JP3850172B2 - Plasma processing method - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマアークにより加工ワークに所定の径を有する小孔を加工するプラズマ加工方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、プラズマ加工装置には、電極と作動ガス通路を介してその電極の先端側(加工ワーク側)を覆うノズルとを備えるプラズマトーチが用いられている。このプラズマトーチの先端には小径のノズル孔が形成されており、前記ノズルと電極との間に形成されたパイロットアークが作動ガス通路を経て前記ノズル孔から噴出される作動ガスにより加工ワークに到達し、前記ノズル孔を介して電極と加工ワークとの間に強いメインアーク(以下、プラズマアークという)を形成させる。
【0003】
このようなプラズマアークを用いて加工ワークに孔を形成する切断加工方法では、レーザを用いる孔切断加工方法と比較してその切断幅が大きいため、通常加工ワーク板厚の約2倍以上の径を有する孔にしか適用されず、それ以下の径を有する孔(以下、小孔という)はプラズマアークを用いる切断加工終了後に後工程としてドリルで形成するようにされている。このように別工程にてドリルを用いて孔開け加工を行なう場合、1回の穿鑿で所定径の孔を加工できず数回に分けて加工が行なわれている。
【0004】
また、前記プラズマアークを用いて加工ワーク板厚の約2倍以上の径を有する孔を切断加工する場合は、まず切断形状の内部位置にピアシングを行ない、直線あるいは円弧を描くように切断形状の円弧経路に進み加工が行なわれる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述のように小孔以外の形状の切断加工をプラズマアークを用いて行い、小孔を別工程のドリル穿鑿で行う切断加工方法では、小孔を多く有する製品を加工する際に別工程の手間が多くかかるため、プラズマアークを用いて小孔の切断加工を行ないたいとの要求が高まっている。また、前述のように加工ワーク板厚の約2倍以上の径を有する孔の切断加工法を、小孔の切断加工に適用した場合には、その加工により形成された小孔はえぐれや欠けが大きく、また形状が悪いという問題点がある。
【0006】
本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、プラズマアークを用いて、所定の径(例えば加工ワーク板厚の約2倍以下の径)を有する小孔の切断を簡便に行なうことができるプラズマ加工方法を提供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前述さ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方法は、プラズマアークにより加工ワークに所定の径を有する小孔を加工するプラズマ加工方法であって、
(a)前記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をその加工ワークに形成される小孔の中心位置に相対移動させ、そのプラズマトーチを加工ワークに対してプラズマアークの着火が可能な第1設定高さに相対位置決めする第1工程と、
(b)前記プラズマトーチの位置決め後、前記加工ワークとの間にプラズマアークを形成し、そのプラズマアークを保持しながら前記プラズマトーチの高さを加工ワーク付近のプラズマアーク径が前記小孔径と略同一となる第2設定高さに相対移動させる第2工程と、
(c)その後、所定径の小孔の加工完了が検出されるまで前記プラズマトーチを第2設定高さに停止させた状態で前記プラズマアークを保持させる第3工程と
を有することを特徴とするものである。
【0008】
第1発明においては、プラズマトーチを加工ワークの小孔中心位置に相対移動させて、そのプラズマトーチを加工ワークに対してプラズマアークを着火可能な高さ(第1設定高さ)に相対移動させる。次いで、前記プラズマトーチ−加工ワーク間にプラズマアークを着火させて、そのプラズマアークを保持しながら前記プラズマトーチの高さを加工ワーク付近のプラズマアーク径が前記小孔径と略同一となる第2設定高さに相対移動させて、その第2設定高さでプラズマアークを保持させた状態でプラズマトーチを停止させておく。こうして加工ワークに所定径を有する小孔が形成される。
【0009】
第1発明によれば、従来プラズマ切断加工方法では不可能とされていた径(加工ワークの板厚の2倍以下)の小孔を加工ワークに加工する場合であっても、プラズマアークを用いて容易に、かつ確実に形成することができるという効果を奏する。また、こうして形成された小孔は、予め設定された径を有しており、えぐれや欠けがほとんど発生しておらず、形状が安定しているものである。したがって、小孔を有する製品を加工する場合であっても、すべてプラズマアークを用いた切断加工を行なうことができ、別工程における手間を軽減することができる。このようにプラズマアークを用いて形成された小孔は、そのまま製品としてまたはドリルの下孔として使用することができる。
【0010】
次に、第2発明によるプラズマ加工方法は、プラズマアークにより加工ワークに所定の径を有する小孔を加工するプラズマ加工方法であって、
(a)前記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をその加工ワークに形成される小孔の中心位置に相対移動させ、そのプラズマトーチを加工ワークに対してプラズマアークの着火が可能な第1設定高さに相対位置決めする第1工程と、
(b)前記プラズマトーチの位置決め後、前記加工ワークとの間にプラズマアークを形成し、そのプラズマアークを保持しながら前記プラズマトーチの高さを加工ワーク付近のプラズマアーク径が前記小孔径と略同一となる第2設定高さに相対移動させる第2工程と、
(c)その後、所定径の小孔の加工完了が検出されるまで前記プラズマトーチを第2設定高さに停止させた状態で前記プラズマアークを保持させる第3工程と、(d)前記小孔加工の終了後、前記加工ワークを切断可能な所定高さにプラズマトーチを相対移動させて切断を開始する第4工程と
を有することを特徴とするものである。
【0011】
第2発明においては、前記第1発明と同様にして加工ワークに従来加工が不可能とされていた所定径の小孔を形成した後、プラズマトーチを加工ワークの切断高さに移動させ、そのプラズマトーチを切断形状に応じて相対移動させるようにして加工ワークが切断される。こうして、第1発明の効果に加えて、従来不可能であった小孔の加工と外周等の切断加工とを同工程内でスムーズに行うことができるという効果を奏する。また、前記所定径の小孔を形成した後、プラズマアークを形成した状態でプラズマトーチを加工ワークの切断可能高さに移動させ、そのプラズマトーチを切断形状に応じて相対移動させるようにして加工ワークを連続して切断するようにしてもよい。
【0012】
第1および第2発明においては、前記プラズマトーチを第2設定高さに停止させた時点から小孔が形成されるまでの時間を予め設定し、その設定された時間が経過した時点を前記小孔の加工完了として検出するのが好ましい。こうすることにより、簡易な制御で小孔の切断加工を行うことができるという効果を奏する。
【0013】
第1および第2発明においては、加工ワークに形成される小孔径と前記プラズマトーチ先端に装着されるノズル孔径とにより前記第2設定高さを予め設定するのが好ましい。こうすることにより、簡易な制御で加工ワークに形成される小孔の径の調整を行なうことができるという効果を奏する。
【0014】
【発明の実施の形態】
次に、本発明によるプラズマ加工方法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。
【0015】
図1は、本発明の一実施例に係るプラズマ加工方法を行なうプラズマ加工装置のシステム構成図であり、図2は本実施例のプラズマトーチを説明する概略断面図である。
【0016】
本実施例のプラズマ加工装置1においては、多重円筒形状のプラズマトーチ2の先方に切断される加工ワーク3が配置されており、前記プラズマトーチ2の略中心位置に配置される略円柱状の電極4(図2参照)にプラズマ電流を供給するプラズマアーク電源ユニット5のマイナス端子が接続されており、そのプラズマアーク電源ユニット5のプラス端子が前記加工ワーク3に接続されている。また、後述するプラズマトーチ2のノズル6(図2参照)には、スイッチ7を介して前記プラズマアーク電源ユニット5のプラス端子が接続されている。
【0017】
前記プラズマトーチ2は、前記電極4の外周側を覆う略円筒形状でかつ加工ワーク3に対向する面(先端面)に細い口径のノズルオリフィス8を有するノズル6を備えており、前記電極4とノズル6との間には作動ガス通路9が形成されている。前記ノズル6の外周側には冷却水通路10を介して円筒状の第1ノズルキャップ11が配置され、その第1ノズルキャップ11の外周側には二次ガス通路12を介して第2ノズルキャップ13が配置されている。
【0018】
また、前記第1ノズルキャップ11の先端部は前記ノズル6の略先端部の外周側に密着するようにされており、前記第2ノズルキャップ13の先端開口部には、前記ノズル6の先端部を保護するとともに、前記二次ガス通路12を通過する二次ガスを噴出させる噴出口14を有するシールドキャップ15が装着されている。前記作動ガス通路9および二次ガス通路12には、環状の作動ガススワラ16および2次ガススワラ17がそれぞれ嵌め込まれている。
【0019】
さらに、前記作動ガス通路9および二次ガス通路12には、図示されない作動ガス供給系統から作動ガスおよび二次ガスがそれぞれ前記ノズル6の基端側から供給され、この作動ガス通路9を通過する作動ガスは前記作動ガススワラ16を通る際に旋回流となり、前記ノズルオリフィス8を経て加工ワーク3へ噴出されるとともに、前記二次ガス通路22を通過する二次ガスも同様に前記第2スワラ17を通る際に旋回流となって前記噴出口14から噴出される。
【0020】
前記電極4のプラズマアーク発生点となる先端部には、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18が装着されており、その電極4の内部には冷却水を通す冷却水路(図示省略)が設けられている。
【0021】
前記電極4−加工ワーク3間にプラズマアークAを着火させる際には、まず前記スイッチ7をON状態にして、電極4とノズル6との間にパイロットアークを着火して、そのパイロットアークが前記作動ガス通路9に供給されている導電性を持つ作動ガスにより前記ノズルオリフィス8を通じて加工ワーク3に到達し、プラズマアークAとなる。また、このプラズマアークAは、二次ガス通路12を通して噴出される二次旋回気流によって取り囲まれている。なお、前記パイロットアークは、プラズマアークAの着火後、スイッチ7をOFF状態にして消弧される。
【0022】
前記プラズマアークAは、ノズルオリフィス8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いて高温で、かつ高密度エネルギーを有するプラズマアークとなっている。このプラズマアークAは、図3にその側面図が示されるように、ノズルオリフィス8から遠ざかるにしたがってその径が大きくなる特性を有している。
【0023】
図4には、加工ワーク板厚6mm,ノズルオリフィス孔径1.1mm,プラズマアーク電流値120Aの場合(イ)および加工ワーク板厚3.2mm,ノズルオリフィス孔径0.8mm,プラズマアーク電流値120Aの場合(ロ)におけるプラズマトーチ2のプラズマアーク着火位置(第1設定高さH)からの上昇量と加工ワークに形成された孔径との関係図が示されている。なお、前記第1設定高さHは安定してプラズマアークの着火が可能な位置であり、前記(イ)の場合、第1設定高さHは6mm,(ロ)の場合、第1設定高さHは5mmが好ましい。
【0024】
図示されるようにプラズマアークAを着火させた位置からプラズマトーチ2を上昇させれば、加工ワーク3に形成される孔径を大きくすることができ、さらにその上昇量を調整することにより加工ワーク3に形成される孔径を制御できることが明らかである。したがって、ノズルオリフィス8の孔径とプラズマトーチ2の高さ位置とをパラメータとして、加工ワーク3に任意の径を有する孔を形成することができる。
【0025】
このように構成されるプラズマトーチ2は、駆動装置20によって加工ワーク3に対して3次元方向に移動可能に支持されており、この駆動装置20によりプラズマトーチ2の加工ワーク3に対する高さ位置が調整され、切断形状に沿って移動させることにより切断加工が行なわれる。
【0026】
本実施例において、前記駆動装置20,プラズマアーク電源ユニット5および作動ガス供給系統は、それぞれ加工制御装置21に接続され、それら作動が制御されている。また、この加工制御装置21は、各種加工ワークに対応する切断条件データベースと、プラズマトーチ2に装着されるノズルオリフィス8の孔径に対応する孔加工データベースとを有する記憶部22に接続されているとともに、各加工ワーク3に対する切断形状が入力される。
【0027】
前記切断条件データベースとして、加工ワーク3の板厚および材質などに応じてプラズマトーチ2の切断設定高さ,切断速度,第1設定高さH(プラズマアークAの着火可能高さ),電流値,補正量および作動ガス圧がそれぞれ設定されている。
【0028】
前記孔加工データベースとして、切断形状の孔径とプラズマトーチ2に装着されているノズルオリフィス8の孔径とをパラメータとするプラズマトーチ2の第1設定高さHからの上昇量と、前記プラズマトーチ2を第1設定高さHから前記上昇量分上昇させる上昇速度と、前記プラズマトーチ2を第1設定高さHから前記上昇量分上昇させた位置(第2設定高さH)で停止させる停止時間(孔加工が完了するまでの時間)とがそれぞれ設定されている。
【0029】
次に、前記加工制御装置21を用いてプラズマ切断加工を行なう手順について、図5に示されるプロ−チャートに基づいて説明する。
【0030】
S1:前記加工制御装置20が加工スタートの指令を受け、加工ワーク3に対する切断形状が加工ワーク3の切断形状が加工ワーク板厚より2倍以下の径を有する孔(以下、小孔という)であるか否かが判断される。
S2:前記切断形状が小孔である場合は、プラズマトーチ2を前記加工ワークに形成する小孔の中心位置へ移動させる。一方、前記切断形状が小孔以外の場合は、後述するステップ9以降の処理が行なわれる。
S3:次いで、前記記憶部22より加工ワーク3に対応する切断条件データおよび孔加工データが読み込まれ、プラズマトーチ2を第1設定高さHへ移動させる。
S4:前記小孔の中心位置で、かつ第1設定高さHに位置決めされたプラズマトーチ2の電極4−加工ワーク3間にプラズマアークAを着火させる。
S5:そのプラズマアークAを保持したまま、前記プラズマトーチ2を孔加工データベースに設定される上昇速度でノズルオリフィス8の孔径と形成される小孔径とに対応する上昇量分上昇させて、第2設定高さHに配置させる。
S6〜S7:前記プラズマトーチ2を第2設定高さHに停止させ、前記孔加工データで設定される停止時間が経過した時点で小孔加工完了が検出され、小孔加工を終了する。
S8:次に、その加工ワーク3に前記加工制御装置21に入力された切断形状の切断加工が全て終了したか否かが検出され、終了された場合は終了となり、他の切断形状を加工する場合は、再びステップS1の以降の操作を繰り返し行なう。
【0031】
S9〜S10:前述のステップS2の操作で切断形状が小孔でない場合は、プラズマトーチ2を予め切断形状とともに入力されているピアシング位置へ移動させるとともに、前記第1設定高さHに移動させて位置決めする。
S11:続いて、前記プラズマトーチ2の電極4−加工ワーク3間にプラズマアークAを着火させる。
S12〜S13:ピアシング完了後、前記プラズマトーチ2を切断設定高さへ移動させて、前記切断形状に沿ってプラズマトーチ2を切断速度にて移動させて加工ワークの切断を行う。
S14:次に、この切断形状の切断が終了した時点で、前記ステップS8へ進む。
【0032】
本実施例によれば、従来プラズマ切断加工方法では不可能とされていた径(加工ワーク板厚の2倍以下)の小孔をプラズマトーチ2の加工ワーク3に対する高さを調整して容易に、かつ確実に加工することができる。こうして形成された小孔は、予め設定された径を有しており、えぐれや欠けが生じておらず、形状が安定していることが確認された。このようにプラズマアークを用いて形成された小孔は、そのまま製品としてまたはドリルの下孔として使用することができる。
【0033】
また、本実施例によれば、小孔以外の形状のプラズマ切断加工と同工程で、小孔の切断加工をスムーズに行うことができるため、従来必要としていた別工程におけるドリル加工等の手間を軽減することができるという効果を奏する。
【0034】
本実施例においては、孔加工データベースに切断形状の孔径とノズルオリフィス8の孔径とをパラメータとするプラズマトーチ2の上昇量と、前記プラズマトーチ2を第1設定高さHから前記上昇量分上昇させる上昇速度と、前記プラズマトーチ2を第2設定高さHで停止させる停止時間とがそれぞれ設定されているが、これに限らず、それら上昇量,上昇速度および停止時間は加工ワーク3の板厚,材質や切断形状等に応じて作業者が任意に設定することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の一実施例に係るプラズマ加工方法が行うプラズマ加工装置のシステム構成図である。
【図2】図2は、本実施例のプラズマトーチを説明する概略断面図である。
【図3】図3は、プラズマアークの側面図である。
【図4】図4は、本実施例におけるプラズマトーチの第1設定高さからの上昇量と加工ワークに形成された孔径との関係図である。
【図5】図5は、本実施例の加工制御装置を用いてプラズマ切断加工を行なう手順を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
1 プラズマ加工装置
2 プラズマトーチ
3 加工ワーク
4 電極
5 プラズマアーク電源ユニット
6 ノズル
7 スイッチ
8 ノズルオリフィス
9 作動ガス通路
10 冷却水通路
11 第1ノズルキャップ
12 二次ガス通路
13 第2ノズルキャップ
14 噴出口
15 シールドキャップ
16 作動ガススワラ
17 2次ガススワラ
18 耐熱インサート
20 駆動装置
21 加工制御装置
22 記憶部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma processing method for processing a small hole having a predetermined diameter in a workpiece by a plasma arc.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a plasma torch including an electrode and a nozzle that covers a tip end side (processing workpiece side) of the electrode via a working gas passage is used in a plasma processing apparatus. A small-diameter nozzle hole is formed at the tip of the plasma torch, and a pilot arc formed between the nozzle and the electrode reaches the workpiece by working gas ejected from the nozzle hole through the working gas passage. Then, a strong main arc (hereinafter referred to as a plasma arc) is formed between the electrode and the workpiece by way of the nozzle hole.
[0003]
In such a cutting method that forms a hole in a workpiece using a plasma arc, the cutting width is larger than a hole cutting method that uses a laser, so that the diameter is about twice or more the thickness of a normal workpiece. The hole having a diameter smaller than that (hereinafter referred to as a small hole) is formed by a drill as a post-process after the end of the cutting process using the plasma arc. In this way, when drilling is performed using a drill in a separate process, a hole having a predetermined diameter cannot be processed by one drilling, and the process is performed in several times.
[0004]
When cutting a hole having a diameter of about twice or more the workpiece thickness using the plasma arc, piercing is first performed at the internal position of the cut shape, and the cut shape is drawn so as to draw a straight line or an arc. Proceeding to the arc path, machining is performed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, as described above, in the cutting method in which the cutting process of a shape other than the small holes is performed using the plasma arc and the small holes are formed by drill drilling in another process, a separate process is required when processing a product having many small holes. Therefore, there is an increasing demand for cutting a small hole using a plasma arc. In addition, when the method for cutting a hole having a diameter of about twice or more the workpiece thickness as described above is applied to the cutting of a small hole, the small hole formed by the processing is not clear or chipped. There is a problem that the size is large and the shape is bad.
[0006]
The present invention has been made to solve such problems, and it is easy to cut a small hole having a predetermined diameter (for example, a diameter of about 2 times or less of the workpiece thickness) using a plasma arc. It is an object of the present invention to provide a plasma processing method that can be carried out.
[0007]
[Means for solving the problems and actions / effects]
In order to achieve the above-described object, the plasma processing method according to the first invention is a plasma processing method for processing a small hole having a predetermined diameter in a workpiece by a plasma arc,
(A) A plasma torch that forms a plasma arc between the workpiece and the workpiece can be moved relative to the center position of the small hole formed in the workpiece and the plasma torch can be ignited on the workpiece. A first step of relative positioning to a first set height,
(B) After the positioning of the plasma torch, a plasma arc is formed between the workpiece and the workpiece, and the height of the plasma torch is maintained while holding the plasma arc. A second step of relative movement to the same second set height;
And (c) a third step of holding the plasma arc in a state where the plasma torch is stopped at the second set height until it is detected that machining of a small hole having a predetermined diameter is detected. Is.
[0008]
In the first invention, the plasma torch is moved relative to the center of the small hole of the workpiece, and the plasma torch is moved relative to the workpiece so that the plasma arc can be ignited (first set height). . Next, a plasma arc is ignited between the plasma torch and the workpiece, and the height of the plasma torch is maintained while maintaining the plasma arc. Second setting is such that the plasma arc diameter near the workpiece is substantially the same as the small hole diameter. The plasma torch is stopped in a state where the plasma arc is held at the second set height by relative movement to the height. In this way, a small hole having a predetermined diameter is formed in the workpiece.
[0009]
According to the first aspect of the present invention, a plasma arc is used even when a small hole having a diameter (less than twice the plate thickness of a workpiece to be machined) that has been impossible with the conventional plasma cutting method is machined into a workpiece. Thus, there is an effect that it can be easily and reliably formed. In addition, the small holes formed in this way have a preset diameter, and are almost free of chipping or chipping and have a stable shape. Therefore, even when a product having small holes is processed, cutting processing using a plasma arc can be performed, and labor in another process can be reduced. Thus, the small hole formed using the plasma arc can be used as a product as it is or as a pilot hole of a drill.
[0010]
Next, a plasma processing method according to the second invention is a plasma processing method for processing a small hole having a predetermined diameter in a workpiece by a plasma arc,
(A) A plasma torch that forms a plasma arc between the workpiece and the workpiece can be moved relative to the center position of the small hole formed in the workpiece and the plasma torch can be ignited on the workpiece. A first step of relative positioning to a first set height,
(B) After the positioning of the plasma torch, a plasma arc is formed between the workpiece and the workpiece, and the height of the plasma torch is maintained while holding the plasma arc. A second step of relative movement to the same second set height;
(C) Thereafter, a third step of holding the plasma arc in a state where the plasma torch is stopped at the second set height until completion of machining of a small hole having a predetermined diameter is detected, and (d) the small hole And a fourth step of starting cutting by moving the plasma torch relative to a predetermined height at which the workpiece can be cut after the machining is finished.
[0011]
In the second invention, after forming a small hole of a predetermined diameter, which has been impossible in the conventional machining, in the same manner as in the first invention, the plasma torch is moved to the cutting height of the workpiece, The workpiece is cut by moving the plasma torch relative to the cutting shape. Thus, in addition to the effect of the first invention, there is an effect that it is possible to smoothly perform the processing of small holes and the cutting processing of the outer periphery and the like, which were impossible in the past, in the same process. In addition, after forming the small hole of the predetermined diameter, the plasma torch is moved to a cuttable height of the workpiece while the plasma arc is formed, and the plasma torch is moved relative to the cutting shape. You may make it cut | disconnect a workpiece | work continuously.
[0012]
In the first and second inventions, a time from when the plasma torch is stopped at the second set height to when a small hole is formed is set in advance, and the time when the set time elapses is set as the small time. It is preferable to detect the completion of hole processing. By doing so, there is an effect that the small hole can be cut by simple control.
[0013]
In the first and second inventions, the second set height is preferably set in advance by a small hole diameter formed in the workpiece and a nozzle hole diameter attached to the tip of the plasma torch. By doing so, there is an effect that the diameter of the small hole formed in the workpiece can be adjusted with simple control.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, specific embodiments of the plasma processing method according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0015]
FIG. 1 is a system configuration diagram of a plasma processing apparatus for performing a plasma processing method according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a plasma torch of the present embodiment.
[0016]
In the plasma processing apparatus 1 of the present embodiment, a workpiece 3 to be cut is disposed at the tip of a multi-cylindrical plasma torch 2, and a substantially cylindrical electrode disposed at a substantially central position of the plasma torch 2. 4 (see FIG. 2) is connected to a negative terminal of a plasma arc power supply unit 5 for supplying a plasma current, and a positive terminal of the plasma arc power supply unit 5 is connected to the workpiece 3. A plus terminal of the plasma arc power supply unit 5 is connected to a nozzle 6 (see FIG. 2) of the plasma torch 2 described later via a switch 7.
[0017]
The plasma torch 2 is provided with a nozzle 6 having a substantially cylindrical shape covering the outer peripheral side of the electrode 4 and having a nozzle orifice 8 having a small diameter on the surface (tip surface) facing the workpiece 3. A working gas passage 9 is formed between the nozzle 6 and the nozzle 6. A cylindrical first nozzle cap 11 is disposed on the outer peripheral side of the nozzle 6 via a cooling water passage 10, and a second nozzle cap is provided on the outer peripheral side of the first nozzle cap 11 via a secondary gas passage 12. 13 is arranged.
[0018]
The tip of the first nozzle cap 11 is in close contact with the outer peripheral side of the substantially tip of the nozzle 6, and the tip of the nozzle 6 is in the tip opening of the second nozzle cap 13. And a shield cap 15 having a spout 14 for ejecting the secondary gas passing through the secondary gas passage 12 is mounted. Annular working gas swirler 16 and secondary gas swirler 17 are fitted in the working gas passage 9 and the secondary gas passage 12, respectively.
[0019]
Further, the working gas passage 9 and the secondary gas passage 12 are respectively supplied with working gas and secondary gas from a working gas supply system (not shown) from the base end side of the nozzle 6 and pass through the working gas passage 9. When the working gas passes through the working gas swirler 16, the working gas becomes a swirling flow, and is ejected to the workpiece 3 through the nozzle orifice 8, and the secondary gas passing through the secondary gas passage 22 is also the second swirler 17. When it passes through, it becomes a whirling flow and is ejected from the said jet nozzle 14.
[0020]
A heat-resistant insert 18 made of a high-melting-point material (for example, made of hafnium, zirconium, alloy, etc.) that can withstand the high heat of the plasma arc A is attached to the tip of the electrode 4 where the plasma arc occurs. A cooling water passage (not shown) for passing cooling water is provided inside the electrode 4.
[0021]
When the plasma arc A is ignited between the electrode 4 and the workpiece 3, first, the switch 7 is turned on, and a pilot arc is ignited between the electrode 4 and the nozzle 6. A conductive working gas supplied to the working gas passage 9 reaches the workpiece 3 through the nozzle orifice 8 and becomes a plasma arc A. In addition, the plasma arc A is surrounded by a secondary swirling air flow ejected through the secondary gas passage 12. The pilot arc is extinguished after the ignition of the plasma arc A by turning off the switch 7.
[0022]
The plasma arc A is a plasma arc having a high temperature and a high density energy due to the effective restraint by the nozzle orifice 8 and the thermal pinch action by the working gas stream. As shown in the side view of FIG. 3, the plasma arc A has a characteristic that its diameter increases as the distance from the nozzle orifice 8 increases.
[0023]
FIG. 4 shows a case where the workpiece thickness is 6 mm, the nozzle orifice hole diameter is 1.1 mm, and the plasma arc current value is 120 A (A), and the workpiece workpiece thickness is 3.2 mm, the nozzle orifice hole diameter is 0.8 mm, and the plasma arc current value is 120 A. A relationship diagram between the amount of rise from the plasma arc ignition position (first set height H 1 ) of the plasma torch 2 in the case (b) and the diameter of the hole formed in the workpiece is shown. The first set height H 1 is a position where the plasma arc can be stably ignited. In the case of (A), the first set height H 1 is 6 mm, and in the case of (B), the first setting the height H 1 is 5mm are preferable.
[0024]
If the plasma torch 2 is raised from the position where the plasma arc A is ignited as shown in the drawing, the hole diameter formed in the workpiece 3 can be increased, and the workpiece 3 can be adjusted by adjusting the amount of the rise. It is clear that the diameter of the hole formed can be controlled. Therefore, a hole having an arbitrary diameter can be formed in the workpiece 3 using the hole diameter of the nozzle orifice 8 and the height position of the plasma torch 2 as parameters.
[0025]
The plasma torch 2 configured in this way is supported by the drive device 20 so as to be movable in a three-dimensional direction with respect to the workpiece 3, and the height position of the plasma torch 2 with respect to the workpiece 3 is adjusted by the drive device 20. Cutting is performed by adjusting and moving along the cutting shape.
[0026]
In the present embodiment, the drive device 20, the plasma arc power supply unit 5 and the working gas supply system are each connected to a processing control device 21 and their operations are controlled. The machining control device 21 is connected to a storage unit 22 having a cutting condition database corresponding to various workpieces and a hole machining database corresponding to the hole diameter of the nozzle orifice 8 attached to the plasma torch 2. The cutting shape for each workpiece 3 is input.
[0027]
As the cutting condition database, the cutting set height, cutting speed, first setting height H 1 (the height at which plasma arc A can be ignited), and current value of the plasma torch 2 according to the thickness and material of the workpiece 3 , Correction amount and working gas pressure are set respectively.
[0028]
Examples hole processing database, and the amount of increase in the pore diameter of the nozzle orifice 8 that is mounted in the hole diameter and the plasma torch 2 cut shape from the first set the height H 1 of the plasma torch 2 to a parameter, the plasma torch 2 and a rising speed increasing the rise amount from the first set height H 1, the plasma torch 2 in a position raised the increase amount from the first set height H 1 (second set height H 2) A stop time (a time until the drilling is completed) to be stopped is set.
[0029]
Next, a procedure for performing plasma cutting using the processing control device 21 will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
[0030]
S1: When the machining control device 20 receives a machining start command, the cutting shape of the machining workpiece 3 is a hole (hereinafter referred to as a small hole) having a cutting shape of the machining workpiece 3 that is twice or less than the workpiece thickness. It is determined whether or not there is.
S2: When the cut shape is a small hole, the plasma torch 2 is moved to the center position of the small hole formed in the workpiece. On the other hand, if the cut shape is other than a small hole, the processes in and after step 9 described later are performed.
S3: Then, the cutting condition data and hole processing data corresponding to the workpiece 3 from the storage unit 22 is read, to move the plasma torch 2 to the first set height H 1.
S4: the at the center of the small hole, and to ignite the plasma arc A between the first set height H 1 electrode 4 workpiece 3 is positioned plasma torch 2.
S5: While holding the plasma arc A, the plasma torch 2 is raised by the rising amount corresponding to the hole diameter of the nozzle orifice 8 and the small hole diameter formed at the rising speed set in the hole processing database, and the second set is disposed at a height H 2.
S6~S7: the plasma torch 2 is stopped second set to the height H 2, the hole small hole processing completed when the stop time has elapsed set by the processing data is detected, it terminates the small hole processing.
S8: Next, it is detected whether or not all the cutting operations of the cutting shape input to the processing control device 21 have been completed for the workpiece 3. If completed, the processing is terminated and other cutting shapes are processed. In this case, the operations after step S1 are repeated.
[0031]
S9~S10: If operated in the cutting shape of the aforementioned step S2 is not the small holes, is moved to a piercing position being entered with pre-cut shape of the plasma torch 2 is moved to the first set height H 1 Position.
S11: Subsequently, a plasma arc A is ignited between the electrode 4 and the workpiece 3 of the plasma torch 2.
S12 to S13: After the completion of the piercing, the plasma torch 2 is moved to the set cutting height, and the workpiece is cut by moving the plasma torch 2 at the cutting speed along the cutting shape.
S14: Next, when the cutting of the cutting shape is completed, the process proceeds to step S8.
[0032]
According to this embodiment, it is easy to adjust the height of the plasma torch 2 with respect to the workpiece 3 by adjusting the height of the plasma torch 2 with respect to the workpiece 3 which has been impossible with the conventional plasma cutting method (less than twice the thickness of the workpiece). And can be processed reliably. It was confirmed that the small holes formed in this way had a preset diameter, were free from chipping or chipping, and had a stable shape. Thus, the small hole formed using the plasma arc can be used as a product as it is or as a pilot hole of a drill.
[0033]
In addition, according to the present embodiment, since the small hole can be cut smoothly in the same process as the plasma cutting process of a shape other than the small hole, the labor of drilling or the like in a separate process that has been conventionally required is eliminated. There is an effect that it can be reduced.
[0034]
In the present embodiment, the amount of increase in the plasma torch 2, the pore diameter of the pore size of the cut shape in the hole machining database and the nozzle orifice 8 parameters and the increase amount of the plasma torch 2 from the first set height H 1 The rising speed to be raised and the stop time for stopping the plasma torch 2 at the second set height H 2 are set, but not limited thereto, the rising amount, the rising speed and the stop time are not limited to the workpiece 3. It is also possible for the operator to arbitrarily set according to the plate thickness, material, cutting shape and the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system configuration diagram of a plasma processing apparatus performed by a plasma processing method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a plasma torch according to the present embodiment.
FIG. 3 is a side view of a plasma arc.
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the amount of rise of the plasma torch from the first set height and the diameter of the hole formed in the workpiece, according to the present embodiment.
FIG. 5 is a flowchart for explaining a procedure for performing plasma cutting processing using the processing control apparatus of the present embodiment;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma processing apparatus 2 Plasma torch 3 Workpiece | work 4 Electrode 5 Plasma arc power supply unit 6 Nozzle 7 Switch 8 Nozzle orifice 9 Working gas path 10 Cooling water path 11 1st nozzle cap 12 Secondary gas path 13 2nd nozzle cap 14 Jet outlet 15 Shield Cap 16 Working Gas Swirler 17 Secondary Gas Swirler 18 Heat Resistant Insert 20 Drive Device 21 Processing Control Device 22 Storage Unit

Claims (4)

プラズマアークにより加工ワークに所定の径を有する小孔を加工するプラズマ加工方法であって、
(a)前記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をその加工ワークに形成される小孔の中心位置に相対移動させ、そのプラズマトーチを加工ワークに対してプラズマアークの着火が可能な第1設定高さに相対位置決めする第1工程と、
(b)前記プラズマトーチの位置決め後、前記加工ワークとの間にプラズマアークを形成し、そのプラズマアークを保持しながら前記プラズマトーチの高さを加工ワーク付近のプラズマアーク径が前記小孔径と略同一となる第2設定高さに相対移動させる第2工程と、
(c)その後、所定径の小孔の加工完了が検出されるまで前記プラズマトーチを第2設定高さに停止させた状態で前記プラズマアークを保持させる第3工程と
を有することを特徴とするプラズマ加工方法。
A plasma processing method for processing a small hole having a predetermined diameter in a workpiece by plasma arc,
(A) A plasma torch that forms a plasma arc with the workpiece can be moved relative to the center position of a small hole formed in the workpiece, and the plasma arc can be ignited on the workpiece. A first step of relative positioning to a first set height,
(B) After positioning the plasma torch, a plasma arc is formed between the workpiece and the workpiece, and the height of the plasma torch is maintained while maintaining the plasma arc. A second step of relative movement to the same second set height;
(C) Thereafter, a third step of holding the plasma arc in a state where the plasma torch is stopped at the second set height until completion of machining of a small hole having a predetermined diameter is detected. Plasma processing method.
プラズマアークにより加工ワークに所定の径を有する小孔を加工するプラズマ加工方法であって、
(a)前記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をその加工ワークに形成される小孔の中心位置に相対移動させ、そのプラズマトーチを加工ワークに対してプラズマアークの着火が可能な第1設定高さに相対位置決めする第1工程と、
(b)前記プラズマトーチの位置決め後、前記加工ワークとの間にプラズマアークを形成し、そのプラズマアークを保持しながら前記プラズマトーチの高さを加工ワーク付近のプラズマアーク径が前記小孔径と略同一となる第2設定高さに相対移動させる第2工程と、
(c)その後、所定径の小孔の加工完了が検出されるまで前記プラズマトーチを第2設定高さに停止させた状態で前記プラズマアークを保持させる第3工程と、
(d)前記小孔加工の終了後、前記加工ワークを切断可能な所定高さにプラズマトーチを相対移動させて切断を開始する第4工程と
を有することを特徴とするプラズマ加工方法。
A plasma processing method for processing a small hole having a predetermined diameter in a workpiece by plasma arc,
(A) A plasma torch that forms a plasma arc with the workpiece can be moved relative to the center position of a small hole formed in the workpiece, and the plasma arc can be ignited on the workpiece. A first step of relative positioning to a first set height,
(B) After positioning the plasma torch, a plasma arc is formed between the workpiece and the workpiece, and the height of the plasma torch is maintained while maintaining the plasma arc. A second step of relative movement to the same second set height;
(C) a third step of holding the plasma arc in a state in which the plasma torch is stopped at the second set height until it is detected that a small hole having a predetermined diameter has been processed;
(D) A plasma processing method comprising: a fourth step of starting cutting by moving the plasma torch relative to a predetermined height at which the workpiece can be cut after the small hole processing is completed.
前記プラズマトーチを第2設定高さに停止させた時点から小孔が形成されるまでの時間を予め設定し、その設定された時間が経過した時点を前記小孔の加工完了として検出する請求項1または2に記載のプラズマ加工方法。A time from when the plasma torch is stopped at the second set height to when a small hole is formed is set in advance, and the time when the set time has elapsed is detected as the completion of the processing of the small hole. 3. The plasma processing method according to 1 or 2. 加工ワークに形成される小孔径と前記プラズマトーチ先端に装着されるノズル孔径とにより前記第2設定高さを予め設定する請求項1〜3のうちのいずれかに記載のプラズマ加工方法。The plasma processing method according to any one of claims 1 to 3, wherein the second set height is preset based on a small hole diameter formed in a workpiece and a nozzle hole diameter attached to a tip of the plasma torch.
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