CN1304159C - 等离子切割装置及其控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提高等离子电弧切割时的产品切割质量，尤其是孔的切割质量。本发明等离子切割装置，用于一边向等离子喷枪(6)供给电弧电流和等离子气体，形成从等离子喷枪(6)的喷咀向板材(w)的等离子电弧(A)，一边使等离子喷枪(6)按期切割速度沿着与产品形状相对应的切割路径进行移动，对板材(w)进行切割，从该板材(w)中切割出产品，其特征在于：具有控制装置(36)，用于控制切割状态，该控制装置(36)，当切割孔时，与切割外形时相比，控制降低切割速度，减小电弧电流值，而且减小等离子气体流量或压力。

Description

等离子切割装置及其控制装置
技术领域
本发明涉及把板材切割成产品用的等离子切割装置及其控制装置。
背景技术
已知的这种等离子切割装置之一是向旋转的等离子电弧周围供给向同一方向旋转的助推气体旋流进行等离子电弧切割的等离子切割装置。在等离子电弧切割中，通过等离子电弧的收缩而使板材的断面形状变成越向下越窄的锥体形状。该等离子切割装置，通过调节助推气体旋转强度(或助推气体流量)，能够调整与板材下面相垂直的面和切割面所形成的角度即斜角(即切割面的斜度)。
但是，切断面的斜度通常随切割速度不同而异。因此，出现的问题是：即使按照使斜角正好为0度来设定助推气体的旋转强度(或助推气体流量)，仍然是在切割速度变化时斜角修正过量，达不到0度。
并且，如图1所示，在板材300的切割最前面110处，出现下侧的切割比上侧延迟的现象(以下，把切割最前面110的下侧切割比上侧延迟的量的距离130称为“切割延迟”)。因此，尤其像边角和急转弯那样切割方向大幅度改变的地方，在曲线50的上侧轨迹150和下侧轨迹170之间产生位置偏离。
为了消除由于这种原因所造成的切割质量下降，可以采用以下使斜角适当的等离子切割方法；根据切割速度来调节助推气体流量(或助推气体旋转强度)，具体来说，当切割速度较快时，使助推气体流量(或助推气体旋转强度)较大；当切割速度较慢时，使助推气体流量(或助推气体旋转强度)较小。(参见专利文献1)
[专利文献1]
特开2000-317639号公报
但是，即使利用上述现有技术的方法来进行等离子电弧切割，仍然会在切割产品的孔时不一定能获得良好的切割质量。其原因主要有以下4点：
(1)切割延迟，
孔的尺寸与产品外形尺寸相比是非常小的，所以，在切割孔的情况下，切割延迟的影响大于切割外形时。例如，如图2所示，若在切割孔时有切割延迟，则孔310的下侧的直径DL小于上侧直径DU，对此情况容易发现，看出来。
(2)等离子电弧气流向中心方向流动
外形切割，在切割过程中，相对于等离子电弧的移动方向，在等离子电弧的左右两侧不会产生空间(即在切割槽的左右侧不会产生空间)，因此，从左右两侧对等离子电弧的压力大致相等。但是，在孔切割时，相对于由于等离子电弧切割而形成的切割槽宽度，孔径小等情况下，在切割中在等离子电弧的右或左侧(换言之，孔的中心侧)有时产生空间，因此，有时对于等离子电弧向孔中心侧的压力大于向孔外侧的压力。因此，孔切割时，等离子电弧向孔中心方向流动，所以孔的上侧和下侧的轨迹不同，例如，变成图2所示的状态。
(3)切割面上产生的凹凸
孔切割在通常大多数情况下，如图3所示，用等离子电弧对孔310的内侧规定位置P1穿孔(切割孔)后，形成等离子电弧，使该等离子电弧向孔310的轮廓上的规定位置(以下称为旋转开始位置)PS移动，使等离子电弧从该旋转开始位置PS沿孔310的轮廓进行旋转，于是切割形成孔31(虚线表示曲线的轨迹)。这时，用等离子电弧切割的最前面呈弯曲状，存在上述切割延迟和等离子电弧向中心方向流动等现象，所以，即使等离子电弧精密地在孔310的轮廓上旋转，也仍然会是在旋转开始位置PS以及形成孔310时的等离子电弧位置，即等离子电弧旋转结束位置PG之间，产生若干位置偏移，等离子电弧切割的最前面呈弯曲状，所以，在切割面上生成凹凸320。
(4)喷射等离子电弧的等离子喷抡的喷咀劣化
随着切割次数的增加，喷射等离子电弧的等离子喷枪的喷咀将变坏。于是，有时对于等离子电弧的左右两侧的压力平衡不同。在孔切割时，其压力平衡如上述(2)所述，与外形切断时相比，对切割质量影响更大。因此，随着切割次数的增加使喷咀变坏时可能造成孔的切割质量下降。
在以上(1)～(4)的原因中，至少(1)的切割延迟对产品外形切割的质量也有不良影响，但其程度不像对孔切割质量的影响那么严重。
发明内容
所以，本发明的目的在于提高等离子电弧切割时的产品切割质量，尤其是孔的切割质量。
在这部分的叙述中，括号内的数字表示与附图所示部分的对应关系，这只不过是说明用的示例，并不是为了限定本发明的技术范围。
采用本发明的等离子切割装置(1)，其用途是：一边向等离子喷枪(6)供给电弧电流和等离子气体，形成从等离子喷枪(6)的喷咀向板材(w)的等离子电弧(A)，一边使等离子喷枪(6)按切割速度沿着与产品形状相对应的切割路径进行移动，对板材(w)进行切割，这样从该板材(w)中切割出产品，该等离子切割装置，其特征在于：具有一种控制装置(36)，用于控制切割状态，其中包括切割速度，电弧电流值和等离子气体流量或压力。该控制装置(36)在产品形状具有孔和外形的情况下，当切割孔时，控制方法如下：与切割外形时相比降低切割速度(例如2000mm/分以下，希望达到1500mm/分以下)，减小电弧电流值，而且减小等离子气体流量或压力。
若采用等离子切割装置(1)，则当切割孔时，与切割外形时相比，降低切割速度，所以能减小切割延迟对切割质量的影响。并且，随着该切割速度的降低，使电弧电流值和等离子气体流量或压力减小，所以，当切割孔时，与切割外形时相比，等离子电弧(A)的气体喷射流减弱，因此，切割延迟、相对等离子电弧(A)的左右侧的压力平衡、喷咀的变坏、以及切割面上所产生的凹凸这些因素中的至少一个(以下称为“切割延迟”)对切割质量的不良影响能够减小。
第1最佳实施方式，还向等离子喷枪(6)内供给助推气体，控制装置(36)在切割孔时，与切割外形时相比，也还减小助推气体流量或压力。这样，能进一步减小切割延迟等对切割质量的不良影响。
第2最佳实施方式，控制装置(36)，当切割孔时根据板材(w)的板厚和孔径的比率来控制切割状态。根据本发明申请人进行的实验等，切割延迟等对切割质量的不良影响程度，随孔径与板厚的比率不同而异。因此，在该第2最佳实施方式中，即使板厚和孔径各不相同，只要其比率相同，就可以在同一切割状态下进行孔切割，相反，如果板厚相同，而孔径不同，或者孔径相同而板厚不同，那么要在不同的切割状态下进行孔切割。也就是说，按照该第2实施方式，在基于孔径和板厚两者因素的切割状态下进行孔切割，所以，能更加提高孔的切割质量。
第3最佳实施方式，在第2最佳实施方式中，上述控制装置(36)，其控制方法是：当切割上述孔时，上述孔径与上述板厚的比率越大，上述切割速度越快，上述电弧电流值越大，而且等离子气体流量或压力越大。也就是说，控制装置(36)的控制方法是：在板厚相同的情况下，孔径越大，以及在孔径相同的情况下板厚越小，则上述切割速度越快，上述电弧电流值越大，而且上述等离子气体流量或压力越大，按照该第3最佳实施方式，欲切割的孔，当切割延迟等不良影响对切割质量的作用不明显时，提高切割速度，而且增大等离子电弧(A)的气体喷射流，进行孔切割。因此，可以在保持孔的切割质量良好的条件下提高产品生产效率。
第4最佳实施方式，上述控制装置(36)，根据上述板材(w)的材质和板厚，以及上述等离子喷枪(6)的喷咀直径，来控制在切割上述外形时的上述切割状态，而且，根据上述板材(w)的材质、上述板厚、上述喷咀直径以及上述孔径与上述板厚的比率，来控制在切割上述孔时的上述切割状态。按照该第4最佳实施方式，在对板材(w)的材质和板厚以及喷咀直径最适应的切割状态下进行外形切割和孔切割，所以，能使产品切割质量更好。尤其孔切割时，即使孔径与板厚的比率相同，如果板材(w)的材质、板厚和喷咀直径，其中的至少一个条件不同，也在与其单独相适应的切割状态下进行切割，所以，能进一步提高切割质量。
第5最佳实施方式，在第4最佳实施方式，上述控制装置(36)的控制方法是：当切割上述孔时，上述孔径与板厚的比率越大，上述切割速度越快，上述电弧电流值越大，而且上述等离子气体流量或压力越大。按照第5最佳实施方式，欲切割的孔，当切割延迟等对其切割质量的不良影响不明显时，可以提高切割速度，而且增大等离子电弧(A)的气体喷射流进行孔切割。所以，在整体上，既能保证孔的切割质量良好，又能提高产品生产效率。
第6最佳实施方式，在第4最佳实施方式中，上述控制装置(36)，对于上述板材(w)的材质、上述板材(w)的板厚、上述等离子喷枪(6)的上述喷咀直径的每一种组合，分别具有外形用的控制设定、以及上述孔径与上述板厚的比率不同的多个级别的孔用的控制设定。在此情况下，上述控制装置(36)，在从具有规定材质和板厚的板材(w)中，利用具有规定喷咀直径的等离子喷枪(6)来切出产品的情况下，当切割外形时，利用和上述规定材质和板厚以及上述给定的喷咀直径相对应的外形用控制设定，对上述切割状态进行控制；当切割具有规定直径的孔时，在与上述规定材质、板厚和规定喷咀孔径相对应的上述多个级别的孔用的控制设定，利用和上述规定直径和板厚的比率相对应的级别的孔用的控制设定，对上述切割状态进行控制。若按照该第6最佳实施方式，则外形切割在与板材(w)的材质、板厚以及上述等离子喷枪(6)的喷咀直径的组合相适应的最佳切割状态下进行，所以能进一步提高外形切割质量。并且，若按照该实施方式，则孔切割在与上述组合以及孔径与板厚的比率相对应的孔的级别这两者共同适应的最佳切割状态下进行，所以，能进一步提高孔的切割质量。
第7最佳实施方式，上述控制装置(36)，在上述外形切割中，随着该切割的进行，即使上述等离子喷枪(6)的上述移动路径的曲率发生变化，也能使上述切割状态实质上保持一定。若正在切割时切换切割状态，则由于从开始切换切割状态到实际达到该切割状态上的响应滞后等原因，可能造成切割质量变坏。若按照第7实施方式，则正在切割外形时，即使等离子喷枪(6)的移动路径的曲率发生变化，也能使切割状态保持一定，所以，能够防止由于切割状态的切换而可能造成的外形切割质量变坏。
而且，“使切割状态实质上保持一定”，是指在切割开始和结束时即使切割状态与正在切割时不同，也能保持在该实施方式的范围以内。也就是说，例如，在等离子电弧切割时，有以下3个区间：从引导电弧刚点火之前起到旨导电弧达到主电弧时止的区间(以下称为“切割开始时”)、从引导电弧达到主电弧时起进行切割的区间(以下称为“正在切割时”)、以及从主电弧熄灭后起到电极温度下降到规定温度时止的区间(以下称为“切割结束时”)。在切割开始时和切割结束时，切割状态与正在切割时不同(例如，等离子气体流量或压力，在切割开始时和切割结束时(预流动时和后流动时)小于正在切割时(主流动时)。这样，即使在切割开始时和切割结束时切割状态发生变化，如果正在切割时切割状态不变保持一定，那么能够发挥该实施方式的作用效率。因此，上述的切割状态即使发生变化，也是属于“切割状态实质上保持一定”(这在以下说明中也是一样)。
第8最佳实施方式，上述控制装置(36)，在一个上述孔正在切割时，随着该切割的进行，即使上述等离子喷枪(6)的上述移动路径的曲率发生变化，也能使上述切割状态实质上保持一定。若正在切割时切换切割状态，则如上所述由于从开始切换切割状态到实际达到该切割状态上的响应滞后等原因，可能造成切割质量变坏。若按照第8实施方式，则正在切割孔时，即使等离子喷枪(6)的移动路径的曲率发生变化，也能使切割状态保持一定，所以，能够防止由于切割状态的切换而可能造成的孔切割质量变坏。
附图说明
图1是表示在产生切割延迟的情况下的切割断面图。
图2是表示切割孔的情况下的断面的一例的图。
图3是表示孔切割时的移动路径和切割的结果孔内产生的凹凸的图。
图4是表示涉及本发明一实施方式的等离子切割装置的整体外观图。
图5是等离子喷枪6的断面图。
图6是表示涉及本发明实施方式的等离子切割装置1的构成的方框图。
图7是表示利用CAD/CAM装置38来编制的切割控制程序的一例的图。
图8是表示A代码分配表的一例的图。
图9是表示控制设定表的一例的图。
图10是在判断付与给要素形状的T代码时的流程图。
图11是表示产品切出处理中的NC装置的动作流程的图。
具体实施方式
图4是表示涉及本发明一实施方式的等离子切割装置的整体外观图。
在该等离子切割装置1中，支承板材(w)的切割模板(切割平台)2布置在矩形的机架3的内侧空间内，同时门式的移动梁4布置成横跨在该机架3上的状态，滑架(刀架)5布置在该移动梁4上，等离子喷枪(6)安装在该滑架5上。
移动梁4利用X轴马达7的驱动能够沿着布置在机架3的纵长方向(X轴方向)上的X轴导轨8在X轴方向上进行移动，滑架5利用Y轴马达9的驱动能够沿着布置在移动梁4上的Y轴轨道10在Y轴方向上进行移动。并且，等离子喷枪6利用Z轴马达11的驱动能够相对于滑架5在上下方向(Z轴方向)上进行移动。这样，通过对各马达7、9、11进行控制，等离子喷枪6可以移动到板材(即板状的工件)W的任意位置上，同时在任意高度位置上进行定位，进行板材W的切割加工。
在图4所示的主体部分上，还连接或连结：图4中未示出的等离子气体(等离子主气体)供给装置、助推气体(等离子助推气体)供给装置、电弧电源装置和数控(NC)装置、及其附属装置和外围装置等。(这些将在以后参照图6进行说明)。
图5表示等离子喷枪6的断面。
等离子喷枪6大致上呈多层圆筒形状，其中具有：大致上布置在中心部的大致为圆柱状的电极15、布置成对该电极15的外周侧进行覆盖状态的大致为圆筒状的喷咀16、布置在该喷咀16的外周侧的大致为圆筒状的第1喷咀罩17、以及布置在该喷咀17的外周侧的大致为圆筒状的第2喷咀罩18。并且，在电极15和喷咀16之间形成的前端部敞开空间作为等离子气体通道19；在喷咀16和第1喷咀罩17之间形成的封闭空间作为冷却水通道20，在第1喷咀罩17和第2喷咀罩18之间形成的前端部敞开空间作为助推气体通道21。
在作为电极15的等离子电弧发生点的前端部上，安装了能耐等离子电弧高温的高熔点材料制(例如铪制、锆制、合金制等)的耐热插入头22。并且，在喷咀16的前端部上设置了喷咀孔口23，由等离子气体通道19供给的等离子气体(例如氧气)从喷咀孔口23向板材W上喷射。并且，在第2喷咀罩18的前端开口部上安装屏蔽罩24，由助推气体通道21供给的助推气体(例如空气)从该屏蔽罩24前端的喷出口25喷出。
在等离子气体通道19内嵌入了等离子气体旋流器34，用于使通过等离子气体通道19的等离子气体进行旋转流动，从喷咀孔口23中喷射到板材W上。同样，在助推气体通道21内嵌入了助推气体旋流器35，用于使通过助推气体通道21的助推气体进行旋转流动，从喷咀孔口25中喷射到板材W上。利用这种双重旋转气流，能使板材W中的切割槽的形状发生变化，能调整等离子气体和助推气体的各供给量，能调整斜角。
若利用以上结构，在向等离子气体通道19内供给等离子气体的状态下，在电极15和板材W之间对导引电弧进行点火，则被电离的具有导电性的等离子气体通过喷咀孔23喷射到板材W上，在电极15与板材W之间使等离子电弧A进行点火。该等离子电弧A，由于喷咀孔23的聚束性和等离子气流的热收缩作用有效地进行发挥，所以变成在高温下具有高密度能量的等离子电弧。这样形成的等离子电弧A使板材W熔化，进行穿孔和切割。
图6表示涉及本实施方式的等离子切割装置1的主体部分、等离子气体供给装置、助推气体供给装置、电弧电源装置和NC装置、及其各种附属装置和外围装置等共同组合而成的整个系统的结构。
在该等离子切割装置1中具：等离子气体供给线路26、助推气体供给线路30、伺服控制部37、等离子电源装置13、切断高度控制部40、CAD/CAM装置38、数控数据库39和数控装置36。
等离子气体供给线路26是从等离子气体供给装置27向等离子喷枪6的等离子气体通道19供给的等离子气体的气体供给线路。在等离子气体供给线路26中，向其下流侧依次插入了：根据从NC装置36来的信号来对阀门进行开关，进行等离子气体的供给和切断的电磁开关阀28、以及根据从NC装置36来的模拟电压信号来调整等离子气体压力(换言之，等离子气体供给量)的天电调节器29。
助推气体供给线路30是从助推气体供给装置31向等离子喷枪6的助推气体通道21供给的助推气体的气体供给线路。在助推气体供给线路30中，向其下流侧依次插入了：根据从NC装置36来的信号来对阀门进行开关，进行助推气体的供给和切断的电磁开关阀32、以及根据从NC装置36来的模拟电压信号来调整助推气体压力(换言之，助推气体供给量)的天电调节器33。
并且，伺服控制部37根据从NC装置36来的控制信号，对参照图4进行说明的X轴马达7、Y轴马达9和Z轴马达11进行控制，这样来对等离子喷枪6的Z方向上的位置(即穿孔时和切割时的高度)以及等离子喷枪6向XY方向的移动(即移动路径)进行控制。
等离子电源装置13，其一边的端子(负端子)通过喷枪电缆12来与喷枪6的电极15相连接；另一边的端子(正端子)通过母材电缆14来与板材W(或切割模板2)相连接，这样一来，能在等离子喷枪6的电极15和板材W之间加电压(以下称为“等离子电弧电压”)，供给电弧电流。等离子电源装置13，根据从NC装置36来的电流指令信号(即指定的电弧电流值)，对供给到等离子喷枪6内的电弧电流值进行控制。并且，等离子电源装置13，定期地或者按规定的定时来把等离子电弧电压值输入到切断高度控制部40内。
切断高度控制部40与NC装置36相连接并能够通信，根据从等离子电源装置13输入的等离子电弧电压值，计算出等离子喷枪6的高度，把表示计算出的高度的高度信号输入到NC装置36内。
CAD/CAM装置38是具有CAD(计算机辅助设计)功能和CAM(计算机辅助制造)功能的计算机系统(它也可以是装入了用于发挥CAD功能和CAM功能的软件的微机，也可以是用于发挥CAD功能和CAM功能的专用机，也可以是在物理上从包括NC装置36等在内的等离子切割装置1中切离出来的独立机，也可以是通过通信网络等与NC装置等连接成能通信状态的机器)。CAD/CAM装置38编制与从板材W上切出的产品的形状有关的数据(以下称为“产品形状数据”)，或者根据该产品形状数据等，为NC装置36来编制用于对等离子电弧切割的切割状态进行控制的计算机程序(以下称为“切割控制程序”)。已编制的切割控制程序，通过CD-ROM等移动式记录媒体或通信网络等规定媒体，输入到NC装置36内(切割控制程序的具体内容等以后叙述)。
在NC数据库39内存储了控制设定表，其中记录的数值(以下称为“控制设定值”)涉及对切割状态进行控制所用的条件，其内容包括：切割速度、电弧电流值、等离子气体流量或压力以及助推气体流量或压力。控制设定表记录了最佳控制设定值，这些控制设定值分别对应于各种不同的切割条件(例如板材的材质、板厚、喷咀直径、是外形切割还是孔切割，在切割孔的情况下，还有孔径与板厚的比率等，这些条件组合使用)。利用执行切割控制程序的方法，由NC装置36进行查找，在根据该切割控制程序进行切割时，选择出与这时的具体切割条件相对应的最佳的控制设定值，NC装置36能够设定识别(控制设定表的具体内容待以后叙述)。
NC装置36输入由CAD/CAM装置38编制的切割控制程序，利用该切割控制程序来查找NC数据库39内的控制设定表，选择出为适应该切割控制程序所指定的切割条件而应当采用的最佳控制设定值，将其作为切割中应当使的控制设定而进行设定识别。并且，NC装置36，当根据该切割控制程序进行切割时，根据被设定识别的控制设定值，对包括切割速度、电弧电流值、等离子气体流量或压力以及助推气体流量或压力在内的切割状态进行控制。具体来说，NC装置36，通过向伺服控制部37内输入任意值的控制信号，在伺服控制部36内对等离子喷枪6的切割速度进行控制。并且，NC装置36，通过向等离子电源装置13内输入任意值的电流指令信号，对于由等离子电源装置13向等离子喷枪6内供给的电弧电流值进行控制。并且，NC装置36向电磁开关阀28、32内输入通/断信号，而且，向天电调节器29、33内输入任意值的模拟电压信号，对等离子气体流量或压力以及助推气体流量或压力进行控制。
以上是涉及本实施方式的等离子切割装置1的概要。以下说明用CAD/CAM装置38编制的切割控制程序。
图7是表示利用CAD/CAM装置38来编制的切割控制程序的一例的图。
在切割控制程序700中描述了：根据该切割控制程序700进行切割作业中使用的板材W的材质、板厚和等离子喷枪6的喷咀直径共同决定的切割条件代码(以下称为“A代码”)、以及在该切割作业中被切出的多个(或1个)产品分别对应的多个产品切割控制信息200、200............。
A代码是参照图8例示的表，即A代码分配表来决定的，该表中所描述的A代码，是按照板材W的材质(例如低碳钢、不锈钢、铝等)、板厚(mm)和喷咀直径(mm)的各种组合而预先给予分配的。也就是说，CAD/CAM装置38，让用户输入板材(w)的材质、板厚和喷咀直径，由用户输入的板材(w)的材质、板厚和喷咀直径所对应的A代码从A代码分配表中抽出(A代码分配表存储在例如CAD/CAM装置38内部或外部的无图示的存储装置内)。而且，一个切割控制程序700中所描述的A代码的数，在图8的例中是一个。因此，在按照该切割控制程序700进行的切割作业，始终是使用的同板厚和材质的板材W和同一直径的喷咀。但是，例如，在利用一个切割控制程序700来进行的切割作业的过程中，在把该切割所使用的喷咀更换成直径不同的其他喷咀，或者把使用的板材W改变成其他板厚(或材质)的情况下，对同一切割控制程序700描述了许多个A代码。
产品切割控制信息200的数，与该切割作业所切出的产品的总个数是相同的。例如，若切出的产品的种类是一种，切出的产品的个数是20个，则产品切割控制信息200的数(即切出的产品的总个数)为20，并且，若切出的产品的种类是2种，每种产品的个数为10个，则产品切割控制信息的数为20。多个产品切割控制信息200、200......，例如按照和产品的切出顺序相同的顺序来进行排列。
在各产品的产品切割控制信息200中，对构成产品形状的每个要素形状(例如，在具有2个孔的产品的情况下，由一个外形和2个孔的3个要素形状来构成该产品的形状)，包括：表示该要素形状的种类是外形还是孔(若是孔，则是什么级别的孔)的要素形状代码(以下称为“T代码”)、以及该要素形状的详细控制信息300。例如，具有一个孔和一个外形的产品的情况下，在该产品的产品切割控制信息200中包括该孔的T代码和详细控制信息300、以及外形的T代码和详细控制信息300。一个产品具有的多个要素形状的T代码和详细控制信息300的集按照切出这些要素形状的顺序来进行排列。在具有孔和外形的产品的情况下，在切割孔之后切割形状，所以在孔的T代码和详细控制信息300的集之后对外形的T代码和详细控制信息300的集进行排列。
T代码如前所述，表示要素形状是外形还是孔，若是孔，则是哪种级别的孔。孔的级别根据板材W的孔径与板厚的比率(以下简称为“孔比率”)不同划分为多种，例如有3种。第1孔级别表示孔比率最大(即若板厚一定则孔径最大，或者若孔径一定，则板厚最小)。(以下将该级别称为“大孔级”)。第2孔级别表示孔比率最小(即若板厚一定则孔径最小，或者若孔径一定则板厚最大)。(以下将该级别称为“小孔级”)。第3孔级别表示孔比率位于大孔级和小孔级之间(以下将该级别称为“中孔级”)。
在该实施方式中，T代码有4种。第1T代码表示是产品外形(在图10中示为“T0”)。第2T代码表示是大孔级的孔(图中示为“T1”)。第3T代码表示是中孔级的孔(图中示为“T2”)。第4T代码表示是小孔级的孔(图中示为“T3”)。
在这4中T代码中采用哪一种T代码，由CAD/CAM装置38让用户输入包括孔径在内的产品形状数据和板材W的板厚，根据该输入数据来决定。
对每种要素形状分别写的详细控制信息300详细地指示出了当切割该要素形状时，在等离子切割装置1的切割模板2(即平台)上的哪个位置上按照什么顺序进行什么种类的动作。具体来说，例如，在详细控制信息300中，作为动作种类描述了：指示穿孔的代码和穿孔的位置的切割模板2上的坐标、其次是指示出使等离子喷枪6移动(即切割)的代码以及表示当时的移动路径(切割路径)的坐标、最后是指示出停止发生等离子电弧，结束切割的代码、以及该切割结束位置的切割模板2上的坐标等。
这种切割控制程序700从CAD/CAM装置38中输出后再被输入到NC装置36内时，NC装置36利用该切割控制程序中包含的A代码和T代码，参照NC数据库39内的控制设定表，能在切割时选择并设定最佳控制设定值。
图9表示控制设定表的一例。
在控制设定表中，记录了分别与多个A代码(即板材(w)的材质、板厚和喷咀直径的组合)相对应的多个控制设定信息。在各控制设定信息中包含与第1～第4的T代码(即，要素形状是外形还是孔，若是孔则是什么级别的孔)分别相对应的多种控制设定值。多种控制设定值例如有：电弧电流值、切割速度、切割高度(切割中的等离子喷枪的高度)、孔的高度(穿孔时的等离子喷枪的高度)、助推气体流量(或压力)以及等离子气体编号(而且，等离子气体编号表示等离子气体流量或压力，例如，气体编号“1”表示0.9Mpa；气体编号“2”表示0.6Mpa)。
在该图所示的控制设定表中，对每个A代码记录了控制设定信息，根据该控制设定信息中含有的各种控制设定值，对外形切割和孔切割的切割状态进行控制。A代码如上所述对板材(w)的材质、板厚和喷咀直径的每个组合分别配备。所以在该实施方式中根据板材(w)的材质、板厚和喷咀直径来控制外形切割和孔切割的切割状态。具体来说，例如即使切割对象的孔径相同，如果板材(w)的材质、板厚和喷咀直径中即使有一个不同；那么，仍要在不同的切割状态下进行外形切割和孔切割。
并且在该图所示的控制设定表中，同一A代码(即板材(w)的材质、板厚和喷咀直径的组合)中，与T代码“T1”～“T3”相对应的(即孔切割的)切割速度，设定为低于和T代码“T0”相对应的(即外形切割)切割速度。并且，在同一A代码中，与T代码“T1”～“T3”相对应的电弧电流值和等离子气体流量或压力设定为小于和T代码“T0”相对应的值。因此，当切割孔时，与切割外形时相比，控制方法是切割速度慢，电弧电流值小，而且等离子气体流量或压力小。
并且在该图所示的控制设定表中，同一A代码(即板材(w)的材质、板厚和喷咀直径的组合)中，与T代码“T1”～“T3”相对应的(即孔切割的)助推气体流量或压力也设定为小于和T代码“T0”相对应的(即外形切割)值。因此，当切割孔时，与切割外形时相比，控制方法是助推等离子气体流量或压力也小。
再者，该图所示的控制设定表中，孔径与板厚的比率越小(即孔的级别越小)，记录的切割速度越慢，电弧电流值越小，等离子气体流量或压力越小，助推气体流量或压力越小。因此，在孔切割时在板厚相同的情况下(例如在A代码相同的情况下)孔径越小，另一方面在孔径相同的情况下板厚越大，则切割速度越慢，电弧电流值也越小，等离子气体流量或压力也越小而助推气体流量或压力越小。
以下说明在使用CAD/CAM装置38编制出产品的形状数据之后，在等离子切割装置1中切出该产品之前的流程。而且，在该说明中，为了便于理解该流程，把被切割的板材W定为1块。
(1)产品形状数据的编制
CAD/CAM装置38通过用户操作来编制与切出产品的形状设计有关的产品形状数据，把编制出的产品形状数据存储到规定的存储装置(无图示)内。产品形状数据例如是所谓DXF(绘图交换文件)的形式的数据，至少包括表示产品的外形轮廓和尺寸的数据。并且，在产品形状，除外形以外还有一个或多个孔的情况下，产品形状数据中，例如对每个孔还包括表示孔的轮廓、孔径和产品外形中的孔的位置(坐标)的数据。
(2)切割控制程序的编制
(2-1)产品形状数据的输入
CAD/CAM装置38让用户输入从板材W中切出产品的产品形状数据。产品形状数据的输入方法是，例如把预先登录的一种以上的产品形状数据显示到显示器画面上，让用户从这一种以上的产品形状数据中选择所需的一种或多种产品形状数据，把被选出的一种或多种产品形状数据作为切出的产品的产品形状数据进行输入。
(2-2)板材W的尺寸(纵横尺寸)、材质、板厚和喷咀直径的输入
并且，为了编制切割控制程序700，CAD/CAM装置38让用户也还输入在按照该切割控制程序700进行的切割作业中进行切割的板材W的尺寸(纵横尺寸)、板材W的材质、板材W的板厚以及等离子喷枪6的喷咀直径。
(2-3)组合排样(嵌套)处理和产品切出顺序的决定
CAD/CAM装置38让用户对每种被输入的产品形状数据分别输入该产品形状数据所表示的产品要切出的个数，然后进行组合排样处理。
也就是说，CAD/CAM装置38，根据已输入的一种或多种产品形状数据、每种产品的切出个数以及板材W的尺寸，在板材W布置切出的产品的切割线，要使从板材W切出的产品以外的部分(废料)达到最少。
并且，CAD/CAM装置38决定产品的切出顺序。
(2-4)A代码和切出的每个产品的产品切割控制信息200的决定
首先，CAD/CAM装置38利用由用户输入的板材(w)的材质、板厚和喷咀直径，参照A代码分配表(参见图8)，抽出与这些材质、板厚和喷咀直径的组合相对应的A代码。
然后，CAD/CAM装置38对每种切出的产品决定产品切割控制信息200。
也就是说，CAD/CAM装置38对每个产品切割对象(即每个像外形和孔这样的要素形状)给予T代码。
具体来说，如图10所示，CAD/CAM装置38参照由用户输入的产品形状数据，对要素形状进行识别，判断该要素形状是外形还是孔(S1步)。其结果，当判断出是外形时(在S1为是)，CAD/CAM装置38，对上述被识别的要素形状，付与表示是外形的T代码“T0”(S2)。
在S1中，在判断出上述被识别的要素形状是孔的情况下(在S2为否)，CAD/CAM装置38利用由用户输入的板厚、以及在产品形状数据内所包含的该孔的直径，计算出该孔的孔比率(即孔径相当于板厚的多少倍)，根据计算出的孔比率，对上述被识别的要素形状决定付与的T代码。例如，如图10所示，CAD/CAM装置38，若算出的孔比率为第1阈值(例如2、5)以上(在S3为是)，则付与表示是大孔级的孔的T代码“T1”(S4)；若该孔比率为第1阈值(例如2、5)以下而且是第2阈值(例如1、5)以上(在S3为否和在S5为是)，则付与表示是中孔级的孔的T代码“T2”(S6)；若该孔比率为第2阈值(例如1、5)以下，(在S3为否和在S5为否)，则付与表示是小孔级的孔的T代码“T3”。
若按以上那样的方法，对产品的每个要素形状付与T代码，则CAD/CAM装置38对产品的每个要素形状，决定详细控制信息300，其中详细指示当切割该要素形状时在等离子切割装置1的切割模板2(即平台)上的什么位置上，按照什么顺序进行哪一种类的动作。
(2-5)切割控制程序700的生成和输出
按以上方法对A代码和每个切出的产品切割控制信息200(即包括每个产品要素形状的T代码和详细控制信息300的集在内的信息)进行决定后，由CAD/CAM装置38来生成切割控制程序700(参见图7)，其中包括：A代码、每个切出的产品的产品切割控制信息200以及产品切出的顺序。并且，CAD/CAM装置38把该切割控制程序700输出到软磁盘等可移动的记录媒体上，或者通过通信网络发送到NC装置36内。
(3)产品的切出
图11是表示产品切出处理中的NC装置的动作流程的图。
若把切割控制程序700输入到NC装置36内(S11)，则由NC装置36参照该切割控制程序700，确定产品切出顺序和由此切出的产品(S12)。并且，NC装置36开始该产品的切割作业。在此，例如在产品的形状中不仅包括外形，也包括孔的情况下(在S13为是)。按照该产品的产品切割控制信息200所指定的顺序，从产品的孔开始切割。
也就是说，NC装置36根据在S11输入的切割控制程序700中所描述的切割对象的孔对应的详细控制信息300，对伺服控制部37进行控制，使等离子喷枪6移动到穿孔的位置上。并且，NC装置36，与该处理相并行(或该处理结束后)，参照NC数据库39内的控制设定表，从该控制设定表中读出在S11步输入的切割控制程序700中所包含的A代码(也就是说，与被切割的板材W的材质和板厚以及使用的喷咀直径的组合相对应的A代码)、以及切割对象的孔的T代码所对应的多种控制设定值(例如切割速度、电弧电流值、等离子气体流量或压力和助推气体流量或压力)，把已读出的多种控制设定值设定在规定的存储装置(例如寄存器)内(S14)。NC装置36根据该设定的控制设定值，一边控制切割状态，一边进行孔切割(S15)。
具体来说，例如NC装置36，首先控制等离子喷枪6的高度，使其达到已设定的控制设定值之一的穿孔高度。并且，NC装置36根据切割对象的孔的详细控制信息300所规定的控制信息，进行穿孔处理，对板材W进行孔切割。
然后，NC装置36在上述穿孔的位置上对等离子喷枪6的高度进行控制，使其达到由S14设定的控制设定值之一的切割高度。并且，NC装置36按照S14所设定的切割速度、而且按照切割对象的孔的详细控制信息300中所写的移动路径(切割路径)，使等离子喷枪6进行移动(例如，使等离子喷枪6从穿孔位置移动到孔的轮廓上的规定旋转开始位置，从该位置沿着孔的轮廓进行旋转)，这样，对具有规定直径的孔进行切割。并且，在该等离子喷枪6的移动过程中，NC装置36进行控制，使切割速度、供给到等离子喷枪6内的电弧电流值、等离子气体流量或压力和助推气体流量或压力，达到由S14设定的切割速度、电弧电流值、等离子气体流量或压力和助推气体流量或压力，而且对其加以保持。换言之，NC装置36在切割中(至少在等离子喷枪6的上述旋转中)，即使等离子喷枪6的移动路径的曲率发生变化，也能把由S14设定的切割速度、电弧电流值、等离子气体流量或压力和助推气体流量或压力改变成别的数值(而且，穿孔时，从穿孔位置移动到上述旋转开始位置，或者到达上述旋转结束位置时，也可以在另一切割状态下进行切割处理，该切割状态不同于把S14所设定的控制设定值作为基础的切割状态。
按照上述方法由NC装置36进行孔切割。在产品中具有多个孔的情况下，在这许多孔全部切割完之前，反复进行S13～S15步。
而且，在反复进行S13～S15的情况下，控制的方法是：若孔的级别越小(即孔比率越小)，则切割速度越慢，电弧电流值越小，等离子气体流量或压力也越小，而且助推气体流量或压力也越小。
那么，NC装置36在全部孔切割结束后(或者产品形状中没有孔时)(在S13为否)，进行外形切割。该切割处理的流程与孔切割时一样。也就是说，NC装置36，对于由S11输入的切割控制程序700内包含的A代码(即被切割的板材(w)的材质、板厚和喷咀直径的组合所对应的A代码)、以及作为切割对象的外形的T代码“T0”所对应的多种控制设定值，从NC数据库39内的控制设定表中进行读出和设定(S17)。并且，NC装置36、按照S17所设定的切割速度，而且按照切割对象的外形的详细控制信息300中所写的移动路径使等离子喷枪6进行移动，这样来切割外形(S18)。并且，在该等离子喷枪6的移动中，NC装置36，进行控制，使切割速度、供给到等离子喷枪6内的电弧电流值、等离子气体流量或压力和助推气体流量或压力，达到由S17设定的切割速度、电弧电流值、等离子气体流量或压力和助推气体流量或压力，而且对其加以保持。
NC装置36，若尚有要切出的产品(在S19为是)，则进行以上的S12～S18的处理，若全部产品切割完毕(在S19为否)，则结束处理。
以上说明了本实施方式。
而且，在该实施方式中，切割孔时，根据孔径与板厚的比率来分级地更改控制设定值(即切割速度和电弧电流值等)。但也可以是无级地更改。具体说来，例如，也可以是：表示孔比率和各种控制设定值(切割速度和电弧电流值等)的对应关系的线性曲线数据，登录在NC数据库39内，根据该曲线数据，决定孔切割中的控制设定值。
并且，NC装置36具有显示画面，也可以在S14和S17对控制设定值进行设定时，把该控制设定值显示在画面上，让用户输入是否承认该控制设定值，或者用手动方式来更改该显示的控制设定值。
并且，如图9的控制设定表所示，对外形切割，备有高速方式和低速方式，该低速方式的切割速度低于高速方式(并且，例如，电弧电流值、等离子气体流量或压力和助推气体流量或压力的至少一个较小)，在此情况下，NC装置36，既可以根据外形的形状等，自动地选择高速方式或低速方式，也可以由用户以手动方式来进行切割方式的选择。在高速方式的情况下，控制方法一定是：与孔切割时相比，切割速度快，电弧电流值大，等离子气体流量或压力大，而且助推气体流量或压力大(在低速的情况下，不一定是这样)。
以上按照上述实施方式，当孔切割时，与外形切割时相比，控制方法是：切割速度慢，电弧电流值小，而且等离子气体流量或压力小。这样，当孔切割时，与外形切割时相比，切割速度慢，所以，能减小切割延迟对切割质量的影响。并且，随着该切割速度的降低，电弧电流值和等离子气体流量或压力减小，所以，当孔切割时，与外形切割时相比，等离子电弧的气体喷射流减弱，因此，切割延迟、相对于等离子电弧的左右侧的压力平衡、杂波的劣化以及切割面上能产生的凹凸(以下称为“切割延迟等”)对切割质量的影响可以减小(例如，能减小或者实质上消除该影响，使切割面上所产生的凹凸不明显。
再者，按照上述实施方式，进一步在孔切割时，与外形切割相比，控制到助推气体流量或压力也减小。这样，能进一步减小切割延迟等对切割质量的不良影响。
并且，按照上述实施方式，若孔径与板厚的比率减小，则切割速度变慢，电弧电流值减小，而且等离子气体流量或压力减小(并且，助推气体流量或压力也减小)。若即使板厚相同，而孔径减小，或者孔径相同，板厚增加，则切割延迟等对切割质量的不良影响增大。按照本实施方式，如上所述，孔比率越小，则控制方法是：切割速度减慢，电弧电流值减小，而且，等离子气体流量或压力减小，所以，能进一步提高孔的切割质量。
再者，按照上述实施方式，根据板材(w)的材质、板厚和等离子喷枪6的喷咀直径，来控制切割时的切割状态。这样，在与板材(w)的材质、板厚和喷咀直径更加适应的切割状态下进行外形切割和孔切割，所以能进一步提高产品的切割质量。
并且，按照上述实施方式，控制装置36，在外形和孔的切割中(例如至少等离子喷枪6的旋转中)，随着该切割的进行，即使等离子喷枪6的移动路径的曲率发生变化，仍能使切割状态实质上保持一定(即不更改已经设定的控制设定值)。这样，能防止由于切换正在切割时的切割状态而造成切割质量下降。
以上说明了本发明的最佳实施方式。但这只是为了说明本发明，并非把本发明的范围仅限定在该实施例内。本发明在不脱离其要点的条件下，也可以用其他各种方式来实施。

Claims (11)

1、一种等离子切割装置，用于一边向等离子喷枪(6)供给电弧电流和等离子气体，形成从等离子喷枪(6)的喷咀向板材(w)的等离子电弧(A)，一边使等离子喷枪(6)按切割速度沿着与产品形状相对应的切割路径进行移动，对板材(w)进行切割，从该板材(w)中切割出产品，该等离子切割装置(1)，其特征在于：具有控制装置(36)，用于控制切割状态，其中包括：切割速度、电弧电流值和等离子气体流量或压力，该控制装置(36)在产品形状具有孔和外形的情况下，当切割孔时，与切割外形时相比，控制降低切割速度，减小电弧电流值，而且减小等离子气体流量或压力。
2、如权利要求1所述的等离子切割装置，其特征在于：还向等离子喷枪(6)内供给助推气体，控制装置(36)在切割孔时，与切割外形时相比，控制减小助推气体流量或压力。
3、如权利要求1所述的等离子切割装置，其特征在于：控制装置(36)，当切割孔时根据板材(w)的板厚和孔径的比率来控制切割状态。
4、如权利要求3所述的等离子切割装置，其特征在于：上述控制装置(36)，当切割上述孔时，上述孔径与上述板厚的比率越大，则控制上述切割速度越快，上述电弧电流值越大，而且上述等离子气体流量或压力越大。
5、如权利要求1所述的等离子切割装置，其特征在于：上述控制装置(36)，根据上述板材(w)的材质和板厚，以及上述等离子喷枪(6)的喷咀直径，来控制在切割上述外形时的上述切割状态，而且，根据上述板材(w)的材质、上述板厚、上述喷咀直径以及上述孔径与上述板厚的比率，来控制在切割上述孔时的上述切割状态。
6、如权利要求5所述的等离子切割装置，其特征在于：上述控制装置(36)，当切割上述孔时，上述孔径与板厚的比率越大，则控制上述切割速度越快，上述电弧电流值越大，而且上述等离子气体流量或压力越大。
7、如权利要求5所述的等离子切割装置，其特征在于：上述控制装置(36)，对于上述板材(w)的材质、上述板材(w)的板厚、上述等离子喷枪(6)的上述喷咀直径的每一种组合，分别具有外形用的控制设定、以及上述孔径与上述板厚的比率不同的多个级别的孔用的控制设定，上述控制装置(36)，在从具有规定材质和板厚的板材(w)中，利用具有规定喷咀直径的等离子喷枪(6)来切出产品的情况下，当切割外形时，外形用控制设定，对上述切割状态进行控制；当切割具有规定直径的孔时，在和上述规定材质和板厚以及上述给定的喷咀直径相对应的上述多个级别的孔用的控制设定中，利用和上述规定直径和板厚的比率相对应的级别的孔用的控制设定，对上述切割状态进行控制。
8、如权利要求1所述的等离子切割装置，其特征在于，上述控制装置(36)，在上述外形切割中，随着该切割的进行，即使上述等离子喷枪(6)的上述移动路径的曲率发生变化，也保持上述切割状态。
9、如权利要求1所述的等离子切割装置，其特征在于：上述控制装置(36)，在一个上述孔正在切割时，随着该切割的进行，即使上述等离子喷枪(6)的上述移动路径的曲率发生变化，也保持上述切割状态。
10、一种控制装置，其特征在于装备到权利要求1～9中的任一项所述的等离子切割装置(1)中，用于控制切割状态，包括切割速度、电弧电流值和等离子气体流量或压力。
11、一种等离子切割方法，用于一边向等离子喷枪(6)供给电弧电流和等离子气体，形成从等离子喷枪(6)的喷咀向板材(w)的等离子电弧(A)，一边使等离子喷枪(6)按切割速度沿着与产品形状相对应的切割路径进行移动，对板材(w)进行切割，从该板材(w)中切割出产品，该等离子切割方法，其特征在于：在上述产品形状具有孔和外形的情况下，包括以下步骤：
对切割状态进行控制，对上述孔进行切割，该切割状态包括：上述切割速度、上述电弧电流值和上述等离子气体流量或压力；和
对上述切割条件进行控制，对上述外形进行切割，
在上述孔进行切割的步骤中，与对上述外形进行切割时相比，控制：减慢上述切割速度，减小上述电弧电流值，而且减小上述等离子气体流量或压力。
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