KR20110048023A

KR20110048023A - 내부 특징 및 외형을 고품질로 절삭하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20110048023A
Application number: KR1020107022742A
Authority: KR
Inventors: 존 떠블류. 린드세이; 가이 티. 베스트; 피터 브이. 브라한; 그레고리 에스. 윌슨
Original assignee: 하이퍼썸, 인크.
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2009-11-05
Publication date: 2011-05-09
Also published as: EP2407269A3; AU2009330640B2; EP2237920A1; JP2012501251A; WO2010074820A1; CN101952076B; AU2009330640A1; EP2407269A2; EP2237920B1; CN101952076A

Abstract

컴퓨터 수치 제어기 상에서 수행되며, 플라즈마 아크 토치 시스템을 이용하여 다수의 구멍 특징부를 절삭하기 위한 자동화 방법. 자동화 방법은 구멍 특징부의 직경에 기초하여 도입부 명령 속도를 이용하여 구멍 특징부를 위한 도입부(110)를 절삭하는 단계와; 상기 구멍 특징부에 대한 대응하는 도입부 명령 속도보다 빠른 주변부 명령 속도를 이용하여 구멍 특징부의 주변부(160)를 절삭하는 단계를 포함한다. 자동화 방법은 또한 동일한 직경 또는 상이한 직경을 갖는 각각의 부가적인 구멍 특징부에 대하여 상기 단계들을 반복하는 단계를 포함한다.

Description

내부 특징 및 외형을 고품질로 절삭하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CUTTING HIGH QUALITY INTERNAL FEATURES AND CONTOURS}

본 발명은 플라즈마 아크 절삭 토치 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로 설명하면, 본 발명은 플라즈마 토치 팁 구성을 이용하여 공작물에 내부 특징부(internal feature)와 외형(contour)을 절삭하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

플라즈마 절삭은 가스 유동을 플라즈마 상태로 가열하기 위하여 압축 전기 아크를 이용한다. 고온 플라즈마 유동으로부터 발생된 에너지는 공작물을 국부적으로 용융시킨다. 다수의 절삭 공정 동안에, 이차 가스 유동(또한, 차폐 가스 유동 또는 차폐 유동이라고 알려짐)을 이용하여 토치를 보호하고 절삭 공정을 보조한다. 고온 플라즈마 유동 및 차폐 유동의 운동량은 공작물 내에 커트 커프(cut kerf)라고 알려진 채널을 남기는 용융 재료를 제거하는데 도움을 준다.

플라즈마 토치와 공작물 간의 상대 이동은 이용되는 공정이 공작물을 효과적으로 절삭할 수 있게 한다. 차폐 가스는 플라즈마 가스 및 공작물의 표면과 반응하여, 절삭 공정에서 중요한 역할을 수행한다. 노즐 오리피스의 하류측에서 플라즈마 가스 유동과 차폐 가스 유동은 접촉하여 열과 질량을 전달한다.

도 1은 공지된 자동화 플라즈마 토치 시스템의 다이어그램이다. 자동화 토치 시스템(10)은 절삭 테이블(22) 및 토치(24)를 구비할 수 있다. 자동화 시스템에 사용될 수 있는 토치의 예로는, 뉴햄프셔주 하노버에 소재하는 하이퍼썸사(Hypertherm(R) Inc.)에 의하여 제조된 HPR260 자동화 가스 시스템이 있다. 토치 높이 제어기(18)가 겐트리(26)에 장착된다. 또한 자동화 시스템(10)은 구동 시스템(20)을 구비한다. 토치는 전원 공급부(14)에 의해 전력을 인가받는다. 플라즈마 아크 토치 시스템은 가스 조성(예를 들면, 차폐 가스 및 플라즈마 가스를 위한 가스의 종류) 및 플라즈마 아크 토치를 위한 가스 유량을 조절/구성하는데 사용될 수 있는 가스 콘솔(16)을 구비할 수 있다. 자동화 토치 시스템(10)은 또한 예를 들면 뉴햄프셔주 하노버에 소재하는 하이퍼썸사(Hypertherm(R) Inc.)에 의하여 제조된 Hypertherm Automation Voyager와 같은 컴퓨터 수치 제어기(12)(CNC)를 구비한다. CNC(12)는 그 CNC(12)가 운전 변수를 결정하기 위하여 사용하는 정보를 입력하거나 판독하기 위하여 토치 조작자에 의하여 사용되는 디스플레이 스크린(13)을 구비할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 운전 변수는 절삭 속도, 토치 높이, 그리고 플라즈마 및 차폐 가스 조성을 포함할 수 있다. 디스플레이 스크린(13)은 운전 변수를 수동으로 입력하기 위하여 조작자에 의하여 사용될 수 있다. 토치(24)는 토치 본체(도시하지 않음)와, 상기 토치 본체의 선단부에 장착된 토치 소모품을 구비할 수 있다. CNC(12) 구성에 대한 추가의 논의는 하이퍼썸사에 양수된 미국 특허 제2006/0108333호에서 발견될 수 있으며, 그 내용은 본원에 참조로서 원용되었다.

도 2는 소모성 부품과 가스 유동을 포함하는 종래 플라즈마 아크 토치 팁 구성의 단면도이다. 플라즈마 가스(30)가 전극의 외부와 노즐의 내면 사이에서 유동하도록 전극(27), 노즐(28) 및 쉴드(29)가 상호 세트를 이루면서 결합되어 있다. 전극(27)과 노즐(28) 사이에 플라즈마 챔버(32)가 형성된다. 이 플라즈마 챔버(32) 내부에 플라즈마 아크(31)가 형성된다. 플라즈마 아크(31)는 노즐의 선단에 형성된 플라즈마 아크 오리피스(33)를 통해 토치 팁(torch tip)으로부터 나와서, 공작물(37)을 절삭한다. 차폐 가스(34)는 노즐의 외면과 쉴드의 내면 사이를 유동한다. 차폐 가스(34)는 쉴드의 전단부에 형성된 차폐 배출구(35)를 통해 토치 팁으로부터 배출되며, 플라즈마 아크를 에워싸도록 구성될 수 있다. 몇몇 경우에, 차폐 가스는 또한 쉴드(29) 내부에 배치된 배기구(36)를 통해 토치 팁으로부터 배출된다. 차폐 가스 유동의 일부는 플라즈마 가스와 커트 커프에 삽입하여 절삭 아크와 공작물 표면(37) 사이에 경계층을 형성할 수 있다. 경계층의 조성은 아크로부터 공작물의 표면으로의 열전달에 영향을 주며, 공작물의 표면에 발생하는 화학 반응에 영향을 준다. 플라즈마 토치 소모품의 예로는, 연강을 80 암페어의 전류로 절삭하기 위한 하노버에 소재하는 하이퍼썸사에 의하여 제조된 소모성 부품(HPR 130 시스템용 NH)이 있다. 노즐(28) 배기 노즐(예를 들면, 내부 및 외부 노즐 피스와, 상기 내부 및 외부 노즐 피스 사이에 형성되며 바이패스 유동을 대기로 안내시키는 바이패스 채널을 구비)일 수도 있으며, 이러한 배기 노즐은 Couch외에 허여되고 본 출원에게 양수된 발명의 명칭이 "플라즈마 아크 토치를 구동시키기 위한 노즐 및 방법" 이라는 미국 특허 제5,317,126호에 기술되어 있으며, 그 내용은 본원에 참조로써 원용되었다.

종래 공지된 방법을 이용하여 플라즈마 아크 토치로 절삭된 내부 특징부(예를 들면, 구멍 특징부, 거의 원형 구멍, 슬롯 등)는 예를 들면 돌출부, 디보트(divot), 베벨부 또는 테이퍼부와 같은 결함을 발생시킨다. 베벨부 또는 테이퍼부는 공작물의 저부측에서의 특징부 사이즈가 플레이트의 상부측에서의 특징부 사이즈보다 작은 경우이다. 예를 들면, 공작물의 상부에서 내부 특징부(예를 들면, 구멍/구멍 특징부)의 직경이 볼트의 사이즈를 내부 특징부를 통과할 수 있도록 맞추어 절삭되어야 한다. 만약 구멍 특징부에 돌출부, 디보트, 베벨부 또는 테이부와 같은 결함이 있으면, 구멍 특징부 내부의 결함으로 인하여 구멍 특징부의 직경이 공작물의 상부에서 공작물의 하부까지 변화할 수 있다. 이러한 결함은 볼트가 공작물의 저부를 통과하지 못하도록 할 수 있다. 공작물의 저부에 형성된 볼트 구멍의 직경을 확장시키기 위하여 리밍 가공(reaming) 또는 드릴링 가공(drilling)과 같은 이차 공정이 필요하다. 구멍 절삭 품질을 보장하기 위한 종래 방법은 시간이 많이 소모되므로, 공작물에 구멍 및 외형을 절삭하기 위한 보다 효율적인 방법이 필요하다.

플라즈마 절삭 공정에서 플라즈마 가스와 차폐 가스로서 다수의 가스 혼합물이 사용될 수 있다. 예를 들면, 플라즈마 가스로서 산소가 사용되며, 연강의 처리를 위한 차폐 가스로서 공기가 사용된다. 몇몇 저전류 공정(예를 들면, 65A 미만)에서는 플라즈마 가스 및 차폐 가스용으로 산소를 사용하여 박판 재료(예를 들면, 10 게이지 미만의 공작물)를 절삭한다. 50 암페어 이상의 아크 전류에서 연강용으로 산소 플라즈마 가스/공기 차폐 가스 혼합물이 일반적인바, 그 이유는 고속의 절삭 시에 양호한 품질로 그리고 최소의 드로스(dross)로 대형 부품을 제조할 수 있는 능력 때문이다. 이러한 절삭 공정은 어느 정도의 결점을 갖고 있다. 예를 들면, 산소 플라즈마 가스/공기 차폐 가스 구성이 직선 가장자리를 갖는 대형 부품을 깨끗하게 절삭할 수 있지만, 이러한 가스 혼합물은 고품질의 구멍을 형성할 수 없다. 대신에, 산소 플라즈마 가스 및 공기 차폐 가스로 절삭된 구멍은 실질적인 베벨부 또는 테이퍼부를 갖는다.

일반적으로, 구멍 특징부에 예를 들면, 절삭부의 도입부(lead-in)가 절삭부의 주변부로 이행하는 부위에 돌출부(예를 들면, 초과 재료)와 같은 결함을 정정하기 위하여, 아크는 원하지 않는 초과 재료를 절삭함으로써 도입부에 의하여 남겨진 결함을 제거하기 위하여 주변부를 절삭한 이후에 계속 유지된다. 이러한 공정을 "오버 버닝(over burn)"이라 한다. 그러나 오버 버닝은 너무 많은 재료를 제거할 수 있으며, 심지어 보다 큰 결함(예를 들면, 돌출부 대신에 디보트를 남긴다)을 남길 수 있다.

본 발명은 대형 특징부나 외형부에 대하여 생산성과 절삭 품질을 유지하면서 플라즈마 아크 토치를 사용하여 공작물로부터 절삭된 작은 내부 부품 특징부 (예를 들면, 구멍 특징부)에 대한 절삭 품질을 실질적으로 개선하는 것이다. 공지된 방법을 이용하는 플라즈마 아크 토치를 사용하여 절삭된 구멍 특징부(예를 들면, 구멍)는 돌출부(예를 들면, 재료가 불충분하게 절삭되어, 초과 재료가 존재하는 경우), 디보트(예를 들면, 재료가 너무 많이 절삭되는 경우), 예를 들면 공작물의 저부를 볼트가 통과하지 못하도록 할 수 있는 베벨부 및/또는 테이퍼부와 같은 결함을 생성할 수 있다. 절삭 변수(예를 들면, 가스 조성, 절삭 속도, 절삭 전류 등)를 조정하여, 대형 특징부 또는 외형부에 대한 품질을 유지하면서 작은 내부 부품 특징부의 절삭 품질을 향상시킬 수 있다. 차폐 가스 조성은 수행되는 구멍 절삭부의 가장자리의 테이퍼부 또는 베벨부에 영향을 줄 수 있다. 예를 들면, 단일의 플라즈마 토치 소모성 구성을 사용하여 단일의 공작물에서 외형을 절삭할 때 제1 차폐 가스 조성을 사용하고, 하나 이상의 구멍 또는 작은 내부 특징부를 절삭할 때 이와 다른 제2 차폐 가스 조성을 이용할 수 있다.

절삭부의 도입부의 절삭 속도는 구멍 특징부에 대한 절삭 품질에 영향을 줄 수 있다. 절삭부의 나머지와 같이 절삭부의 도입부에 대하여 동일한 속도를 이용하면, 절삭부의 도입부가 주변부로 천이하는 부분에 돌출부와 같은 결함을 생성할 수 있다. 전술한 바와 같이, 통상적으로 오버 버닝 공정을 이용하여 초과 재료를 제거할 수 있다. 그러나, 오버 버닝 공정은 너무 많은 재료를 제거하여 디보트와 같은 결함을 남길 수도 있다. 작은 내부 특징부를 절삭할 때 낮은 N₂ 가스 조성(예를 들면, O₂ 플라즈마 가스 및 O₂ 차폐 가스의 가스 조성)을 이용하면, 베벨부 및/또는 테이퍼부를 최소화하는데 도움을 줄 수 있다. 예를 들면, 공기를 사용하여 공작물을 절삭하는 경우에 O₂ 가스로 절삭할 때의 결함에 민감하지 않다. O₂ 플라즈마 가스 및 O₂ 차폐 가스를 이용하면, 구멍 특징부에 돌출부 및/또는 디보트와 같은 결함을 더욱 확대할 수 있다. 단일의 공작물에 외형을 절삭할 때 그리고 구멍을 절삭할 때 차폐 가스 조성을 변경하면, 이차 공정에 대한 필요성이 제거될 수 있다. 레이저 절삭 시스템은 고품질의 절삭부를 생산할 수 있지만, 플라즈마 아크 토치 시스템은 내부 특징부(예를 들면, 구멍 특징부)를 절삭하는 것에 대한 대안으로서 낮은 비용으로 제공된다.

일 양태에 있어서, 본 발명은 컴퓨터 수치 제어기 상에서 수행되며, 플라즈마 아크 토치 시스템을 이용하여 다수의 구멍 특징부를 절삭하기 위한 자동화 방법을 특징으로 한다. 자동화 방법은 구멍 특징부의 직경에 기초하여 도입부 명령 속도를 이용하여 구멍 특징부를 위한 도입부를 절삭하는 단계와, 상기 구멍 특징부에 대한 대응하는 도입부 명령 속도보다 빠른 주변부 명령 속도를 이용하여 구멍 특징부의 주변부를 절삭하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 자동화 방법은 또한 동일한 직경 또는 상이한 직경을 갖는 각각의 부가적인 구멍 특징부에 대하여 상기 단계들을 반복하는 단계를 포함한다.

몇몇 실시예에서, 상기 자동화 방법은 다수의 구멍 특징부를 절삭하는데 사용된 이차 가스 조성보다 질소 함량이 높은 이차 가스 조성을 이용하여 외형을 절삭하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또 다른 양태에 있어서, 본 발명은 플라즈마 아크 토치 시스템으로 공작물에 다수의 구멍 특징부를 절삭하기 위한 자동화 방법으로서, 상기 구멍 특징부는 도입부와, 구멍 주변부와, 도출부를 구비하는 것을 특징으로 한다. 상기 자동화 방법은 제1 명령 속도를 이용하여 제1 도입부를 절삭하고, 상기 제1 도입부를 절삭한 이후에, 상기 제1 명령 속도로부터 제2 명령 속도까지 명령 속도를 증가시켜, 적어도 제1 구멍 주변부의 일부를 절삭하는 것에 의하여, 공작물에 제1 직경을 갖는 제1 구멍 특징부를 절삭하는 단계를 포함할 수 있다. 또한 상기 자동화 방법은 상기 제1 명령 속도보다 빠른 제3 명령 속도를 이용하여 제2 도입부를 절삭하고, 상기 제2 도입부를 절삭한 이후에, 상기 제3 명령 속도로부터 제4 명령 속도까지 명령 속도를 증가시켜, 적어도 제1 구멍 주변부의 일부를 절삭하는 것에 의하여, 공작물에 제1 직경 보다 큰 제2 직경을 갖는 제2 구멍 특징부를 절삭하는 단계를 포함할 수 있다.

몇몇 실시예에서, 상기 제4 명령 속도와 제2 명령 속도는 실질적으로 동일하다. 상기 자동화 방법은 또한 제1의 이차 가스 유동을 이용하여 공작물에 제1 구멍 특징부를 절삭하는 단계와, 제2의 이차 가스 유동을 이용하여 공작물에 제2 구멍 특징부를 절삭하는 단계와, 제1의 이차 가스 유동 또는 제2의 이차 가스 유동보다 질소 함량이 높은 제3의 이차 가스 유동을 이용하여 공작물의 외형을 절삭하는 단계를 더 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 제1의 이차 가스 유동과 제2의 이차 가스 유동은 실질적으로 동일한 가스 조성을 갖는다.

또 다른 양태에 있어서, 본 발명은 플라즈마 아크 토치로 공작물에 다수의 구멍 특징부를 절삭하기 위한 자동화 방법을 특징으로 한다. 자동화 방법은 제1 가스 조성을 갖는 이차 가스 유동을 개시하고, 제1 세트의 절삭 변수로 제1 구멍 특징부를 절삭하는 것에 의하여, 제1 자동화 공정으로 제1 직경을 갖는 제1 구멍 특징부를 절삭하는 단계를 구비할 수 있다. 또한, 상기 자동화 방법은 제2 가스 조성을 갖는 이차 가스 유동을 개시하고, 적어도 하나의 변수가 상기 제1 세트의 절삭 변수와 상이한 제2 세트의 절삭 변수로 제2 구멍 특징부를 절삭하는 것에 의하여, 제2 자동화 공정으로 제1 직경보다 큰 제2 직경을 갖는 제2 구멍 특징부를 절삭하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 자동화 방법은 제1 및 제2 가스 조성보다 질소 함량이 높은 제3 가스 조성을 갖는 이차 가스 유동을 개시하고, 적어도 하나의 변수가 상기 제1 또는 제2 세트의 절삭 변수와 상이한 제3 세트의 절삭 변수로 외형을 절삭하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 제1 세트의 절삭 변수는 제1 도입부 명령 속도, 제1 주변부 명령 속도 및 제1 가스 조성을 구비할 수 있다. 상기 제2 세트의 절삭 변수는 제2 도입부 명령 속도, 제2 주변부 명령 속도 및 제2 가스 조성을 구비할 수 있다. 상기 제3 세트의 절삭 변수는 외형부 명령 속도 및 제3 가스 조성을 구비할 수 있다. 상기 외형 명령 속도는 제1 도입부 명령 속도, 제1 주변부 명령 속도, 제2 도입부 명령 속도, 및 제2 주변부 명령 속도보다 빠를 수 있다. 상기 제1 가스 조성과 제2 가스 조성은 실질적으로 동일(예를 들면, 동일)할 수 있다.

또 다른 양태에 있어서, 본 발명은 플라즈마 아크 토치로 공작물에 적어도 제1 구멍 특징부와, 상기 제1 구멍 특징부보다 큰 제2 구멍 특징부를 절삭하기 위한 자동화 방법을 특징으로 한다. 자동화 방법은 절삭 속도를 제1 도입부 절삭 속도까지 상승시켜 제1 도입부를 절삭하고, 상기 제1 도입부 이후에 제2 절삭 속도를 상승시켜 제1 주변부를 절삭하며, 상기 제1 주변부의 내측 커프 가장자리가 제1 도입부의 외측 커프 가장자리와 실질적으로 교차한 이후에 전류 강하를 개시하고, 상기 제1 도입부의 외측 커프 가장자리가 제1 주변부의 외측 커프 가장자리와 실질적으로 만나는 지점에 또는 그 부근에서, 절삭 전류가 소멸될 때까지 절삭 속도를 유지하거나 증가시키는 것에 의하여, 플라즈마 아크 토치를 제1 지점까지 이동시키고 공작물에 제1 구멍 특징부를 절삭하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 자동화 방법은 절삭 속도를 제1 도입부 절삭 속도 보다 빠른 제2 도입부 절삭 속도까지 상승시켜 제2 도입부를 절삭하고, 상기 제2 도입부 이후에 제2 절삭 속도를 상승시켜 제2 주변부를 절삭하며, 상기 제2 주변부의 내측 커프 가장자리가 제2 도입부의 외측 커프 가장자리와 실질적으로 교차한 이후에 전류 강하를 개시하고, 상기 제2 도입부의 외측 커프 가장자리가 제2 주변부의 외측 커프 가장자리와 실질적으로 만나는 지점에 또는 그 부근에서, 절삭 전류가 소멸될 때까지 절삭 속도를 유지하거나 증가시키는 것에 의하여, 플라즈마 아크 토치를 제2 지점까지 이동시키고 공작물에 제2 구멍 특징부를 절삭하는 단계를 포함할 수 있다.

몇몇 실시예에서, 상기 제1 구멍 특징부 또는 제2 구멍 특징부의 직경에 기초하여 전류 강하를 한 지점에서 개시하는 것에 의하여 제1 구멍 특징부 또는 제2 구멍 특징부를 절삭할 수 있다.

또 다른 양태에 있어서, 본 발명은 가변 두께를 갖는 복수의 공작물에 외형과 복수의 다양한 사이즈의 구멍 특징부를 절삭하도록 구성된 플라즈마 아크 토치 시스템을 특징으로 한다. 플라즈마 아크 토치 시스템은 대응하는 전류 레벨에 대하여 전극과 노즐을 갖는 플라즈마 아크 토치와, 컴퓨터 수치 제어기(CNC)를 포함한다. 상기 컴퓨터 수치 제어기는 복수의 가스 조성으로부터, 구멍 특징부를 절삭하는데 사용되는 제1의 이차 가스 조성과, 외형을 절삭하는데 사용되는 제2의 이차 가스 조성을 선택하도록 구성된다. 또한, CNC는 복수의 주변부 절삭 속도로부터, 공작물의 재료 두께에 기초하여 주변부 절삭 속도를 선택하도록 구성된다. 또한, CNC는 복수의 도입부 속도로부터, 절삭되는 구멍 특징부의 사이즈와 공작물의 재료 두께에 기초하여 도입부 속도를 선택할 수 있도록 구성되며, 상기 각각의 주변부 절삭 속도는 각각의 대응하는 도입부 속도보다 빠르다.

상기 도입부 속도는 절삭되는 구멍 특징부의 사이즈와 비례할 수 있다. 상기 컴퓨터 수치 제어기는 복수의 마이너스 시간 오프셋 값으로부터, 전류 레벨에 기초하여 마이너스 시간 오프셋 값을 선택하도록 구성될 수 있다. 상기 마이너스 시간 오프셋은 절삭되는 구멍 특징부의 사이즈 또는 전류 레벨에 기초할 수 있다.

또 다른 양태에 있어서, 본 발명은 정보 캐리어 상에서 명확하게 구체화되며, 플라즈마 아크 토치 시스템으로 공작물에 복수의 구멍 특징부를 절삭하기 위한 컴퓨터 수치 제어기 상에서 작동 가능한 컴퓨터 판독 가능 제품을 특징으로 한다. 상기 컴퓨터 판독 가능 제품에 의하여 컴퓨터 수치 제어기가 공기보다 낮은 질소 함량을 갖는 차폐 가스 조성물을 선택하고, 절삭되는 구멍 특징부에 대하여 도입부 절삭 속도를 설정하며, 여기에서 도입부 절삭 속도는 절삭되는 구멍 특징부의 직경 함수이고, 절삭되는 구멍 특징부에 대하여 주변부 절삭 속도를 설정하며, 여기에서 주변부 절삭 속도는 대응하는 도입부 절삭 속도 보다 빠르고, 플라즈마 아크를 소멸시키기 위하여 제1 명령어를 제공하며, 상기 제1 명령어는 플라즈마 아크 토치에 대한 제2 명령어와 별개이다.

상기 주변부 절삭 속도는 공작물의 두께에 기초할 수 있다.

또 다른 양태에 있어서, 본 발명은 공작물에 구멍 특징부를 절삭할 때 플라즈마 아크 토치를 제어하기 위한 자동화 방법을 특징으로 한다. 자동화 방법은 절삭부를 따라 제1 위치에서 플라즈마 아크를 소멸시키기 위하여 제1 명령어를 설정하는 단계와, 제1 명령어와 관련된 마이너스 시간 오프셋을 설정하는 단계를 포함하며, 상기 제1 명령어는 플라즈마 아크 토치의 이동을 가변시키기 위한 제2 명령어와 별개이고, 상기 마이너스 시간 오프셋은 제1 위치에 앞서는 제2 위치에서 전류 강하를 개시한다.

제1 위치는 구멍 특징부의 주변부의 외측 커프 가장자리와 구멍 특징부의 도입부의 외측 커프 가장자리 사이에서의 교차점에 대응할 수 있다. 상기 플라즈마 아크 토치의 이동을 가변시키는 단계는 플라즈마 아크 토치를 감속 또는 가속시키는 것을 포함할 수 있다. 상기 마이너스 시간 오프셋은 제1 명령어와 전류 강하의 개시 사이의 지연과, 전류 강하의 개시와 플라즈마 아크의 소멸 사이의 시간의 합계일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 절삭 차트(cut chart)로부터 마이너스 시간 오프셋이 검색된다. 상기 마이너스 시간 오프셋은 구멍 특징부의 직경 또는 전류 레벨의 함수일 수 있다.

또 다른 양태에 있어서, 본 발명은 플라즈마 아크 토치로 다수의 구멍 직경을 갖는 복수의 구멍 특징부를 절삭하기 위한 절삭 변수를 설정하는 위한 자동화 방법을 특징으로 한다. 상기 방법은 각각의 구멍 특징부의 주변부를 따라 절삭부의 외측 커프 가장자리가 각각의 구멍 특징부의 도입부를 따라 절삭부의 외측 커프 가장자리와 실질적으로 연결되는 지점에 대응하는 제1 위치를 설정하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 방법은 절삭되는 구멍 특징부의 구멍 직경과 절삭 레벨에 기초하여 제1 위치에 선행하는 제2 위치를 설정하는 단계와, 상기 플라즈마 아크 토치가 제1 위치에 도달할 때 플라즈마 아크가 실질적으로 소멸되도록 제2 위치에서 플라즈마 아크 종료를 개시하는 단계를 포함할 수 있다.

몇몇 실시예에서, 상기 복수의 구멍 특징부는 소정의 두께를 갖는 공작물에서 절삭되며, 제2 위치와 제1 위치 사이에서 플라즈마 아크 토치에 의하여 이동되는 거리가 복수의 구멍 특징부와 실질적으로 유사하다. 상기 방법은 절삭되는 구멍 특징부의 구멍 직경에 기초하여 마이너스 시간 오프셋을 결정하는 단계를 또한 포함하며, 상기 마이너스 시간 오프셋은 제2 위치에서 플라즈마 아크 종료의 개시를 결정한다. 상기 플라즈마 아크 토치(예를 들면, 플라즈마 토치에서 소모품을 교체하지 않고 구멍 특징부를 절삭하기 위한 자동화 공정)에 대한 한 세트의 소모품을 이용하여 다수의 구멍 직경을 갖는 복수의 구멍 특징부를 절삭할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 구멍 특징부의 절삭을 개시하기 위하여 공작물을 피어싱한다.

일 양태에 있어서, 본 발명은 플라즈마 절삭 시스템을 이용하여 공작물에 구멍 특징부와 같은 내부 특징부를 절삭하는 방법을 특징으로 한다. 플라즈마 아크 토치는 플라즈마 토치 시스템을 이용하여 제1 영역, 제2 영역, 및 제3 영역을 갖는 경로의 적어도 일부를 따라 절삭하는데 사용될 수 있다. 상기 방법은 제1 절삭 전류와, 제1 토치 속도를 설정하는 제1 명령 속도를 구비하는 제1 절삭 변수로부터 적어도 하나의 절삭 변수를 이용하여 제1 영역에서 절삭하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 제2 절삭 변수로부터 적어도 하나의 절삭 변수를 이용하여 제2 영역에서 절삭하는 단계를 포함한다. 상기 제2 절삭 페러미터 세트는 상기 제1 절삭 변수와 상이하며 (예를 들면, 상기 세트에서 적어도 하나의 변수가 상이하다), 제2 절삭 전류와, 제2 토치 속도를 설정하는 제2 명령 속도를 구비한다. 상기 방법은 상기 제1 절삭 변수 또는 제3 절삭 변수로부터 적어도 하나의 절삭 변수를 이용하여 제3 영역에서 절삭하는 단계를 포함한다. 제3 절삭 변수는 제2 절삭 변수와 상이하며, 제3 절삭 전류와, 제3 토치 속도를 설정하는 제3 명령 속도를 구비한다.

상기 명령 속도는 토치/절삭 속도에 대한 설정치일 수 있다. 토치 속도는 명령 속도 설정치 및 플라즈마 아크 토치 시스템에 내재하는 비능률/제한에 도달하도록 토치의 가속/감속에 의하여 오프셋된 명령 속도일 수 있다.

몇몇 실시예에서, 상기 제1 영역은 절삭부의 도입부에 대응하며, 상기 제2 영역은 절삭부의 주변부에 대응하고, 상기 제3 영역은 절삭부의 커프 삽입 영역에 대응한다. 상기 구멍 특징부는 제2 영역에서 절삭부의 외측 커프 가장자리에 의하여 그리고 제3 영역에서 절삭부의 외측 커프 가장자리의 적어도 일부에 의하여 적어도 부분적으로 한정될 수 있다. 상기 제1 영역에서의 절삭은 공작물에 적어도 반원형을 절삭하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 제2 명령 속도는 제1 명령 속도보다 빠를 수 있다. 상기 제3 절삭 전류는 제3 영역의 적어도 일부 중에서 제2 절삭 전류보다 작다.

일 양태에 있어서, 본 발명은 플라즈마 절삭 시스템을 이용하여 제1 영역과 제2 영역을 갖는 경로의 적어도 일부를 따라 공작물에 구멍 특징부를 절삭하는 방법을 특징으로 한다. 상기 방법은 플라즈마 가스 유동을 개시하는 단계와, 파일럿 아크를 점화하기 위하여 전류 유동을 개시하는 단계와, 공작물에 아크를 전달하는 단계와, 공작물을 피어싱하는 단계(예를 들면, 공자물에서 내부 특징부의 절삭을 개시)를 포함한다. 또한 상기 방법은 제1 토치 속도를 설정하는 제1 명령 속도를 이용하여 제1 영역에서 절삭하는 단계와, 제2 토치 속도를 설정하는 제2 명령 속도를 이용하여 제2 영역에서 절삭하는 단계를 포함한다. 상기 제2 명령 속도는 제1 명령 속도보다 빠를 수 있다.

내부 특징부(예를 들면, 구멍 특징부)는 거의 원형 구멍 또는 슬롯이다.

상기 경로는 제3 영역을 구비한다. 상기 제1 영역은 절삭부의 도입부에 대응하며, 상기 제2 영역은 절삭부의 주변부에 대응하고, 상기 제3 영역은 절삭부의 커프 삽입 영역에 대응한다. 상기 방법은 또한 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역이 실질적으로 교차하는 제2 영역의 개시부에 대응하는 위치에서, 절삭 전류가 거의 제로 암페어에 도달하도록, 제3 영역에서 절삭 전류를 강하시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 제3 영역의 개시부와 제2 영역의 개시부 사이의 거리에 적어도 부분적으로 기초하는 비율로 절삭 전류를 강하시킨다.

제1 명령 속도는 구멍 특징부의 직경에 적어도 일부 기초할 수 있다. 토치 속도는 절삭 전류가 거의 제로 암페어에 도달한 이후에 감소될 수 있다. 제3 토치 속도를 설정하는 제3 명령 속도를 이용하여 제3 영역에서 절삭한다. 제3 명령 속도는 제3 토치 속도를 한정한다. 강하 시간(예를 들면, 거의 제로 암페어에 도달하도록 전류에 대하여 필요한 시간)과 제3 토치 속도에 의하여 결정되는 제3 영역 내에서의 한 지점에서 절삭 전류의 강하를 개시하다.

상기 방법은 O₂ 플라즈마 가스와 O₂ 차폐 가스를 포함하는 가스 유동 조성을 이용하여 제1 영역에서 또는 제2 영역에서 절삭하는 단계를 더 포함한다.

또 다른 양태에 있어서, 본 발명은 플라즈마 절삭 시스템을 이용하여 제1 영역, 제2 영역과 제3 영역을 갖는 경로의 적어도 일부를 따라 공작물에 내부 특징부(예를 들면, 구멍 특징부)를 절삭하는 방법을 특징으로 한다. 상기 방법은 플라즈마 가스 유동을 개시하는 단계와, 파일럿 아크를 점화하기 위하여 전류 유동을 개시하는 단계와, 공작물에 아크를 전달하는 단계와, 공작물을 피어싱하는 단계(예를 들면, 공작물에서 내부 특징부/구멍 특징부의 절삭을 개시)를 포함한다. 상기 방법은 제1 영역 및 제2 영역에서 절삭하는 단계를 포함한다. 상기 제2 영역에서의 절삭부의 명령 속도가 제1 영역에서의 절삭부의 명령 속도와 상이하다. 상기 방법은 제3 영역에서의 절삭부의 외측 커프 가장자리가 제1 영역에서의 절삭부의 외측 커프 가장자리와 실질적으로 만나는 지점에서, 절삭 전류가 거의 제로 암페어에 도달하도록, 제3 영역에서 절삭 전류를 감소시키는 단계를 포함한다. 또한, 상기 방법은 상기 절삭 전류가 거의 제로 암페어에 도달한 이후에 플라즈마 절삭 시스템의 토치 속도를 감속시키는 단계를 포함한다.

몇몇 실시예에서, 상기 방법은 상기 제1 영역에서의 절삭부의 명령 속도보다 빠른 명령 속도로 제2 영역에서 절삭하는 단계를 더 포함한다.

구멍 특징부의 중심으로부터 제2 영역에서의 절삭부의 외측 커프 가장자리까지의 거리가 구멍 특징부의 중심으로부터 제1 및 제3 영역이 교차하는 지점에서 제3 영역에서의 절삭부의 외측 커프 가장자리까지의 거리와 거의 동일하다. 상기 구멍 특징부는 상기 구멍 특징부는 제2 영역에서 절삭부의 외측 커프 가장자리에 의하여 그리고 제3 영역에서 절삭부의 외측 커프 가장자리의 적어도 일부에 의하여 실질적으로 한정된다. 몇몇 실시예에서, 상기 제1 영역은 절삭부의 도입부에 대응하며, 상기 제2 영역은 절삭부의 주변부에 대응하고, 상기 제3 영역은 절삭부의 커프 삽입 영역에 대응한다.

제1 영역에서의 절삭부의 외측 커프 가장자리가 제3 영역에서의 절삭부의 외측 커프 가장자리와 실질적으로 교차하는 지점 이후에 토치 속도를 감속한다. 상기 토치 속도는 제1 영역에서의 절삭부의 외측 커프 가장자리가 제3 영역에서의 절삭부의 외측 커프 가장자리와 실질적으로 교차하는 지점 이후에 예정된 거리에서 제로에 도달한다.

몇몇 실시예에서, 제1 영역에서의 절삭부의 외측 커프 가장자리가 제3 영역에서의 절삭부의 외측 커프 가장자리와 실질적으로 만나는 지점에서, 절삭 전류가 거의 제로 암페어에 도달하도록, 제3 영역에서 절삭 전류를 강하시킨다.

또 다른 양태에 있어서, 본 발명은 플라즈마 절삭 시스템을 이용하여 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역을 갖는 경로의 적어도 일부를 따라 공작물에 내부 특징부(예를 들면, 구멍 특징부)를 절삭하는 방법을 특징으로 한다. 상기 방법은 플라즈마 가스 유동을 개시하는 단계와, 파일럿 아크를 점화하기 위하여 전류 유동을 개시하는 단계와, 공작물에 아크를 전달하는 단계와, 공작물을 피어싱하는 단계(예를 들면, 공작물에서 내부 특징부/구멍 특징부의 절삭을 개시)를 포함한다. 상기 방법은 절삭부의 제1 영역의 명령 속도와 상이한 명령 속도로 제2 영역에서 절삭하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 또한 제3 영역에서의 절삭부의 외측 커프 가장자리가 제2 영역에서의 절삭부의 외측 커프 가장자리와 실질적으로 정렬하도록, 제3 영역에서 절삭 전류를 강하시켜 감소 재료를 제거하는 단계와, 상기 절삭 전류가 거의 제로 암페어에 도달한 이후에 플라즈마 절삭 시스템의 토치 속도를 감속시키는 단계를 포함한다.

몇몇 실시예에서, 제3 영역에서의 절삭부의 외측 커프 가장자리가 제1 영역에서의 절삭부의 외측 커프 가장자리와 교차하는 지점에서, 절삭 전류가 거의 제로 암페어에 도달하도록, 제3 영역에서 절삭 전류를 강하시킨다. 상기 감소 재료는 제1 영역에서의 절삭부의 외측 커프 가장자리와 제3 영역에서의 절삭부의 외측 커프 가장자리에 의하여 적어도 부분적으로 한정된다. 몇몇 실시예에서, 상기 절삭부의 제2 영역의 명령 속도보다 빠른 명령 속도를 갖는 제3 영역에서 절삭한다.

또 다른 양태에 있어서, 본 발명은 구멍 특징부에서 결함을 감소시키는 플라즈마 절삭 시스템을 이용하여 공작물에 내부 특징부(예를 들면, 구멍 특징부)를 절삭하는 방법을 특징으로 한다. 상기 방법은 플라즈마 가스 유동을 개시하는 단계와, 파일럿 아크를 점화하기 위하여 전류 유동을 개시하는 단계와, 공작물에 아크를 전달하는 단계와, 공작물을 피어싱하는 단계(예를 들면, 공작물에서 내부 특징부/구멍 특징부의 절삭을 개시)를 포함한다. 상기 방법은 또한 공작물에 대하여 절삭 아크와 절삭 속도를 설정하는 단계와, 구멍 절삭 경로에서 제1 지점 이후에 절삭 속도를 제2 절삭 속도로 상승시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 절삭 속도를 줄이지 않고 구멍 절삭 경로에서 제2 지점 이후에 절삭 전류를 강하시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 절삭 전류가 거의 제로 암페어에 도달할 때까지 제2 절삭 속도를 실질적으로 유지하거나, 상기 절삭 전류가 거의 제로 암페어에 도달하기 전에 제2 절삭 속도를 제3 절삭 속도로 증가시키는 단계를 포함한다.

제1 영역은 절삭부의 도입부를 한정하며, 제2 영역은 구멍 특징부의 주변부의 적어도 일부를 한정한다.

몇몇 실시예에서, 절삭 속도를 증가시키는 단계는 제1 명령 속도로 구멍 절삭 경로의 제1 영역에서 절삭하는 단계와, 제1 명령 속도 보다 빠른 제2 명령 속도로 구멍 절삭 경로의 제2 영역에서 절삭하는 단계를 더 포함한다. 상기 제1 명령 속도는 구멍 특징부의 직경에 기초한다.

상기 구멍 절삭 경로에서 제2 지점 이후에 절삭 전류를 감소시키며(즉, 절삭 전류의 하강이 개시), 상기 구멍 절삭 경로에서 제1 지점에 거의 인접하여 절삭 아크를 소멸시킨다. 몇몇 실시예에서, 상기 구멍 절삭 경로에서 제2 지점으로부터 절삭하고, 구멍 절삭 경로에서 제1 지점으로 귀환하여 공작물에 구멍 특징부를 형성한다. 상기 구멍 절삭 경로에서 제2 지점으로부터 구멍 절삭 경로에서 제1 지점까지 절삭하는 동안 절삭 전류를 강하시킨다.

또 다른 양태에 있어서, 본 발명은 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역을 갖는 경로의 적어도 일부를 따라 공작물에 내부 특징부(예를 들면, 구멍 특징부)를 절삭하기 위한 플라즈마 아크 토치 시스템을 특징으로 한다. 플라즈마 아크 토치 시스템은 전극과 노즐을 갖는 플라즈마 토치와, 절삭 전류를 플라즈마 아크 토치에 제공하는 리드(lead)와, 상기 플라즈마 토치에 부착된 겐트리(gantry)와, 상기 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역에서 플라즈마 아크 토치의 절삭 변수를 제어하는 컴퓨터 수치 제어기를 포함한다. 상기 컴퓨터 수치 제어기는 적어도 부분적으로 구멍 특징부의 직경에 기초하여 제1 영역에 대한 제1 명령 속도를 제공하고, 제2 명령 속도를 제공하기 위한 제1 수단을 구비한다. 상기 제2 명령 속도는 상기 제2 영역에 대하여 상기 제1 명령 속도보다 빠르다. 상기 컴퓨터 수치 제어기는 제3 영역에 대한 제3 절삭 전류를 제공하기 위한 제2 수단을 설정한다. 상기 제3 절삭 전류는, 제1 영역에서 절삭부의 외측 커프 가장자리가 제3 영역의 외측 커프 가장자리와 실질적으로 교차하는 지점에서 제3 절삭 전류가 거의 제로 암페어에 도달하도록, 강하한다.

상기 컴퓨터 수치 제어기는 플라즈마 아크 토치의 절삭 변수를 식별하기 위하여 룩업 테이블을 구비한다.

제3 영역에서의 절삭부의 외측 커프 가장자리가 제2 영역에서의 절삭부의 외측 커프 가장자리와 실질적으로 정렬하도록, 제3 절삭 전류가 강하하여 감소 재료(예를 들면, 구멍 특징부의 절삭을 완료하기 위한 공작물의 잔여 재료)를 제거한다.

또 다른 양태에 있어서, 본 발명은 정보 캐리어 상에 명백하게 구체화되며, 플라즈마 아크 토치 절삭 시스템용 컴퓨터 수치 제어기 상에서 조작 가능한 컴퓨터 판독 가능 제품을 특징으로 한다. 컴퓨터 판독 가능 제품은 컴퓨터 수치 제어기가 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역을 갖는 경로의 적어도 일부를 따라 공작물에 내부 특징부(예를 들면, 구멍 특징부)를 절삭하기 위한 절삭 변수를 선택하도록 명령어를 포함한다. 상기 절삭 변수는 적어도 구멍 특징부의 직경에 기초하여 제1 영역에 대한 제1 명령 속도와 절삭부의 제2 영역에 대한 제2 명령 속도, 또는 제3 영역에 대한 제3 절삭 전류를 구비한다. 상기 제2 명령 속도는 상기 제1 명령 속도보다 빠르다. 상기 제3 절삭 전류는, 제1 영역에서 절삭부의 외측 커프 가장자리가 제3 영역의 외측 커프 가장자리와 실질적으로 교차하는 지점에서 제3 절삭 전류가 거의 제로 암페어에 도달하도록, 강하한다.

제3 영역에서의 절삭부의 외측 커프 가장자리가 제2 영역에서의 절삭부의 외측 커프 가장자리와 실질적으로 정렬하도록, 제3 절삭 전류가 강하하여 감소 재료(예를 들면, 구멍 특징부의 절삭을 완료하기 위한 공작물의 잔여 재료)를 제거하다.

또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 구멍 특징부 내에서 결함을 감소시키기 위하여 플라즈마 아크 토치를 이용하여 공작물에 내부 특징부(예를 들면, 구멍 특징부)를 절삭하고, 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역을 갖는 경로의 적어도 일부를 따라 절삭하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 제3 영역에서 절삭하기 위하여 다수의 절삭 전류 강하 운전 중 어느 하나를 선택하는 단계를 포함하며, 상기 다수의 절삭 전류 강하 운전 중 어느 하나는 구멍 특징부의 직경의 함수이다. 상기 방법은 또한 상기 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역이 실질적으로 교차하는 위치에서, 토치가 제3 영역으로부터 제2 영역까지 통과할 때 플라즈마 절삭 전류를 소멸시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한, 토치 헤드가 제3 영역으로부터 제2 영역까지 통과할 때까지 제3 영역에서 토치 속도를 실질적으로 유지하거나 증가시키는 단계를 포함한다.

또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 구멍 특징부 내에서 결함을 감소시키기 위하여 플라즈마 아크 토치를 이용하여 공작물에 내부 특징부(예를 들면, 구멍 특징부)를 절삭하는 방법을 특징으로 한다. 플라즈마 아크 토치는 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역을 갖는 경로의 적어도 일부를 따라 절삭한다. 상기 방법은 플라즈마 가스 유동을 개시하는 단계와, 파일럿 아크를 점화하는 기위하여 전류 유동을 개시하는 단계와, 공작물에 아크를 전달하는 단계와, 공작물을 피어싱하는 단계(예를 들면, 공작물에서 내부 특징부/구멍 특징부의 절삭을 개시)를 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 경로의 제1 영역과 제2 영역을 따라 절삭하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역이 실질적으로 교차하는 위치에서, 절삭 전류가 소멸되도록, 제3 영역에서의 제1 지점에서 절삭 전류의 강하를 개시하는 단계를 포함한다. 상기 제3 영역에서의 제1 지점은 절삭 전류의 강하 시간에 기초하여 결정된다. 상기 방법은 또한 상기 토치 속도가 제2 지점 이후의 예정된 거리에서 거의 제로에 도달할 수 있도록 플라즈마 아크 토치를 감속시키는 단계를 포함한다.

몇몇 실시예에서, 상기 예정된 거리는 약 1/4인치이다. 몇몇 실시예에서, 약 55ipm의 구멍 절삭 속도와 약 5mG의 테이블 가속에 대한 예정된 거리는 약 1/4인치이다.

또 다른 양태에 있어서, 본 발명은 플라즈마 절삭 시스템을 이용하여 경로의 적어도 일부를 따라 공작물에 구멍 특징부를 절삭하는 방법을 제공한다. 상기 경로는 제1 영역과 제2 영역을 갖는다. 상기 방법은 플라즈마 가스 유동을 개시하는 단계와, 파일럿 아크를 점화하기 위하여 전류 유동을 개시하는 단계와, 공작물에 아크를 전달하는 단계와, 공작물을 피어싱하는 단계(예를 들면, 공작물에서 내부 특징부/구멍 특징부의 절삭을 개시)를 포함한다. 상기 방법은 가속 곡선(예를 들면, 플라즈마 아크 토치 시스템을 위하여 프로그램됨)의 일부를 구성하는 제1 토치 속도(예를 들면, 제1 토치 속도를 설정)를 설정하는 제1 명령 속도를 이용하여 제1 영역에서 절삭하는 단계를 구비한다. 상기 방법은 또한 가속 곡선의 일부를 구성하며 상기 제1 명령 속도보다 빠른 제2 토치 속도를 설정하는 제2 명령 속도를 이용하여 제2 영역에서 절삭하는 단계를 포함한다.

또 다른 양태에 있어서, 본 발명은 플라즈마 절삭 시스템을 이용하여 경로의 적어도 일부를 따라 공작물에 구멍 특징부를 절삭하는 방법을 특징으로 한다. 상기 경로는 제1 영역과 제2 영역을 갖는다. 상기 방법은 플라즈마 가스 유동을 개시하는 단계와, 파일럿 아크를 점화하기 위하여 전류 유동을 개시하는 단계와, 공작물에 아크를 전달하는 단계와, 공작물을 피어싱하는 단계(예를 들면, 공작물에서 내부 특징부/구멍 특징부의 절삭을 개시)를 포함한다. 상기 방법은 제1 영역과 제2 영역이 제1 토치 속도로 실질적으로 교차하는 지점(예를 들면, 절삭부의 도입부가 절삭부의 주변부 천이)을 절삭하는 단계를 포함한다. 상기 제1 토치 속도보다 빠른 제2 토치 속도로 제2 영역의 적어도 일부를 절삭하는 단계를 포함한다.

일 양태에 있어서, 본 발명은 플라즈마 토치로 공작물에 구멍과 외형을 절삭하기 위한 방법을 특징으로 한다. 일 실시예에서, 상기 방법은 플라즈마 챔버를 형성하는 노즐 및 전극과, 상기 플라즈마 챔버 내부에 발생된 플라즈마 아크를 구비하는 플라즈마 토치를 포함한다. 일 실시예에서, 플라즈마 토치는 또한 플라즈마 아크 토치에 차폐 가스를 제공하기 위한 차폐 가스 공급 라인과, 차폐 가스 조성을 포함하는 절삭 변수를 제어하기 위한 제어 유닛을 구비한다. 일 실시예에서, 상기 방법은 외형을 절삭할 때 차폐 가스는 제1 차폐 가스 조성을 포함하고 구멍을 절삭할 때 차폐 가스는 제2 차폐 가스 조성을 포함하도록 상기 절삭 변수를 제어하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 상기 제1 차폐 가스 조성은 제2 차폐 가스 조성과 상이하다.

또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 플라즈마 토치 절삭 작업에서 작은 내부 특징부의 절삭 특징을 개선하기 위한 방법을 특징으로 한다. 일 실시예에서, 상기 방법은 제2 차폐 가스 조성을 이용하여 작은 내부 특징부를 절삭하는 단계로서, 상기 작은 내부 특징부는 공작물의 예상된 외형 절삭 내에서 공작물 상에 위치하는 상기 절삭 단계와, 제1 차폐 가스 조성을 이용하여 예상된 외형 절삭에 대응하여 외형을 절삭하는 단계를 포함한다.

또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 플라즈마 아크 토치를 사용하여 공작물에 구멍과 외형을 절삭하기 위한 방법을 특징으로 한다. 상기 플라즈마 아크 토치는 플라즈마 챔버 내부에 발생된 플라즈마 아크가 공작물을 절삭하는데 사용되도록, 상기 플라즈마 챔버를 형성하는 노즐 및 전극과, 플라즈마 토치에 차폐 가스를 제공하기 위한 차폐 가스 공급 라인을 구비한다. 일 실시예에서, 상기 방법은 차폐 가스 유동이 구멍 가장자리의 베벨부가 실질적으로 제거되도록 선택된 제2 차폐 가스 조성을 포함하는 상태에서 공작물에 구멍을 절삭하는 단계를 포함한다.. 일 실시예에서, 상기 방법은 상기 차폐 가스 유동이 제1 차폐 가스 조성을 포함하는 상태에서 외형을 절삭하는 단계와, 구멍을 절삭하는 동안 제2 차폐 가스 조성은 제1 차폐 가스 조성보다 적은 질소를 포함하도록, 제1 차폐 가스 조성과 제2 차폐 가스 조성을 제어하는 또한 단계를 포함한다.

또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 플라즈마 아크 토치를 사용하여 공작물에 구멍을 절삭하기 위한 또 다른 방법을 특징으로 한다. 상기 방법은 플라즈마 챔버를 형성하는 노즐 및 전극을 갖는 고전류 소모품을 구비하는 플라즈마 아크 토치를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 방법은 50 암페어 이상의 아크 전류를 이용하여 플라즈마 챔버 내부에 플라즈마 아크를 발생시키는 단계와, 구멍을 절삭할 때 차폐 가스 조성이 구멍 가장자리의 베벨부가 실질적으로 제거될 수 있는 질소의 양을 포함하도록 차폐 가스 유동의 차폐 가스 유동을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일 양태에 따르면, 본 발명은 공작물에 구멍과 외형을 절삭하기 위한 플라즈마 토치 시스템을 특징으로 한다. 일 실시예에서, 플라즈마 토치 시스템은 플라즈마 챔버를 형성하는 노즐 및 전극과, 상기 플라즈마 챔버 내부에 발생된 플라즈마 아크를 구비하는 플라즈마 토치 팁 구성을 포함한다. 일 실시예에서, 플라즈마 토치 시스템은 플라즈마 아크 토치에 차폐 가스를 제공하기 위한 차폐 가스 공급 라인과, 차폐 가스 유동의 조성을 제어하기 위한 제어 유닛을 더 포함한다. 일 실시예에서, 제어 유닛은 외형을 절삭할 때 차폐 가스 유동은 제1 차폐 가스 조성을 포함하고, 구멍을 절삭할 때 차폐 가스 유동은 제2 차폐 가스 조성을 포함하도록 차폐 가스 유동의 조성을 제어한다. 일 실시예에서, 플라즈마 토치 시스템은 제어 유닛 상에서 작동 가능한, 정보 캐리어로 명백하게 구체화된 컴퓨터 판독 가능 제품을 더 포함하며, 상기 컴퓨터 판독 가능 제품은 외형을 절삭할 때 제1 차폐 가스 조성을 선택하고 구멍을 절삭할 때 제2 차폐 가스 조성을 선택하는 명령어를 포함하는 플라즈마 아크 토치 시스템용 절삭 정보를 갖는다.

또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 정보 캐리어로 명백하게 구체화되며, 플라즈마 토치 시스템과 함께 사용하기 위하여 CNC 상에서 작동 가능한 컴퓨터 판독 가능 제품을 포함하는 부품을 특징으로 한다. 일 실시예에서, 상기 컴퓨터 판독 가능 제품은 플라즈마 아크 토치를 이용하여 공작물로부터 구멍과 외형을 절삭하기 위한 절삭 정보를 가지며, 상기 정보는 구멍을 절삭할 때 차폐 가스 유동은 제2 차폐 가스 조성을 구비하고, 외형을 절삭할 때 차폐 가스 유동은 제1 차폐 가스 조성을 구비하도록 명령어를 포함한다.

또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 차폐 가스 유동의 조성을 포함하여 플라즈마 토치의 절삭 변수를 제어하기 위한 컴퓨터 수치 제어기를 특징으로 한다. 일 실시예에서, 상기 제어기는 프로세서와, 전자 저장 소자와, 플라즈마 아크 토치에 제어 명령어를 제공하기 위한 인터페이스와, 플라즈마 토치를 위한 차폐 가스 유동의 조성을 선택하기 위한 룩업 테이블을 포함한다. 일 실시예에서, 상기 제어기는 플라즈마 토치가 공작물에 구멍 또는 외형을 절삭하는 것에 따라 차폐 가스 유동의 조성을 제어한다.

상기 양태 중 어느 하나는 하기의 특징 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 상기 제2 차폐 가스 조성은 구멍의 가장자리 베벨부가 실질적으로 제거되도록 제1 차폐 가스 조성보다 적은 질소를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 공작물은 연강이며, 제1 차폐 가스는 공기이고 제2 차폐 가스 조성은 산소이다. 상기 제2 차폐 가스 조성은 구멍을 절삭하는 동안 실질적으로 산소로 구성된다. 일 실시예에서, 구멍을 절삭할 때의 차폐 가스의 유량은 상기 외형을 절삭할 때의 차폐 가스의 유량과 비교하여 감소한다. 구멍을 절삭할 때의 토치의 절삭 속도는 상기 외형을 절삭할 때의 토치의 절삭 속도와 비교하여 감소한다. 일 실시예에서, 상기 절삭 변수를 제어하는 단계는 공작물 두께에 대한 구멍 직경의 비율에 따라 제2 차폐 가스 조성을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 직경 대 두께의 비율은 2.5 보다 작거나 그것과 동일하다. 몇몇 실시예에서, 상기 비율은 1 보다 작거나 그것과 동일하다. 몇몇 실시예에서, 상기 비율은 0.7 보다 작거나 그것과 동일하며 또는 피어싱 관통부의 크기에 의하여 제한을 받는다.

상기 양태 중 어느 하나는 하기의 특징 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 절삭 변수를 제어하는 단계는 아크 종료를 위한 전류 증가 시퀀스(ramping sequence)를 포함할 수 있으며, 상기 증가는 외형 절삭과 구멍 절삭 모두 일정하다. 또한, 상기 절삭 변수를 제어하는 단계는, 제2 차폐 가스 조성이 총 차폐 가스 체적의 백분율로서 제1 차폐 가스 조성보다 적은 질소를 포함하여, 상기 구멍의 원통도가 실질적으로 감소하도록 차폐 가스 유동에서 질소의 양을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 양태 중 어느 하나는 하기의 특징 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 방법은 정보 캐리어로 명백하게 구체화되며, 플라즈마 토치 시스템과 함께 사용하기 위하여 CNC 상에서 작동 가능한 컴퓨터 판독 가능 제품을 제공하는 단계를 더 포함하며, 상기 컴퓨터 판독 가능 제품은 외형을 절삭할 때 제1 차폐 가스 조성을 선택하고 구멍을 절삭할 때 제2 차폐 가스 조성을 선택하는 명령어를 포함하는 플라즈마 아크 토치용 절삭 정보를 갖는다. 몇몇 실시예에서, 제2 차폐 가스 조성은 공작물의 두께에 대한 구멍 직경의 비율에 따라 선택될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 절삭 정보는 구멍을 절삭할 때 공작물의 두께에 대한 구멍 직경의 비율에 따라 제어 유닛이 제2 차폐 가스 조성을 제어하도록 명령어를 포함한다.

본 발명의 일 장점은 일반적으로 외형 절삭 중에 성취될 수 있는 드로스 레벨(dross level)과 생산성을 유지하면서, 고품질의 플라즈마 절삭 구멍을 형성하는 것이다. 본 발명의 또 다른 장점은 구멍 절삭 기간을 단축하기 위하여 보다 값 비싼 차폐 가스 혼합물의 사용을 제한하여 총 부품 단가에 대한 영향을 최소화하는 것이다. 본 발명의 또 다른 장점은 단일 공작물에서 구멍과 외형을 절삭할 때 조작자가 단일 구성의 토치 소모품을 사용할 수 있도록 하여 시간 효율성을 개선하며, 이와 동시에 구멍 및 외형 절삭을 위해 종래 단일 차폐 가스의 절삭 기술을 이용할 때 나타나는 품질 저하를 방지하는 것이다.

상기 및 기타 본 발명의 목적, 양태, 특징 및 장점은 하기의 설명과 청구범위로부터 보다 명백하게 될 것이다.

전술한 본 발명의 장점은 또 다른 장점과 함께 첨부도면과 관련된 하기의 설명을 참조함으로써 보다 명확하게 이해될 것이다. 도면은 축척이 반드시 일치하지는 않으며, 본 발명의 원리를 예시하는 것에 주안점을 둔다.
도 1은 공지된 기계화 플라즈마 아크의 다이어그램이다.
도 2는 공지된 플라즈마 아크 토치 팁의 단면도이다.
도 3은 실시예에 따른 예상된 구멍 및 외형 절삭 아웃라인을 도시하는 샘플 공작물이다.
도 4는 구멍의 원통도를 결정하는데 사용되는 공차 측정치의 설명도이다.
도 5는 실시예에 따른 제안된 가스 시스템을 구비하는 플라즈마 아크 토치의 블록 다이어그램이다.
도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 아크 토치 헤드에 의하여 수행되는 경로의 제1 영역을 도시하는 개략도이다.
도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 아크 토치 헤드에 의하여 수행되는 경로의 제2 영역을 도시하는 개략도이다.
도 6c는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 아크 토치 헤드에 의하여 수행되는 경로의 제3 영역을 도시하는 개략도이다.
도 6d는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 아크 토치 헤드에 의하여 수행되는 경로의 제4 영역을 도시하는 개략도이다.
도 6e는 본 발명의 실시예에 따른 공작물로부터 구멍 특징부를 절삭하기 위한 방법을 도시한다.
도 6f는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공작물로부터 구멍 특징부를 절삭하기 위한 방법을 도시한다.
도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 구멍 특징부를 절삭하기 위한 직선 도입부 형상을 도시한다.
도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 구멍 특징부를 절삭하기 위한 쿼터 도입부 형상을 도시한다.
도 7c는 본 발명의 실시예에 따른 구멍 특징부를 절삭하기 위한 반원형 도입부 형상을 도시한다.
도 8a는 본 발명의 실시예에 따른 공작물을 절삭하기 위한 경로의 제1 영역이 직선인 경우의 구멍 특징부의 평면도이다.
도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 도 8A로부터 구멍 특징부의 저면도이다.
도 8c는 본 발명의 실시예에 따른 공작물을 절삭하기 위한 경로의 제1 영역이 반원형인 경우의 구멍 특징부의 평면도이다.
도 8d는 본 발명의 실시예에 따른 도 8C로부터 구멍 특징부의 저면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 상이한 도입부 명령 속도에 대한 측정 편차를 도시하는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 도입부 명령 속도에 대한 예시적인 룩업 차트(look-up chart)이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 구멍 절삭 경로의 일부를 도시하는 개략도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 절삭 전류와 명령 속도를 시간 함수로써 도시하는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 절삭 변수를 위한 예시적인 룩업 차트이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 구멍 특징부의 측정 편차를 도시하는 그래프이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작물로부터 구멍 특징부를 절삭하기 위하여 플라즈마 아크를 구동하는 방법을 도시하는 도면이다.
도 16은 상이한 공정으로 절삭된 구멍에 대한 구멍 품질 결과를 도시하는 그래프이다.
도 17은 가스 유동이 본 발명의 실시예에 따라 조작될 수 있는 방법을 도시하는 순서도이다.
도 18은 본 발명의 일시시예에 따른 연강을 절삭하기 위한 상이한 가스 혼합물을 도시하는 테이블이다.
도 19a는 종래 절삭 과정으로 절삭된 구멍의 단면도이다.
도 19b는 본 발명의 일 실시예에 따라 절삭된 구멍의 단면도이다.

구멍 특징부(예를 들면, 구멍)는 약 2.5 또는 그 보다 작은 직경 (또는 치수) 대 공작물 (플레이트) 두께 비율을 갖는 형상으로 한정될 수 있다. 도 3은 예를 들면 일 실시예에 따른 대형 공작물(도시하지 않음)로부터 절삭될 수 있는 0.5인치의 두꺼운 강판(100)으로 이루어진 6x6 제곱인치 피스를 도시한다. 0.5인치의 두꺼운 강판(100)에 형성되는 직경이 1인치인 구멍(105)은 2의 비율을 가질 수 있다. 본 명세서에서 구멍/구멍 특징부는 원형일 필요가 없는 작은 내부 부품 특징부로 분류되지만, 특징부 대다수는 예를 들면 1/2인치의 강판(100)에 형성되는 1 제곱인치제곱인치10)과 같이 재료의 두께에 약 2.5배 또는 그 보다 작은 치수를 갖는다. 외형과 같은 특징부는 직선형 절삭부(115) 또는 만곡형 절삭부(120) 모두를 포함할 수 있다.

전술한 바와 같이, 종래 방법을 이용하여 절삭된 구멍 특징부는 디보트(divot)(예를 들면, 과량의 재료 취출), 돌출부(예를 들면, 불충분한 재료 취출), 베벨부 또는 테이퍼부와 같은 결함을 생성할 수 있다. 베벨부는 완성된 구멍 절삭부의 원통도로 측정될 수 있다. 원통도는 두 개의 동심 원통으로 설정되는 공차 영역으로 한정되며, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 두 개의 동심 원통 사이에 원통형 구멍의 표면이 위치하여야 한다. 도 4에서, 공차 영역은 두 개의 화살표(81) 사이의 공간으로 한정될 수 있다. 공차 영역이 작을수록, 표면은 보다 완벽한 원통을 나타낸다. 반면, 구멍에서 테이퍼부 또는 베벨부가 크면, 공차 영역이 커진다. 구멍 특징부의 원통도는 좌표 측정 기계(CMM)를 이용하여 측정될 수도 있다. 예를 들면, 구멍 특징부의 구멍 특징부 표면(예를 들면, 테이퍼부, 돌출부 또는 디보트를 포함하는)은 구멍 특징부의 가장자리(74)의 상부(71), 중간부(72) 및 하부(73) 부근에서 측정될 수 있다. 이러한 측정 데이터는 구멍 특징부의 원통도를 한정하는 동심 원통을 형성하는데 사용된다. 동심 원통 간의 반경차는 화살표(81) 사이의 공간으로 도시되어 있다.

특징부(예를 들면, 구멍 특징부, 외형 등)를 절삭하는데 사용될 수 있는 예시적인 토치 시스템 구성이 도 5에 도시되어 있다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 가스 제어 시스템을 구비하는 예시적인 플라즈마 아크 토치 시스템의 블록 다이어그램이다. 플라즈마 토치 시스템은 도 1을 참조하여 앞에서 설명한 모든 부재 또는 요소를 포함할 수 있다. 또한, 토치 시스템은 플라즈마 및 차폐 가스(예를 들면, 이차 가스)를 플라즈마 아크 토치(41)에 공급하는 가스 콘솔(40)을 구비할 수 있다. 가스 콘솔(40)로부터 가스 공급 라인(42)을 통해, 몇몇 실시예에서, 가스 선택 콘솔(45) 및 가스 계량 콘솔(44)로의 플라즈마 가스 및 차폐 가스 유동은 가스 혼합물이 플라즈마 토치(41)로 지속하기 전에 상이한 종류의 가스 혼합을 허용한다. 가스 선택 콘솔(45)은 복수의 가스 중에서 하나를 선택 및 혼합할 수 있으며, 선택된 가스는 가스 계량 콘솔(44)에 의하여 계량될 수 있다. 가스 콘솔은 산소, 질소, F5, H35, H5 및 공기를 포함하는 가스 입력을 수용할 수 있다. 가스 계량 콘솔(44)은 플라즈마 가스 및 차폐 가스를 측정할 수 있다. 이러한 제어 구성은 플라즈마 시스템이 구멍 피어싱, 구멍 절삭 또는 외형 절삭의 경우에 필요한 차폐 가스 또는 가스 혼합물을 신속하게 변경할 수 있도록 한다. 예를 들면, 본 발명의 일 실시예에서, 구멍을 절삭하는 경우에, 가스 콘솔(40)은 피어싱 공정 동안에 차폐 가스로서 공기를 공급하고, 금속판의 피어싱이 완료되면, 가스 콘솔(40)은 구멍 절삭을 위하여 차폐 가스를 O₂로 자동으로 전환한다. 플라즈마 시스템이 외형을 절삭하기 위하여 이동할 때, 가스 콘솔(40)은 피어싱 공정과 절삭 공정 모두를 위하여 차폐 가스로서 차폐 가스를 공기로 다시 전환할 수 있다. 이러한 신속한 전환은 CNC(12)에서 코드 또는 프로그래밍에 의하여 제어될 수 있다. 일 실시예에서, 구멍을 절삭하기 위한 차폐 가스 조성은 O₂이다. 몇몇 실시예에서, 구멍 특징부를 절삭할 때 선택된 차폐 가스 조성은 외형을 절삭할 때 사용되는 차폐 가스 조성보다 질소를 조금 포함한다. 몇몇 실시예에서, 구멍 특징부를 절삭할 때 사용되는 차폐 가스 조성은 He, N₂, O₂ 또는 그 혼합물일 수 있다.

차폐 가스 유동을 전달하도록 구성된 가스 공급 라인(42)은 몇몇 실시예에서 차폐 가스 공급 라인(42A)이라 칭한다. 그리고, 몇몇 실시예에서 플라즈마 가스 유동을 전달하는 가스 공급 라인은 플라즈마 가스 공급 라인(42B)이라 칭한다. 몇몇 실시예에서, 플라즈마 가스 유동의 조성은 밸브(47)를 사용하여 제어된다. 몇몇 실시예에서, 밸브(47)는 온-오프 솔레노이드 밸브이며, 몇몇 실시예에서 밸브는 가변 솔레노이드 밸브이다. 몇몇 실시예에서, 플라즈마 가스 및 차폐 가스(예를 들면, 이차 가스)는 O₂, 공기, He, N₂ 또는 그 혼합물일 수 있다. 가스 계량 콘솔(44)은 또한 온/오프 밸브 또는 솔레노이드 밸브일 수도 있는 배출 밸브(48)를 구비할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 배출 밸브(48)는 플라즈마 가스 및 차폐 가스를 신속하게 전환하는데 사용된다.

CNC(12)는 플라즈마 토치 시스템을 제어하는 컴퓨터일 수 있다. CNC(12)는 프로세서, 전자 저장 소자, 및 제어 명령어를 플라즈마 아크 토치에 제공하기 위한 인터페이스를 구비할 수 있다. 저장 소자는 내장형 또는 외장형일 수 있으며, 공작물에서 절삭되는 부분에 관한 데이터를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, CNC(12)는 수동으로 프로그램될 수 있으며, 몇몇 실시예에서, CNC(12)는 플라즈마 토치 시스템의 운전 변수를 선택하거나 구성할 수 있는 컴퓨터 판독 가능 명령어를 포함하는 컴퓨터 판독 가능 제품을 구비할 수 있다.

CNC(12)를 위한 예시적인 컴퓨터 판독 가능 명령어의 예는 아래와 같이 생성된다. 예시적인 명령어는 HPR 260 오토가스 콘솔을 구비하는 Hypertherm Automation Voyager CNC 제어기를 이용한 원형 구멍 절삭 내지 정방형 외형 절삭에 대응하며, 상기 장치는 모두 뉴햄프셔주 하노버에 소재하는 하이퍼썸사에 의하여 제조되었다. 하이퍼썸 자동화 CNC 제어기와 사용되는 하기의 예시적인 코드에 있어서, 상기 코드는 구멍(G59 V503 F1.01 내지 G59 V507 F31)의 경우와 외형(G59 V503 F1 내지 G59 V507 F31)의 경우에 대하여 두 개의 개별 절삭 차트를 제공한다. 다른 유형의 코드 또는 컴퓨터 판독 가능 명령어는 하나 이상의 절삭 차트와 함께 사용되어, 유사하거나 심지어 동일한 최종 출력을 제공할 수 있다. 특히, 좌측 컬럼은 예시적인 기준 코드를 포함하며, 우측 칼럼은 각각의 코드 라인에 포함된 명령어의 포괄적인 설명을 제공한다.

G20 영문 단위 설정

G91 증분 프로그래밍 모드

G59 V503 F1.01 구멍용 주문 절삭 차트 로딩

G59 V504 F130 "

G59 V505 F3 "

G59 V507 F31 "

GOOX1.7500Y-1.7500 구멍 중심으로 이동

M07 플라즈마 개시

G03X-0.0970I-0.0485 구멍 이동

G03X0.0015 YO.016810.0970 "

G03X0.0212Y-0.0792I0.0955J-0.0168 "

M08 플라즈마 정지

G59 V503 Fl 외형 절삭용 절삭 차트 로딩

G59 V504 F130 "

G59 V5O5 F2 "

G59 V507 F31 "

G00X-1.6757Y1.5624 외형 개시 위치로 이동

M07 플라즈마 개시

G01X0.2500 외형 이동

G01X3.0000 "

G01Y-3.0000 "

G01X-3.0000 "

G01Y3.0000 "

G01Y0.2500 "

M08 플라즈마 정지

M02 프로그램 종료

몇몇 실시예에서, 컴퓨터 판독 가능 제품은 절삭 차트(cut chart)라 칭한다. 몇몇 실시예에서, 컴퓨터 판독 가능 제품(도시하지 않음) 또는 절삭 차트는 토치(41)가 공작물에서 외형을 절삭하는 경우에 제1 차폐 가스를 선택하고 토치가 동일한 공작물에서 구멍을 절삭하는 경우에 제2 차폐 가스 조성을 선택하는 명령어를 포함하는 절삭 정보를 갖는다. 몇몇 실시예에서, 절삭 차트는 절삭의 유형(예를 들면, 외형 절삭 또는 구멍 절삭)에 기초하여 차폐 가스 조성을 선택하는 정보를 포함한다. 몇몇 실시예에서, CNC는 절삭 차트에 포함된 명령어에 따라서 차폐 가스로부터 다른 가스로 신속히 전환할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 토치 조작자는 차폐 가스 조성을 선택하며, CNC(12) 만이 토치 조작자로부터 입력된 정보에 기초하여, 예를 들면, 플라즈마 가스 공급 라인 밸브(44)를 제어하는 신호를 제공한다.

몇몇 실시예에서, 토치 조작자는 구멍 및 외형 절삭 명령어를 포함하는 절삭 프로그램을 선택한다. 그리고, 몇몇 실시예에서, 조작자는 연속으로 수행하도록 설계된 구멍 절삭 차트와 외형 절삭 차트를 선택한다. 몇몇 실시예에서, 구멍 절삭부는 공작물 상에서 CNC(12)에 의하여 예상되는 외형 절삭부 내에 위치할 수 있다. 절삭 프로그램이 구멍 절삭 및 외형 절삭 모두에 대한 명령어를 포함할 때, 커트 차트는 우선 제2 차폐 가스 조성을 이용하여 구멍을 절삭한 다음 제1 차폐 가스 조성을 이용하여 외형 절삭부를 절삭하도록 또 다른 명령어를 포함할 수 있다. 예상된 외형 절삭부의 프로파일 내에서 구멍을 절삭하는 것은 구멍을 절삭하는 동안 공작물의 이동을 방지하며, 따라서 부품의 외형 절삭부가 우선 절삭되고 구멍이 이차적으로 절삭되는 경우에 발생할 수 있는 편차를 제거한다.

다른 실시예에서, 컴퓨터 판독 제품은 뉴욕주 록포트에 소재하는 엠티씨사(MTC)에 의하여 제조되는 것과 같은 네스팅 소프트웨어(nesting software)이다. 네스팅 소프트웨어는 제1 차폐 가스 및 제2 차폐 가스가 절삭되는 부품의 CAD 도면에 기초하여 사용될 때를 지정하는 코드를 제공할 수 있다. 네스팅 소프트웨어는 공작물의 구멍 직경 대 두께의 비율에 기초하여 구멍 또는 작은 내부 특징을 확인하기 위하여 CAD 도면을 이용할 수 있다. 네스팅 소프트웨어는 외형을 절삭할 때 제1 차폐 가스를 사용하고 구멍을 절삭할 때 제2 차폐 가스를 사용하도록 CNC(12)에 명령어를 제공할 수 있다. 선택적으로, CNC는 네스팅 소프트웨어로부터 명령어가 제공되지 않은 상태로 구멍 절삭 및 외형 절삭을 위하여 적정 차폐 가스를 선택하는 소프트웨어를 구비할 수 있다.

도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 실시예에 따라 공작물로부터 구멍 특징부(예를 들면, 실질적으로 원형 구멍 또는 곡면 슬롯)를 절삭하기 위한 경로(100)를 도시한다. 경로는 적어도 3개의 영역, 즉 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역을 구비할 수 있다. 본원에서 사용된 "영역"이란 용어는 공작물 상방에서 토치 헤드의 이동 경로 또는 절삭부의 세그먼트나 일부를 포함하도록 한정될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 경로는 제4 영역을 포함한다. 경로는 절삭 전류가 지속되거나 소멸되는 여부와 무관하게(즉, 플라즈마 아크 토치가 공작물을 절삭하는 여부와 무관하게) 플라즈마 아크 토치(예를 들면, 도 1에 도시된 토치)의 이동을 한정할 수 있다. 간명성을 위하여, 개별 영역이 도면에서 한정되어 있지만, 영역간의 천이(예를 들면, 제1 영역으로부터 제2 영역으로의 천이, 제2 영역으로부터 제3 영역으로의 천이)는 정확한 위치가 아니지만 완충형 영역일 수 있다.

도 6a는 절삭부의 도입부를 한정할 수 있는 경로의 제1 영역(110)을 도시한다. 플라즈마 아크 토치는 제1 영역의 개시부(120)로부터 제1 영역의 말단부(130)까지 제1 영역(110)을 따라 절삭할 수 있다. 경로(110)의 제1 영역을 따른 절삭은 대응하는 외측 커프 가장자리(outer kerf edge; 140)와 대응하는 내측 커프 가장자리(150)를 구비할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 영역(110)은 반원형 도입부 절삭부를 한정한다. 제1 영역(110)의 형상(예를 들면, 도입부의 형상) 및 명령 속도는 공작물로부터 절삭된 구멍 특징부의 품질에 영향을 줄 수 있는 변수이다. 명령 속도는 토치/절삭 속도에 대한 설정 지점일 수 있다. 토치 속도는 플라즈마 아크 토치 시스템에 내재하는 비능률 또는 제한과, 명령 속도 설정치에 도달하기 위하여 토치의 가속 또는 감속에 의하여 오프셋되는 명령 속도로서 한정될 수 있다.

도 6b는 절삭부의 주변부(예를 들면, 구멍 주변부 및/또는 구멍 특징부의 주변부)를 한정할 수 있는 경로의 제2 영역(160)을 도시한다. 플라즈마 아크 토치는 제2 영역(160)의 개시부(170)로부터 제2 영역의 말단부(180)까지 제2 영역(160)을 따라 절삭할 수 있다. 도시된 바와 같이, 토치 헤드는 제1 영역(110)의 말단부(130)로부터 제2 영역(160)의 개시부(170)로 이동할 수 있다. 제2 영역(160)에서의 절삭부는 대응하는 외측 커프 가장자리(190)와 대응하는 내측 커프 가장자리(200)를 구비할 수 있다.

도 6c는 절삭부의 커프 삽입 영역(예를 들면, 도출부)를 한정할 수 있는 경로의 제3 영역(210)을 도시한다. 플라즈마 아크 토치는 제3 영역(210)의 개시부(220)로부터 제3 영역의 말단부(230)까지 제3 영역(210)에 있는 경로(예를 들면, 제1 영역(110), 제2 영역(160) 및 제3 영역(210)이 실질적으로 교차하는 부분)를 따라 절삭할 수 있다. 도시된 바와 같이, 토치 헤드는 제3 영역(210)의 말단부(230)로부터 예를 들면 제2 영역(160)의 개시부(170)에 대응하는 위치(240)로 이동할 수 있다. 제3 영역(210)에서의 절삭부는 대응하는 외측 커프 가장자리(250)를 구비할 수 있다.

경로의 제3 영역(210)은 지점(260)에서 또는 그 부근에서 개시할 수 있으며, 상기 지점에서 제1 영역(110)(예를 들면, 도입부)의 외측 커프 가장자리(140)가 제2 영역(160)의 내측 커프 가장자리(200)와 실질적으로 교차한다. 도면에 도시된 바와 같이 지점(260)은 근사치로 계산되며, 커프 의 선두 가장자리(261)(예를 들면, 제2 영역(160) 내에서 절삭부의 선두 가장자리)가 내측 커프 가장자리(200) 이전에 제1 영역(110)의 외측 커프 가장자리(140)로 분리될 수 있다. 그러므로, 커프 삽입 영역은 커프의 선두 가장자리(261)(예를 들면, 제2 영역(160) 내에서 절삭부의 선두 가장자리)가 제1 영역(110)의 외측 커프 가장자리(140)로 분리되는 지점에서 실제로 발생할 수 있다. 그러나, 간명성을 위하여, 경로의 제3 영역(210)은 지점(260)에서 또는 그 부근에서 개시하는 것으로 한정될 수 있다. 본 실시예에서, 경로의 제3 영역(210)은 제1 영역(110)(예를 들면, 도입부)의 외측 커프 가장자리가 제3 영역(210)의 외측 커프 가장자리(250) 및/또는 제2 영역(160)의 개시부(170)의 외측 커프 가장자리(190)와 실질적으로 교차하는 지점에 대응하는 0도 지점(270)에 또는 거의 그 부근에서 끝난다. 제3 영역(210) 내부에서 전류가 감소하거나 제1 영역(110), 제2 영역(160) 또는 제3 영역(210) 내에서 토치의 명령 속도가 변화하는 것은 공작물로부터 절삭된 구멍 특징부의 품질에 영향을 줄 수 있는 변수이다.

몇몇 실시예에서, 구멍 특징부가 최소한의 결함을 갖는 원형 구멍 특징부인 경우에, 구멍 특징부의 중심(28)으로부터 제2 영역(160) 내에서의 절삭부의 외측 커프 가장자리(190)까지의 거리는 구멍 특징부의 중심으로부터 제1 영역(110)과 제3 영역(210)이 교차하는 지점에서 제3 영역(210) 내에서의 절삭부의 외측 커프 가장자리(250)까지의 거리와 거의 유사하다.

공작물로부터 구멍 특징부를 절삭하기 위하여, 플라즈마 아크 토치가 제1 영역(110)으로부터 제2 영역(160)으로, 그리고 제3 영역(210)으로, 제4 영역으로 이동할 수 있다. 토치 헤드의 이동은 제1 영역(110)의 개시부(120)에서 시작하여 제1 영역(110)의 말단부(130)까지의 경로를 따를 수 있다. 제1 영역(110)의 말단부(130)로부터, 토치는 제2 영역의 말단부(180)로 이어지는 제2 영역의 개시부(170)까지 이동할 수 있으며, 토치는 제3 영역(210)의 말단부(230)로 이어지는 제3 영역(210)의 개시부(220)까지 이동할 수 있다. 제3 영역(210)의 말단부(230)에서, 토치는 제2 영역(160)의 개시부(170)와 중첩하는 경로(240)를 계속 이동하거나 공작물 상의 또 다른 지점까지 이동한다. 구멍 특징부는 적어도 일부가 제2 영역(160) 내에서 절삭부의 외측 커프 가장자리(190) 및 제3 영역(210) 내에서 절삭부의 외측 커프 가장자리(250)의 적어도 일부에 의하여 한정될 수 있다.

공작물 내에 구멍 특징부를 절삭하기 위하여, 플라즈마 가스 유동이 개시될 수 있으며, 전류 유동이 파일럿 아크를 점화하기 위하여 개시될 수 있다. 아크는 공작물로 전달될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 플라즈마 아크 토치는 제1 지점(예를 들면, 제1 영역(110)의 개시부(120) 또는 지점(280))에서 공작물을 피어싱하는 것에 의하여 공작물 내에 구멍 특징부를 절삭하기 시작하며, 경로의 제1 영역(110)을 따라 공작물 내에서 반원형 (예를 들면, 반원형 경로)을 절삭한다. 플라즈마 아크 토치는 제1 영역(110) 및 도입부를 따라 경로의 제2 영역(160)까지 절삭할 수 있으며, 구멍 특징부의 주변을 절삭하기 시작할 수 있다. 플라즈마 아크 토치는 경로의 제2 영역(160)을 따라 경로의 제3 영역(210)으로 절삭할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 플라즈마 아크 토치는 O₂ 플라즈마 가스 및 O₂ 차폐 가스를 이용하여 경로의 제2 영역(160)을 따라 절삭한다. 플라즈마 아크 토치는 토치의 명령 속도를 실질적으로 유지하거나 토치의 명령 속도를 증가시키면서 제3 영역(210) 내에서 공작물을 절삭할 수 있다. 플라즈마 아크 토치는 "0도 지점"(270)(예를 들면, 제1 영역(110)의 외측 커프 가장자리(140)에 도달하거나 거의 근접할 때까지 (예를 들면, 도입부)가 제3 영역(210)의 외측 커프 가장자리(250) 및/또는 제2 영역(160)의 개시부(170)의 외측 커프 가장자리(190)와 실질적으로 교차한다) 경로의 제3 영역(210) 내에서 공작물을 계속 절삭할 수 있다. 절삭 전류는 플라즈마 아크 토치가 0도 지점(270)(예를 들면, 아크 정지 지점)에 또는 근접하여 도달할 때 절삭 전류가 소멸되거나 아크가 차단(예를 들면 플라즈마 아크 토치가 공작물을 절삭하는 것을 중단)되도록 제3 영역(210) 내에서 감소될 수 있다. 토치 헤드는 심지어 토치가 공작물을 더 이상 절삭하지 않아도 0도 지점(270)을 지나 계속 이동할 수 있다. 토치 헤드가 0도 지점(270)에 도달한 이후에 그리고 아크가 소멸된 이후에, 토치 헤드는 경로(240)를 따라 감속될 수 있다. 토치 헤드는 제2 영역(160)과 중첩하는 경로(240)로 이동하는 동안 감속될 수 있다. 토치가 도 6c에 도시된 바와 같이 구멍 특징부의 원형 경로를 따르는 경로(240)를 따라 감속되면, 다음의 수식을 사용하여 도출(lead-out) 이동 각도(예를 들면, 토치가 감속하여 정지한 이후에 0도 지점(270) 이후에 토치 헤드에 의하여 이동되는 각도)를 계산하고 최소 도출 이동 거리(예를 들면, 토치가 감속하여 정지한 이후에 0도 지점(270) 이후에 토치 헤드에 의하여 이동되는 거리)를 계산한다.

수학식 1

L=V²/(2·a)

수학식 2

Φ=360·L/(Π·D)

여기에서, L은 최소 도출 이동 거리며, V는 토치 헤드의 속도이고, a는 테이블 감속이며, D는 구멍 특징부의 이동 직경이다. 몇몇 실시예에서, 토치 헤드는 전류가 소멸된 이후에만 감속하기 시작한다. 최소 도출 이동 거리(L)는 0도 지점(270)과, 토치가 상기 0도 지점(270) 이전에 감소를 개시하지 않도록 토치가 감속하여 정지하는 지점 사이에 필요한 최소 거리로서 한정될 수 있다. 토치 헤드는 감속하여 0도 지점(270) 이후의 예정된 거리인 지점(290)에서 정지하도록 지시를 받을 수 있다. 몇몇 실시예에서, 최소 도출 이동 거리는 약 1/4인치이다.

도 6d는 본 발명의 실시예에 따르면 플라즈마 아크 토치 헤드용 경로의 제4 영역(240 또는 240')(예를 들면, 감속 영역)을 도시한다. 전술한 바와 같이, 플라즈마 아크 토치가 0도 지점(270)(예를 들면, 제1 영역(110)의 외측 커프 가장자리(140)가 제3 영역(210)의 외측 커프 가장자리(250) 및/또는 제2 영역(160)의 개시부(170)의 외측 커프 가장자리(190)와 실질적으로 교차하는 지점)에 또는 거의 근접하여 도달할 때, 플라즈마 아크 토치는 절삭을 중지할 수 있다(예를 들면, 절삭 전류 소멸). 플라즈마 아크 토치 헤드는 경로의 제4 영역(240 또는 240')에 진입하여 제4 영역에서 감속할 수 있다.

몇몇 실시예에서, 제4 영역(240)은 제2 영역(160)의 개시부(170)와 실질적으로 공간적으로 중첩한다. 몇몇 실시예에서, 제4 토치는 경로가 공작물 상의 또 다른 지점까지 연장하는 제4 영역(240')으로 이동할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 아크가 실질적으로 소멸될 때까지 토치가 감속을 개시하지 않도록 토치 헤드는 감속하여 0도 지점(270) 이후에 예정된 거리(예를 들면, 1/4인치)에 위치하는 지점(290 또는 301)에서 정지할 수 있다.

공작물로부터 구멍 특징부를 절삭하기 위한 방법은 제1 절삭 변수 세트로부터 적어도 하나의 절삭 변수를 이용하여 제1 영역(110) 내에서 절삭하는 단계와, 제2 절삭 변수 세트로부터 적어도 하나의 절삭 변수를 이용하여 제2 영역(160) 내에서 절삭하는 단계와, 제3 절삭 변수 세트로부터 적어도 하나의 절삭 변수를 이용하여 제3 영역(210) 내에서 절삭하는 단계를 포함한다. 제1 절삭 변수는 제1 토치 속도를 설정하는 제1 절삭 전류 또는 제1 명령 속도를 포함할 수 있다. 명령 속도는 사용자, CNC 또는 컴퓨터 프로그램 등에 의하여 설정된 속도에 대한 설정치일 수 있다. 토치/절삭 속도는 명령 속도 설정치 및 플라즈마 아크 토치 시스템에 내재하는 비능률 또는 제한에 도달하기 위하여 토치의 가속/감속에 의하여 오프셋되는 명령 속도로서 한정될 수 있다. 제2 절삭 변수는 제1 절삭 변수 세트와 상이할 수 있으며(예를 들면, 이것과 상이한 적어도 하나의 변수를 구비), 제2 토치 속도를 설정하는 제2 절삭 전류 또는 제2 명령 속도(예를 들면, 제1 명령 속도보다 빠른)를 구비할 수 있다. 제3 절삭 변수는 제1 절삭 변수 세트와 상이할 수 있으며(예를 들면, 이것과 상이한 적어도 하나의 변수를 구비), 제3 토치 속도를 설정하는 제3 절삭 전류 또는 제2 명령 속도(예를 들면, 제2 명령 속도보다 느린)를 구비할 수 있다. 상기 제1, 제2 및 제3 변수 세트는 상호 독립적일 수 있다(예를 들면, 변수는 상호 독립적으로 선택된다).

몇몇 실시예에서, 두 개의 변수 세트가 동일하지 않다. 예를 들면, 플라즈마 아크 토치 시스템은 제1 영역으로부터 제2 영역으로 천이될 때 명령 속도를 변화시킬 수 있다(예를 들면, 제2 영역에서 명령 속도가 높도록 명령 속도를 증가시킨다). 원심 가속에서의 변화를 최소화하고 아크에 의한 동적 응답을 최소화하기 위하여, 보다 빠른 명령 속도(예를 들면, 보다 빠른 토치 속도를 생성)를 이용하여 제1 영역(예를 들면, 도입부)보다 제2 영역(예를 들면, 주변부)을 절삭한다. 명령 속도가 제1 영역 및 제2 영역 사이에서 실질적으로 유지되면, 제1 영역에서의 원심 가속은 제2 영역보다 빨라서, 절삭 아크에 의한 동적 응답을 발생시켜 원하지 않는 결함을 발생시킬 수 있다. 또한 플라즈마 아크 토치 시스템은 제2 영역으로부터 제3 영역(예를 들면, 제3 영역에서 절삭 전류 강하)까지 천이할 때 절삭 전류를 변화시킬 수 있다. 플라즈마 아크 토치 시스템은 또한 제3 영역으로부터 제4 영역까지 천이할 때(예를 들면, 절삭 전류가 소멸된 이후에 토치의 감속을 개시) 토치 속도를 변화시킬 수 있다.

도 6e는 본 발명의 실시예에 따른 공작물로부터 구멍 특징부를 절삭하기 위한 방법을 도시한다. 상기 방법은 제1 토치 속도를 설정하는 제1 명령 속도를 이용하여 제1 영역(110)에서 절삭하는 단계(310)를 구비할 수 있다. 상기 방법은 또한 제2 토치 속도를 설정하는 상이한 제2 명령 속도를 이용하여 제2 영역(160)에서 절삭하는 단계(320)를 구비하며, 토치 속도는 제1 영역으로부터 제2 영역으로 이동할 때 증가한다. 몇몇 실시예에서, 제1 명령 속도와 제2 명령 속도는 가속 곡선(예를 들면, 제2 명령 속도가 제1 명령 속도보다 빠르다)의 일부이다. 몇몇 실시예에서, 공작물은 제1 영역 및 제2 영역이 실질적으로 교차하면 제1 토치 속도(예를 들면, 명령 속도로 설정)로 절삭되고, 보다 빠른 제2 토치 속도를 이용하여 제2 영역의 적어도 일부(제2 영역의 대부분)를 절삭한다. 전술한 바와 같이, 토치 속도는 원하지 않는 결함을 발생시킬 수 있는 원심 가속 및 절삭 아크에 의한 동적 응답에서 변화를 최소화하기 위하여 제1 영역으로부터 제2 영역으로 이동할 때 증가될 수 있다. 상기 방법은 또한 제3 영역(210)에서 절삭 전류를 강하(예를 들면, 절삭 전류 감소)시키는 단계(330)를 포함하며, 이로 인하여 제1 영역(110), 제2 영역(160) 및 제3 영역(210)이 실질적으로 교차하는 (도 6c 및 도 6d에 도시된 바와 같이 0도 지점(270)에서 또는 거의 부근에서) 제2 영역(210)의 개시부(170)에 대응하는 위치/지점에서 절삭 전류가 실질적으로 제로 암페어에 도달한다 (단계 350). 상기 방법은 전류의 강하 동안에 제3 영역에서 명령 속도를 실질적으로 유지하거나 더욱 증가시키는 것(단계 340)을 포함할 수 있다. 상기 방법은 절삭 전류가 거의 제로에 도달한 이후에 플라즈마 절삭 시스템의 토치 속도를 감속시키는 것을 포함한다 (단계 360).

제2 영역(160)에 대한 절삭의 명령 속도는 제1 영역(110) 내에서의 절삭 명령 속도와 상이할 수 있다(예를 들면, 보다 빠르다). 제1 명령 속도는 적어도 일부가 구멍 특징부의 직경에 기초할 수 있다. 제3 영역(210)은 제2 영역(160)에 대한 절삭의 명령 속도보다 빠른 명령 속도(예를 들면, 제3 명령 속도)로 절삭될 수 있다. 토치 속도는 제1 영역(110)의 외측 커프 가장자리(140)가 제3 영역(210) 에서의 절삭부의 외측 커프 가장자리(250)와 실질적으로 교차하는 지점 (예를 들면, 도 6c 및 도 6d에 도시된 바와 같이 0도 지점(270)) 이후에 감속될 수 있다. 토치 속도(예를 들면, 토치 헤드의 실제 속도)는 제1 영역(110)에서의 절삭부의 외측 커프 가장자리(140)가 제3 영역(210)의 외측 커프 가장자리(250)와 실질적으로 교차하는 지점 이후에 일정 거리에서 제로에 도달하도록 감속될 수 있다.

제3 영역(210)에서의 플라즈마 절삭 전류(예를 들면, 제3 절삭 전류)는 토치 헤드가 제1 영역(110), 제2 영역(160) 및 제3 영역(210)이 실질적으로 교차하는 지점에서 제3 영역(210)으로부터 제2 영역(160)까지 통과할 때 소멸될 수 있다. 절삭 전류가 제3 영역(210) 에서의 절삭부의 외측 커프 가장자리(250)가 제1 영역(110)에서의 절삭부의 외측 커프 가장자리(140)와 실질적으로 만나는 지점/위치에서 거의 제로 암페어에 도달하도록, 절삭 전류가 제3 영역(210)에서 감소(예를 들면, 강하)될 수 있다. 제3 영역(210)에서 절삭 전류의 강하는 적어도 일부가 제3 영역(210)의 개시부(220)와 제2 영역(160)의 개시부(170) 사이의 길이에 기초하는 비율로 강하될 수 있다. 선택적으로, 절삭 전류가 강하되는 비율은 공작물로부터 절삭되는 구멍 특징부의 직경의 함수일 수 있다. 절삭 전류의 강하가 제3 토치 속도 및 강하 시간(예를 들면, 전류가 실질적으로 제로 암페어에 도달하는데 필요한 시간)에 의하여 결정된 제3 영역(210) 에서의 위치에서 개시될 수 있다.

플라즈마 아크 토치는 구멍 특징부의 베벨부 및/또는 테이퍼부와 같은 결함을 감소시키기 위하여 O₂ 플라즈마 가스 및 O₂ 차폐 가스(예를 들면, 또는 낮은 N₂ 가스 조성)의 가스 유동 조성을 이용하여 제1 영역(110), 제2 영역(160) 및 제3 영역(210)에서 절삭할 수 있다.

플라즈마 아크 토치 시스템(예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이)을 이용하여 제1 영역(110), 제2 영역(160) 및 제3 영역(210)을 따라 공작물에 구멍 특징부를 절삭할 수 있다. 플라즈마 아크 토치 시스템은 전극(27)과 노즐(28), 플라즈마 아크 토치(24)에 절삭 전류를 제공하는 리드(lead), 플라즈마 토치를 이동시키는 겐트리(26)와, 제1 영역(110), 제2 영역(160) 및 제3 영역(210)에서 플라즈마 아크 토치의 절삭 변수를 제어하는 CNC(12)를 구비한다. CNC(12)는 공작물 내에 구멍 특징부를 절삭하기 위한 절삭 변수를 선택할 수 있다. 정보 캐리어 상에서 명백하게 구체화되며 CNC(12) 상에서 작동 가능한 컴퓨터 판독 가능 제품은 CNC(12)가 절삭 변수를 선택하도록 조작 가능한 명령어를 포함할 수 있다. CNC(12)는 제1 영역(110)에 대한 제1 명령 속도와 제2 영역(160)에 대한 제2 명령 속도를 설정할 수 있다. 제1 명령 속도는 적어도 일부가 구멍 특징부의 직경에 기초할 수 있다. 제2 명령 속도는 제1 명령 속도보다 빠를 수 있다. CNC(12)는 또한 제3 영역(210)에 대하여 제3 절삭 전류를 설정하며, 제1 영역(110)에서의 절삭부의 외측 커프 가장자리(140)가 제3 영역(210)에서의 절삭부의 외측 커프 가장자리(250)와 실질적으로 교차하면, 제3 절삭 전류가 실질적으로 제로 암페어에 도달하도록 제3 절삭 전류를 강하시킬 수 있다. CNC(12)는 플라즈마 아크 토치의 절삭 변수를 식별하기 위하여 룩업 테이블(look-up table)을 구비할 수 있다.

도 6f는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 공작물로부터 구멍 특징부를 절삭하기 위한 방법을 도시한다. 도 6f는 구멍 절삭 동안에 플라즈마 아크 토치에 의하여 수행되는 예시적인 이동 경로를 도시하는 도면으로, 상기 이동 경로는 공작물의 상부를 따라 형성된다. 우선, 플라즈마 가스 유동 및 차폐 가스 유동은 아크 전류와 마찬가지로 개시된다. 가스 유동 및 전류 아크의 개시는 조작자에 의하여 사용되는 소모품 및 토치 구성에 따라 변화할 수 있다. 하이퍼썸사에 양수되고 본원에 참조로서 원용된 미국 특허 제5,070,227호, 제 5,166,494호 및 제5,170,033호는 플라즈마 아크의 개시, 동작 및 정지 동안에 그리고 절삭 공정 중에 사용될 수 있는 다양한 가스 유동 및 전류 설정을 설명하고 있다. 플라즈마 아크가 개시된 이후에, 그것은 공작물로 전달된다. 아크가 공작물에 전달되면, 몇몇 경우에, 토치 높이 제어기를 사용하여 토치 높이를 낮춘다. 우선 플라즈마 아크를 사용하여 공작물(예를 들면, 지점(370)에서)을 피어싱시키는 것에 의하여 공작물의 구멍 절삭이 개시된다. 공작물이 플라즈마 아크에 의하여 피어싱되면, 차폐 가스는 구멍 절삭을 위하여 최적화된 차폐 가스로 전환될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 토치는 공작물을 가로질러 병진이동을 개시하여, 몇몇 실시예에서 플라즈마와 차폐를 유발하는 부품에 의하여 결정될 수 있는 구멍 절삭 패턴을 따라 공작물에 구멍 특징부를 절삭한다.

공작물로부터 구멍 특징부를 절삭하기 위하여, 공작물은 그 공작물 내에 내부 특징부/구멍 특징부를 절삭하기 시작하도록 피어싱될 수 있다(예를 들면, 피어싱 위치(370)에서). 절삭 아크 및 절삭 속도는 공작물에 대하여 설정될 수 있다(예를 들면, 지점(370)에서 공작물을 피어싱하고, 절삭 속도를 한정하는 명령 속도를 설정한다). 절삭 속도는 구멍 절삭 경로에서 제1 지점(380) 이후에 (예를 들면, 도 6a에서 전술한 바와 같이 제1 영역의 말단부 이후에) 제2 절삭 속도로 상승될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 플라즈마 아크 토치는 토치가 제3 영역을 따라 절삭할 때 이송된 직선 거리당 전류량이 감소하도록 제3 영역에서 공작물을 절삭할 수 있다. 절삭 속도를 실질적으로 유지하면서 또는 절삭 속도를 증가시키면서 구멍 절삭 경로 에서 제3 지점(390) 이후에 (예를 들면, 도 6b 내지 도 6c에서 전술한 바와 같이 제2 영역의 말단부 이후에 또는 제3 영역의 개시부 이후에) 강하될 수 있다. 플라즈마 아크 토치는 또한 절삭 전류를 실질적으로 유지할 수 있지만, 제3 영역에서 절삭하는 동안 명령 속도를 증가시킬 수 있다(예를 들면, 토치 속도를 증가시킬 수 있다). 토치는 구멍 절삭 경로에서 제2 지점(390)으로부터 절삭되어, 구멍 절삭 경로에서 제1 지점(380)으로 되돌아 가서 공작물 내에 구멍 특징부를 형성할 수 있다. 절삭 전류는 구멍 절삭 경로로부터 절삭하여 제2 지점(390)으로부터 구멍 절삭 경로에서 제1 지점(380)으로 귀환하는 동안 상승될 수 있다. 절삭 아크가 구멍 절삭 경로에서 제1 지점(380)에 거의 인접하여 (예를 들면, 도 6c 및 도 6d에 도시된 0도 지점(270)에 거의 인접하여) 소멸될 수 있다. 제2 절삭 속도는 절삭 전류가 거의 제로 암페어에 도달하거나 제2 절삭 속도가 절삭 전류가 거의 제로 암페어에 도달하기 전에(예를 들면, 제1 지점(380)에서 또는 그 부근에서) 제3 절삭 속도로 상승될 때까지 유지될 수 있다.

본원에 기술된 기술 중 어떠한 것도 자동화 방법/공정을 이용하여 공작물에 두 개 또는 그 이상의 특징부(예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이 구멍 특징부(105) 및/또는 외형(115 또는 120))을 절삭하기 위하여 사용될 수 있다. 자동화 방법은 플라즈마 아크 토치를 사용하여 복수의 구멍 특징부 또는 기타 다른 특징부(예를 들면, 외형)를 절삭하는데 이용될 수 있다. 본원에서 사용된 "자동화 방법"은 그 공정이 한 세트의 소모품(예를 들면, 조작자가 절삭 동안에 소모품을 교체할 필요가 없는)을 이용하여 플라즈마 아크 토치 시스템에 의하여 자동적으로 (예를 들면, 최소 또는 조작자에 의한 상호 작용 없이) 수행되는 것을 의미한다.

예를 들면, 자동화 공정은 구멍 특징부의 직경에 기초하여 도입부 명령 속도를 이용하여 구멍 특징부(예를 들면, 도 6a에 도시된 바와 같이)를 위한 도입부를 절삭하는 단계(a)와, 상기 구멍 특징부에 대한 대응하는 도입부 명령 속도보다 빠른 주변부 명령 속도를 이용하여 구멍 특징부의 주변부(예를 들면, 도 6b에 도시된 바와 같이)를 절삭하는 단계(b)를 구비할 수 있다. 상기 단계 a 및 b는 동일한 직경 또는 상이한 직경을 갖는 각각의 부가적인 구멍 특징부에 대하여 자동적으로 반복될 수 있다. 자동화 공정은 또한 구멍 특징부 이외에 하나 이상의 외형을 절삭하는 단계를 구비할 수도 있다. 외형(예를 들면, 도 3에 도시된 특징부(115 또는 120)은 다수의 구멍 특징부를 절삭하는데 사용된 이차 가스 조성보다 질소 함량이 높은 이차 가스 조성(예를 들면, 도 5의 가스 제어 시스템을 통해)을 이용하여 절삭될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 제1 직경을 갖는 제1 구멍 특징부와 제1 직경보다 큰 제2 직경을 갖는 제2 구멍 특징부는 자동화 공정을 이용하여 절삭될 수 있다(예를 들면, 소모품을 교체하지 않고 한 세트의 소모품을 이용하여 플라즈마 아크 토치에 의하여 자동적으로 절삭된다). 각각의 구멍 특징부는 도입부(예를 들면, 도 6a의 제1 영역), 구멍의 주변부(예를 들면, 도 6b의 제2 영역) 및 도출부(예를 들면, 도 6C의 제3 영역)를 구비할 수 있다. 예로써, 제1 구멍 특징부는 제1 명령 속도를 이용하여 그리고 제1 구멍 주변부의 적어도 일부를 절삭하기 위하여 제1 도입부를 절삭한 이후에 제1 명령 속도로부터 제2 명령 속도로 명령 속도를 증가시켜 절삭될 수 있다. 자동화 방법은 또한 제3 명령 속도를 이용하여 제2 도입부를 절삭함으로써 공작물에 제2 구멍 특징부를 절삭하는 단계를 더 포함 수 있으며, 상기 제3 명령 속도는 제1 명령 속도보다 빠르다. 명령 속도는 제2 구멍 주변부의 적어도 일부를 절삭하기 위하여 제2 도입부를 절삭한 이후에 제3 명령 속도로부터 제4 명령 속도로 증가할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제4 명령 속도 및 제2 명령 속도는 실질적으로 동일하다. 자동화 방법은 또한 제1의 이차 가스 유동을 이용하여 공작물에 제1 구멍 특징부를 절삭하는 단계와, 제2의 이차 가스 유동을 이용하여 공작물에 제2 구멍 특징부를 절삭하는 단계와, 상기 제1의 이차 가스 유동 또는 제2의 이차 가스 유동보다 질소 함량이 높은 제3 의 이차 가스 유동을 이용하여 공작물에 외형(예를 들면, 도 3의 특징부(115 또는 120))를 절삭하는 단계를 또한 구비한다. 제1의 이차 가스 유동 및 제2의 이차 가스 유동은 실질적으로 동일한 가스 조성을 갖는다.

또 다른 예시적인 자동화 공정을 이용하여 공작물에 다수의 (예를 들면, 두 개 또는 그 이상) 구멍 특징부(예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이 특징부(105)를 절삭할 수 있다. 자동화 방법은 예를 들면 제1 직경을 갖는 제1 구멍 특징부와, 상기 제1 직경보다 큰 제2 직경을 갖는 제2 구멍 특징부와, 외형을 절삭하는데 사용된 하나 이상의 자동화 공정을 구비할 수 있다. 예를 들면, 제1 구멍 특징부는 제1 가스 조성과 제1 세트의 절삭 변수를 갖는 이차 가스 유동을 개시함으로써(예를 들면, 도 5에 도시된 시스템을 이용하여) 제1 자동화 공정을 이용하여 절삭될 수 있다. 제2 구멍 특징부는 제2 가스 조성과 제2 세트의 절삭 변수를 갖는 이차 가스 유동을 개시함으로써 제2 자동화 공정을 이용하여 절삭될 수 있다. 제2 세트의 절삭 변수 중 적어도 하나의 변수는 제1 세트의 절삭 변수와 상이할 수 있다(상이한 도입부 명령 속도 및/또는 절삭 속도). 외형 특징부(예를 들면, 도 3에서 특징부(115 또는 120)는 구멍 특징부를 절삭할 때 사용되는 높은 질소 함량을 갖는 가스 조성을 이용하여 절삭될 수 있다. 예를 들면, 자동화 방법은 제3 가스 조성을 갖는 이차 가스 유동을 개시함으로써 제3 자동화 공정을 이용하여 외형을 절삭하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 제3 가스 조성은 제1 및 제2 가스 조성보다 질소 함량이 높으며 제3 세트의 절삭 변수를 이용한다. 제3 세트의 절삭 변수 중에서 적어도 하나의 변수(예를 들면, 이차 가스의 가스 조성)는 제1 또는 제2 절삭 변수와 상이할 수 있다. 제1 세트의 절삭 변수는 제1 도입부 명령 속도, 제1 주변부 명령 속도 및 제1 가스 조성을 구비할 수 있다. 제2 세트의 절삭 변수는 제2 도입부 명령 속도, 제2 주변부 명령 속도 및 제2 가스 조성을 구비할 수 있다. 제3 세트의 절삭 변수는 외형 명령 속도와 제3 가스 조성을 구비할 수 있다. 외형을 절삭하는데 사용된 명령 속도는 구멍 특징부(제1 도입부 명령 속도, 제1 주변부 명령 속도, 제2 도입부 명령 속도, 및 제2 주변부 명령 속도)를 절삭하는 동안 사용된 명령 속도보다 빠를 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 가스 조성과 제2 가스 조성은 동일하거나 거의 동일하다.

몇몇 실시예에서, 자동화 방법은 제1 구멍 특징부와 제2 구멍 특징부를 절삭하는데 사용되며, 상기 제2 구멍 특징부는 제1 구멍 특징부보다 크다. 상기 자동화 방법은 플라즈마 아크 토치를 제1 위치까지 이동시키고, 절삭 속도를 제1 도입부 절삭 속도까지 상승시킴으로써 제1 도입부(예를 들면, 도 6a에 도시된 바와 같이 제1 영역)를 절삭하여 공작물에 제1 구멍 특징부를 절삭하는 단계와, 상기 제1 도입부 이후에 절삭 속도를 상승시켜 제1 주변부(예를 들면, 도 6a에 도시된 바와 같이 제1 영역(110)의 외측 커프 가장자리(140))를 절삭하는 단계와, 제1 주변부의 내측 커프 가장자리(예를 들면, 도 6b에 도시된 제2 영역(160)의 내측 커프 가장자리(200))가 제1 도입부의 외측 커프 가장자리(예를 들면, 도 6a에 도시된 바와 같이 제1 영역(110)의 외측 커프 가장자리(140))와 실질적으로 교차한 이후에 전류 강하를 개시하는 단계와, 절삭 전류가 소멸될 때까지 절삭 속도를 유지하거나 상승시키는 단계를 포함하며, 상기 절삭 전류는 제1 도입부의 외측 커프 가장자리가 제1 주변부의 외측 커프 가장자리에 실질적으로 결합하는 지점(예를 들면, 도 6c에서 기술된 바와 같이 0도 지점(270))에 또는 그 부근에서 소멸된다. 상기 전류 강하는 절삭부의 도입부(예를 들면 도 6c 및 도 11에 도시된 바와 같이 제3 영역(210)) 중에 개시될 수 있다. 상기 자동화 방법은 플라즈마 아크 토치를 제2 위치까지 이동시키고, 절삭 속도를 제2 도입부 절삭 속도까지 상승시킴으로써 제2 도입부를 절삭하여 공작물에 제2 구멍 특징부를 절삭하는 단계와, 상기 제2 도입부 이후에 절삭 속도를 상승시켜 제2 주변부를 절삭하는 단계와, 제2 주변부의 내측 커프 가장자리의 내측 커프 가장자리가 제2 도입부의 외측 커프 가장자리와 실질적으로 교차한 이후에 전류 강하를 개시하는 단계와, 절삭 전류가 소멸될 때까지 절삭 속도를 유지하거나 상승시키는 단계를 포함하며, 상기 절삭 전류는 제2 도입부의 외측 커프 가장자리가 제2 주변부의 외측 커프 가장자리와 결합하는 지점에서 또는 그 부근에서 소멸된다. 몇몇 실시예에서, 전류 강하는 적어도 부분적으로 절삭되는 구멍의 직경(예를 들면, 제1 구멍 특징부의 구멍 직경 또는 제2 구멍 특징부의 구멍 직경)에 기초하는 도입부를 따라 한 지점에서 개시된다. 몇몇 실시예에서, 공작물은 각각의 구멍 특징부의 절삭을 개시하도록 피어싱되어 있다.

플라즈마 아크 토치 시스템(예를 들면, 도 1의 시스템)은 가변 두께를 갖는 공작물에서 가변 사이즈 및 치수를 갖는 다수의 구멍 특징부 및/또는 외형을 절삭하도록 구성될 수 있다. 상기 시스템(예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이)은 전극(예를 들면, 도 2의 전극(27))과, 대응하는 전류 레벨을 위한 노즐(예를 들면, 도 2의 노즐(28))과, 컴퓨터 수치 제어기(예를 들면, 도 1의 CNC(12))를 구비할 수 있다. 상기 CNC는 플라즈마 아크 토치를 위한 절삭 변수를 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, CNC는 복수의 가스 조성(예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이 자동 가스 제어 시스템으로부터 이차 가스 유동 조성)으로부터 구멍 특징부를 절삭하는데 사용되는 제1의 이차 가스 조성과 외형을 절삭하는데 사용되는 제2의 이차 가스 조성을 선택할 수 있다. 또한, CNC는 복수의 주변부 절삭 속도로부터 공작물의 재료 두께에 기초하여 주변부 절삭 속도(예를 들면, 도 6b에 도시된 바와 같이 제2 영역을 절삭하는데 사용된 절삭 속도 및/또는 대응하는 명령 속도)를 선택할 수 있다. CNC는 복수의 도입부 속도로부터 절삭되는 구멍 특징부의 크기 및 공작물의 재료 두께에 기초하여 도입부 속도(예를 들면, 도 6a에 도시된 바와 같이 제1 영역을 절삭하는데 사용된 절삭 속도 및/또는 대응하는 명령 속도)를 선택할 수 있으며, 각각의 주변부 절삭 속도가 각각의 대응하는 도입부 속도보다 빠르다. 도입부 속도는 복수의 마이너스 시간 오프셋값(negative time offset value)으로부터 전류 레벨(예를 들면, 절삭 전류 레벨)에 기초하여 마이너스 시간 오프셋값을 선택할 수 있도록 구성될 수 있다. 마이너스 시간 오프셋값은 동기 중단 명령과 관련될 수 있다. 전술한 바와 같이, 동기 중단 명령은 플라즈마 아크 토치에게 플라즈마 아크를 소멸시키도록 하지만 토치 헤드의 이동을 지속하게 하는 명령어이다. 마이너스 시간 오프셋은 토치 헤드가 여전히 이동하는 동안 플라즈마 아크 토치가 전류 강하(예를 들면, 전류 중단)를 개시할 때를 제어/결정하는 값을 갖는 변수로서 한정될 수 있다. 마이너스 시간 오프셋값은 토치 헤드가 도 6c에 도시된 바와 같이 0도 지점에 도달할 때 전류가 소멸되도록 전류 강하가 한 지점에서 개시하도록 선택될 수 있다. 토치 헤드는 전류가 소멸될 때까지 계속 이동할 수 있다. 마이너스 시간 오프셋은 절삭되는 구멍 특징부의 크기 또는 전류 레벨에 기초할 수 있다.

CNC는 컴퓨터 판독 가능 제품으로부터 명령어를 수취/판독/획득하도록 구성될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 제품은 정보 캐리어 상에서 명백하게 구체화되며, 플라즈마 아크 토치 시스템으로 공작물에 다수의 구멍 특징부 및/또는 외형 특징부를 절삭하도록 CNC 상에서 작동 가능하다. 상기 컴퓨터 판독 가능 제품은 CNC 상에 탑재될 수 있으며, 구멍을 절삭할 때 CNC가 공기 보다 낮은 질소 함량을 갖는 차폐 가스 조성을 선택하도록 작동할 수 있는 명령어를 포함할 수 있다. 또한, 상기 컴퓨터 판독 가능 제품은 CNC가 절삭되는 구멍 특징부에 대하여 도입부 절삭 속도(예를 들면, 도 6a에 도시된 바와 같이 제1 영역을 절삭하기 위하여 절삭 속도 및/또는 대응하는 명령 속도)를 설정하도록 (상기 도입부 절삭 속도는 절삭되는 구멍 특징부의 직경의 함수이다) 그리고 절삭되는 구멍 특징부에 대하여 주변부 절삭 속도(예를 들면, 도 6b에 도시된 바와 같이 제2 영역을 절삭하기 위하여 절삭 속도 및/또는 대응하는 명령 속도)를 설정하도록 할 수 있다. 상기 주변부 절삭은 대응하는 도입부 절삭 속도보다 빠르다. 또한, 상기 컴퓨터 판독 가능 제품은 플라즈마 아크를 소멸하기 위한 제1 명령어(예를 들면, 동기 중단 명령)를 제공할 수 있으며, 상기 제1 명령어는 플라즈마 아크 토치를 감속시키기 위한 제2 명령어와 별개이다. 주변부 절삭 속도는 공작물의 두께에 기초할 수 있다.

도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 일 실시예에 따르면 공작물로부터 구멍 특징부를 절삭하는데 사용될 수 있는 경로의 제1 영역에 대한 상이한 형상(예를 들면, 도입부 형상)을 도시한다. 상이한 도입부 형상은 공작물로부터 구멍 특징부를 절삭하는데 사용될 수 있다. 도 7a는 구멍 특징부를 절삭하기 위한 예시적인 직선 도입부 형상(HOA)을 도시한다. 도 7b는 구멍 특징부를 절삭하기 위한 예시적인 쿼터 도입부 형상(HOB)을 도시한다. 도 7c는 구멍 특징부를 절삭하기 위한 예시적인 반원형 도입부 형상(HOC)을 도시한다.

도 8a 내지 도 8d는 제1 영역에서 반원형 경로(예를 들면, 반원형 도입부)를 이용하여 공작물로부터 절삭된 구멍 특징부 및 제1 영역에서 직선형 경로(예를 들면, 직선형 도입부)로 절삭된 구멍 특징부의 결과를 도시한다. 도 8a 내지 도 8d는 제3 영역(210)의 말단부(230)가 제2 영역(160)의 개시부(170)와 실질적으로 교차하는 (예를 들면, 절삭부의 도입부가 절삭부의 주변부 및 절삭부의 커프 삽입 영역(예를 들면, 도출부)과 만나는) 천이 지점(400A-D)을 도시한다. 도 8a는 경로의 제1 영역에 대하여 직선 형상(도 7a의 110A)을 이용하여 공작물로부터 절삭된 구멍 특징부의 평면도이다. 도 8b는 도 8a의 구멍 특징부의 저면도이다. 도 8C는 반원형 도입부 형상(예를 들면, 도 7C의 HOC)을 이용하는 구멍 특징부의 평면도이다. 도 8d는 도 8c의 공작물로부터 절삭된 구멍 특징부의 저면도이다. 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 직선형의 제1 영역(예를 들면, 도 8A의 직선형 도입부 또는 110A)을 이용하여 절삭된 구멍 특징부는 돌출부와 같은 원하지 않는 결함을 생성한다. 도 8c 및 도 8d에 도시된 바와 같이, 반원형 HOC(예를 들면, 반원형 도입부)와 같이 형성된 제1 영역을 이용하여 절삭된 구멍 특징부는 직선형 도입부를 이용하여 절삭된 구멍 특징부보다 결함이 적은 구멍 특징부를 생성한다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 상이한 도입부 명령 속도에 대한 측정 편차를 도시하는 그래프이다. 상기 그래프는 도 6a 내지 도 6c에 도시된 바와 같은 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역이 합쳐진 천이 영역에서의 구멍 특징부에서의 편차 측정치를 나타낸다. 상기 그래프는 상이한 도입부 속도(예를 들면, 도 6a에 도시된 바와 같이 제1 영역을 따라 절삭하도록 설정된 명령 속도)에 대한 편차(D 레벨 편차)를 나타낸다. 구체적으로 설명하면, 그래프는 도 6c 내지 도 6d에 도시된 바와 같이 0도 지점(270)으로부터 반시계 방향으로 +90도와 0도 지점(270)으로부터 시계 방향으로 -90도에서 구멍 특징부에서 측정된 편차인 D 레벨 편차를 나타낸다. "0.000"선은 구멍이 결함/편차가 없는 완벽한 구멍인 경우이다. "0.0000"선 위아래의 점들은 각각 돌출부 및 디보트와 같은 편차/결함을 나타낸다. -90도 지점과 +90도 지점에서 편차/결함이 적으며, 0도 지점 (예를 들면, 도 6c 내지 도 6d에서 지점(270)) 부근에서 편차/결함이 크다. 구멍 특징부의 두께와 주변부를 포함하는 원통도(도 4를 참조하여 설명된 바와 같이)와 비교하여, 도 9에서의 편차는 소정의 깊이에서 구멍 특징부의 세그먼트/부분을 무시한다. 도입부 속도(예를 들면, 경로의 제1 영역에 대한 명령 속도)가 구멍의 주변부를 절삭하기 위한 속도(예를 들면, 경로의 제2 영역에 대한 명령 속도)보다 느린 것이 바람직할 수 있으므로, 구멍 특징부에 대한 최적의 속도가 존재한다. 도입부 속도를 최적화하면, 플러스 각도에서(예를 들면, 제1 영역이 제2 영역의 시작부로 천이되는 제2 영역에서) 편차(예를 들면, 디보트 또는 돌출부)를 더욱 감소시킬 수 있다.

구멍 특징부에서 편차를 측정하기 위한 방법은 구멍의 저부 부근의 깊이에서 도입부 영역 및 아크 중단 영역으로부터 먼 구멍 특징부의 반원을 스캐닝(예를 들면, 구멍의 제2 영역/주변부의 일부, 예를 들면, 도 6a 내지 도 6d에 도시된 바와 같이 +90도 지점으로부터 -90도 지점까지 시계방향으로 또는 +90도 지점에서 -90도 지점까지 반시계 방향으로 스캐닝)하여, 구멍 주변부와 중심 위치를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 거의 동일한 깊이에서 구멍의 도입부 영역 및 아크 중단 영역을 스캐닝(예를 들면, 구멍의 제3 영역 및 개시부, 예를 들면, 도 6a 내지 도 6d에 도시된 바와 같이 +90도 지점으로부터 -90도 지점까지 시계방향으로 또는 -90도 지점에서 +90도 지점까지 반시계 방향으로 스캐닝)하는 단계와, (상기 도입부 영역 및 아크 중단 영역으로부터 먼 곳을 스캐닝하여 얻은 측정치와 상기 도입부 영역과 아크 중단 영역을 스캐닝하여 얻은 측정치를 비교하여) 구멍의 직경과 위치로부터 편차를 계산하는 단계를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 전류는 0도 지점(270)(예를 들면, 제1 영역의 외측 커프 가장자리가 도 6c 내지 도 6d에 도시된 바와 같이 제3 영역의 외측 커프 가장자리와 교차하는 지점)에 또는 그곳에 거의 인접하여 소멸되어, 따라서 아크 중단 영역을 한정할 수 있다. 편차 데이터는 각각의 각상 위치(angular position)에서 표시될 수 있다. 구멍 특징부를 절삭하기 위한 최적의 공정을 결정하기 위하여, 상기 영역에서 최소 결함(예를 들면, 거의 제로에 가까운 편차 값)을 갖는 도입부 속도를 각각의 구멍 사이즈에 대하여 선택할 수 있다.

도 9는 각종의 도입부 속도(예를 들면, 도 6a에 도시된 바와 같이 경로의 제1 영역에 대한 각종 속도)에 대한 편차 플롯이다. 구멍은 130 암페어의 절삭 전류와 O2/O2의 가스 조성(플라즈마 가스/차폐 가스)를 이용하여 3/8" 연강으로부터 절삭된 0/394인치 직경의 구멍이다. 구멍 특징부의 주변부(예를 들면, 도 6b에서 제2 영역)에 대한 절삭 속도가 약 45ipm이었다. 상기 공정, 재료 및 구멍 사이즈에 대한 최적의 도입부 속도는 약 25 내지 27ipm으로 설정된 속도이었다. 예를 들면, 약 40ipm으로 설정된 도입부 속도로 절삭된 구멍 특징부는 약 25 내지 27ipm으로 설정된 절삭 도입 속도로 절삭된 구멍보다 많은 결함(즉, 약 0.023인치로 측정된 돌출부)을 생성하였다. 약 20ipm으로 설정된 도입부 속도로 절삭된 구멍 특징부는 약 25 내지 27ipm으로 설정된 절삭 도입 속도로 절삭된 구멍보다 많은 결함(즉, 약 -0.013인치로 측정된 디보트)을 생성하였다. 반대로, 약 25 내지 27ipm의 도입부 속도로 절삭된 구멍 특징부는 약 0인치 내지 약 0.002인치로 측정된 돌출부(예를 들면, +90도 지점에서 0도 지점으로 시계 방향으로 한정된 제2 영역의 일부에서)를 생성하였다.

일반적으로, 최적 도입부 속도는 구멍 직경이 작을수록 감소된다. 도 9에 도시된 플롯과 유사하게, 구멍 직경의 함수로서 최적의 도입부 속도의 플롯을 테스트, 전개 및 수학식에 맞추어 곡선으로 그릴 수 있다. 상기 수학식에 대한 계수는 CNC에 의하여 수행된 계산에서 판독 및 사용될 수 있는 구멍 절삭부 차트로 나타낼 수 있다. 도 10은 본 발명의 실시예에 따르면 도입부 명령 속도에 대한 예시적인 룩업 차트(570)이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 최적 도입부 속도는 구멍 직경의 함수일 수 있으며, 공작물의 두께 및 절삭 전류 레벨에 기초하여 변경될 수 있다. 구멍 특징부의 크기는 도입부 속도의 크기와 직접적으로 관련될 수 있다. 예를 들면, 보다 작은 구멍 특징부는 낮은 도입부 속도를 이용하여 절삭될 수 있으며, 보다 큰 구멍 특징부는 보다 빠른 도입부 속도를 이용하여 절삭될 수 있다. 예를 들면, 130 암페어에서 0.375인치의 연강 공작물로부터 0.276인치 직경의 구멍 특징부를 절삭하기 위한 공정은 약 12ipm으로 설정된 최적 도입부 속도를 가지므로, 구멍 특징부에서 결함을 최소화할 수 있다. 반대로, 130 암페어에서 0.375인치의 연강 공작물로부터 0.315인치 직경의 구멍 특징부를 절삭하기 위한 공정은 약 19ipm으로 설정된 최적 도입부 속도를 가지므로, 구멍 특징부에서 결함을 최소화할 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 공작물로부터 구멍 특징부를 절삭하는데 사용된 경로에 대한 제3 영역을 도시한다. 토치 헤드의 이동은 경로(210)를 따를 수 있다. 제3 영역은 제1 영역(110)의 외측 커프 가장자리(140)가 제2 영역(160)의 내측 커프 가장자리(200)와 교차하는 지점(예를 들면, 제1 영역(110)의 외측 커프 가장자리(140)가 제3 영역(210)의 외측 커프 가장자리(250)와 합쳐지는 지점)으로부터 0도 지점(270)까지 연장할 수 있다. 전술한 바와 같이, 이것은 제2 영역(160)의 내측 커프 가장자리(200)가 교차하기 전에 절단부의 선두 가장자리(261)가 제1 영역의 외측 커프 가장자리와 교차할 수 있기 때문에 근사치이다. 구멍을 절삭하는 동안 토치 각상 위치 Φ580이 Φref에 도달할 때, 커프 선두 가장자리는 제3 영역(210)의 대략 개시부인 도입부(예를 들면, 제1 영역)의 외측 가장자리(140)로 들어간다. Φ580이 감소하면, 잔여 재료의 양이 감소하여 Φ=0 (0도 지점)에서 제로에 이른다. 잔여 재료(예를 들면, 감소 재료(590))는 Φ의 함수로서 계산될 수 있다.

감소 재료(590)는 터치 헤드가 제3 영역(210)의 개시부(220)에 도달하면 절삭되는 공작물로부터의 잔류 재료일 수 있다. 감소 재료(590)는 제1 영역(110)에서 절삭부의 외측 커프 가장자리(140)와 제3 영역(210)에서 절삭부의 외측 커프 가장자리(250)에 의하여 적어도 부분적으로 한정될 수 있다. 너무 많은 재료를 제거하면, 구멍 특징부에 디보트를 생성할 수 있으며, 충분한 재료를 제거하지 않으면 구멍 특징부에 돌출부를 생성할 수 있다. 그러므로, 제3 영역(210)에서 절삭부의 외측 커프 가장자리(250)가 제2 영역(160)에서 절삭부의 외측 커프 가장자리(180)와 실질적으로 정렬되도록 제3 영역(210)에서 제겅된 재료를 최적화하는 것이 바람직하다. 구멍 특징부를 절삭하기 위하여 제거되는 잔류 재료(예를 들면, 감소 재료(590))의 양이 제3 영역(210)(예를 들면, 제1 영역(110), 제2 영역(160) 및 제3 영역(210)이 실질적으로 교차하는 제3 영역(210)의 개시부(220)로부터 제3 영역(210)의 말단부(230)까지 제3 영역(210))을 따라 변화할 때, 토치가 제3 영역(210)을 따라 이동할 때 공작물을 절삭하는데 사용되는 전류 밀도는 정확한 재료의 양이 공작물로부터 제거될 수 있도록 최적화될 수 있다. 절삭 전류(예를 들면, 제3 절삭 전류)의 강하 및/또는 토치 속도(예를 들면, 절삭 속도)의 가변은 제3 영역(210)에서 토치에 의한 직선 이동 거리 당 전류 밀도의 소정량을 제공하기 위하여 최적화될 수 있다. 절삭 전류는 감소 재료(590)를 제거하기 위하여 제3 영역(210)에서 상승되어, 제3 영역(210)에서 절삭부의 외측 커프 가장자리(250)가 제2 영역(160)에서 절삭부의 외측 커프 가장자리(180)와 실질적으로 정렬할 수 있다. 상기 방법은 토치 헤드가 제3 영역(210)으로부터 제2 영역(예를 들면, 도 6C에 도시된 영역(240))에 대응하는 위치로 통과할 때까지 제3 영역(210) 내에서 토치 속도를 실질적으로 유지하거나 증가시키는 단계를 포함한다.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 절삭 전류 및 명령 속도를 시간의 함수로 나타내는 그래프(600)이다. 공정 전류(610)는 0도 지점(270) (예를 들면, 제1 영역(110)의 외측 커프 가장자리(140)가 도 6c 및 도 11에 도시된 바와 같이 제3 영역(210)의 외측 커프 가장자리(250)와 합치는 지점)에서 또는 그곳에 거의 근접하여 강하 및 소멸되도록 신호 처리될 수 있다(620). 전류를 강하시키기 위한 신호(620)가 송신되는 시기와 전류 레벨이 실제로 강하되는 시가 사이의 전달 지연(630)이 있을 수 있다. 토치 속도(640)(예를 들면, 토치 속도)는 토치 헤드가 0도 지점(270)을 지난 이후에 그리고 전류가 소멸된 이후에(예를 들면, 절삭 전류가 거의 제로 암페어에 이른 이후에) 감속될 수 있다.

제3 영역에서의 절삭 공정 중에 강하되는 다수의 절삭 전류 중 적어도 어느 하나가 선택되고, 공정 중에 강하되는 다수의 절삭 전류 각각은 구멍 특징부의 직경 함수일 수 있다. 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역(210')이 (예를 들면, 제3 영역(210')의 말단부(230') 부근에서) 실질적으로 교차하는 제3 영역에서 절삭 전류(610)가 제2 지점(270')(예를 들면, 도 6c 내지 6d에 도시된 바와 같은 지점(270)에 대응)에서 또는 그곳에 거의 근접하여 소멸되도록, 절삭 전류가 제3 영역(210')의 제1 지점(예를 들면, 제3 영역의 개시부에 또는 근접하여)에서 강하될 수 있다. 제3 영역에서의 제1 지점은 절삭 전류의 강하 시간을 이용하여 결정/계산될 수 있다. 플라즈마 아크 토치는 토치 속도가 제2 지점(270') 이후에 예정된 거리(650)(예를 들면, 1/4")에서 거의 제로에 도달하도록 감속될 수 있다.

제3 영역(210')에서 강하 및 중단되는 공정 전류(610)는 전체 공정 절삭 속도(예를 들면, 명령 속도를 실질적으로 유지함으로써)로 또는 제2 영역보다 높은 노치 속도(예를 들면, 명령 속도를 증가시킴으로써)로 수행될 수 있다. 전류 차단(610)은 0도 마크(270)(예를 들면, 유입/구멍 천이 위치 또는 제1 영역이 제2 영역으로 천이되는 위치)와 실질적으로 일치할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 토치 헤드는 최소 도출 이동 거리(전술한 바와 같이)와 같거나 그 보다 긴 0도 마크(270') 이후에 예정된 거리(650)(예를 들면, 1/4인치)에서 정지하도록 감속될 수 있다(640). 플라즈마는 토치가 0도 지점(270)에 또는 그 부근에 도달할 때 전류가 소멸하도록 전류 강하 시간 및 전달 지연에 대응하는 시간에서 한 지점에 강하하도록 신호 처리될 수 있다(620).

몇몇 실시예에서, 절삭부를 따라 제1 위치에서 플라즈마 아크를 소멸하도록 제1 명령어(예를 들면, 동기 중단 명령)가 설정되며, 상기 명령어는 플라즈마 아크 토치의 이동을 가변시키기 위하여 제2 명령어와 독립적이다. 자동화 공정은 또한 절삭부를 따라 제1 위치(예를 들면, 0도 지점(270')를 앞서는 제2 위치(651)에서 강하되는 전류의 개시를 결정하는 제1 명령어와 관련된 마이너스 시간 오프셋을 설정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 마이너스 시간 오프셋은 플라즈마 아크 토치 시스템이 전류 강하를 개시할 때를 결정하는 변수일 수 있다. 마이너스 시간 오프셋의 값은 토치가 제2 위치에 도달할 때 전류 강하를 개시하고, 토치가 제1 위치에 도달할 때 전류를 소멸하도록 선택될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 위치(651)는 절삭되는 구멍 특징부의 주변부의 외측 커프 가장자리(예를 들면, 도 11의 가장자리(190))와 절삭되는 구멍 특징부의 도입부의 외측 커프 가장자리(예를 들면, 도 11의 가장자리(140)) 사이의 교차에 대응한다. 플라즈마 아크 토치의 이동을 가변하는 것은 플라즈마 아크 토치를 가속 또는 감속하는 것을 포함할 수 있다. 마이너스 시간 오프셋은 제1 명령어와 전류강하의 개시 사이의 지연(630)과, 전류 강하의 개시와 플라즈마 아크(610)의 소멸 사이의 시간의 합계일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 마이너스 시간 오프셋은 절삭 차트(예를 들면, 하기에 도시된 바와 같이 도 13의 차트(660))로부터 검색된다. 상기 마이너스 시간 오프셋은 절삭되는 구멍 특징부의 직경 또는 전류 레벨의 함수일 수 있다. 다수의 구멍 특징부를 절삭하는 경우에, 본원에 기술된 것 같과 같은 기술이 절삭되는 각각의 구멍 특징부에 대하여 수행될 수 있다.

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 절삭 변수에 대한 예시적인 룩업 차트(660)이다. 전류의 강하 시간은 절삭 차트(660)에 포함될 수 있다. 전류 강하는 공정의 전류 레벨에 따라 변화할 수 있다. 예를 들면, 400A의 전류 레벨로 운용되는 공정은 강하하는데 (예를 들면, 전류를 소멸시키는데) 약 250ms가 걸릴 수 있다. 약 50 암페어의 전류 레벨로 운용하는 공정은 강하하는데 약 50ms가 걸릴 수 있다. 그러므로, 전류를 0도 지점(270)(예를 들면, 제1 영역의 외측 커프 가장자리가 도 6c 및 도 11에 도시된 바와 같이 제3 영역의 외측 커프 가장자리와 합치는 지점)에서 소멸시키기 위하여, CNC는 플라즈마 아크 토치 시스템에 신호를 보내, 적어도 명령 속도와 강하 시간(예를 들면, 소멸되는 전류에 대하여 취하여진 시간)에 기초한 지점에서 전류를 소멸시키도록 전류를 강하시킬 수 있다.

최소 감속 시간은 감속하여 중단하도록 플라즈마 아크 토치에 대하여 설정될 수 있는 최소 시간으로 한정되어, 아크가 소멸되고 토치가 도 6c 내지 도 6d와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이 0도 지점에 도달할 때까지 플라즈마 아크 토치는 감속을 개시하지 않는다. 최소 감속 시간은 토치 헤드 속도에 대한 상한치(예를 들면, 1/4 연강 공작물에 대한 80 암페어 공정이 약 55 ipm의 절삭 속도를 사용할 수 있다)와 테이블 감속에 대한 하한치(예를 들면, 서행 테이블(slow table)이 약 5mG의 테이블 감속을 가질 수 있다)를 이용하여 계산될 수 있다. 수학식 1은 약 55ipm의 토치 속도 및 약 5mG의 테이블 감속이면 약 0.25인치 일 수 있는 최소 도출 이동 거리(L)(예를 들면, 전류가 소멸된 이후까지 및/또는 토치 헤드가 0도 지점에 실질적으로 도달한 이후까지 테이블이 감속을 개시하지 않도록, 최소 거리가 설정될 수 있으며, 최소 거리는 신속 토치 속도 및 서행 테이블에 대하여 계산된다)를 계산하는데 사용될 수 있다. 그러므로, 대부분의 공정 동안에, 플라즈마 아크 토치는 전류가 소멸될 때까지 플라즈마 아크 토치가 토치 헤드 속도를 유지하도록 0도 지점 이후 0.25인치에서 정지하도록 감속하는 것으로 지시를 받을 수 있다. 낮은 속도(예를 들면, 느린 토치 속도) 및/또는 고속 테이블(예를 들면, 보다 빠른 테이블 감속)을 이용한 공정은 0도 지점 이후 0.25인치에 도달하기 전에 정지할 수 있지만, 테이블은 전류가 소멸된 이후에 감속될 수 있다. 다른 실시예에서, 토치 헤드를 감속시키기 위한 (예를 들면, 정지시키기 위한) CNC 네거티브 컷오프 시간은 전단 지연(630), 공정 강하(610)(예를 들면, 전류를 강하시키는데 취해진 시간), 그리고 다른 부가적인 도출 및 이동 감속 시간(650)의 함으로 설정될 수 있다.

앞에서 도 9와 관련하여 설명된 바와 같이, 도 14는 도 6a 내지 도 6c에서 도시된 바와 같이 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역이 합쳐지는 천이 영역에서 구멍 특징부의 편차 측정치를 도시한다. 구체적으로 설명하면, 그래프는 도 6c 내지 도 6d에 도시된 바와 같이 0도 지점으로부터 반시계 방향으로 +90도와 0도 지점으로부터 시계 방향으로 -90도에서 구멍 특징부에서 측정된 편차를 나타낸다. 그래프 670은 본 발명의 실시예에 따라 구멍 특징부에 대하여 측정된 편차를 도시한다. 플롯 661은 도 6a에 도시된 바와 같이 제1 영역의 외측 커프 가장자리를 도시한다. 에러 "딩(ding)" 및/또는 "디보트"로부터 도입부/도출부의 깊이를 최소화하기 위하여, 공정 강하(예를 들면, 도 6C 및 도 12에 도시된 바와 같이 제3 영역에서 전류를 강하)는 전체 공정 절삭 속도를 실질적으로 유지하거나 증가시키는 것(예를 들면, 보다 높은 명령 속도를 설정하는 것에 의하여 절삭 속도를 증가시키는 것)에 의하여 달성될 수 있다. 구멍에 대한 제3 영역(예를 들면, 도 6c에 도시된 바와 같이 -90도와 0도 사이)에서 발생된 평균 편차(예를 들면, 디보트)는 약 -0.020인치였다.

도 15는 본 발명의 실시예에 따른 공작물로부터 구멍 특징부를 절삭하기 위하여 플라즈마 아크 토치를 작동시키는 자동화 방법을 도시한다. 소프트웨어는 CNC로 하여금 플라즈마 시스템이 토치의 동작 중에 다수의 단계를 수행하도록 실행 및 지시할 수 있도록 코드를 생성할 수 있다. 상기 단계는 플라즈마 아크 토치에 대한 높이 제어를 고정하는 단계(단계 800)를 구비할 수 있다. 가스 조성(예를 들면, 플라즈마/차폐 가스용으로 O2/O2)은 룩업 차트로부터 설정될 수 있다(단계 810). 커프 값(kerf value)(예를 들면, 룩업 차트로부터)을 사용하여 절삭되는 구멍 특징부의 직경으로부터 이동 직경을 계산할 수 있다(단계 820). 또한, 상기 단계는 구멍 절삭 차트에서의 값으로부터 명령 속도를 판독/설정하는 단계(단계 830)를 포함한다. 구멍 특징부를 절삭하는데 사용되는 경로는 360 원호, 동기 중단 명령, 및 도출 아크 길이(예를 들면, 도 6d에 도시된 바와 같이 제4 영역에서의 아크)를 포함하도록 프로그램될 수 있다. 동기 중단 명령어는 플라즈마 아크 토치에게 플라즈마 아크를 소멸시키도록 그러나 토치 헤드를 지속적으로 이동시키도록 명령하는 명령어일 수 있다. 토치 중지 명령어(예를 들면, 토치를 감속시켜 중지시키는 명령어)는 아래에 설명되어 있다. 동기 중단 명령어는 0도 지점(예를 들면, 도 6c 내지 6d에 도시된 바와 같은 지점 270)에 삽입될 수 있으며, 전류가 0도 지점에서 거의 제로로 소멸될 수 있도록 강하 시간에 대응하는 시간 간격(예를 들면, 마이너스 시간 오프셋)을 갖는 오프셋을 포함할 수 있다(단계 840). 도출부 아크 길이는 최소 도출 이동 거리(예를 들면, 수학식 1에서 기술된 바와 같이)에 대응하도록 프로그램되어, 0도 지점 이후까지 감속을 개시하지 않도록 한다(예를 들면, 전류가 소멸될 때까지 토치 속도가 낮아지지 않도록 한다). 구멍 중심으로부터 이동 직경(단계 860)까지의 도입부 형상(예를 들면, 반원)이 프로그램될 수 있다. 도입부 속도는 구멍 절삭 차트(예를 들면, 전술한 바와 같이 제1 영역에 대한 명령 속도)에서의 수치로부터 판독/설정될 수 있다 (단계 870). 전류 강하 시간은 구멍 크기 중 어느 하나에 대한 룩업 테이블로부터 판독될 수 있으며, 어느 중요한 전달 지연이 전술한 바와 같은 동기 중단 명령어를 오프셋하는 간격에 부가될 수 있다. 따라서, 적정한 전류 강하 시간이 여러 개의 구멍 사이즈에 대하여 계산될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 자동화 방법은 공작물에 다수의 구멍 특징부를 절삭하는 단계를 포함한다. 전술한 상기 방법은 각각의 구멍 특징부를 절삭하는데 사용될 수 있다. 전술한 바와 같은 단계(840)는 각각의 구멍 특징부의 주변부를 따라 절삭부의 외측 커프 가장자리가 각각의 구멍 특징부의 도입부를 따라 절삭부의 외측 커프 가장자리와 실질적으로 결합하는 지점(예를 들면, 도 6c의 0도 지점(27) 및 도 12의 지점(270')에 대응하는 제1 위치를 설정하는 것을 포함한다. 상기 방법은 또한 절삭되는 구멍 특징부의 구멍 직경에 기초하여 또는 절삭 전류 레벨에 기초하여 제1 위치에 앞서는 제2 위치(예를 들면, 도 12의 위치(651))를 설정하는 단계와, 플라즈마 아크 토치가 제1 위치에 도달할 때 플라즈마 아크가 실질적으로 소멸될 수 있도록, 제2 위치에서 플라즈마 아크 중단을 개시하는 단계를 포함할 수 있다. 전류 강하의 개시에 대응하는 제2 위치는 절삭부의 도입부(예를 들면, 도 6c 및 도 11에 도시된 바와 같이 제3 영역(210))를 따라 위치할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상이한 구멍 직경을 갖는 다수의 구멍 특징부는 소정의 두께를 갖는 공작물에서 절삭되며, 제2 위치로부터 제1 위치로 플라즈마 아크 토치에 의하여 이동하는 거리는 다수의 구멍 특징부에 대하여 실질적으로 유사(예를 들면, 동일)하다. 상기 자동화 방법은 또한 절삭되는 구멍 특징부의 구멍 직경에 기초하여 마이너스 시간 오프셋을 결정하는 단계를 포함하며, 상기 마이너스 시간 오프셋은 제2 위치에서 플라즈마 아크 중단의 개시를 결정한다. 다수의 구멍 직경을 갖는 다수의 구멍 특징부는 플라즈마 아크 토치를 위한 한 세트의 소모품을 사용하여 절삭될 수 있다(예를 들면, 플라즈마 토치에서 소모품을 변경하지 않고 구멍 특징부를 절삭하기 위한 자동화 공정). 몇몇 실시예에서, 공작물은 각각의 구멍 특징부의 절삭을 개시하기 위하여 피어싱될 수 있다.

도 16은 상이한 공정으로 절삭된 구멍에 대하여 구멍의 품질 결과를 비교하는 그래프이다. 상기 그래프는 상이한 절삭 공정(880-920)을 이용하여 절삭된 구멍 특징부의 원통도를 나타낸다. 원통도는 구멍 사이즈(예를 들면, 구멍 직경)의 함수일 수 있다. 도 16에서 공정(880-920)을 이용하여 절삭된 구멍 특징부는 각각 직경이 0.394인치이며, 두께가 3/8" 연강 공작물에서 절삭되었다. 공정(900-920)은 본원에서 설명된 본 발명의 실시예의 예시적인 특징을 일체화한 공정으로부터 절삭되는 구멍 특징부이다. 공정(920)은 레이저 절삭 시스템을 이용하여 절삭된 구멍 특징부이다. 레이저 절삭 시스템이 보다 높은 품질의 구멍(예를 들면, 공정(920)과 공정(880)을 비교하여)을 생성하였지만, 플라즈마 아크 토치 시스템은 비용면에서 낮다. 그러므로, 플라즈마 아크 토치 시스템으로 절삭된 고품질의 구멍에 대한 필요성이 존재한다.

공정(880)(기준 플라즈마)에 대한 플롯은 기존 방법으로 절삭된 구멍 특징부에 대한 원통도를 나타낸다. 공정(880)을 위한 가스 조성은 O₂ 플라즈마 가스 및 공기를 차폐 가스로 사용하였다. 직선형 도입부(예를 들면, 제1 영역에 대한 직선형 절삭부)가 사용되었으며, 토치는 0도 지점 이전에(예를 들면, 전류를 소멸하기 전에) 감속되었다. 공정(880)으로 절삭된 구멍 특징부의 원통도는 약 0.059인치였다.

공정(890)(부분 A)에 대한 플롯은 공정(880)과 다른 것이 가스 조성인 경우에 절삭된 구멍 특징부에 대한 원통도를 도시한다. 공정(890)에 대한 가스 조성은 O₂ 플라즈마 가스 및 O₂ 차폐 가스이었다. 공정(890)으로 절삭된 구멍 특징부에 대한 원통도는 약 0.100인치이었다. 그러므로, 단지 공정(880)으로부터 차폐 가스 조성과 유량을 변경함으로써 구멍 특징부에서 결함이 증폭되었다.

공정(900)(부분 B)에 대한 플롯은 반원형을 사용하여 제1 영역(예를 들면, 반원형 도입부)을 절삭하고 제2 영역에 대한 명령 속도가 제1 영역에 대한 명령 속도보다 빠른 경우에 구멍 특징부에 대한 원통도를 도시한다. 그러나, 토치는 전류가 소멸하기 전에(예를 들면, 도 6c 내지 도 6d에 도시된 바와 같이 0도 지점 이전에) 감속되었다. 공정(900)에 대한 가스 조성은 O₂ 플라즈마 가스 및 O₂ 차폐 가스이었다. 공정(900)으로 절삭된 구멍 특징부에 대한 원통도는 약 0.039인치이었다. 그러므로, 이러한 데이터는 절삭부를 따라 명령 속도를 변화시키고 반원형 도입부를 선택함으로써 구멍 품질을 개선하였음을 보여준다. 상기 공정에 의하여 절삭된 구멍 절삭 특징부는 제1 영역 및 제2 영역 사이에 토치 속도 변화가 없고 직선형 도입부를 갖는 공정을 이용하여 절삭된 구멍보다 원통도가 낮다.

공정(910)(완전한 해결책)에 대한 플롯은, 반원형 형상을 사용하여 제1 영역을 절삭하고, 제2 영역에 대한 명령 속도가 제1 영역에 대한 명령 속도보다 빠르고 전류가 소멸된 이후에(예를 들면, 전술한 바와 같이 0도 지점 이후에) 토치가 감속된 경우의, 구멍 특징부에 대한 원통도를 도시한다. 공정(910)에 대한 가스 조성은 O₂ 플라즈마 가스 및 O₂ 차폐 가스이었다. 공정(910)으로 절삭된 구멍 특징부에 대한 원통도는 약 0.020인치이므로, 다른 플라즈마 아크 토치 공정과 비교하여 절삭 품질에서 개선을 보였다. 상기 공정에 의하여 절삭된 구멍 특징부는 전류가 소멸되기 전에 감속되는 토치에 의하여 절삭된 구멍 특징부보다 낮은 원통도를 갖는다.

공정(920)(레이저)에 대한 플롯은 레이저 절삭 공정을 이용하여 절삭된 구멍 특징부에 대한 원통도를 도시한다. 레이저 시스템에 의하여 절삭된 구멍 특징부에 대한 원통도는 약 0.015인치였다. 공정(900-910)에 대한 플롯에서 도시된 바와 같이, 본원에서 설명된 실시예의 양태/특징을 일체화한 구멍 특징부를 절삭하면, 플라즈마 아크 토치 시스템을 이용하여 절삭된 구멍의 품질을 개선하였다.

도 17은 컴퓨터 수치 제어기(예를 들면, 도 5의 CNC(12))와 같은 프로세서를 사용하여 가스 유동을 조작하여 본 발명의 원리를 수행할 수 있는 방법을 도시하는 순서도이다. 도 17는 본 발명의 실시예에 따라 정보 캐리어로 구체화된 컴퓨터 판독 가능 제품 내에 포함될 수 있는 유동 동작을 도시한다. 기타 다른 실시예 역시 본 발명의 범위에 속한다. 도 17에 도시된 바와 같이, 절삭된 부품을 포함하는 CAD 파일이 CNC(1510) 또는 네스팅 소프트웨어에 제공되며, 절삭 차트에 포함된 명령어에 기초하여, CNC는 차폐 가스 조성을 선택한다. 또 다른 실시예에서, 네스팅 소프트웨어에 포함된 명령어는 차폐 가스 조성을 결정한다. 몇몇 실시예에서, CNC가 구멍 또는 외형의 절삭 여부를 결정하기 위하여 컴퓨터 판독 가능 명령어를 사용하면, 토치에 전원이 공급되고(1520) 아크가 공작물에 전달된다(1530). 아크가 개시되면, 초기 차폐 및 플라즈마 가스, 예를 들면, 도 18에 도시된 조성을 사용한다. 아크가 공작물에 전달된 이후에, 토치는 공작물로 하강되고, 아크는 공작물을 피어싱한다(1540). 일 실시예에서, 아크는 피어싱 차폐 가스로서 공기를 사용하여 공작물을 피어싱한다. 피어싱 단계가 완료되면, CNC는 컴퓨터 판독 가능 명령어를 이용하여 구멍 또는 외형이 절삭되는 여부에 따라 적정 차폐 가스를 선택한다. 몇몇 실시예에서, 구멍 또는 외형이 절삭되는 여부(및 적정 차폐 가스 조성의 선택)에 관한 결정은 공작물의 두께에 대한 구멍의 치수 검토에 기초한다. 몇몇 실시예에서, 구멍의 직경이 공작물의 두께보다 약 2.5배 또는 그 미만이면, 구멍이 절삭되고, CNC는 제2 차폐 가스를 선택한다(1550). 몇몇 실시예에서, 구멍 절삭을 위하여 선택되는 차폐 가스 조성이 O₂이다. 그리고, 몇몇 실시예에서, 차폐 가스 조성은 O₂, He, N₂ 및 그 혼합물이다. 몇몇 실시예에서, 차폐 가스 조성에 관한 명령어는 절삭 차트에 관한 명령에 포함된다. 제2 차폐 가스가 선택되면, CNC는 제2 차폐 가스 조성이 차폐 가스 공급 라인을 통해 유동하도록 차폐 가스 유동을 제어한다. 그 이후에, 절삭 차트에 포함된 명령어에 의하여 결정된 바와 같은 또는 네스팅 소프트웨어에 의하여 지정된 바와 같은 제2 차폐 가스 조성을 이용하여 공작물에 구멍을 절삭한다(560). 공작물에 하나 이상의 구멍이 절삭되면, CNC는 외형 절삭 공정을 개시한다(1570).

CNC가 외형 절삭 공정을 개시할 때, 외형 절삭용 개시 차폐 및 플라즈마 가스를 이용하여 아크가 다시 개시된다(1530). 아크는 공작물을 피어싱하고(1540), 외형 절삭이 개시되면, CNC는 외형 절삭 공정을 위한 제1 차폐 가스를 선택한다(1580). 외형이 절삭되는 것으로 결정되면, CNC는 외형 절삭을 위한 제1 차폐 가스 조성을 선택한다(1580). 외형 확인은 절삭부의 형상에 기초하여 선택될 수 있거나, 내부 특징부의 경우에, 절삭되는 개구 직경 대 공작물 두께의 비율에 기초할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 외형을 절삭하는 경우에, 아크 개시, 공작물의 피어싱, 및 외형 절삭은 모두 단일 차폐 가스 조성, 즉 제1 차폐 가스 조성을 이용하여 수행된다. 몇몇 실시예에서, 아크 개시 및 공작물의 피어싱 동안에 차폐 가스는 공작물에서의 외형 형상을 절삭할 때 사용되는 차폐 가스와 상이하다. 공작물에서 구멍 특징부 또는 외형을 절삭할 때, 각각의 단계에 대하여 상이한 차폐 가스 조성이 선택될 수 있지만, 동일한 작동 단계가 수행될 수 있다.

도 18은 본 발명의 실시예와 함께 사용될 수 있는 가스 조성의 예를 도시하는 테이블이다. 일 실시예에서, 수행되는 구멍 절삭 또는 외형 절삭과 같은 플라즈마 토치 작업에 기초하여 최적 가스 절삭 특성을 제공하기 위하여 가스를 선택한다. 도 18에 도시된 예시적인 가스 조성은 연강 절삭 용례를 위한 것이지만, 다른 재료 공작물이 이러한 재료에 보다 적합한 다른 차폐 가스 조성을 이용하여 절삭될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 스테인레스 스틸 또는 알루미늄을 절삭하는 구멍 차폐 가스용으로 산소 대신에 He 및 N₂의 혼합물을 사용할 수 있다.

도 18에 설명된 실시예에서, 외형 또는 구멍을 절삭하는 동안에, 시스템은 플라즈마 아크 개시 동안에 플라즈마 가스와 차폐 가스로서 공기를 제공한다. 공기는 아크 개시 동안에 소모품 수명을 O₂와 비교하여 증가시키기는 경향이 있기 때문에 공기를 플라즈마 가스로 사용한다. 아크가 개시되고 공작물에 전달되면, 플라즈마 가스는 O₂로 변경되고 차폐 가스는 피어싱 과정 동안 공기로 유지된다. 이러한 경우에, 전류가 절삭 전류만큼 상승될 때 노즐에 대한 손상을 방지하기 위하여, 플라즈마 가스는 노즐 구조에 대하여 적절한 가스, 본 실시예에서 O₂로 전환된다. 대부분의 경우에, 절삭 가스는 최대 절삭 전류가 도달되는 시점에 존재하는 것이 바람직하다. 반면, 피어싱 공정용 차폐 가스는 공기로서 남아있다. 피어싱 작업용 공기 차폐 가스는 공작물 내부에서 낭비를 제한하는 보다 작은 피어싱 관통부를 남기도록 도시되어 있다. 공작물이 피어싱되면, 플라즈마 토치는 토치의 이동과 함께 관통부의 가장자리를 따라 절삭을 개시한다. 피어싱과 절삭을 구별하는 것이 중요하다. 피어싱에서는, 토치는 일반적으로 정지되어 있고 물체는 관통부를 완전히 통과하는 관통부를 만든다. 한편, 절삭은 소정의 형상을 형성하기 위하여 노출된 가장자리를 절단함으로써 토치를 이동시키는 것을 포함한다.

도 18의 테이블을 다시 참조하면, 피어싱 단계 이후에, 차폐 가스는 절삭 유형에 기초하여 선택될 수 있다. 외형을 절삭할 때, 차폐 가스 및 플라즈마 가스는 변경되지 않고 유지된다. O₂ 플라즈마 가스 및 공기 차폐 가스의 혼합물은 그 O₂ 플라즈마 가스 및 공기 차폐 가스의 혼합물을 사용하여 외형을 절삭할 때 드로스가 없는 가장자리를 연속하게 하고 절삭 속도를 고속으로 할 수 있지만, 큰 정도의 테이퍼부 또는 베벨부를 갖는 구멍을 생성하여 품질이 나쁜 구멍을 만드는 경향이 있다. 구멍을 절삭하거나 작은 내부 특징부를 절삭할 때, O₂를 플라즈마 가스로 유지하고 차폐 가스도 O₂로 전환함으로써, 구멍의 테이퍼부는 제거될 수 없다면 감소될 수 있다. 차폐 가스에서의 질소 양이 감소되기 때문에, 테이퍼부는 공기를 사용하는 것과 비교하여 연강을 절삭할 때 O₂ 차폐 가스를 사용하는 것에 의하여 감소된다. 따라서, 기타 다른 가스 또는 질소 함량이 낮은 가스가 도 7에 도시된 실시예에 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 구멍을 절삭할 때 다른 조성 혼합물을 갖는 차폐 가스가 사용될 수 있다.

도 19a는 종래 절삭 공정을 이용한, 즉 동일한 공작물에서 외형 절삭부와 구멍 절삭부 모두를 위하여 동일한 차폐 가스 조성을 이용하여 절삭된 구멍의 단면의 또 다른 실시예이다. 도 19a에서 구멍의 원통도(테이퍼부 또는 베벨부)는 구멍의 상부(71), 중간부(72) 및 하부(73)에서의 직경 측정치와 동일한 직경을 갖는 동심 원통을 형성하여 측정될 수 있다. 두 직경 사이의 최대차이는 화살표(81) 사이의 공간으로 도시되어 있다. 두 기준 원통의 반경 사이에서 큰 차는 품질이 나쁜 구멍을 나타낸다. 이러한 구멍은 상당한 후절삭 처리를 필요로 할 수 있다.

도 19b는 전술한 예시적인 기술을 일체화한 본 발명의 실시예에 따라 절삭된 구멍의 단면도이다. 구멍의 원통도(테이퍼부 또는 베벨부)는 구멍의 상부(71), 중간부(72) 및 하부(73)에서의 직경 측정치와 동일한 직경을 갖는 동심 원통을 형성하여 측정될 수 있다. 도 19b에서 구멍 절삭부의 가장자리의 베벨부 또는 테이퍼부는 도 19a(예를 들면, 또한 도 3 참조)에서 구멍 가장자리의 베벨부와 비교할 때 상당히 감소되었다. 또한, 원통도의 감소는 도 19b와 비교할 때 화살표(81) 사이의 거리가 단축된 것으로 알 수 있다. 구멍 가장자리의 베벨부 또는 테이퍼부가 감소되면, 두 동심 실린더 사이의 원통도 공차 영역은 최소가 되며, 따라서 품질이 보다 높은 구멍을 형성하여, 후절삭처리를 필요로 하지 않는다.

전술한 기술은 디지털 전자 회로 또는 컴퓨터 하드웨어 펌웨어, 소프트웨어 또는 그 조합체로 수행될 수 있다. 이는 컴퓨터 프로그램 제품, 즉, 정보 캐리어로 명백하게 구체화되는 컴퓨터 프로그램(예를 들면, CPS)으로 수행될 수 있다. 정보 캐리어는 기계 판독 가능 저장 장치 또는 데이터 처리 장치(예를 들면, 프로그램 가능한 프로세서, 컴퓨터, 또는 다중 컴퓨터)에 의하여 또는 이것의 동작을 제어하기 위하여 전달된 신호일 수 있다.

컴퓨터 프로그램(예를 들면, 컴퓨터 프로그램 시스템)은 컴파일드 또는 인터프리티드 언어를 포함하는 프로그래밍 언어의 형태로 기록될 수 있으며, 독립형 프로그램으로서 또는 모듈, 부품, 서브루틴, 또는 컴퓨터 환경에 사용하기에 적합한 기타 다른 유닛으로 포함하는 어떠한 형태로 배치될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 한 장소에서 하나의 컴퓨터 또는 다중 컴퓨터 상에서 실행되도록 배치될 수 있거나, 여러 장소를 가로질러 배치되고 또한 통신 네트워크에 의하여 상호 연결된 다중 컴퓨터 상에서 실행될 수 있도록 배치될 수 있다.

방법의 단계는 컴퓨터 프로그램이 입력 데이터에 작동하고 그리고 출력을 발생시킴으로써 본 발명의 기능을 수행하도록 실행하는 하나 이상의 프로그램 가능한 프로세서에 의하여 수행될 수 있다. 상기 방법의 단계는 예를 들면, FPGA(field programmable gate array) 또는 ASIC(application specific integrated circuit)와 같은 특수한 목적의 논리 회로에 의하여 수행될 수 있으며, 장치가 상기 논리 회로로서 시행될 수 있다.

컴퓨터 프로그램의 실행에 적합한 프로세서는 예를 들면 범용 및 특수용 마이크로프로세서와, 어떠한 종류의 디지털 컴퓨터의 하나 이상의 프로세서를 포함한다. 일반적으로, 프로세서는 읽기 전용 메모리 또는 랜덤 억세스 메모리 또는 그 양자로부터 명령어와 데이터를 수신할 수 있다. 컴퓨터의 필수 부품은 명령을 수행하기 위한 프로세서와, 명령어 및 데이터를 저장하기 위한 하나 이상의 메모리 소자이다. 일반적으로, 컴퓨터는 데이터를 저장하기 위한 하나 이상의 대용량 소자(예를 들면, 자기 디스크, 광자기 디스크 또는 광디스크)를 포함하거나, 그로부터 데이터를 수신하기 위하여 또는 그것에 데이터를 전달하기 위하여, 또는 그 모두를 위하여 작동 가능하게 접속될 수 있다. 데이터 전송 및 지시는 통신 네트워크를 통해 이루어질 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령어 및 데이터를 구체화하는데 적합한 정보 캐리어는 예를 들면, EPROM, EEPROM 및 플래쉬 메모리 소자와 같은 반도체 메모리 소자; 내장 하드 디스크 또는 탈착형 디스크와 같은 자기 디스크; 광자기 디스크; 및 CD-ROM 및 DVD-ROM 디스크를 포함하는 모든 유형의 비휘발성 메모리를 포함한다. 프로세서 및 메모리는 특수용 논리 회로에 의하여 보완되거나 그것에 일체화될 수 있다.

사용자와의 상호 작용을 제공하기 위하여, 전술한 기술은 사용자에게 정보를 디스플레이하기 위하여 디스플레이 장치, 예를 들면 CRT (음극선관) 또는 LCD(액정 디스플레이) 모니터와, 마우스나 트랙볼과 같은 키보드와 포인팅 장치를 구비하는 컴퓨터 상에서 수행될 수 있으며, 그것에 의하여 사용자가 컴퓨터 입력을 제공할 수 있다(예를 들면, 사용자 인터페이스 부재와의 상호작용). 뿐만 아니라 사용자와의 상호 작용을 제공하기 위하여 다른 유형의 장치를 이용할 수 있다. 예를 들면, 사용자에게 제공된 피드백은 예를 들면 시각 피드백, 청각 피드백 또는 촉각 피드백과 같은 어느 유형의 감각 피드백일 수 있다. 사용자로부터의 입력은 음향, 음성 또는 촉각 입력을 포함하는 어떠한 형태로도 수신될 수 있다.

전술한 기술은 데이터 서버와 같은 후단 부품, 및/또는 어플리케이션 서버와 같은 미들웨어 부품, 및/또는 그래픽 유저 인터페이스 및/또는 사용자가 예시적으로 실행과 상호 작용할 수 있는 웹 브라우저를 갖는 클라이언트 컴퓨터와 같은 전단 부품, 또는 이러한 후단 부품, 미들웨어 부품 또는 전단 부품의 조합체를 구비하는 분산형 컴퓨팅 시스템으로 수행될 수도 있다. 상기 시스템의 부품은 예를 들면 통신 네트워크와 같은 디지털 데이터 통신 매체 또는 기타 다른 형태로 상호 접속될 수 있다. 통신 네트워크의 예로는, 근거리 통신망(LAN) 및, 인터넷과 같은 광역 통신망(WAN)이 있으며, 유무선 네트워크 모두를 포함한다.

"포함한다","구비한다" 및/또는 복수형 각각은 용이하게 변경 가능한 것을 의미하며, 기록된 부품을 포함하며 기록되지 않은 추가적인 부품 역시 포함할 수 있다. "및/또는" 이라는 표현은 용이하게 변경 가능한 것을 의미하며, 기록된 부품 중 하나 또는 다수와, 기록된 부품의 조합을 포함한다.

본 발명을 특정 실시예를 참조하여 도시 및 설명하였지만, 본원에 기술된 다른 양태도 당업자에 일반적인 절삭 시스템에서 수행될 수 있다. 형태에 있어서 다양한 수정이 청구범위에 의하여 한정된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위로부터 이탈하지 않고 수행될 수 있음이 당업자에게 자명하다.

Claims

컴퓨터 수치 제어기 상에서 수행되며, 플라즈마 아크 토치 시스템을 이용하여 다수의 구멍 특징부(features)를 절삭하기 위한 자동화 방법에 있어서,
a) 구멍 특징부의 직경에 기초하여 도입부 명령 속도를 이용하여 구멍 특징부를 위한 도입부를 절삭하는 단계와;
b) 상기 구멍 특징부에 대한 대응하는 도입부 명령 속도보다 빠른 주변부 명령 속도를 이용하여 상기 구멍 특징부의 주변부를 절삭하는 단계와;
c) 동일한 직경 또는 상이한 직경을 갖는 각각의 부가적인 구멍 특징부에 대하여 상기 단계들을 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화 방법.
제1항에 있어서, 상기 다수의 구멍 특징부를 절삭하는데 사용된 이차 가스 조성보다 질소 함량이 높은 이차 가스 조성을 이용하여 외형을 절삭하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화 방법.
플라즈마 아크 토치로 공작물에 도입부(lead-in portion), 구멍 주변부 및 배출부(lead-out portion)를 구비하는 다수의 구멍 특징부를 절삭하기 위한 자동화 방법에 있어서,
제1 명령 속도를 이용하여 제1 도입부를 절삭하고, 상기 제1 도입부를 절삭한 이후에, 적어도 제1 구멍 주변부의 일부를 절삭하기 위해 상기 제1 명령 속도로부터 제2 명령 속도까지 명령 속도를 증가시키는 것에 의하여, 상기 공작물에 제1 직경을 갖는 제1 구멍 특징부를 절삭하는 단계와;
상기 제1 명령 속도보다 빠른 제3 명령 속도를 이용하여 제2 도입부를 절삭하고, 상기 제2 도입부를 절삭한 이후에, 적어도 상기 제2 구멍 주변부의 일부를 절삭하기 위하여 상기 제3 명령 속도로부터 제4 명령 속도까지 상기 명령 속도를 증가시키는 것에 의하여, 상기 공작물에 상기 제1 직경 보다 큰 제2 직경을 갖는 제2 구멍 특징부를 절삭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화 방법.
제3항에 있어서, 상기 제4 명령 속도와 상기 제2 명령 속도는 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 자동화 방법.
제3항에 있어서,
제1의 이차 가스 유동을 이용하여 상기 공작물에 상기 제1 구멍 특징부를 절삭하는 단계와,
제2의 이차 가스 유동을 이용하여 상기 공작물에 상기 제2 구멍 특징부를 절삭하는 단계와,
상기 제1의 이차 가스 유동 또는 상기 제2의 이차 가스 유동보다 질소 함량이 높은 제3의 이차 가스 유동을 이용하여 상기 공작물의 외형을 절삭하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화 방법.
제5항에 있어서, 상기 제1의 이차 가스 유동과 상기 제2의 이차 가스 유동은 실질적으로 동일한 가스 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 자동화 방법.
플라즈마 아크 토치로 공작물에 다수의 구멍 특징부를 절삭하기 위한 자동화 방법에 있어서,
제1 가스 조성을 갖는 이차 가스 유동을 개시하고, 제1 세트의 절삭 변수로 제1 구멍 특징부를 절삭하는 것에 의하여, 제1 자동화 공정으로 제1 직경을 갖는 상기 제1 구멍 특징부를 절삭하는 단계와;
제2 가스 조성을 갖는 이차 가스 유동을 개시하고, 적어도 하나의 변수가 상기 제1 세트의 절삭 변수와 상이한 제2 세트의 절삭 변수로 제2 구멍 특징부를 절삭하는 것에 의하여, 제2 자동화 공정으로 상기 제1 직경보다 큰 제2 직경을 갖는 상기 제2 구멍 특징부를 절삭하는 단계와;
상기 제1 및 제2 가스 조성보다 질소 함량이 높은 제3 가스 조성을 갖는 상기 이차 가스 유동을 개시하고, 적어도 하나의 변수가 상기 제1 또는 제2 세트의 절삭 변수와 상이한 제3 세트의 절삭 변수로 외형을 절삭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화 방법.
제7항에 있어서, 상기 제1 세트의 절삭 변수는 제1 도입부 명령 속도, 제1 주변부 명령 속도 및 상기 제1 가스 조성을 구비하며,
상기 제2 세트의 절삭 변수는 제2 도입부 명령 속도, 제2 주변부 명령 속도 및 상기 제2 가스 조성을 구비하며,
상기 제3 세트의 절삭 변수는 외형 명령 속도 및 상기 제3 가스 조성을 구비하는 갖는 것을 특징으로 하는 자동화 방법.
제8항에 있어서, 상기 외형 명령 속도는 상기 제1 도입부 명령 속도, 상기 제1 주변부 명령 속도, 상기 제2 도입부 명령 속도, 및 상기 제2 주변부 명령 속도보다 빠른 것을 특징으로 하는 자동화 방법.
제7항에 있어서, 상기 제1 가스 조성과 상기 제2 가스 조성은 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 자동화 방법.
플라즈마 아크 토치로 공작물에 적어도 제1 구멍 특징부와, 상기 제1 구멍 특징부보다 큰 제2 구멍 특징부를 절삭하기 위한 자동화 방법에 있어서,
절삭 속도를 제1 도입부 절삭 속도까지 상승시켜 제1 도입부를 절삭하고; 상기 제1 도입부 이후에 제1 주변부를 절삭하기 위하여 상기 절삭 속도를 상승시키고; 상기 제1 주변부의 내측 커프 가장자리가 상기 제1 도입부의 외측 커프 가장자리와 실질적으로 교차한 이후에 전류 강하(current ramp down)를 개시하고; 상기 제1 도입부의 외측 커프 가장자리가 상기 제1 주변부의 외측 커프 가장자리와 실질적으로 만나는 지점에 또는 그 부근에서, 절삭 전류가 소멸될 때까지 상기 절삭 속도를 유지하거나 증가시키는 것에 의하여; 플라즈마 아크 토치를 제1 지점까지 이동시키고 상기 공작물에 상기 제1 구멍 특징부를 절삭하는 단계와;
상기 절삭 속도를 상기 제1 도입부 절삭 속도 보다 빠른 상기 제2 도입부 절삭 속도까지 상승시켜 제2 도입부를 절삭하고; 상기 제2 도입부 이후에 제2 주변부를 절삭하기 위하여 상기 절삭 속도를 상승시키고; 상기 제2 주변부의 내측 커프 가장자리가 상기 제2 도입부의 외측 커프 가장자리와 실질적으로 교차한 이후에 전류 강하를 개시하고; 상기 제2 도입부의 외측 커프 가장자리가 상기 제2 주변부의 외측 커프 가장자리와 실질적으로 만나는 지점에 또는 그 부근에서, 상기 절삭 전류가 소멸될 때까지 상기 절삭 속도를 유지하거나 증가시키는 것에 의하여; 플라즈마 아크 토치를 제2 지점까지 이동시키고 상기 공작물에 상기 제2 구멍 특징부를 절삭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화 방법.
제11항에 있어서, 상기 제1 구멍 특징부 또는 상기 제2 구멍 특징부의 직경에 기초하여 전류 강하를 한 지점에서 개시하는 것에 의하여 상기 제1 구멍 특징부 또는 상기 제2 구멍 특징부를 절삭하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화 방법.
가변 두께를 갖는 복수의 공작물에 다양한 사이즈의 외형과 복수의 구멍 특징부를 절삭하도록 구성된 플라즈마 아크 토치 시스템에 있어서,
대응하는 전류 레벨에 대하여 전극과 노즐을 갖는 플라즈마 아크 토치와;
컴퓨터 수치 제어기를 포함하며,
상기 컴퓨터 수치 제어기는 복수의 가스 조성으로부터, 구멍 특징부를 절삭하는데 사용되는 제1의 이차 가스 조성과, 외형을 절삭하는데 사용되는 제2의 이차 가스 조성을 선택하고; 복수의 주변부 절삭 속도로부터, 공작물의 재료 두께에 기초하여 주변부 절삭 속도를 선택하고; 복수의 도입부 속도로부터, 절삭되는 구멍 특징부의 사이즈와 공작물의 재료 두께에 기초하여 도입부 속도를 선택할 수 있도록 구성되며, 상기 각각의 주변부 절삭 속도는 각각의 대응하는 도입부 속도보다 빠른 것을 특징으로 하는 플라즈마 아크 토치 시스템.
제13항에 있어서, 상기 도입부 속도는 절삭되는 상기 구멍 특징부의 사이즈와 비례하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 아크 토치 시스템.
제13항에 있어서, 상기 컴퓨터 수치 제어기는 복수의 마이너스 시간 오프셋 값으로부터, 상기 전류 레벨에 기초하여 마이너스 시간 오프셋 값을 선택하도록 구성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 아크 토치 시스템.
제15항에 있어서, 상기 마이너스 시간 오프셋은 절삭되는 상기 구멍 특징부의 사이즈 또는 상기 전류 레벨에 기초하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 아크 토치 시스템.
정보 캐리어 상에서 명확하게 구체화되며, 플라즈마 아크 토치 시스템으로 공작물에 복수의 구멍 특징부를 절삭하기 위한 컴퓨터 수치 제어기 상에서 작동 가능한 컴퓨터 판독 가능 제품에 있어서,
상기 컴퓨터 판독 가능 제품은 컴퓨터 수치 제어기가
공기보다 낮은 질소 함량을 갖는 차폐 가스 조성을 선택하고;
절삭되는 구멍 특징부에 대하여 도입부 절삭 속도를 설정하되, 상기 도입부 절삭 속도는 절삭되는 상기 구멍 특징부의 직경 함수이고;
절삭되는 상기 구멍 특징부에 대하여 주변부 절삭 속도를 설정하되, 상기 주변부 절삭 속도는 대응하는 도입부 절삭 속도 보다 빠르고;
플라즈마 아크를 소멸시키기 위하여 제1 명령어를 제공하며, 상기 제1 명령어는 플라즈마 아크 토치를 감속하기 위한 제2 명령어와 별개이도록 작동 가능한 명령어를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독 가능 제품.
제17항에 있어서, 상기 주변부 절삭 속도는 상기 공작물의 두께에 기초하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독 가능 제품.
공작물에 구멍 특징부를 절삭할 때 플라즈마 아크 토치를 제어하기 위한 자동화 방법에 있어서,
절삭부를 따라 제1 위치에서 플라즈마 아크를 소멸시키기 위하여 제1 명령어를 설정하되, 상기 제1 명령어는 플라즈마 아크 토치의 이동을 가변시키기 위한 제2 명령어와 별개인, 단계와;
제1 명령어와 관련된 마이너스 시간 오프셋을 설정하되, 상기 마이너스 시간 오프셋은 절삭부를 따라 제1 위치에 앞서는 제2 위치에서 전류 강하를 개시하는 것을 결정하는, 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화 방법.
제19항에 있어서, 상기 제1 위치는 상기 구멍 특징부의 주변부의 외측 커프 가장자리와 상기 구멍 특징부의 도입부의 외측 커프 가장자리 사이에서의 교차점에 대응하는 것을 특징으로 하는 자동화 방법.
제19항에 있어서, 상기 플라즈마 아크 토치의 이동을 가변시키는 단계는 상기 플라즈마 아크 토치를 감속 또는 가속시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화 방법.
제19항에 있어서, 상기 마이너스 시간 오프셋은 상기 제1 명령어와 전류 강하의 개시 사이의 지연과, 상기 전류 강하의 개시와 상기 플라즈마 아크의 소멸 사이의 시간의 합계인 것을 특징으로 하는 자동화 방법.
제19항에 있어서, 절삭 차트(cut chart)로부터 마이너스 시간 오프셋을 검색하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화 방법.
제19항에 있어서, 상기 마이너스 시간 오프셋은 상기 구멍 특징부의 직경 또는 전류 레벨의 함수인 것을 특징으로 하는 자동화 방법.
플라즈마 아크 토치로 다수의 구멍 직경을 갖는 복수의 구멍 특징부를 절삭하기 위한 절삭 변수를 설정하기 위한 자동화 방법에 있어서,
각각의 구멍 특징부의 주변부를 따라 절삭부의 외측 커프 가장자리가 각각의 구멍 특징부의 도입부를 따라 상기 절삭부의 외측 커프 가장자리와 실질적으로 연결되는 지점에 대응하는 제1 위치를 설정하는 단계와;
절삭되는 상기 구멍 특징부의 구멍 직경과 절삭 전류 레벨에 기초하여 상기 제1 위치에 선행하는 제2 위치를 설정하는 단계와;
상기 플라즈마 아크 토치가 상기 제1 위치에 도달할 때 플라즈마 아크가 실질적으로 소멸되도록 상기 제2 위치에서 플라즈마 아크 종료를 개시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화 방법.
제25항에 있어서, 상기 복수의 구멍 특징부는 소정의 두께를 갖는 공작물에서 절삭되며, 상기 제2 위치와 상기 제1 위치 사이에서 상기 플라즈마 아크 토치에 의하여 이동되는 거리가 상기 복수의 구멍 특징부와 실질적으로 유사한 것을 특징으로 하는 자동화 방법.
제25항에 있어서, 절삭되는 상기 구멍 특징부의 구멍 직경에 기초하여 마이너스 시간 오프셋을 결정하는 단계를 더 포함하며, 상기 마이너스 시간 오프셋은 상기 제2 위치에서 플라즈마 아크 종료의 개시를 결정하는 것을 특징으로 하는 자동화 방법.
제25항에 있어서, 상기 플라즈마 아크 토치에 대한 한 세트의 소모품을 이용하여 상기 다수의 구멍 직경을 갖는 상기 복수의 구멍 특징부를 절삭하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화 방법.
제25항에 있어서, 각각의 구멍 특징부의 절삭을 개시하기 위하여 상기 공작물을 피어싱하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화 방법.
플라즈마 절삭 시스템을 이용하여 제1 영역, 제2 영역, 및 제3 영역을 갖는 경로의 적어도 일부를 따라 공작물에 구멍 특징부를 절삭하는 방법에 있어서,
제1 절삭 전류와, 제1 토치 속도를 설정하는 제1 명령 속도를 구비하는 제1 절삭 변수 세트로부터 적어도 하나의 절삭 변수를 이용하여 상기 제1 영역에서 절삭하는 단계와;
상기 제1 절삭 변수 세트와 상이하며, 제2 절삭 전류와, 제2 토치 속도를 설정하는 제2 명령 속도를 구비하는 제2 절삭 변수 세트로부터 적어도 하나의 절삭 변수를 이용하여 상기 제2 영역에서 절삭하는 단계와;
상기 제1 절삭 변수 세트 또는 상기 제2 절삭 변수 세트와 상이하며, 제3 절삭 전류와, 제3 토치 속도를 설정하는 제3 명령 속도를 구비하는 제3 절삭 변수 세트로부터 적어도 하나의 절삭 변수를 이용하여 상기 제3 영역에서 절삭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 방법.
제30항에 있어서, 상기 제1 영역은 절삭부의 도입부에 대응하며, 상기 제2 영역은 상기 절삭부의 주변부에 대응하고, 상기 제3 영역은 상기 절삭부의 커프 삽입 영역에 대응하는 것을 특징으로 하는 절삭 방법.
제31항에 있어서, 상기 구멍 특징부는 상기 제2 영역에서 상기 절삭부의 외측 커프 가장자리에 의하여 그리고 상기 제3 영역에서 상기 절삭부의 외측 커프 가장자리의 적어도 일부에 의하여 적어도 부분적으로 한정되는 것을 특징으로 하는 절삭 방법.
제30항에 있어서, 상기 제1 영역에서의 절삭은 상기 공작물에 적어도 반원을 절삭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 방법.
제30항에 있어서, 상기 제2 명령 속도는 상기 제1 명령 속도보다 빠른 것을 특징으로 하는 절삭 방법.
제30항에 있어서, 상기 제3 절삭 전류는 상기 제3 영역의 적어도 일부 중에서 상기 제2 절삭 전류보다 작은 것을 특징으로 하는 절삭 방법.
플라즈마 절삭 시스템을 이용하여 제1 영역과 제2 영역을 갖는 경로의 적어도 일부를 따라 공작물에 구멍 특징부를 절삭하는 방법에 있어서,
플라즈마 가스 유동을 개시하는 단계와;
파일럿 아크를 점화하기 위하여 전류 유동을 개시하는 단계와;
상기 공작물에 아크를 전달하는 단계와;
상기 공작물을 피어싱하는 단계와;
제1 토치 속도를 설정하는 제1 명령 속도를 이용하여 상기 제1 영역에서 절삭하는 단계와;
제2 토치 속도를 설정하는 제2 명령 속도를 이용하여 상기 제2 영역에서 절삭하는 단계를 포함하며,
상기 제2 명령 속도는 상기 제1 명령 속도보다 빠른 것을 특징으로 하는 절삭 방법.
제36항에 있어서, 상기 경로는 제3 영역을 구비하며, 상기 제1 영역은 절삭부의 도입부에 대응하며, 상기 제2 영역은 상기 절삭부의 주변부에 대응하고, 상기 제3 영역은 상기 절삭부의 커프 삽입 영역에 대응하는 것을 특징으로 하는 절삭 방법.
제36항에 있어서, 상기 제1 명령 속도는 적어도 일부가 상기 구멍 특징부의 직경에 기초하는 것을 특징으로 하는 절삭 방법.
제36항에 있어서, 상기 구멍 특징부는 거의 원형 구멍 또는 슬롯인 것을 특징으로 하는 절삭 방법.
제36항에 있어서, 상기 경로는 제3 영역을 구비하며, 상기 방법은 상기 제1 영역, 상기 제2 영역 및 상기 제3 영역이 실질적으로 교차하는 상기 제2 영역의 개시부에 대응하는 위치에서, 절삭 전류가 거의 제로 암페어에 도달하도록, 상기 제3 영역에서 상기 절삭 전류를 강하시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 방법.
제40항에 있어서, 상기 절삭 전류가 거의 제로 암페어에 도달한 이후에 토치 속도를 감소시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 방법.
제40항에 있어서, 상기 제3 영역의 개시부와 상기 제2 영역의 개시부 사이의 거리에 적어도 부분적으로 기초하는 비율로 상기 절삭 전류를 강하시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 방법.
제40항에 있어서, 제3 토치 속도를 설정하는 제3 명령 속도를 이용하여 상기 제3 영역에서 절삭하는 단계와,
거의 제로 암페어에 도달하도록 전류에 대하여 필요한 시간과 상기 제3 토치 속도에 의하여 결정되는 상기 제3 영역 내에서의 한 지점에서 상기 절삭 전류의 강하를 개시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 방법.
제36항에 있어서, O₂ 플라즈마 가스와 O₂ 차폐 가스를 포함하는 가스 유동 조성을 이용하여 상기 제1 영역에서 또는 상기 제2 영역에서 절삭하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 방법.
플라즈마 절삭 시스템을 이용하여 제1 영역, 제2 영역과 제3 영역을 갖는 경로의 적어도 일부를 따라 공작물에 구멍 특징부를 절삭하는 방법에 있어서,
플라즈마 가스 유동을 개시하는 단계와;
파일럿 아크를 점화하기 위하여 전류 유동을 개시하는 단계와;
상기 공작물에 아크를 전달하는 단계와;
상기 공작물을 피어싱하는 단계와;
상기 제2 영역에서의 절삭부의 명령 속도가 제1 영역에서의 절삭부의 명령 속도와 상이한 상태로, 제1 영역 및 제2 영역에서 절삭하는 단계와;
상기 제3 영역에서의 절삭부의 외측 커프 가장자리가 상기 제1 영역에서의 상기 절삭부의 외측 커프 가장자리와 실질적으로 만나는 지점에서, 절삭 전류가 거의 제로 암페어에 도달하도록, 상기 제3 영역에서 절삭 전류를 감소시키는 단계와;
상기 절삭 전류가 거의 제로 암페어에 도달한 이후에 상기 플라즈마 절삭 시스템의 토치 속도를 감속시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 방법.
제45항에 있어서, 상기 구멍 특징부의 중심으로부터 상기 제2 영역에서의 상기 절삭부의 외측 커프 가장자리까지의 거리가 상기 구멍 특징부의 중심으로부터 상기 제1 및 제3 영역이 교차하는 지점에서 상기 제3 영역에서의 상기 절삭부의 외측 커프 가장자리까지의 거리와 거의 동일한 것을 특징으로 하는 절삭 방법.
제45항에 있어서, 상기 제1 영역에서의 상기 절삭부의 외측 커프 가장자리가 상기 제3 영역에서의 상기 절삭부의 외측 커프 가장자리와 실질적으로 교차하는 지점 이후에 상기 토치 속도를 감속하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 방법.
제47항에 있어서, 상기 토치 속도는 상기 제1 영역에서의 상기 절삭부의 외측 커프 가장자리가 상기 제3 영역에서의 상기 절삭부의 외측 커프 가장자리와 실질적으로 교차하는 지점 이후에 예정된 거리에서 제로에 도달하는 것을 특징으로 하는 절삭 방법.
제45항에 있어서, 상기 제1 영역은 상기 절삭부의 도입부에 대응하며, 상기 제2 영역은 상기 절삭부의 주변부에 대응하고, 상기 제3 영역은 상기 절삭부의 커프 삽입 영역에 대응하는 것을 특징으로 하는 절삭 방법.
제45항에 있어서, 상기 구멍 특징부는 상기 제2 영역에서 상기 절삭부의 외측 커프 가장자리에 의하여 그리고 상기 제3 영역에서 상기 절삭부의 외측 커프 가장자리의 적어도 일부에 의하여 실질적으로 한정되는 것을 특징으로 하는 절삭 방법.
제45항에 있어서, 상기 제1 영역에서의 상기 절삭부의 명령 속도보다 빠른 명령 속도로 상기 제2 영역에서 절삭하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 방법.
제45항에 있어서, 상기 제1 영역에서의 상기 절삭부의 외측 커프 가장자리가 상기 제3 영역에서의 상기 절삭부의 외측 커프 가장자리와 실질적으로 만나는 지점에서, 절삭 전류가 거의 제로 암페어에 도달하도록, 상기 제3 영역에서 상기 절삭 전류를 강하시키는 단계의 포함을 축소하는 것을 특징으로 하는 절삭 방법.
플라즈마 절삭 시스템을 이용하여 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역을 갖는 경로의 적어도 일부를 따라 공작물에 구멍 특징부를 절삭하는 방법에 있어서,
플라즈마 가스 유동을 개시하는 단계와;
파일럿 아크를 점화하기 위하여 전류 유동을 개시하는 단계와;
상기 공작물에 아크를 전달하는 단계와;
상기 공작물을 피어싱하는 단계와;
절삭부의 상기 제1 영역의 명령 속도와 상이한 명령 속도로 상기 제2 영역에서 절삭하는 단계와;
상기 제3 영역에서의 절삭부의 외측 커프 가장자리가 상기 제2 영역에서의 절삭부의 외측 커프 가장자리와 실질적으로 정렬하도록, 상기 제3 영역에서 절삭 전류를 강하시켜 감소 재료를 제거하는 단계와;
상기 절삭 전류가 거의 제로 암페어에 도달한 이후에 상기 플라즈마 절삭 시스템의 토치 속도를 감속시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 방법.
제53항에 있어서, 상기 제3 영역에서의 상기 절삭부의 외측 커프 가장자리가 상기 제1 영역에서의 절삭부의 외측 커프 가장자리와 교차하는 지점에서, 상기 절삭 전류가 거의 제로 암페어에 도달하도록, 상기 제3 영역에서 상기 절삭 전류를 강하시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 방법.
제53항에 있어서, 상기 감소 재료는 상기 제1 영역에서의 절삭부의 외측 커프 가장자리와 상기 제3 영역에서의 상기 절삭부의 외측 커프 가장자리에 의하여 적어도 부분적으로 한정되는 것을 특징으로 하는 절삭 방법.
제53항에 있어서, 상기 절삭부의 상기 제2 영역의 명령 속도보다 빠른 명령 속도로 상기 제3 영역에서 절삭하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 방법.
구멍 특징부에서 결함을 감소시키는 플라즈마 절삭 시스템을 이용하여 공작물에 구멍 특징부를 절삭하는 방법에 있어서,
플라즈마 가스 유동을 개시하는 단계와;
파일럿 아크를 점화하기 위하여 전류 유동을 개시하는 단계와;
상기 공작물에 아크를 전달하는 단계와;
상기 공작물을 피어싱하는 단계와;
상기 공작물에 대하여 절삭 아크와 절삭 속도를 설정하는 단계와;
구멍 절삭 경로에서 제1 지점 이후에 상기 절삭 속도를 제2 절삭 속도로 상승시키는 단계와;
상기 절삭 속도를 줄이지 않고 상기 구멍 절삭 경로에서 제2 지점 이후에 절삭 전류를 강하시키는 단계와;
상기 절삭 전류가 거의 제로 암페어에 도달할 때까지 상기 제2 절삭 속도를 실질적으로 유지하거나, 상기 절삭 전류가 거의 제로 암페어에 도달하기 전에 상기 제2 절삭 속도를 제3 절삭 속도로 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 방법.
제57항에 있어서, 제1 명령 속도로 상기 구멍 절삭 경로의 제1 영역에서 절삭하는 단계와, 상기 제1 명령 속도 보다 빠른 제2 명령 속도로 상기 구멍 절삭 경로의 제2 영역에서 절삭하는 단계의 포함을 증대시키는 것을 특징으로 하는 절삭 방법.
제58항에 있어서, 상기 제1 영역은 절삭부의 도입부를 한정하며, 상기 제2 영역은 상기 구멍 특징부의 주변부의 적어도 일부를 한정하는 것을 특징으로 하는 절삭 방법.
제58항에 있어서, 상기 제1 명령 속도는 상기 구멍 특징부의 직경에 기초하는 것을 특징으로 하는 절삭 방법.
제57항에 있어서, 상기 구멍 절삭 경로에서 상기 제2 지점 이후에 상기 절삭 전류를 감소시키는 단계와, 상기 구멍 절삭 경로에서 상기 제1 지점에 거의 인접하여 절삭 아크를 소멸시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 방법.
제57항에 있어서,
상기 구멍 절삭 경로에서 상기 제2 지점으로부터 절삭하고, 상기 구멍 절삭 경로에서 상기 제1 지점으로 귀환하여 상기 공작물에 상기 구멍 특징부를 형성하는 단계와,
상기 구멍 절삭 경로에서 상기 제2 지점으로부터 상기 구멍 절삭 경로에서 상기 제1 지점까지 절삭하는 동안 상기 절삭 전류를 강하시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 방법.
제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역을 갖는 경로의 적어도 일부를 따라 공작물에 구멍 특징부를 절삭하기 위한 플라즈마 아크 토치 시스템에 있어서, 플라즈마 아크 토치 시스템은
전극과 노즐을 갖는 플라즈마 토치와;
절삭 전류를 플라즈마 아크 토치에 제공하는 리드(lead)와;
상기 플라즈마 토치에 부착된 겐트리(gantry)와;
상기 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역에서 플라즈마 아크 토치의 절삭 변수를 제어하는 컴퓨터 수치 제어기를 포함하며,
상기 컴퓨터 수치 제어기는
적어도 부분적으로 상기 구멍 특징부의 직경에 기초하여 상기 제1 영역에 대하여 제1 명령 속도를 제공하고, 상기 제2 영역에 대하여 상기 제1 명령 속도보다 빠른 제2 명령 속도를 제공하기 위한 제1 수단과;
상기 제3 영역에 대한 제3 절삭 전류를 제공하기 위한 제2 수단을 설정하며,
상기 제3 절삭 전류는, 상기 제1 영역에서 절삭부의 외측 커프 가장자리가 상기 제3 영역의 외측 커프 가장자리와 실질적으로 교차하는 지점에서 상기 제3 절삭 전류가 거의 제로 암페어에 도달하도록, 강하하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 아크 토치 시스템.
제63항에 있어서, 상기 컴퓨터 수치 제어기는 상기 플라즈마 아크 토치의 상기 절삭 변수를 식별하기 위하여 룩업 테이블을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 아크 토치 시스템.
제63항에 있어서, 상기 제3 영역에서의 상기 절삭부의 외측 커프 가장자리가 상기 제2 영역에서의 절삭부의 외측 커프 가장자리와 실질적으로 정렬하도록, 상기 제3 절삭 전류를 강하하여 감소 재료를 제거하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 아크 토치 시스템.
정보 캐리어 상에 명백하게 구체화되며, 플라즈마 아크 토치 절삭 시스템용 컴퓨터 수치 제어기 상에서 조작 가능한 컴퓨터 판독 가능 제품에 있어서,
상기 컴퓨터 판독 가능 제품은 상기 컴퓨터 수치 제어기가 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역을 갖는 경로의 적어도 일부를 따라 공작물에 구멍 특징부를 절삭하기 위한 절삭 변수를 선택하도록 명령어를 포함하며,
상기 절삭 변수는 적어도 부분적으로 상기 구멍 특징부의 직경에 기초하여 상기 제1 영역에 대한 제1 명령 속도와 절삭부의 상기 제2 영역에 대한 제2 명령 속도, 또는 상기 제3 영역에 대한 제3 절삭 전류를 구비하고,
상기 제2 명령 속도는 상기 제1 명령 속도보다 빠르며,
상기 제3 절삭 전류는, 상기 제1 영역에서 절삭부의 외측 커프 가장자리가 상기 제3 영역의 외측 커프 가장자리와 실질적으로 교차하는 지점에서 상기 제3 절삭 전류가 거의 제로 암페어에 도달하도록, 강하하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독 가능 제품.
제66항에 있어서, 상기 제3 영역에서의 상기 절삭부의 외측 커프 가장자리가 상기 제2 영역에서의 상기 절삭부의 외측 커프 가장자리와 실질적으로 정렬하도록, 상기 제3 절삭 전류가 강하하여 감소 재료를 제거하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독 가능 제품.
구멍 특징부 내에서 결함을 감소시키기 위하여 플라즈마 아크 토치를 이용하여 공작물에 구멍 특징부를 절삭하고, 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역을 갖는 경로의 적어도 일부를 따라 절삭하는 방법에 있어서,
상기 제3 영역에서 절삭하기 위하여 다수의 절삭 전류 강하 운전 중 어느 하나를 선택하는 단계로서, 상기 다수의 절삭 전류 강하 운전 중 어느 하나는 상기 구멍 특징부의 직경의 함수인, 상기 선택 단계와;
상기 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역이 실질적으로 교차하는 위치에서, 토치 헤드가 상기 제3 영역으로부터 상기 제2 영역까지 통과할 때 플라즈마 절삭 전류를 소멸시키는 단계와;
토치 헤드가 상기 제3 영역으로부터 상기 제2 영역까지 통과할 때까지 상기 제3 영역에서 토치 속도를 실질적으로 유지하거나 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
구멍 특징부 내에서 결함을 감소시키기 위하여 플라즈마 아크 토치를 이용하여 공작물에 구멍 특징부를 절삭하고, 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역을 갖는 경로의 적어도 일부를 따라 절삭하는 방법에 있어서,
플라즈마 가스 유동을 개시하는 단계와;
파일럿 아크를 점화하기 위하여 전류 유동을 개시하는 단계와;
상기 공작물에 아크를 전달하는 단계와;
상기 공작물을 피어싱하여 상기 구멍 특징부의 절삭을 개시하는 단계와;
상기 경로의 상기 제1 영역과 상기 제2 영역을 따라 절삭하는 단계와;
상기 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역이 실질적으로 교차하는 위치에서, 절삭 전류가 소멸되도록, 상기 제3 영역에서의 제1 지점에서 상기 절삭 전류의 강하를 개시하는 단계로서, 상기 제3 영역에서의 상기 제1 지점은 상기 절삭 전류의 강하 시간에 기초하여 결정되는, 상기 단계와;
상기 토치 속도가 제2 지점 이후의 예정된 거리에서 거의 제로에 도달할 수 있도록 상기 플라즈마 아크 토치를 감속시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제69항에 있어서, 상기 예정된 거리는 약 1/4인치인 것을 특징으로 하는 방법.
제69항에 있어서, 약 55ipm의 구멍 절삭 속도와 약 5mG의 테이블 가속에 대한 예정된 거리는 약 1/4인치인 것을 특징으로 하는 방법.
플라즈마 절삭 시스템을 이용하여 제1 영역과 제2 영역을 갖는 경로의 적어도 일부를 따라 공작물에 구멍 특징부를 절삭하는 방법에 있어서,
플라즈마 가스 유동을 개시하는 단계와;
파일럿 아크를 점화하기 위하여 전류 유동을 개시하는 단계와;
상기 공작물에 아크를 전달하는 단계와;
상기 공작물을 피어싱하는 단계와;
가속 곡선의 일부를 구성하는 제1 토치 속도를 설정하는 제1 명령 속도를 이용하여 상기 제1 영역에서 절삭하는 단계와;
상기 가속 곡선의 일부를 구성하며 상기 제1 명령 속도보다 빠른 제2 토치 속도를 설정하는 제2 명령 속도를 이용하여 상기 제2 영역에서 절삭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 방법.
플라즈마 절삭 시스템을 이용하여 제1 영역과 제2 영역을 갖는 경로의 적어도 일부를 따라 공작물에 구멍 특징부를 절삭하는 방법에 있어서,
플라즈마 가스 유동을 개시하는 단계와;
파일럿 아크를 점화하기 위하여 전류 유동을 개시하는 단계와;
상기 공작물에 아크를 전달하는 단계와;
상기 공작물을 피어싱하는 단계와;
상기 제1 영역과 상기 제2 영역이 제1 토치 속도로 실질적으로 교차하는 지점을 절삭하는 단계와;
상기 제1 토치 속도보다 빠른 제2 토치 속도로 상기 제2 영역의 적어도 일부를 절삭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 방법.