DE3612722A1

DE3612722A1 - Apparatus for plasma arc cutting

Info

Publication number: DE3612722A1
Application number: DE19863612722
Authority: DE
Inventors: Lothar Wittig
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-04-16
Filing date: 1986-04-16
Publication date: 1987-10-29

Abstract

The apparatus for plasma arc cutting, in particular for the air plasma arc cutting of plate-shaped metal workpieces (11), comprises a work table (1), the top of which defines a work plane (2), and a plasma head (4) which has a nozzle (5), with a nozzle passage (5a), directed towards the work plane (2), for the discharge of a plasma arc cutting jet (10), as well as an electrode (7) behind the nozzle (5) for forming the plasma, and means (25) for feeding a cutting gas from which the plasma is formed, the plasma head (4) and the work table (1) being movable relative to one another parallel to the work plane (2), and the nozzle passage (5a) being directed towards the work plane (2) at an angle ( alpha ) different from 90 DEG . <IMAGE>

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merk malen. Bei den bekannten Vorrichtungen ist entweder der Arbeitstisch in seiner Arbeitsebene in zwei zueinander senkrechten Richtungen verschiebbar und der Plasmakopf demgegenüber stationär an einem Gestell der Vorrichtung befestigt, oder es ist der Arbeitstisch in seiner Ebene in einer Richtung und der Plasmakopf in einer dazu senk rechten Richtung parallel zur Arbeitsebene verschiebbar. In beiden Fällen ist der Abstand des Plasmakopfs von der Arbeitsebene zum Erzielen eines Lichtbogens mit optimalen Schneideigenschaften einstellbar. Die Düse des Plasma kopfes ist bei den bekannten Vorrichtungen mit ihrem Düsenkanal senkrecht gegen die Arbeitsebene gerichtet.The invention relates to a device with the Merk specified in the preamble of claim 1 to paint. In the known devices, either Working table in its working level in two to each other vertical directions and the plasma head in contrast, stationary on a frame of the device attached, or it is the work table in its plane lower in one direction and the plasma head in one right direction can be moved parallel to the working plane. In both cases the distance between the plasma head and the Working level to achieve an arc with optimal Cutting properties adjustable. The nozzle of the plasma head is in the known devices with their Nozzle channel directed vertically against the working plane.

Es ist ein Charakteristikum des Plasmaschmelzschneidens, dass der Plasmalichtbogenschneidstrahl in dem zu schneidenden Werkstück eine keilförmige Brennfuge er zeugt. Dies hängt damit zusammen, dass beim Plasma schmelzschneiden hohe Schneidgeschwindigkeiten erreicht werden und dass der Plasmalichtbogenschneidstrahl sehr heiß ist und auf der dem Plasmakopf zugewandten Seite des Werk stückes mehr Metall erschmilzt und abträgt als auf der dem Plasmakopf abgewandten Seite des Werkstückes. Diese Erschei nung ist bei dünneren Werkstücken ausgeprägter als bei dickeren Werkstücken und beim Luftplasmaschmelzschneiden ausgeprägter als beim Zweigas-Plasmaschmelzschneiden, weil beim Luftplasma schmelzschneiden ein heißerer Lichtbogen erzeugt wird als beim Zweigas-Plasmaschmelzschneiden.It is a characteristic of plasma fusion cutting, that the plasma arc cutting beam in the too cutting workpiece a wedge-shaped kerf testifies. This is due to the fact that with plasma melt cutting achieved high cutting speeds and that the plasma arc cutting beam is very hot and on the side of the work facing the plasma head piece of metal melts and wears away than on that Side of the workpiece facing away from the plasma head. This issue is more pronounced with thinner workpieces than with thicker ones Workpieces and with air plasma fusion cutting more pronounced than with Two-gas plasma fusion cutting because of the air plasma melt cutting creates a hotter arc than with two-gas plasma fusion cutting.

Der durchschnittliche Abschrägungswinkel eines Plasma schmelzschnittes liegt zwischen 1,5°und 10°. Beim Plas maschmelzschneiden von Werkstücken, die weniger als 6 mm dick sind, ergibt sich normalerweise eine Abschrägung von ungefähr gleichem Winkel auf beiden Seiten der Brenn fuge. Wenn Werkstücke geschnitten werden, die dicker als 6 mm sind, können die beiden Seiten der Brennfuge infolge einer Wirbelbildung der Schneidgase unterschiedliche Ab schrägungswinkel aufweisen. In diesem Zusammenhang ist es bekannt, den Schneidvorgang so zu vollziehen, dass die Schnittfläche mit dem geringeren Abschrägungswinkel auf einer bestimmten Seite der Brennfuge erscheint, nämlich auf der zum auszuschneidenen Werkstück ge hörenden Schnittfläche während der größere Abschrägungs winkel am Abfall auftritt.The average bevel angle of a plasma enamel cut is between 1.5 ° and 10 °. Plas Melt cutting of workpieces that are less than 6 mm thick, there is usually a bevel of approximately the same angle on both sides of the focal gap. When cutting workpieces that are thicker than 6 mm, the two sides of the fugue can result a vortex formation of the cutting gases different from have helix angle. In this context it is known to perform the cutting process in such a way that the cut surface with the smaller bevel angle appears on a specific side of the fugue, namely on the ge to the workpiece to be cut hearing cut surface during the larger bevel angle at the waste occurs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vor richtung zum Plasmaschmelzschneiden zu schaffen, die das Erzeugen von Schnittflächen mit verringerter oder verschwindender Abschrägung gestattet.The invention has for its object a direction of plasma fusion cutting to create the generating cut surfaces with reduced or disappearing bevel allowed.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vor teilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. This object is achieved with a device the features specified in claim 1. Before partial developments of the invention are the subject of subclaims.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Düsen kanal des Plasmakopfes, aus welchem der Plasmalicht bogenschneidstrahl austritt, nicht mehr senkrecht zur Arbeitsebene gerichtet, sondern in einem von 90° ver schiedenen Winkel, wobei die Neigung des Düsenkanals gegenüber der Arbeitsebene gerade so gewählt wird, dass durch das entsprechend schräge Auftreffen des Plasma lichtbogenschneidstrahls auf das Werkstück die Ab schrägung einer der beiden Schnittflächen der Brennfuge kompensiert wird. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erhält man zwar nach wie vor eine keilförmige Brennfuge, doch ist deren eine Schnittfläche nicht mehr abgeschrägt; dafür weist die gegenüberliegende Schnittfläche der Brenn fuge einen entsprechend vergrößerten Abschrägungswinkel auf. Durch Wahl der Bewegungsrichtung des Düsenkopfes relativ zum Werkstück während des Schneidvorganges kann man dafür sorgen, dass sich die gerade Schnittfläche am auszuschneidenden Werkstück, die gegenüberliegende schräge Schnittfläche sich hingegen am Abfall befindet, wo sie nicht stört.In the device according to the invention, the nozzle channel of the plasma head from which the plasma light arc cutting beam emerges, no longer perpendicular to the Working level directed, but in a 90 ° ver different angles, the inclination of the nozzle channel compared to the working level is chosen so that due to the corresponding oblique impact of the plasma arc cutting beam onto the workpiece bevel of one of the two cutting surfaces of the fugue is compensated. With the device according to the invention you still get a wedge-shaped focal joint, but one of its cut surfaces is no longer beveled; the opposite cutting surface of the burner points to this add a correspondingly larger bevel angle on. By choosing the direction of movement of the nozzle head relative to the workpiece during the cutting process one make sure that the straight cut surface on the workpiece to be cut out, the opposite on the other hand, the sloping cut surface is on the waste, where it doesn't bother

Der Winkel zwischen der Längsachse des Düsenkanals und einer auf der Arbeitsebene errichteten Senkrechten liegt im Bereich der aus der Erfahrung bekannten durchschnitt lichen Abschrägungswinkel eines Plasmaschmelzschnittes, also zumeist bei Winkeln von weniger als 10°. Welcher Winkel im Einzelfall der geeignete ist, hängt von der Art des zu schneidenden Werkstoffes, von der Dicke des zu schneidenden Werkstückes und von den Eigenschaften des Lichtbogens ab und kann aus Erfahrungswerten oder einem Vorversuch leicht ermittelt werden. Um unterschiedliche Neigungswinkel des Düsenkanals verwirklichen zu können, kann man den Plasmakopf um eine zur Arbeitsebene parallele Achse verschwenkbar ausbilden. Besonders günstig ist es jedoch, den Plasmakopf um eine zur Arbeitsebene senkrechte Achse drehbar auszubilden, wobei die Längsachse des Düsenkanals mit der Drehachse des Plasmakopfes einen Winkel einschließt. Eine solche drehbare Anordnung des Plasmakopfes ermöglicht es nicht nur, die Neigung des Düsenkanals relativ zur Arbeitsebene stufenlos einzu stellen, sie ermöglicht es darüber hinaus, die Orientierung des Düsenkanals während des Schneidvorgangs der Kontur des auszuschneidenden Werkstückes so nachzuführen, dass der gewählte Neigungswinkel an jeder Stelle der Schnitt fläche gleichbleibend in einer Ebene auftritt, welche sowohl zur Arbeitsebene als auch zur Schnittfläche senk recht verläuft. Dadurch wird gewährleistet, dass der Abschrägungswinkel an jeder Stelle der Schnittfläche derselbe ist, insbesondere verschwindet.The angle between the longitudinal axis of the nozzle channel and is a vertical established at the working level in the range of the average known from experience bevel angle of a plasma fusion cut, usually at angles of less than 10 °. Which one The angle that is suitable in individual cases depends on the type of the material to be cut, on the thickness of the cutting workpiece and the properties of the Arc and can be based on experience or a Preliminary test can be easily determined. To different To be able to realize the angle of inclination of the nozzle duct, the plasma head can be moved parallel to the working plane Make the axis pivotable. It is particularly cheap however, the plasma head by one perpendicular to the working plane Train axis rotatable, the longitudinal axis of the Nozzle channel with the axis of rotation of the plasma head Includes angle. Such a rotatable arrangement of the Plasma head not only allows the inclination of the Nozzle channel infinitely relative to the working level it also enables orientation of the nozzle channel during the cutting process of the contour of the workpiece to be cut so that the selected angle of inclination at every point of the cut surface occurs consistently in one plane, which both to the working plane and to the cutting surface goes right. This ensures that the Bevel angle at every point on the cut surface is the same, in particular disappears.

Die beigefügte Zeichnung zeigt schematisch in der Seitenansicht und teilweise im Schnitt als Ausführungs beispiel der Erfindung eine Luftplasmaschmelzschneid vorrichtung.The attached drawing shows schematically in the Side view and partly in section as an execution example of the invention an air plasma melt cutting contraption.

Auf einem nicht dargestellten Maschinengestell befindet sich ein waagerechter Arbeitstisch 1, dessen Oberseite eine waagerechte Arbeitsebene 2 definiert. Im Arbeits tisch 1 ist eine Ausnehmung 3 vorgesehen, über welcher ein Plasmakopf 4 höhenverstellbar angeordnet ist. Der Plasmakopf 4 und der Arbeitstisch 1 sind in zwei zuein ander senkrechten Richtungen parallel zur Arbeitsebene 2 relativ zueinander verschiebbar, wobei die Gestalt und Lage der Ausnehmung 3 und die Verschiebbarkeit so aufein ander abgestimmt sind, dass sich der Plasmakopf 4 ständig über einem Bereich der Ausnehmung 3 befindet.On a machine frame, not shown, there is a horizontal work table 1 , the top of which defines a horizontal work plane 2 . In the work table 1 , a recess 3 is provided, above which a plasma head 4 is arranged adjustable in height. The plasma head 4 and the work table 1 are displaceable relative to each other in two mutually perpendicular directions parallel to the working plane 2 , the shape and position of the recess 3 and the displaceability being matched to one another in such a way that the plasma head 4 constantly over an area of the recess 3 is located.

Der Plasmakopf 4 ist ebenfalls an dem nicht dargestellten Maschinengestell angebracht. Er hat in seinem unteren Abschnitt eine Düse 5 am unteren Ende eines mit senk rechter Achse verlaufenden Rohres 6, in welchem sich in koaxialer Anordnung eine hohle Elektrode 7 befindet, deren Innenraum von einem Kühlmittel (Wasser) durch strömt werden kann. Das untere Ende der Elektrode 7 ist durch einen Ring 8, welcher mehrere achsparallele Bohrungen 9 enthält, im Rohr 6 gehalten und zentriert. Durch den Ringraum zwischen dem Rohr 6 und der Elektrode 7 kann von oben her ein Trägergas (Luft) zugeführt wer den, welches durch die Bohrungen 9 hindurchtritt und aus einem vor der Elektrode 7 angeordneten Düsenkanal 5 a aus der Düse austritt. Die Düse 5 ist noch von einer Dichtungskappe 15 umgeben. Im Ringraum 16 zwischen der Düse 5 und der Dichtungskappe 15 kann ein Kühlmittel (Wasser) strömen. Der Düsenkanal 5 a ist unter einem von 90° verschiedenen Winkel α gegen die Arbeitsebene 2 gerichtet. Das hat zur Folge, dass ein aus der Düse 5 austretender Plasmalichtbogenschneidstrahl 10 dementsprechend nicht senkrecht, sondern schräg auf ein tafelförmiges Werkstück 11 auftrifft, welches auf dem Arbeitstisch 1 liegt und geschnitten werden soll.The plasma head 4 is also attached to the machine frame, not shown. It has in its lower section a nozzle 5 at the lower end of a pipe 6 running with a vertical right axis, in which there is a hollow electrode 7 in a coaxial arrangement, the interior of which can be flowed through by a coolant (water). The lower end of the electrode 7 is held and centered in the tube 6 by a ring 8 , which contains a plurality of axially parallel bores 9 . Through the annular space between the tube 6 and the electrode 7 , a carrier gas (air) can be supplied from above, who passes through the bores 9 and exits the nozzle from a nozzle duct 5 a arranged in front of the electrode 7 . The nozzle 5 is still surrounded by a sealing cap 15 . A coolant (water) can flow in the annular space 16 between the nozzle 5 and the sealing cap 15 . The nozzle duct 5 a is directed against the working plane 2 at an angle α different from 90 °. The result of this is that a plasma arc cutting beam 10 emerging from the nozzle 5 does not strike a table-shaped workpiece 11 , which lies on the work table 1 and is to be cut, not vertically, but rather obliquely.

Da sich beim Plasmaschmelzschneiden unvermeidlich eine keilförmige Brennfuge 12 ergibt, ist die Orientierung des Düsenkanals 5 a erfindungsgemäß so gewählt, dass die Schnittfläche 13 auf der einen Seite der Brennfuge 12 senkrecht oder nahezu senkrecht zur Arbeitsebene 2 ver läuft, während die Schnittfläche 14 auf der gegenüber liegenden Seite der Brennfuge 12 einen entsprechend größeren Abschrägungswinkel γ aufweist. Der Plasma lichtbogenschneidstrahl 10 wird während des Schneidvorganges so geführt, dass sich die gerade Schnittfläche 13 an dem auszuschneidenden Teil 11 a des Werkstückes und die schräge Schnittfläche 14 am Abfall 11 b des Werkstücks befindet. Um dies für beliebig verlaufende Schnittlinien zu gewährleisten, ist der Plasmakopf 4 um seine vertikale Achse 17, welche mit der Achse der Elektrode 7 zusammen fällt, drehbar. Zu diesem Zweck ist auf das hintere Ende des Plasmakopfes 4 ein Zahnkranz 18 aufgeschoben und drehfest mit dem Plasmakopf 4 verbunden. Seitlich vom Plasmakopf ist am Maschinengestell ein Elektromotor 19 angebracht, welcher ein Zahnrad 20 antreibt, welches höhengleich mit dem Zahnrad 18 und achsparallel zu diesem angebracht ist. Um die beiden Zahnräder 18 und 20 ist ein Zahnriemen 21 herumgelegt.Because inevitably a wedge-shaped Brennfuge results in plasma fusion cutting 12, the orientation of the nozzle channel 5 is a according to the invention chosen such that the cut surface on the one side of the Brennfuge runs 13 12 perpendicular or nearly perpendicular to the working plane 2 ver, while the cut surface 14 on the opposite lying side of the fugitive joint 12 has a correspondingly larger bevel angle γ . The plasma arc cutting beam 10 is guided during the cutting process in such a way that the straight cut surface 13 is on the part 11 a of the workpiece to be cut out and the oblique cut surface 14 is on the waste 11 b of the workpiece. In order to ensure this for arbitrary cutting lines, the plasma head 4 can be rotated about its vertical axis 17 , which coincides with the axis of the electrode 7 . For this purpose, a ring gear 18 is pushed onto the rear end of the plasma head 4 and connected to the plasma head 4 in a rotationally fixed manner. An electric motor 19 is attached to the side of the plasma head on the machine frame and drives a gearwheel 20 which is mounted at the same height as the gearwheel 18 and axially parallel to it. A toothed belt 21 is placed around the two toothed wheels 18 and 20 .

Um den Plasmakopf 4 in der Höhe verstellen zu können, ist das Zahnrad 18 in Richtung der Längsachse 17 des Plasmakopfes verschieblich auf dessen hinterem Ab schnitt gelagert und in einer gestellfest angebrachten, hier nicht dargestellten Halterung gehalten. Der Plasma kopf kann sich im Zuge der Höhenverstellung also durch das höhengleich bleibende Zahnrad 18 hindurchbewegen. Alternativ könnte man aber auch das Zahnrad 18 unver schieblich mit dem Plasmakopf 4 verbinden und den Plasma kopf 4 sowie den Motor 19 an einem Träger anbringen, welcher seinerseits höhenveränderlich am Maschinengestell angebracht ist.In order to be able to adjust the height of the plasma head 4 , the toothed wheel 18 is slidably mounted in the direction of the longitudinal axis 17 of the plasma head on its rear section and held in a frame-mounted holder, not shown here. The plasma head can thus move through the gear 18 which remains at the same height in the course of the height adjustment. Alternatively, one could also the gear wheel 18 non-displaceably connected to the plasma head 4 and the plasma head 4 as well as attaching the motor 19 to a support, which in turn is mounted height-variably on the machine frame.

Durch Drehen des Plasmakopfes läßt sich einerseits der Abschrägungswinkel der Schnittflächen 13 und 14 ein stellen; andererseits läßt sich dadurch ein einmal ge wählter Abschrägungswinkel während des Ausschneidens eines Werkstückes mit beliebiger Umrißlinie konstant halten. Dazu ist die Drehwinkelstellung des Plasma kopfes 4, nachdem sie für den Beginn des Schneidvorganges korrekt eingestellt wurde, im Verlauf des Schneidvor ganges um solche Winkelbeträge zu ändern, wie sich die in der Arbeitsebene 2 liegende Normale auf der Umriß linie des auszuschneidenden Werkstückes 11 a an der je weiligen Auftreffstelle des Plasmalichtbogenschneidstrahls 10 auf das Werkstück 11 in ihrer Orientierung ändert. Da der Verlauf der Umrißlinie vorgegeben ist, bereitet ein solches Nachführen der Drehwinkelstellung des Plasmakopfes 4 insbesondere bei numerisch gesteuerten Plasmaschmelzschneidvorrichtungen keine Schwierig keiten.By turning the plasma head on the one hand, the bevel angle of the cut surfaces 13 and 14 can be set; on the other hand, once a bevel angle has been selected, this can be kept constant while cutting out a workpiece with any contour. For this purpose, the angular position of the plasma head 4, after it has been correctly set for the beginning of the cutting process, in the course of the cutting process to change such angular amounts as the normal lying in the working plane 2 on the outline of the workpiece 11 a to be cut the respective point of impact of the plasma arc cutting beam 10 on the workpiece 11 changes in its orientation. Since the course of the outline is predetermined, such a tracking of the angular position of the plasma head 4 poses no difficulties, in particular in the case of numerically controlled plasma fusion cutting devices.

Die zum Plasmakopf führenden Zuleitungen - dargestellt sind eine Zuleitung 22 für Kühlwasser mit darin ver laufendem Arbeitstromkabel 23, eine Leitung 24 für das Zurückführen des Kühlwassers, eine Leitung 25 für das Zu führen von Druckluft für die Plasmaerzeugung, sowie ein Zündimpulskabel 26 - müssen natürlich so ausgebildet und verlegt sein, dass sie eine Drehbewegung des Plasma kopfes 4 ermöglichen. Da eine Verdrehung um mehr als 540° nicht erforderlich ist, reicht es, die Zuleitungen 22 bis 26 so flexibel auszubilden, dass sie eine Ver drehung von gut 270° in beiden Richtungen schadlos überstehen.The leads leading to the plasma head - shown are a supply line 22 for cooling water with a working current cable 23 running therein, a line 24 for returning the cooling water, a line 25 for supplying compressed air for the plasma generation, and an ignition pulse cable 26 - must of course be so be trained and relocated that they allow a rotational movement of the plasma head 4 . Since a twist of more than 540 ° is not necessary, it is sufficient to design the feed lines 22 to 26 so flexibly that they survive a twist of a good 270 ° in both directions without damage.

Den Winkel β um welchen die Längsachse des Düsen kanals 5 a gegen eine auf der Arbeitsebene 2 errichtete Senkrechte geneigt ist, wählt man zweckmässig so groß, dass damit auch der größtmögliche Abschrägungswinkel kompensiert werden kann. Die Anpassung an kleinere zu kompensierende Abschrägungswinkel kann dann durch Ver drehen des Plasmakopfes 4 um seine vertikale Achse 17 erfolgen.The angle β by which the longitudinal axis of the nozzle channel 5 a is inclined against a vertical established on the working plane 2 is appropriately chosen so large that the greatest possible bevel angle can also be compensated for. The adaptation to smaller bevel angles to be compensated can then be done by rotating the plasma head 4 around its vertical axis 17 .

Claims

1. Device for plasma fusion cutting, in particular for air plasma fusion cutting of tabular workpieces made of metal,
with a work table, the top of which defines a working level,
and with a plasma head, which has a nozzle with a nozzle channel directed against the working plane for the exit of a plasma arc cutting beam and behind the nozzle an electrode for plasma formation and means for supplying a cutting gas from which the plasma is formed,
wherein the plasma head and the work table are movable relative to one another parallel to the work plane, characterized in that the nozzle channel ( 5 a ) is directed at an angle ( α ) different from 90 ° against the work plane ( 2 ).

2. Device according to claim 1, characterized in that the plasma head ( 4 ) for adjusting different inclination angles ( α ) of the nozzle channel ( 5 a ) about an axis parallel to the working plane ( 2 ) is pivotable ver.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the plasma head ( 4 ) is rotatable about an axis ( 17 ) perpendicular to the working plane ( 2 ).