中在德国，德国伊萨的数控切割机是当今世界上品种最全，功能最多，水平最高，几乎包括了所有非接触式切割手段的数控切割机。 其中NEC520连续轨迹控制器与RPC600(单台或双台并联)水射流式等离子系统配合可以切割130mm以下金属板材；与HD3070精细等离子配合可对1～12mm金属材料实施高速(7.6m/min)和高精度(接近激光切割下限)切割。
上述配置代表了数控等离子切割机的最高配置，其主要特点如下：
(1)自动化切割即等离子切割的全部过程(如初始定位、引弧、穿孔、切割、调高、升降水等)均在数控指挥下完成，并可通过编程来修改其参数。
(2)多功能即通过加挂不同附件增加数控机床的柔性，为下道工序提供定位、焊接、储存基础。例如打标记功能可提供安装和定位基准。等离子切割可进行X、V、Y和K形等坡口加工，且不仅可完成直线坡口还可完成曲线、圆弧形坡口，为焊接提供方便。
(3)水下切割可有效地减小钢板热变形，充分抑制尘粉、弧光、噪声和飞溅。
美国海宝公司的等离子系统代表着当今世界等离子系统的最高水平，其产品规格覆盖从普通等离子、水射流式等离子直至精细等离子等所有热切割用等离子系统。普通等离子电源输出电流为20～200A，切割厚度可达50mm以下；水射流式等离子电源输出电流最高可达1000A，切割厚度可达130mm以下；精细等离子电源输出电流最高可达100A，切割厚度可达12mm以下 ，其中精细等离子割缝宽0.65～0.75mm，与数控切割机配合可达±0.2mm的切割精度。
2.国内研究现状
随着国内经济形势的蓬勃发展以及“以焊代铸趋势的加速，数控切割的优势正在逐渐为人们所认识。数控切割不仅使板材利用率大幅度提高，产品质量得到改进，而且改善了工人的劳动环境，劳动效率进一步提高。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，该类切割机可满足不同材料、不同厚度的金属板材的下料以及金属零件的加工的需要，因此需求量将会越来越大，但与国外的差距仍极为明显，主要表现为：发达国家金属加工行业90%为数控切割机下料，仅10%为手工下料；而我国数控切割机下料仅占下料总量的10%，其中数控等离子切割下料所占比例更小。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。某些厂家开发生产的专用数控切割设备，在技术上已经达到或超过了国外同类产品。
数控等离子弧切割技术是集数控技术、计算机技术、等离子弧切割技术、检测技术、精密机械技术于一体的高新技术。发展数控等离子弧切割机可以彻底改变国内热切割行业的装备水平,扭转热切割工业目前存在的效率低,质量差,劳动强度大,材料利用率低,环境脏乱差的局面,缩小与国外先进国家的差距。
我国数控火焰切割技术起步于20世纪80年代中期，而数控等离子切割机则更晚，大部分的数控等离子切割机以经济型机床(单片机为核心，步进电机为驱动元件)为主。国内曾经从事过数控切割机制造的厂家一度多达50多家，力量分散，许多厂家的前身都是焊割工具厂，技术基础比较落后。在整个80年代，国内企业无论是产品结构还是生产规模方面都无力与国外企业竞争 。
但是进入90年代后，国内的一些公司瞄准世界先进水平，不断开发研制数控切割机的新产品，而且有些产品的主要技术指标已达到国外同类设备的先进水平，同时随着市场经济的调控作用，目前国内生产数控切割机的厂家已调整到20几家。但综合实力较强且有竞争实力的只有梅塞尔切割焊接有限公司、上海伊萨汉考克有限公司、哈尔滨华崴焊切成套设备有限公司、哈尔滨四海数控机械制造有限公司、深圳市博利昌数控切割设备有限公司、无锡华联焊割设备厂、北京百惠宏达科技有限责任公司等几家。他们都有自主科研开发能力，生产规模较大，产品规格齐全，品种多，质量较稳定。在行业中起着中坚力量。
国内一些数控等离子切割产品在许多方面已形成自身独有的特点，实现了“自动化、多功能和高可靠性”。在某些方面，产品的技术性能甚至超过了国外的产品，具体体现在：
1.数控系统与等离子系统的电磁兼容技术
这是数控等离子切割机成功的关键，只有解决了这一难题，才能实现数字控制下的等离子
2.符合热切割工艺要求的专用控制软件
软件的特点如下：
(1)采用图形输入方式，比代码输入更加直观，操作快捷方便。
(2)中文界面，更适合中国国情。
(3)输入方式多元化，所有调控指令化。
(4)利用自动套料编程软件，可提高板材利用率10%左右。
3.大功率等离子系统
该系统具有100%暂载率和完备的数控接口、弧压接口、遥控接口，并提供全套的接口附件，从而实现与数控系统的紧密结合。
总结
随着现代制造业的发展，机械加工对于数控机床提出了更高的要求，等离子切割机作为现造船业、汽车业、航空业重要的数控装备，高速高精度成为其最求的目标。我国的数控等离子切割机市场需求会越来越大。然而我国的等离子切割系统平台长期依赖进口，但是随着我国的技术的发展，数控等离子切割技术会逐渐摆脱当前困境，并在国内外行业中成为一股不可忽视的力量。
四、创新思路
本次设计的台式数控等离子切割机是集高速、精密、小型化的台式切割机。台式数控等离子切割机采用人机界面，方便安装，操作简单。而且台式数控等离子切割机是采用等离子切割模式，特别适用于中、簿有色金属板材、不锈钢和碳钢板材的自动化切割下料。
交流伺服电机分为同步和异步电机两种。同步电动机的功率因数可以调节,同步电机还可以接于电网作为同步补偿机。这时电机不带任何机械负载，靠调节转子中的励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率，以达到改善电网功率因数或者调节电网电压的目的。异步电机负载时的转速与所接电网的频率之比不是恒定关系。它具有结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠以及质量较小，成本较低等优点。
直流伺服电机分为有刷和无刷电机，有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护方便（换碳刷），会产生电磁干扰，对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。无刷电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机免维护不存在碳刷损耗的情况，效率很高，运行温度低噪音小，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境。
SIMEMS系统操作起来比较人性化一点，特别是在加工平面，槽，孔系等方面比起FANUC更加灵和多样化，而FANUC系统由于市场占有率较高，学习的人较多，因而有着广泛的影响力。而且FANUC系统具有和高的可靠性，功能全，适用范围广等特点。
考虑到台式数控等离子切割机是小型化生产，要求智能化要求高、运动平稳、效率高。本次设计采用直流无刷伺服电机和FANUC数控系统，因为直流无刷伺服电机体积小、出力大、容易实现智能化；FANUC系统的系统软件功能比较齐全，能满足工作要求，且具有强大的DNC功能，是PC和机床之间的数据能够可靠完成。
五、毕业设计提纲
六、进度安排
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序号
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任务名称
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时间
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1
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毕业设计开题报告
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第七学期第八周~第十三周
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2
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主要设计工作，包括草图、结构设计及工程图等
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第七学期第十四周~第十九周
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3
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中期检查
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第八学期第三周
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4
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上交初稿（包括图纸、说明书、外文资料），老师审阅初稿，提出修改意见。
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第八学期第六周末
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5
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交终稿（上交所有资料的纸质和电子版）
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第八学期第十一周
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6
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答辩
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第八学期 第十二周～第十三周(2012.5.26日前)
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七、参考文献
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[3] 呼刚义,关雄飞，宏程序在具有特殊轮廓零件数控编程中的应用[J]，制造业自动化. 2011(23)
[4] 武亚鹏,侯建伟，浅谈数控等离子切割机[J]，金属加工(热加工). 2011(06)
[5] 郑勐，数控等离子切割机开发设计中的关键技术研究[D]，西安理工大学 2004
[6] 胡琛，等离子切割机数控系统的研究[D]，武汉科技大学 2008
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