等離子體引弧裝置的設(shè)計(jì)

王嘉禾，江志和，邵明強(qiáng)，薛志剛

（久智光電子材料科技有限公司,河北 廊坊 065000）

傳統(tǒng)等離子固相外沉積法生產(chǎn)過(guò)程中，需要人工進(jìn)行生產(chǎn)操作、手動(dòng)進(jìn)行等離子弧光的引發(fā)動(dòng)作，既不安全，也會(huì)將外界雜質(zhì)引入加工室內(nèi)。根據(jù)對(duì)等離子體引弧裝置動(dòng)作的研究，得到一種自動(dòng)化等離子體引弧裝置，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，減少人工操作，提高了生產(chǎn)效率，目前已應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中。

1 背景技術(shù)

現(xiàn)有等離子體引弧裝置是由支撐臂、直線氣缸、軸承、旋轉(zhuǎn)氣缸和引弧組件組成，將等離子引弧組件靠近于等離子發(fā)生組件附近，待等離子火焰發(fā)出，需要人工將引弧裝置第一時(shí)間撤離等離子發(fā)生組件，防止引弧組件高溫?fù)p毀。

現(xiàn)有等離子引弧裝置使用直線氣缸抬起支撐臂，支撐臂抬起后，旋轉(zhuǎn)氣缸動(dòng)作，將引弧組件靠近于等離子發(fā)生組件。在氣缸作用過(guò)程中，無(wú)法準(zhǔn)確控制運(yùn)動(dòng)過(guò)程，以及運(yùn)動(dòng)終點(diǎn)。對(duì)等離子發(fā)生組件與引弧裝置的相對(duì)位置要求很高，在相對(duì)位置發(fā)生改變后，相對(duì)位置調(diào)節(jié)過(guò)程復(fù)雜。

在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，壓縮空氣壓力小會(huì)造成直線氣缸、旋轉(zhuǎn)氣缸無(wú)法克服重力及阻力動(dòng)作，壓縮空氣壓力大會(huì)造成氣缸運(yùn)動(dòng)劇烈，震動(dòng)損毀引弧組件與等離子發(fā)生組件。

旋轉(zhuǎn)氣缸在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，會(huì)帶動(dòng)引弧裝置軸向運(yùn)動(dòng)，占用空間大，容易造成引弧裝置與其他設(shè)備的碰撞。

2 根據(jù)實(shí)際情況對(duì)方案進(jìn)行分析和改進(jìn)

結(jié)合背景技術(shù)實(shí)際生產(chǎn)使用過(guò)程故障率，發(fā)現(xiàn)將引弧裝置靠近等離子體發(fā)生組件的過(guò)程中，最容易出現(xiàn)問(wèn)題，在調(diào)節(jié)引弧組件與等離子體發(fā)生組件的過(guò)程中，還需要人工進(jìn)行干預(yù)。所以新型等離子體引弧裝置的設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于將軸向運(yùn)動(dòng)改為更為簡(jiǎn)單的直線運(yùn)動(dòng)，并尋求一種更加穩(wěn)定、可控的動(dòng)力組件。

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，設(shè)計(jì)一款運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)單，占用空間小，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的等離子體引弧裝置，如圖1。

圖1 等離子體引弧裝置

新型等離子體引弧裝置由支撐臂1、電動(dòng)執(zhí)行器2、軸承3、支撐桿4、多導(dǎo)桿氣缸5、引弧組件6 和底座7組成。

軸承3 設(shè)置于底座7 的一端，并且與支撐臂1 的一端活動(dòng)連接，支撐臂1 與支撐桿4 連接，支撐桿4 與電動(dòng)執(zhí)行器2 相連接；支撐臂1 的另一端與多導(dǎo)桿氣缸5相連，多導(dǎo)桿氣缸5 與引弧組件6 相連；支撐桿4 與電動(dòng)執(zhí)行器2 為活動(dòng)連接；支撐桿4 與支撐臂1 為活動(dòng)連接。

圖2 引弧裝置起始位置

新型等離子引弧裝置回收時(shí)支撐臂1 與底座7 平行，壓縮了占用空間，防止與其他設(shè)備發(fā)生碰撞，如圖2。

為了減除引弧組件6 與等離子發(fā)生組件相對(duì)位置需人工檢查到位情況，設(shè)計(jì)中對(duì)電動(dòng)執(zhí)行器2 和多導(dǎo)桿氣缸5 安裝了磁性接近開(kāi)關(guān)，可以檢測(cè)到動(dòng)作是否到位，并由程序判斷是否進(jìn)行下一步驟動(dòng)作。

引弧過(guò)程中，操作人員位于等離子發(fā)生室外，在配電柜中觸發(fā)引弧按鈕。電動(dòng)執(zhí)行器2 運(yùn)動(dòng)，伸出支撐臂，水平方向推動(dòng)支撐桿4，如圖3。

圖3 引弧裝置伸出動(dòng)作

在電動(dòng)執(zhí)行器2 運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，支撐桿4 將力傳遞給支撐臂1 上，并將支撐臂1 沿軸向擺出，直至支撐臂1與支撐架7 垂直，觸發(fā)磁性接近開(kāi)關(guān)。磁性接近開(kāi)關(guān)將信號(hào)傳送給自動(dòng)控制系統(tǒng)，自動(dòng)控制系統(tǒng)收到開(kāi)關(guān)量信號(hào)后判斷支撐臂1 軸向運(yùn)動(dòng)到位，觸發(fā)多導(dǎo)桿氣缸5 動(dòng)作，將引弧組件6 靠近等離子發(fā)生組件，待多導(dǎo)桿氣缸5 移動(dòng)到工藝位置后，觸發(fā)磁性接近開(kāi)關(guān)，將引弧組件6 到位信號(hào)傳送給自動(dòng)控制系統(tǒng)，并完成引弧動(dòng)作，如圖4。

圖4 引弧裝置伸出位置

引弧動(dòng)作完成后，為了防止等離子火焰的高溫?fù)p毀引弧組件6，需要第一時(shí)間將引弧組件撤離等離子火焰處。所以設(shè)計(jì)中增加了工業(yè)級(jí)弧光傳感器，該光學(xué)傳感器可以在檢測(cè)到等離子火焰發(fā)出，并將信號(hào)傳遞給自動(dòng)控制系統(tǒng)。經(jīng)自動(dòng)控制系統(tǒng)判斷，觸發(fā)多導(dǎo)桿氣缸5，將引弧組件6 遠(yuǎn)離等離子發(fā)生組件，并觸發(fā)磁性接近開(kāi)關(guān)，如圖5。

圖5 引弧裝置縮回位置

自動(dòng)控制系統(tǒng)收到多導(dǎo)桿氣缸5 回收到位指令后，發(fā)出指令，控制電動(dòng)執(zhí)行器2 回收，達(dá)到將引弧裝置折疊，壓縮空間的作用。

3 結(jié)語(yǔ)

與背景技術(shù)相比，本裝置具有如下有益效果：電動(dòng)執(zhí)行器2 可根據(jù)要求調(diào)整行進(jìn)速度，會(huì)根據(jù)設(shè)定速度調(diào)整電動(dòng)執(zhí)行器2 中伺服電機(jī)扭矩，保證了電動(dòng)執(zhí)行器2 在每個(gè)運(yùn)行周期的速度，避免了運(yùn)行過(guò)程中的劇烈碰撞，保護(hù)等離子體發(fā)生裝置。電動(dòng)執(zhí)行器2 精確帶動(dòng)支撐桿控制支撐臂的位置運(yùn)動(dòng)，節(jié)省了人力進(jìn)行位置調(diào)節(jié)，保證了運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的穩(wěn)定性，保護(hù)了其他設(shè)備不受到損毀。

導(dǎo)桿氣缸5 會(huì)在電動(dòng)執(zhí)行器2 運(yùn)行到位后啟動(dòng)，將引弧組件6 沿直線方向靠近等離子體發(fā)生裝置，在直線運(yùn)動(dòng)中，不會(huì)與其他相關(guān)設(shè)備產(chǎn)生碰撞，并壓縮設(shè)備空間。