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作者保持喷嘴至工件的距离，而有的割炬喷嘴至工件的距离是固定的。自动割炬可以安装在行走小车、数控切割设备或机器人上进行自动切割。自动割炬喷嘴至工件的距离可以控制在所需的数值围之，有些自动切割设备在切割过程中可以将该割炬喷嘴至工件的距离调整至最佳数值。 （3）喷嘴和电极 1）喷嘴
喷嘴是压缩电弧并形成等离子体的重要元件，对切割效率和切割质量（尤其是切割宽度）具有一定的影响。喷嘴的结构形式同工作气体的种类及其在割炬腔体的流动方式、电极材料和形状有关。喷嘴通常采用纯铜制造，因为纯铜的导热性良好，便于冷却，而且容易加工。喷嘴的壁厚一般为2~3mm，不宜太薄或太厚，大功率等离子弧切割用的可适当增厚些。
等离子弧切割法的种类很多，喷嘴的结构也不尽相同。水在压缩等离子弧切割的喷嘴通常由上部铜喷嘴和下部瓷喷嘴（也有其他绝缘材料）组合而成，以防止产生“双弧”。
割炬压缩喷嘴的结构尺寸对等离子弧的压缩及稳定有直接影响，并关系到切割能力、割口质量及喷嘴寿命。表3为推荐的割嘴的主要形状参数：
表1.3 等离子弧切割用割嘴的主要形状参数
喷嘴孔径/mm 0.8~2 2.5~5.0 2)电极
电极是等离子弧切割的一个关键元件，他直接影响切割效率、切口质量和经济性。等离子弧切割用的电极符合下列基本要求： 具有足够的电子发射能力，逸出功要小； 导电、导热性良好； 熔点高，在高温下耐烧损。
割炬中的电极可采用钨、杜钨、铈钨棒，也可采用镶嵌式电极。钨的熔点虽高，但一旦氧化，其熔点迅速下降，在电极的高温作用下迅速溶化，故纯钨一般作为电极材料。等离子弧切割电极材料优先选用铈钨，但空气等离子弧切割时，空气对电极氧化作用极大，因此不能选作钨做电极，只能选用镶嵌式Hf或Zr及其合
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孔道比L0/d0 2.0~2.5 1.5~1.8 压缩角（ °） 30~45 30~45 . . .
金作电极。
由于等离子弧割炬在极高的温度下工作，割炬上的零件是易损件。尤其喷嘴和电极在切割过程中最易损坏，为了保证切割质量必须定期进行更换。 （4）供气系统
供气系统应保证稳定、连续的向割炬供给工作气体。根据工作气体是使用单一气体还是混合气体，供气系统有单一气体气路和混合气体气路两种，气路中设置出气筒是为了在开始切割前减小气流的冲击作用，便于引弧；而在切割结束时能滞后断气，保证钨极不受氧化。
气体混合筒用于使两种气体混合均匀，如果采用三种气体做工作气体，则应先将两种气体混合均匀后，在同第三中气体混合。气路中的电磁气阀用于控制气路的通或断，空气等离子弧切割的供气装置的主要设备是一台大于1.5kw的空气压缩机，切割时所需气体压力为0.3~0.6Mpa。如果选用其他气体，可采用瓶装气体经减压后供切割时使用。 （5）冷却水（气）系统
冷却水主要用于冷却喷嘴和电极以保证割炬能稳定的持续工作。根据冷却电极的方式冷却水路通常有两种。一种是间接水冷电极的水路，冷却水从喷嘴下部进入，冷却喷嘴后通过上腔体在对电极进行间接冷却，冷却水可来自水或循环水。另一种是要求强烈冷却的大功率等离子弧割炬对喷嘴和电极分别进行冷却，以延长电极和喷嘴的使用寿命，这种方法通常采用水泵供水。
有的切割设备采用循环冷却水冷却，水路中需配置冷却器和循环水泵。冷却水流量Q同常可按下述公式计算，即：
0.24?(0.1~0.2)?P?60?TQ?(L/min)
式中 P——等离子弧电功率，kw； ?T——冷却水的许可温度升高值，°C.
一般常用的冷却水流量为3L/min以上，要求强烈冷却的场合，需10L/min左右。水路中的水流发电器是必须的元件，其作用是在无水或水流过小的情况下自动切断电源使电弧不能引燃或切割，以保护喷嘴和电极等不至被烧坏。水冷电阻用于限制小弧电流防止烧化喷嘴，对大电流的切割电缆也需通水冷却。
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2 主传动系统概要设计
2.1 国外数控机床的发展概况
1948年，美国帕森斯公司，承担了一项加工直升飞机螺旋桨叶轮轮廓用的检查样板的加工设备。1949年，帕森斯公司在麻省理工学院伺服机构研究所的协助下，开始从事数控机床的研制工作。经过三年的研究时间，于1952年试制成功了世界第一台数控机床的试验性样机，这是一台来用脉冲乘法器原理的直线插补三坐标连续控制铣床。1959年，数控机装置有电子管元件过渡到晶体管元件和印刷电路板元件，进入第二代产品。1965年，出现了商品化集成电路数控装置，缩小了体积，减少了功耗，可靠性提高了，进入了第三代产品。1970年，在美国芝加哥国际机床展览会上，第一次出现了用小型计算机数控装置，进入了第四代产品。现在已达到多功能的综合控制，高性能控制的系统，如直流伺服控制系统、交流伺服控制系统等。
早在20年前，西德的梅塞尔公司，就从事气体切割机的研制和生产。尔后，日本小池酸素株式会社、美国林特公司、瑞典伊萨公司等，也相继从事气体切割机的研制和生产。随着数控技术的发展和应用，数控气体切割机也日臻完美。 我国，在60年代开始出现数控技术的应用，70年代以前多用分离元件，以后用微机，微分电机厂，用单片机控制、改造旧设备取得了成效。80年代，机床研究所，开发出了BSO3A经济型的数控系统，取得了广泛的使用。近年来，机床研究所引进了日本FANUC直流伺服控制系统，机床研究所引进了美国的GE交流伺服控制系统，精密仪器厂引进了美国的DYNAPATH系统，是我国的数控技术前进了一步，但价格都比较昂贵。
目前，国产的气体切割机，如气焊机厂生产的氧乙炔气体切割机，最大切割速度仅为1米/分，切速低、功能少、远远满足不了等离子切割速度的要求。而数控等离子切割机，发展还刚起步，所以，设计开发等离子切割机是适时的。
2.2 技术经济分析
目前，在我国各大厂使用的气体切割机，多是国外进口机，据不完全统计，到1986年底，仅日本小池酸素株式会社一家，就在我国销售了72台，西德梅塞尔公司、美国林特公司、瑞典伊萨公司等，也各在我国销售了10多台；这些国外进口的气体切割机，有的是光电跟踪、有的是数控，它们主要以氧乙炔切割为
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主，但也有少数的带等离子切割枪的，这些国外进口机，总的来说，性能不错，但价格昂贵，以日本机为例，每台需28万美元，再加上其他费用，折合人民币整150万元/台。是我国一般的中小厂家无力购买。而我国研制的数控等离子切割机，售价约为进口机的1/8。若能推广到全国，每年可为国家节省数千万元的外汇。
为了满足国大、中、小各类工厂的要求，我们将开发高、中、低三档数控等离子切割机，低档将以步进电机、小型计算机、精密的机械传动和结构组成，面向中小企业，甚至乡镇企业。中档机将以步进电机、中型计算机、较精密的机械传动和结构组成，面向中等企业。高档机将以直流伺服电机或交流伺服电机、高档计算机系统、高精密机械传动系统和结构组成，面向大、中企业。其售价自然是分档论价。
在做发上，我们先易后难，先搞用户多、销路广的中低档机，取得经验后，再搞难度较大的高档机。在满足国用户的基础上，积极寻找出口机会，将产品推向世界。
2.3机型的主参数、性能及用途的确定
数控切割机主参数是按轨距的大小而确定的，我们本着先小后大、先易后难的原则，我们先研制轨距为3米的切割机，以配等离子切割枪为主，同时可根据用户的要求，配带氧乙炔割枪，其主要技术参数和性能如下： 轨距：3000mm(下一步研究4000mm、5000mm)； 最大切割宽度： 2400mm； 导轨长： 11480mm(每加长一级为2290mm)； 最大切割长度： 9000mm；
割炬数：等离子切割枪一把(是否带氧乙炔切割枪由用户选择)； 割炬上下行程： 160mm； 切割支架高： 250mm； 切割速度： 0~6000mm/min； 最大空程速度： 12000mm/min； 切割板材厚： 3~60mm(用等离子切割)； 3~100mm(用氧乙炔切割)；
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供电电压： AC380V； 控制电源电压： AC380V,220V； DC5V, DC15V； 频率： 50Hz； 切割电压： 250~300V(DC)； 切割电流： 200~350A；
机器精度：按自检程序划线检验，其综合误差不得大于±0.5mm； 外形尺寸： l×b×hmm 11480×3560×1810mm； 机重：运动部分 1.2t； 性能：
具有人机对话的功能；有切割速度的调节和瞬时速度显示功能；有手动控制与自动控制的功能；可切割直线、圆、椭圆、二次曲线及各种曲线组成的图形。有返回原点的功能；有切缝修正功能；用户编程语言应用Z80汇编语言。 该机的用途：主要是用于划线和切割不锈钢、铝、铜、铬镍合金、铸铁和碳钢等板材。
2.5 结构及工作原理的分析
我们在作数控等离子切割机初步方案设想时，曾作过单臂式和龙门式两种方案，在作传动方案时，曾作过钢丝绳牵引式、滚轮式、齿轮词条式三种方案，经反复的对比论证，由于双轨龙门式齿轮齿条传动运动平稳、传动精确度高、刚性好等明显的优点，所以选定了双轨龙门式齿轮齿条传动。
其工作原理，就是由三个步进电机通过它们各自的传动机构，带动切割枪沿纵向、横向、垂直三个方向运动，使切割枪能够在被切金属板上切割出所需的几何图形。
它是由下列部分组成的见图2.1。
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数控等离子切割机主传动系统方案
