JP2001001154A - プラズマ加工機におけるガス供給方法およびその装置 - Google Patents
プラズマ加工機におけるガス供給方法およびその装置Info
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Abstract
プラズマトーチに供給するプラズマメインガスまたはプ
ラズマアシストガスの少なくともいずれか一方の流量ま
たは圧力を調整することができ、切断精度および切断品
質の向上を図る。 【解決手段】 各種加工ワークの材質,板厚,切断加工
形状毎に設定されたプラズマメインガス供給量,プラズ
マアシストガス供給量等の切断条件の最適値を記憶部3
9に切断条件データベースとして格納し、CAD/CA
M装置38から認識される加工ワークWの材質,板厚,
切断加工形状毎に前記記憶部39からプラズマメインガ
ス,プラズマアシストガスの最適供給値を読み込み、電
磁開閉弁28,32および空電レギュレータ29,33
を制御して各ガスの供給量を調整する。
Description
にプラズマアークを形成するプラズマトーチに、プラズ
マメインガスまたはプラズマアシストガスの少なくとも
いずれか一方を流量調整または圧力調整を行ないつつ供
給するプラズマ加工機におけるガス供給方法およびその
装置に関するものである。
を切断加工する際に、その加工ワークの材質,板厚に応
じて手動にてプラズマメインガスやプラズマアシストガ
スの流量または圧力を調整して、プラズマトーチに供給
するようにされている。
加工ワークとプラズマトーチとの間に形成されるプラズ
マアークの電流(アーク電流)の変化に応じて、プラズ
マガスの流量を自動調整する方法が提案されており、こ
の方法によってアーク電流とプラズマガス流量との相対
関係を一定にして適正なプラズマアークを継続して維持
することができ、安定した切断加工を行なうことができ
る。
ータによる手動圧力調整あるいは流量調整では、加工ワ
ークの板厚,材質毎にそれら圧力値あるいは流量値を設
定調整する必要があり、非常に手間がかかるとともに、
調整忘れや調整ミス等による切断不良の発生が懸念され
るという問題点がある。また、前記プラズマメインガス
やプラズマアシストガスの圧力または流量は、加工ワー
クの板厚,材質毎に設定調整され切断形状に応じた調整
が不可能であるため、例えば同一加工ワーク内で外周
と、孔と、コーナとを切断する場合であっても、同じ圧
力または流量が保持されつつ切断加工が行なわれるた
め、べベル角(切断面の厚板方向の傾き)が大きくなる
等、所望の切断精度および切断品質が得られないという
問題点がある。
のガス供給方法においては、アーク電流とプラズマガス
流量とを相対的に制御して適正なプラズマアークを維持
するものであり、加工ワークの切断形状に応じてプラズ
マガス流量を調整するのは不可能である。したがって、
例えば切断速度が遅く設定されている切断形状(例えば
孔やコーナ部など)を切断加工する場合であっても、プ
ラズマガス流量が調整されないため、その切断速度に影
響するべベル角が大きくなり、切断不良や切断品質の悪
化を招くという問題点がある。また、切断形状に応じた
調整が不可能であるため、プラズマアークがプラズマト
ーチの切断進行方向の後方に流れることによる切断遅れ
や加工機の軸遅れによって、切断不良となり切断精度が
悪化する問題点があり、さらに切断加工終了後の加工ワ
ーク裏面にドロスが多く付着するという問題点もある。
めになされたもので、切断加工中に加工ワークの板厚,
材質,切断形状に応じてプラズマトーチに供給するプラ
ズマメインガスまたはプラズマアシストガスの少なくと
もいずれか一方の流量または圧力を自動的に調整するこ
とができ、切断精度および切断品質の向上を図ることが
できるプラズマ加工機におけるガス供給方法およびその
装置を提供することを目的とするものである。
れた目的を達成するために、第1発明によるプラズマ加
工機におけるガス供給方法は、加工ワークとの間にプラ
ズマアークを形成するプラズマトーチに、プラズマメイ
ンガスまたはプラズマアシストガスの少なくともいずれ
か一方を流量調整または圧力調整を行ないつつ供給する
プラズマ加工機におけるガス供給方法であって、予め各
種加工ワークの材質,板厚,切断加工形状に応じてプラ
ズマメインガスまたはプラズマアシストガスの少なくと
もいずれか一方の最適な流量値または圧力値を記憶させ
ておき、加工ワークの切断加工中にその加工ワークの材
質,板厚,切断加工形状に応じた最適な流量値または圧
力値を読み込み、その最適な流量値または圧力値が得ら
れるようにプラズマメインガスまたはプラズマアシスト
ガスのいずれか一方の供給量を適時調整することを特徴
とするものである。
工中にプラズマメインガスまたはプラズマアシストガス
の少なくともいずれか一方の供給量を予め加工ワークの
材質,板厚,切断加工形状に応じた最適値に調整するよ
うにされている。すなわち、加工ワークの材質,板厚毎
にプラズマメインガスまたはプラズマアシストガスの少
なくともいずれか一方の供給量(流量値または圧力値)
が最適値に調整されるとともに、例えば同一加工ワーク
に複数の異なる切断形状部を有している場合であって
も、それら切断形状部毎にプラズマメインガスまたはプ
ラズマアシストガスの少なくともいずれか一方の供給量
(流量値または圧力値)が最適値に調整される。
状毎に異なる場合であっても、切断面のべベル角は各切
断速度に関係なく常に略一定とすることができるため、
切断不良を抑制し、切断品質を向上することができると
いう効果を奏する。また、プラズマメインガスまたはプ
ラズマアシストガスの少なくともいずれか一方の供給量
の調整により、プラズマ特有の切断面下方の切断遅れを
解消することができるとともに、加工機の軸遅れに起因
する形状誤差もなくすことができるため、切断速度を抑
制し、切断精度を格段に向上させることができる。ま
た、切断加工終了後の加工ワーク裏面にドロスが付着す
るのを抑制することができる。
けるガス供給装置は、加工ワークとの間にプラズマアー
クを形成するプラズマトーチに、プラズマメインガスま
たはプラズマアシストガスの少なくともいずれか一方を
流量調整または圧力調整を行ないつつ供給するプラズマ
加工機におけるガス供給装置であって、(a)予め各種
加工ワークの材質,板厚,切断加工形状に応じて設定さ
れるプラズマメインガスまたはプラズマアシストガスの
少なくともいずれか一方の最適な流量値または圧力値を
記憶する記憶手段と、(b)プラズマメインガスまたは
プラズマアシストガスの少なくともいずれか一方の供給
量を自動的に調整可能なガス供給量調整手段と、(c)
前記加工ワークの切断加工中に、その加工ワークの材
質,板厚,切断加工形状に応じた最適な流量値または圧
力値を前記記憶手段から読み込み、この最適な流量値ま
たは圧力値が得られるように前記ガス供給量調整手段を
適時制御する制御手段とを備えることを特徴とするもの
である。
の材質,板厚,切断加工形状に応じて設定されるプラズ
マメインガスまたはプラズマアシストガスの少なくとも
いずれか一方の最適な流量値または圧力値を記憶する記
憶手段から、加工ワークの切断加工中にその加工ワーク
の材質,板厚,切断加工形状に応じた最適な流量値また
は圧力値を読み込んで、プラズマトーチに供給されるプ
ラズマメインガスまたはプラズマアシストガスの少なく
ともいずれか一方の供給量を前記最適な流量値または圧
力値となるようにガス供給量調整手段を適時制御するも
のである。
材質,板厚,切断加工形状に応じて設定されるプラズマ
メインガスまたはプラズマアシストガスの少なくともい
ずれか一方の最適な流量値または圧力値にその供給量を
自動的に調整することができるため、従来の問題点であ
るガス供給量の調整忘れや調整ミス等による切断不良を
防止することができるとともに、前記第1発明と同様の
効果を奏する。
段は空電レギュレータであるのが好ましい。この空電レ
ギュレータを用いれば、前記制御手段からの制御信号に
基づいて、プラズマメインガスまたはプラズマアシスト
ガスの少なくともいずれか一方の供給量を簡易に調整す
ることができる。
機におけるガス供給方法およびその装置の具体的な実施
の形態につき、図面を参照しつつ説明する。
加工機の全体斜視図が示され、図2にはそのプラズマ加
工機のシステム構成図が示されている。
板状の加工ワークWを支持する切断定盤(切断架台)2
が矩形状のフレーム3の内側空間に配されるとともに、
このフレーム3を跨ぐように門形の走行ビーム4が配さ
れ、この走行ビーム4上にキャリッジ5が配されて、そ
のキャリッジ5にプラズマトーチ6が装着されている。
によりフレーム3の長手方向(X軸方向)に配されるX
軸レール8に沿ってX軸方向に走行可能とされ、前記キ
ャリッジ5は、Y軸モータ9の駆動により走行ビーム4
上に配されるY軸レール10に沿ってY軸方向に走行可
能とされている。また、前記プラズマトーチ6は、Z軸
モータ11の駆動によりキャリッジ5に対して上下方向
(Z軸方向)に移動可能とされている。こうして、各モ
ータ7,9,11を制御することで、プラズマトーチ6
は加工ワークWの任意の位置へ移動されるとともに、任
意の高さ位置に位置決めされて加工ワークWの切断加工
が行われる。
5にプラズマ電流を供給するために、トーチケーブル1
2を介してプラズマ電源ユニット13の一方の端子(マ
イナス端子)に接続されている。また、このプラズマ電
源ユニット13の他方の端子(プラス端子)は、母材ケ
ーブル14を介して加工ワークW(もしくは切断定盤
2)に接続されている。
チ6は、略多重円筒形状であって、略中心部に配される
略円柱状の電極15と、この電極15の外周側を覆うよ
うに配される略円筒状のノズル16と、このノズル16
の外周側に配される略円筒状の第1ノズルキャップ17
と、この第1ノズルキャップ17の外周側に配される略
円筒状の第2ノズルキャップ18とを備えている。そし
て、電極15とノズル16との間に画成される先端部開
放空間が作動ガス通路19とされ、ノズル16と第1ノ
ズルキャップ17との間に画成される閉空間が冷却水通
路20とされ、第1ノズルキャップ17と第2ノズルキ
ャップ18との間に画成される先端部開放空間が二次ガ
ス通路21とされている。
る先端部には、プラズマアークAの高熱に耐え得る高融
点材料製(例えば、ハフニウム製,ジルコニウム製,合
金製等)の耐熱インサート22が装着されている。ま
た、前記ノズル16の先端部にはノズルオリフィス23
が設けられ、前記作動ガス通路19により供給されるプ
ラズマメインガス(本実施例では酸素ガス)がそのノズ
ルオリフィス23から加工ワークWに向けて噴出される
ようになっている。さらに、前記第2ノズルキャップ1
8の先端開口部にはシールドキャップ24が装着され、
前記二次ガス通路21により供給されるプラズマアシス
トガス(本実施例では空気)がそのシールドキャップ2
4先端の噴出口25から噴出されるようになっている。
ガス供給ライン26を介してプラズマメインガスが貯留
されているプラズマメインガスボンベ27に連結されて
いる。このプラズマメインガス供給ライン26には、下
流側に向けて順に、プラズマメインガスの供給・遮断を
行なう開閉手段としての電磁開閉弁28と、アナログ電
圧信号を受けて前記プラズマメインガスの圧力(すなわ
ち作動ガス通路19への供給量)を調整可能な空電レギ
ュレータ29が介挿されている。
アシストガス供給ライン30を介してプラズマアシスト
ガス供給装置31に連結されている。このプラズマアシ
ストガス供給ライン30には、下流側に向けて順に、プ
ラズマアシストガスの供給・遮断を行なう開閉手段とし
ての電磁開閉弁32と、アナログ電圧信号を受けて前記
プラズマメインガスの圧力(すなわち2次ガス通路21
への供給量)を調整可能な空電レギュレータ33が介挿
されている。
21にはそれぞれ作動ガススワラ34および2次スワラ
35が嵌め込まれている。こうして、作動ガス通路19
を通過するプラズマメインガスは作動ガススワラ34に
よって旋回流にされてノズルオリフィス23から加工ワ
ークWに噴出される。同様に、二次ガス通路21を通過
するプラズマアシストガスは2次スワラ35によって旋
回流にされて噴出口25から加工ワークWに噴出され
る。このような2重の旋回気流によって加工ワークWに
おける切断溝の形状を変化させることが可能となり、前
記プラズマメインガスとプラズマアシストガスとの各供
給量を調整してベベル角の小さな直角の切断面を得るこ
とが可能となっている。
通路19に作動ガスを供給した状態で、電極15と加工
ワークWとの間にパイロットアークを着火させると、電
離された導電性を持つ作動ガスがノズルオリフィス23
を通じて加工ワークWに噴出され、電極15−加工ワー
クW間にプラズマアークAが着火される。このプラズマ
アークAは、ノズルオリフィス23による拘束性と作動
ガス気流による熱的ピンチ作用が効果的に働くことによ
り、高温でかつ高密度エネルギーを有するプラズマアー
クとなる。このようにして形成されるプラズマアークA
が加工ワークWを溶融して、ピアッシングおよび切断が
行われる。
Z軸方向に移動させるX軸モータ7、Y軸モータ9およ
びZ軸モータ11は、NC装置36からの制御信号によ
ってサーボコントロール部37における図示されない各
サーボアンプを介して駆動される。また、前記プラズマ
メインガスおよびプラズマアシストガスの各電磁開閉弁
28,32および空電レギュレータ29,33が前記N
C装置36からのON/OFF信号およびアナログ電圧
信号によって駆動される。
6には、各種加工ワークWに対する切断加工形状および
それら切断加工形状の配置位置に係る情報を認識し、各
情報の数値データを作成して出力するCAD/CAM装
置38が接続されるとともに、各種加工ワークWに対応
する切断条件データベースを格納する記憶部39が付設
されている。また、前記NC装置36には、プラズマ電
源ユニット13から入力されるプラズマアーク電圧(電
極15−加工ワークW間の電圧)に基づいて高さ信号を
演算し、この高さ信号を出力する切断高さコントロール
部40が付設されている。
タベースは、加工ワークの板厚,材質,切断加工形状毎
に予め設定される切断条件の最適値からなっている。こ
こで、前記切断条件はプラズマアーク電流(アーク電
流),切断速度,切断幅,プラズマメインガス圧力,プ
ラズマアシストガス圧力,ピアス高さ,ピアス時間であ
る。図4には、切断条件データベースの一例を説明する
説明図が示されている。図示されるように加工ワークの
板厚および材質に応じて加工ワークコードA(A 1,A
2,…An)が決まり、これら加工ワークコードA(A
1,A2,…An)は形状コードT(T0,T1,
T2)にそれぞれ分割され、これら形状コード毎に前記
各切断条件の最適値が入力されている。したがって、加
工ワークコードAと形状コードTとを指定すれば、加工
ワークの板厚,材質,切断加工形状に応じた各切断条件
の最適値が出力される。なお、本実施例においては、形
状コードT0は孔形状,T1はコーナ形状,T2は外周
形状を表している。また、図中には具体的な最適値は記
載されていないが、形状コードT0およびT1では、切
断速度が遅く設定されており、この切断速度の低下に伴
い、加工ワークWに対する入熱量が過多になったり、プ
ラズマメインガス圧およびプラズマアシストガス圧によ
る旋回流効果が過多になるのを防いで、切断速度の切換
りによる切断面テーパ(ベベル角)の変化もしくは切断
幅の変化を補正するように、前記切断幅,プラズマメイ
ンガス圧力,プラズマアシストガス圧力の最適値がそれ
ぞれ設定されている。
装置36にCAD/CAM装置38から加工ワークWの
数値データが入力され、この数値データに基づいて加工
ワークコードAおよび形状コードTが認識され、記憶部
39に格納されている切断条件データベースから加工ワ
ークコードAおよび形状コードTにて指定される各切断
条件の最適値が読み込まれる。これら切断条件の最適値
および前記数値データに基づいて、前記NC装置36が
前記サーボコントロール部37,切断高さコントロール
部40,電磁開閉バルブ28,32および空電レギュレ
ータ29,33に各信号を送信して作動させて、切断加
工が行なわれる。
クWを切断加工する制御手順について、図5に示される
フローチャートに基づいてより詳細に説明する。 S1:まず、CAD/CAM装置38から各種加工ワー
クWに対する切断加工形状およびそれら切断加工形状の
配置位置に係る数値データを読み込む。 S2:前記数値データから加工ワークWの板厚および材
質より加工ワークコードAと、切断加工形状より形状コ
ードTとを認識し、記憶部39に格納された切断条件デ
ータベースから前記加工ワークコードAおよび形状コー
ドTにて指定された各切断条件の最適値を読み込む。 S3:続いて、前記プラズマトーチ6を前記数値データ
より認識される切断開始位置(またはピアシング位置)
に配置させるように、サーボコントロール部37を制御
してX,Y軸方向に移動させる。 S4:次に、ピアシング加工が必要な場合は、前記各切
断条件の最適値に基づいて、プラズマトーチ6がZ軸方
向のピアス高さとなるようにサーボコントロール部37
を制御して位置決めし、アーク電流が最適値となるよう
に前記プラズマ電源ユニット13を制御するとともに、
前記プラズマメインガス圧力およびプラズマアシストガ
ス圧力が最適値となるように各電磁開閉弁28,32お
よび空電レギュレータ29,33を制御する。こうして
ピアス時間が経過した時点で、ピアシング加工を終了す
る。なお、ピアシング加工が必要でない場合は、ステッ
プS4の処理を省略してステップS5以降の処理を行な
う。 S5:前記各切断条件の最適値に基づいて、プラズマト
ーチ6がZ軸方向の切断高さとなるようにサーボコント
ロール部37を制御して位置決めし、前述のようにアー
ク電流値,プラズマメインガス圧力およびプラズマアシ
ストガス圧力を制御しながら、前記プラズマトーチ6を
切断速度で前記数値データにより認識される切断加工形
状に沿ってX,Y軸方向に移動させるようにサーボコン
トロール部37を制御して、切断加工が行われる。 S6:前記CAD/CAM装置38より読み込まれた数
値データに基づく加工ワークW内の切断加工がすべて終
了した場合は、終了となる。一方、切断加工がすべて終
了していない場合は、ステップS3以降の処理が行なわ
れる。
ワークWの板厚,材質および加工形状毎に設定される切
断条件の最適値に基づいて制御され、例えば同一加工ワ
ークW内に複数の切断加工形状の切断加工を施す場合で
あっても、その切断形状毎に各種切断条件を変更するよ
うに制御される。したがって、切断形状に応じてプラズ
マメインガス圧およびプラズマアシストガス圧を変更す
ることができ、このようにプラズマメインガス圧および
プラズマアシストガス圧を変更することにより切断面テ
ーパ(ベベル角)に影響を及ぼすガス旋回流の効果を変
えることができ、切断速度を低下させてもベベル角をほ
ぼ一定に保つことができる利点がある。こうして、切断
精度および品質を向上することができる。また、切断幅
を変更するようにすれば、切断速度の低下に伴う切断幅
の変化を補正することができ、さらに切断精度を維持す
る上で有効である。
た切断加工が可能となり、切断速度の低下に伴ってプラ
ズマメインガス圧およびプラズマアシストガス圧を変更
させることにより、加工機の移動軸遅れや切断面遅れに
起因する形状精度の悪化を軽減することができ、また切
断加工終了後の加工ワークW裏面にドロスが付着するの
を抑制することができる。なお、各切断条件は相互に関
連なく、任意に設定できるようにするのが好ましい。
6および空電レギュレータ29,33は本発明における
ガス供給装置に相当し、前記記憶部39は本発明におけ
る記憶手段に、前記空電レギュレータ29,33は本発
明におけるガス供給量調整手段に、前記NC装置36は
本発明における制御手段にそれぞれ相当する。
プラズマメインガスとプラズマアシストガスとが供給さ
れ、これらガスにより2重の旋回気流が形成されている
が、これに限らず、プラズマメインガスのみをその供給
量を調整しつつ供給し、1重の旋回気流を形成させるよ
うにしても、前述と同様の効果を得ることができる。
機の全体斜視図である。
構成図である。
概略断面図である。
例を説明する説明図である。
の切断加工制御手順を説明するフローチャートである。
Claims (3)
- 【請求項1】 加工ワークとの間にプラズマアークを形
成するプラズマトーチに、プラズマメインガスまたはプ
ラズマアシストガスの少なくともいずれか一方を流量調
整または圧力調整を行ないつつ供給するプラズマ加工機
におけるガス供給方法であって、 予め各種加工ワークの材質,板厚,切断加工形状に応じ
てプラズマメインガスまたはプラズマアシストガスの少
なくともいずれか一方の最適な流量値または圧力値を記
憶させておき、加工ワークの切断加工中にその加工ワー
クの材質,板厚,切断加工形状に応じた最適な流量値ま
たは圧力値を読み込み、その最適な流量値または圧力値
が得られるようにプラズマメインガスまたはプラズマア
シストガスのいずれか一方の供給量を適時調整すること
を特徴とするプラズマ加工機におけるガス供給方法。 - 【請求項2】 加工ワークとの間にプラズマアークを形
成するプラズマトーチに、プラズマメインガスまたはプ
ラズマアシストガスの少なくともいずれか一方を流量調
整または圧力調整を行ないつつ供給するプラズマ加工機
におけるガス供給装置であって、(a)予め各種加工ワ
ークの材質,板厚,切断加工形状に応じて設定されるプ
ラズマメインガスまたはプラズマアシストガスの少なく
ともいずれか一方の最適な流量値または圧力値を記憶す
る記憶手段と、(b)プラズマメインガスまたはプラズ
マアシストガスの少なくともいずれか一方の供給量を自
動的に調整可能なガス供給量調整手段と、(c)前記加
工ワークの切断加工中に、その加工ワークの材質,板
厚,切断加工形状に応じた最適な流量値または圧力値を
前記記憶手段から読み込み、この最適な流量値または圧
力値が得られるように前記ガス供給量調整手段を適時制
御する制御手段とを備えることを特徴とするプラズマ加
工機におけるガス供給装置。 - 【請求項3】 前記ガス供給量調整手段は空電レギュレ
ータである請求項2に記載のプラズマ加工機におけるガ
ス供給装置。
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Publication Number | Publication Date |
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