JP2004351449A - プラズマ切断装置及びそれの制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】プラズマアーク切断において、製品の切断品質、特に穴の切断品質を高める。
【解決手段】プラズマトーチ(6)にアーク電流とプラズマガスとを供給して前記プラズマトーチ(6)のノズルから板材(W)へとプラズマアーク(A)を形成しつつ、前記プラズマトーチ(6)を製品の形状に応じた切断経路に沿って切断速度で移動させて前記板材(W)を切断し、それにより、板材(W)から製品を切り出すためのプラズマ切断装置(1)を制御する制御装置(36)が、穴を切断するときは、外形を切断するときに比べて、切断速度を低く、アーク電流の値を小さく、且つ、プラズマガス流量又は圧力を小さく制御するようになっている。
【選択図】 図5
【解決手段】プラズマトーチ(6)にアーク電流とプラズマガスとを供給して前記プラズマトーチ(6)のノズルから板材(W)へとプラズマアーク(A)を形成しつつ、前記プラズマトーチ(6)を製品の形状に応じた切断経路に沿って切断速度で移動させて前記板材(W)を切断し、それにより、板材(W)から製品を切り出すためのプラズマ切断装置(1)を制御する制御装置(36)が、穴を切断するときは、外形を切断するときに比べて、切断速度を低く、アーク電流の値を小さく、且つ、プラズマガス流量又は圧力を小さく制御するようになっている。
【選択図】 図5
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、板材から製品を切り出すためのプラズマ切断装置及びそれの制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種のプラズマ切断装置の一つとして、旋回するプラズマアークの周囲に同方向へ旋回するアシストガス旋回流を供給してプラズマアーク切断を行なうプラズマ切断装置が知られている。プラズマアーク切断では、プラズマアークの緊縮により、板材の断面形状は下へ向かうほど狭くなるテーパ形状になるが、このプラズマ切断装置は、アシストガス旋回強度(又はアシストガス流量)を調節することで、板材下面に垂直な面と切断面とのなす角であるベベル角(つまり切断面のテーパの程度)を調整することができる。
【0003】
しかし、切断面のテーパの程度は、通常、切断速度に応じて異なる。そのため、例えばベベル角が丁度0度になるようアシストガスの旋回強度(又はアシストガス流量)を設定しておいたとしても、切断速度が変化したときには、ベベル角が過修正され0度にならないという問題が生じる。
【0004】
また、図1に示すように、板材300の切断最前面110では、上側より下側の方が切断が遅れるという現象がある(以下、切断最前面110の上縁に対する下縁の切断が遅れた分の距離130を「切断遅れ」という)。そのため、特にコーナや急カーブのように切断方向が大きく変わる箇所で、カーフ50の上側の軌跡150と下側の軌跡170との間に位置的なずれが生じる。
【0005】
こうした原因によって生じる切断品質の悪化を解消するために、アシストガス流量(又はアシストガス旋回強度)を切断速度に応じて調節する、具体的には、切断速度が比較的高速のときに、アシストガス流量(又はアシストガス旋回強度)を比較的大きくし、切断速度が比較的低速のときに、アシストガス流量(又はアシストガス旋回強度)を比較的小さくすることで、ベベル角を好適にするプラズマ切断方法が考えられている(例えば特許文献1)。
【0006】
【特許文献1】
特開2000−317639号公報。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来技術の方法でプラズマアーク切断を行なっても、製品の穴を切断する場合には、必ずしも良好な切断品質が得られない場合がある。それは、主に以下の(1)〜(4)の要因による。
【0008】
(1)切断遅れ
穴のサイズは、製品の外形のサイズに比べて非常に小さいので、穴を切断する場合は、外形を切断する場合よりも切断遅れの影響が強い。例えば、図2に示すように、穴切断で切断遅れがあると、穴310の上側の径DUよりも下側の径DLの方が小さくなるが、そのことが目に付きやすい。
【0009】
(2)プラズマアークのガス流による中心方向への流れ
外形切断では、切断中、プラズマアークの移動方向に対してプラズマアークの左右両側に空間が生じることはなく(つまり、カーフの左右側に空間が生じることなく)、それ故、プラズマアークに対する左右両側からの圧力は略等しい。しかし、穴切断では、プラズマアーク切断によって形成されるカーフ幅に対して穴径が小さい等の場合には、切断中、プラズマアークの右又は左側(換言すれば、穴の中心側)に空間が生じる場合があり、それ故、プラズマアークに対する穴中心側への圧力が穴外側への圧力よりも大きくなる場合がある。そのため、穴切断では、プラズマアークが穴中心方向に流れ、それ故、穴の上側と下側の軌跡が異なって、例えば図2に示したような状態になる。
【0010】
(3)切断面に生じる凹凸
穴切断では、通常多くの場合、図3に示すように、穴310の内側の所定位置P1をプラズマアークでピアッシングした後、てプラズマアークを形成し、そのプラズマアークを穴310の輪郭上の所定位置(以下、「周回開始位置」と言う)PSに移動させ、その周回開始位置PSから、プラズマアークを穴310の輪郭に沿って周回させることで、穴310が形成切断される(点線は、カーブフの軌跡を示す)。その際、プラズマアークによる切断最前面が曲状になっており、上述した切断遅れやプラズマアークの中心方向への流れなどの現象が存在するために、プラズマアークを穴310の輪郭上を精度良く周回させても、周回開始位置PSと、穴310が形成された時点でのプラズマアークの位置、すなわち、プラズマアークの周回終了位置PGとの間には若干の位置ずれ、プラズマアークによる切断最前面が曲状になっていが生じるが故に、切断面に凹凸320が生じる。
【0011】
(4)プラズマアークを噴出するプラズマトーチのノズルの劣化
切断回数の増加に伴い、プラズマアークを噴出するプラズマトーチのノズルが劣化する。すると、プラズマアークに対する左右両側の圧力バランスが異なってしまう場合がある。穴切断では、その圧力バランスは、上記(2)で述べたように、外形切断に比べて切断品質に大きく影響する。そのため、切断回数の増加に伴いノズルが劣化すると、穴の切断品質が悪くなる虞がある。
【0012】
以上の(1)〜(4)の要因のうち、少なくとも(1)の切断遅れは、穴の切断品質ほどではないが、製品の外形の切断品質にも悪い影響を与える。
【0013】
従って、本発明の目的は、プラズマアーク切断において、製品の切断品質、特に穴の切断品質を高めることにある。
【0014】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
この欄の記述において、カッコ内の数字は、添付の図面に記載の要素との対応関係を例示するものであるが、これは、単なる説明のための例示にすぎず、本発明の技術的範囲を限定する趣旨ではない。
【0015】
本発明に従うプラズマ切断装置(1)は、プラズマトーチ(6)にアーク電流とプラズマガスとを供給してプラズマトーチ(6)のノズルから板材(W)へとプラズマアーク(A)を形成しつつ、プラズマトーチ(6)を製品の形状に応じた切断経路に沿って切断速度で移動させて板材(W)を切断し、それにより、その板材(W)から製品を切り出すためのものであって、切断速度、アーク電流の値及びプラズマガスの流量又は圧力を含む切断状態を制御するための制御装置(36)を備える。その制御装置(36)は、製品の形状が、穴と外形とを持つ場合、穴を切断するときは、外形を切断するときに比べて、切断速度を低く(例えば、2000mm/分以下、望ましくは、1500mm/分以下)、アーク電流の値を小さく、且つ、プラズマガス流量又は圧力を小さく制御するようになっている。
【0016】
このプラズマ切断装置(1)によれば、穴切断のときには、外形切断のときに比べて切断速度を低くするので、切断遅れが切断品質に与える影響を小さくすることができる。また、その切断速度の低下に従って、アーク電流の値、及びプラズマガス流量又は圧力を小さくするので、穴切断のときは、外形切断のときに比べてプラズマアーク(A)のガス噴流が弱くなり、それ故、切断遅れ、プラズマアーク(A)に対する左右側の圧力バランス、ノズルの劣化、及び切断面に生じる凹凸の少なくとも1つ(以下、「切断遅れ等」と言う)による切断品質への悪い影響を小さくすることができる。
【0017】
第1の好適な実施形態では、プラズマトーチ(6)にはアシストガスが更に供給され、制御装置(36)は、穴を切断するときは、外形を切断するときに比べて、アシストガス流量又は圧力も小さく制御するようになっている。これにより、切断遅れ等による切断品質への悪い影響をより小さくすることが図れる。
【0018】
第2の好適な実施形態では、制御装置(36)は、穴を切断するときは、板材(W)の板厚と穴の径との比率に応じて切断状態を制御するようになっている。本出願人による実験等によれば、切断遅れ等が切断品質に与える悪い影響の度合いが、板厚と穴の径との比率によって異なることが得られた。これに鑑みて、この第2の好適な実施形態では、板厚と穴の径の各々が違っていても、それらの比率さえ同じであれば、同一の切断状態で穴切断が行なわれるし、逆に、板厚が同じであっても穴の径が違っていたり、穴の径が同じであっても板厚が違っていたりすれば、異なる切断状態で穴切断が行なわれる。つまり、この第2の実施形態によれば、穴の径と板厚との両方に基づいた切断状態で穴切断が行なわれるので、穴の切断品質をより良好にすることが図れる。
【0019】
第3の好適な実施形態では、第2の好適な実施形態において、前記制御装置(36)が、前記穴を切断するときは、前記板厚に対する前記穴の径の比率が大きい程、前記切断速度を高く、前記アーク電流の値を大きく、且つ、前記プラズマガス流量又は圧力を大きく制御するようになっている。すなわち、制御装置(36)は、板厚が同じ場合には穴の径が大きいほど、及び、穴の径が同じ場合には板厚が小さいほど、前記切断速度を高く、前記アーク電流の値を大きく、且つ、前記プラズマガス流量又は圧力を大きく制御するようになっている。この第3の好適な実施形態によれば、切断しようとする穴が、切断遅れ等の悪い影響が切断品質に現れにくいものであるときには、切断速度を高く、且つ、プラズマアーク(A)のガス噴流を強くして、穴切断が行なわれる。このため、穴の切断品質を良好にしつつ、製品の生産速度を高めることができる。
【0020】
第4の好適な実施形態では、前記制御装置(36)は、前記板材(W)の材質及び板厚と、前記プラズマトーチ(6)のノズル径とに基づいて、前記外形を切断するときの前記切断状態を制御し、且つ、前記板材(W)の材質と、前記板厚と、前記ノズル径と、前記板厚に対する前記穴の径の比率とに基づいて、前記穴を切断するときの前記切断状態を制御するようになっている。この第4の好適な実施形態によれば、板材(W)の材質及び板厚と、ノズル径とに応じた適切な切断状態で外形切断及び穴切断が行なわれるので、製品の切断品質をより良好にすることが図れる。特に、穴切断では、板厚に対する穴の径の比率が同じであっても、板材(W)の材質、板厚及びノズル径のうちの少なくとも1つの条件が異なれば、それに応じた別の適切な切断状態で切断が行なわれるので、切断品質をより良好にすることが図れる。
【0021】
第5の好適な実施形態では、第4の好適な実施形態において、前記制御装置(36)は、前記穴を切断するときは、前記板厚に対する前記穴の径の比率が大きい程、前記切断速度を高く、前記アーク電流の値を大きく、且つ、前記プラズマガス流量又は圧力を大きく制御するようになっている。この第5の好適な実施形態によれば、切断しようとする穴が、それの切断品質に、切断遅れ等の悪い影響が現れにくいものであるときには、切断速度を高く、且つ、プラズマアーク(A)のガス噴流を強くして、穴切断が行なわれる。このため、全体として、穴の切断品質を良好にしつつ、製品の生産速度を高めることができる。
【0022】
第6の好適な実施形態では、第4の好適な実施形態において、前記制御装置(36)は、前記板材(W)の材質と、前記板材(W)の板厚と、前記プラズマトーチ(6)の前記ノズルの径との組合せ毎に、外形用の制御設定と、前記板厚に対する前記穴の径の比率において異なる複数レベルの穴用の制御設定とを有している。この場合、前記制御装置(36)は、所与の材質及び板厚を持つ板材(W)から所与のノズル径を持つプラズマトーチ(6)を用いて製品を切り出す場合、外形を切断するときは、前記所与の材質及び板厚と前記所与のノズル径とに対応した外形用の制御設定を用いて、前記切断状態を制御し、所与の径を持つ穴を切断するときには、前記所与の材質及び板厚と前記所与のノズル径とに対応した前記複数レベルの穴用の制御設定のうち、前記所与の板厚に対する前記所与の径の比率に対応したレベルの穴用の制御設定を用いて、前記切断状態を制御する。この第6の好適な実施形態によれば、外形切断は、板材(W)の材質と、前記板材(W)の板厚と、前記プラズマトーチ(6)の前記ノズルの径との組合せに応じた適切な切断状態で行なわれるので、外形の切断品質をより良好にすることができる。また、この実施形態によれば、穴切断は、上記組合せと、板厚に対する穴の径の比率に応じた穴のレベルとの両方に応じた適切な切断状態で行なわれるので、穴の切断品質をより良好にすることができる。
【0023】
第7の好適な実施形態では、前記制御装置(36)は、前記外形の切断中、その切断の進行に伴って前記プラズマトーチ(6)の前記移動経路の曲率が変わっても、前記切断状態を実質的に一定に維持する。切断の最中に切断状態を切り替えると、切断状態を切替えてから実際にその切断状態になるまでの応答遅れ等によって、切断品質が悪くなる場合があり得るが、この第7の実施形態によれば、外形の切断中、プラズマトーチ(6)の移動経路の曲率が変わることがあっても切断状態を一定に維持するので、切断状態の切り替えによって起こり得る外形の切断品質の悪化を未然に防ぐことができる。
【0024】
なお、「切断状態を実質的に一定に維持する」とは、切断の開始及び終了のときに、切断中のときとは異なる切断状態にされたとしても、この実施形態の範囲に含まれることを意味するものである。すなわち、例えば、プラズマアーク切断には、パイロットアークを点火する直前からパイロットアークがメインアークに移行するまでの区間(以下、「切断開始時」という)と、パイロットアークがメインアークに移行してから、切断を行っている区間(以下、「切断中」という)と、メインアークが消えた後電極の温度が所定温度に下がるまでの区間(以下、「切断終了時」という)との3つの区間がある。切断開始時や切断終了時には、切断中とは異なる切断状態にされる(例えば、プラズマガスの流量又は圧力は、切断中(メインフロー時)よりも切断開始時(プリフロー時)及び切断終了時(ポストフロー時)の方が小さくなる)。このように、切断の開始や終了時に切断状態の変更が行なわれても、切断中に切断状態が変更されず一定に維持されていれば、この実施形態の作用効果を奏することができる。そのため、上記のような切断状態の変更が行われたとしても、「切断状態を実質的に一定に維持する」に含まれるのである(このことは、以下も同様である)。
【0025】
第8の好適な実施形態では、前記制御装置(36)は、1つの前記穴の切断中、その切断の進行に伴って前記プラズマトーチ(6)の前記移動経路の曲率が変わっても、前記切断状態を実質的に一定に維持する。切断の最中に切断状態を切り替えると、上述したように、切断状態を切替えてから実際にその切断状態になるまでの応答遅れ等によって、切断品質が悪くなる場合があり得るが、この第8の実施形態によれば、穴の切断中に、プラズマトーチ(6)の移動経路の曲率が変わることがあっても切断状態を一定に維持するので、切断状態の切り替えによって起こり得る穴の切断品質の悪化を未然に防ぐことができる。
【0026】
【発明の実施の形態】
図4は、本発明の一実施形態に係るプラズマ切断装置の本体部分の全体の外観を示す。
【0027】
このプラズマ切断装置1には、板材Wを支持する切断定盤(切断架台)2が矩形状のフレーム3の内側空間に配されるとともに、このフレーム3を跨ぐように門形の走行ビーム4が配され、この走行ビーム4上にキャリッジ5が配されて、そのキャリッジ5にプラズマトーチ6が装着されている。
【0028】
走行ビーム4は、X軸モータ7の駆動によりフレーム3の長手方向(X軸方向)に配されるX軸レール8に沿ってX軸方向に走行可能とされ、キャリッジ5は、Y軸モータ9の駆動により走行ビーム4上に配されるY軸レール10に沿ってY軸方向に走行可能とされている。また、プラズマトーチ6は、Z軸モータ11の駆動によりキャリッジ5に対して上下方向(Z軸方向)に移動可能とされている。こうして、各モータ7,9,11を制御することで、プラズマトーチ6は板材(つまり板状のワーク)Wの任意の位置へ移動されるとともに、任意の高さ位置に位置決めされて板材Wの切断加工が行われる。
【0029】
図4に示した本体部分には、更に、図4には示されないプラズマガス(プラズマメインガス)の供給装置、アシストガス(プラズマアシストガス)の供給装置、アーク電源ユニット及び数値制御(NC)装置、並びにこれらの付属装置や周辺装置などが接続又は結合される(これらについては、後に図6を参照して説明する)。
【0030】
図5に、プラズマトーチ6の断面を示す。
【0031】
プラズマトーチ6は、略多重円筒形状であって、略中心部に配される略円柱状の電極15と、この電極15の外周側を覆うように配される略円筒状のノズル16と、このノズル16の外周側に配される略円筒状の第1ノズルキャップ17と、この第1ノズルキャップ17の外周側に配される略円筒状の第2ノズルキャップ18とを備えている。そして、電極15とノズル16との間に画成される先端部開放空間がプラズマガス通路19とされ、ノズル16と第1ノズルキャップ17との間に画成される閉空間が冷却水通路20とされ、第1ノズルキャップ17と第2ノズルキャップ18との間に画成される先端部開放空間がアシストガス通路21とされている。
【0032】
電極15のプラズマアーク発生点となる先端部には、プラズマアークの高熱に耐え得る高融点材料製(例えば、ハフニウム製,ジルコニウム製,合金製等)の耐熱インサート22が装着されている。また、ノズル16の先端部にはノズルオリフィス23が設けられ、プラズマガス通路19により供給されるプラズマガス(例えば酸素ガス)がそのノズルオリフィス23から板材Wに向けて噴出されるようになっている。さらに、第2ノズルキャップ18の先端開口部にはシールドキャップ24が装着され、アシストガス通路21により供給されるアシストガス(例えば空気)がそのシールドキャップ24先端の噴出口25から噴出されるようになっている。
【0033】
プラズマガス通路19には、プラズマガス通路19を通過するプラズマガスを旋回流にしてノズルオリフィス23から板材Wに噴出するためのプラズマガススワラ34が嵌め込まれている。同様に、アシストガス通路21には、アシストガス通路21を通過するアシストガスを旋回流にして噴出口25から板材Wに噴出するためおアシストガススワラ35が嵌め込まれている。このような2重の旋回気流によって、板材Wにおける切断溝(カーフ)の形状を変化させることが可能となり、プラズマガスとアシストガスとの各供給量を調整してベベル角を調整することが可能となっている。
【0034】
以上のような構成により、プラズマガス通路19にプラズマガスを供給した状態で、電極15と板材Wとの間にパイロットアークを着火させると、電離された導電性を持つプラズマガスがノズルオリフィス23を通じて板材Wに噴出され、電極15−板材W間にプラズマアークAが着火される。このプラズマアークAは、ノズルオリフィス23による拘束性とプラズマガス気流による熱的ピンチ作用が効果的に働くことにより、高温でかつ高密度エネルギーを有するプラズマアークとなる。このようにして形成されるプラズマアークAが板材Wを溶融して、ピアッシングおよび切断が行われる。
【0035】
図6は、本実施形態に係るプラズマ切断装置1の本体部分、プラズマガス供給装置、アシストガス供給装置、アーク電源ユニット及びNC装置、並びに各種の付属装置や周辺装置などを合わせた全体のシステム構成を示す。
【0036】
このプラズマ切断装置1には、プラズマガス供給ライン26と、アシストガス供給ライン30と、サーボコントロール部37と、プラズマ電源ユニット13と、切断高さコントロール部40と、NC(Numerical Control)装置36と、CAD/CAM装置38と、NCデータベース39と、NC装置36とが備えられている。
【0037】
プラズマガス供給ライン36は、プラズマガス供給装置27からプラズマトーチ6のプラズマガス通路19へと供給されるプラズマガスのガス供給ラインである。プラズマガス供給ライン26には、その下流側に向けて順に、NC装置36からの信号に基づいて弁を開閉することによりプラズマガスの供給及び遮断を行なう電磁開閉弁28と、NC装置36からのアナログ電圧信号に基づいてプラズマガスの圧力(換言すれば、プラズマガスの供給量)を調整する空電レギュレータ29とが介挿されている。
【0038】
アシストガス供給ライン30は、アシストガス供給装置31からプラズマトーチ6のアシストガス通路21へと供給されるアシストガスのガス供給ラインである。アシストガス供給ライン30には、その下流側に向けて順に、NC装置36からの信号に基づいて弁を開閉することによりアシストガスの供給及び遮断を行なう電磁開閉弁32と、NC装置36からのアナログ電圧信号に基づいてアシストガスの圧力(換言すれば、アシストガスの供給量)を調整する空電レギュレータ33とが介挿されている。
【0039】
また、サーボコントロール部37は、NC装置36からの制御信号に基づいて、図4を参照して説明したX軸モータ7、Y軸モータ9およびZ軸モータ11を制御し、それにより、プラズマトーチ6のZ方向における位置(つまり、ピアッシング時や切断時の高さ)や、プラズマトーチ6のXY方向への移動(つまり移動経路)を制御するようになっている。
【0040】
プラズマ電源ユニット13は、それの一方の端子(マイナス端子)が、トーチケーブル12を介してトーチ6の電極15に接続され、他方の端子(プラス端子)が、母材ケーブル14を介して板材W(もしくは切断定盤2)に接続され、それにより、プラズマトーチ6の電極15と板材Wとの間に電圧(以下、「プラズマアーク電圧」と言う)を印加してアーク電流を供給することができるようになっている。プラズマ電源ユニット13は、NC装置36からの電流指令信号(つまり指定されたアーク電流値)に基づいて、プラズマトーチ6に供給するアーク電流の値を制御する。また、プラズマ電源ユニット13は、定期的に又は所定のタイミングで、プラズマアーク電圧の値を切断高さコントロール部40に入力する。
【0041】
切断高さコントロール部40は、NC装置36に通信可能に接続されており、プラズマ電源ユニット13から入力されるプラズマアーク電圧値に基づいて、プラズマトーチ6の高さを演算し、演算された高さを表す高さ信号をNC装置36に入力する。
【0042】
CAD/CAM装置38は、CAD(Computer−Aided Design)機能と、CAM(Computer−AidedManufacturing)機能とを備えたコンピュータシステムである(これは、CAD機能やCAM機能を発揮するためのソフトウェアがイントールされたパーソナルコンピュータであっても良いし、CAD機能及びCAM機能を発揮するための専用マシンであっても良く、NC装置36などを含むプラズマ切断装置1から物理的に切り離された独立のマシンであってもよいし、NC装置36などと通信ネットワークなどで通信可能に接続されたマシンであってもよいい)。CAD/CAM装置38は、板材Wから切り出す製品の形状に関するデータ(以下、「製品形状データ」と言う)を作成したり、その製品形状データ等に基づいて、NC装置36をしてプラズマアーク切断の切断状態を制御させるためのコンピュータプログラム(以下、「切断制御プログラム」と言う)を作成したりする。作成された切断制御プログラムは、CD−ROM等の可搬型記録媒体又は通信ネットワーク等の所定の媒体を介して、NC装置36に入力される(切断制御プログラムの具体的な内容等については後述する)。
【0043】
NCデータベース39には、切断速度、アーク電流値、プラズマガス流量又は圧力、及びアシストガス流量又は圧力を含む切断状態を制御するために用いられる条件に関する数値(以下、「制御設定値」と言う)が記録された制御設定テーブルが格納されている。制御設定テーブルは、切断条件(例えば、板材の材質、板厚、ノズル径、外形切断か穴切断か、穴の場合には穴径と板厚との比率などの組み合わせ)の様々なバリエーションにそれぞれ対応した最適な制御設定値を記録しており、切断制御プログラムを実行するを用いてNC装置36よって参照すされることにより、その切断制御プログラムに従って行われるべき切断に際して、そのときの具体的な切断条件に対応した最適の設定すべき制御設定値を選択してNC装置36に設定識別することができるようになっている(制御設定テーブルの具体的な内容については後述する)。
【0044】
NC装置36は、CAD/CAM装置38によって作成された切断制御プログラムを入力し、その切断制御プログラムを用いて、NCデータベース39内の制御設定テーブルを参照することにより、その切断制御プログラムが指定する切断条件に対応したに際して用いるべき最適な制御設定値を選択して、これを切断で用いるべき制御設定として設定識別する。そして、NC装置36は、その切断制御プログラムに従って切断を行うときに、設定識別された制御設定値に基づいて、切断速度、アーク電流値、プラズマガス流量又は圧力、及びアシストガス流量又は圧力を含む切断状態を制御する。具体的には、切断速度を制御する場合、NC装置36は、サーボコントロール部37に任意値の制御信号を入力することで、サーボコントロール部36をしてプラズマトーチ6の切断速度を制御させる。また、NC装置36は、プラズマ電源ユニット13に任意値の電流指令信号を入力することで、プラズマ電源ユニット13をしてプラズマトーチ6に供給するアーク電流の値を制御させる。また、NC装置36は、電磁開閉弁28、32にON/OFF信号を入力し且つ空電レギュレータ29、33に任意値のアナログ電圧信号を入力することにより、プラズマガス流量又は圧力、及びアシストガス流量又は圧力を制御する。
【0045】
以上が、本実施形態に係るプラズマ切断装置1の概要である。次に、CAD/CAM装置38によって作成される切断制御プログラムを説明する。
【0046】
図7は、CAD/CAM装置38によって作成される切断制御プログラムの一例を示す。
【0047】
切断制御プログラム700には、この切断制御プログラム700に従って行なわれる切断作業において使用される板材Wの材質、板厚、及びプラズマトーチ6のノズル径(例えば直径)の組合せによって決定される切断条件コード(以下、「Aコード」と言う)と、その切断作業で切出すべき複数(又は1つ)の製品にそれぞれ対応した複数の製品切断制御情報200、200、…とが記述されている。
【0048】
Aコードは、図8に例示するテーブル、すなわち、板材Wの材質(例えば、軟鋼、ステンレス鋼、アルミニウムなど)、板厚(mm)、及びノズル径(mm)の組合せ毎に予め所与の割り当てられたAコードが記述されているAコード割付テーブルを参照することにより決定されるものである。すなわち、CAD/CAM装置38は、板材Wの材質、板厚、及びノズル径をユーザに入力させ、ユーザから入力された板材Wの材質、板厚、及びノズル径に対応したAコードをAコード割付テーブルから抽出する(Aコード割付テーブルは、例えば、CAD/CAM装置38内部又は外部の図示しない記憶装置に格納されている)。なお、1つの切断制御プログラム700に記述されるAコードの数は、図8の例では1つである。よって、この切断制御プログラム700に従って行なわれる切断作業では、終始、同一の板厚及び板質の板材Wと、同一径のノズルが使用されることになる。しかし、例えば、一つの切断制御プログラム700によって実行される切断作業の途中で、その切断で使用されたノズルを径の異なる別のノズルに交換する、又は使用する板材Wを別の板厚(又は板質)のものに変える等が行なわれる場合には、同一の切断制御プログラム700にAコードが複数個記述されることがある。
【0049】
製品切断制御情報200の数は、この切断作業で切出される製品の総個数と同じである。例えば、切出される製品の種類が1種類であって、切出す製品の個数が20個であれば、製品切断制御情報200の数(つまり切出される製品の総個数)は20であるし、また、切出される製品の種類が2種類であって、それぞれの製品の個数が10個であれば、製品切断制御情報の数は20である。複数の製品切断制御情報200、200、…は、例えば、製品の切出し順序と同じ順序で並んでいる。
【0050】
各製品の製品切断制御情報200には、製品の形状を構成する要素形状(例えば、2つの穴を持った製品の場合、1つの外形と2つの穴の3つの要素形状からその製品の形状が構成される)毎に、その要素形状の種類が外形か穴か(穴であればどのレベルの穴か)を表す要素形状コード(以下、「Tコード」と言う)と、その要素形状の詳細制御情報300とが含まれている。例えば、1つの穴と1つの外形を持った製品の場合、その穴のTコードと詳細制御情報300と、外形のTコードと詳細制御情報300とが、その製品の製品切断制御情報200に含まれている。1つの製品が有する複数の要素形状のTコードと詳細制御情報300とのセットは、それら要素形状が切出される順序に従って並んでいる。穴と外形を持つ製品の場合、穴を切断した後に外形を切断するので、穴のTコードと詳細制御情報300とのセットの後に、外形のTコードと詳細制御情報300とのセットが並ぶ。
【0051】
Tコードは、前述したように、要素形状が外形であるか穴であるか、穴であるならばどのレベルの穴であるかを表すコードである。穴のレベルは、板材Wの板厚に対する穴の径の比率(以下、「穴比率」と略記する)に応じて複数、例えば3つある。第1の穴レベルは、穴比率が最も大きい(すなわち、板厚が一定ならば穴径が最も大きい、或いは、穴径が一定ならば板厚が最も小さい)ことを表すレベルである(以下、このレベルを「大レベル」と言う)。第2の穴レベルは、穴比率が最も小さい(すなわち、板厚が一定ならば穴径が最も小さい、或いは、穴径が一定ならば板厚が最も大きい)ことを表すレベルである(以下、このレベルを「小レベル」と言う)。第3の穴レベルは、穴比率が大レベルと小レベルの間であることを表すレベルである(以下、このレベルを「中レベル」と言う)。
【0052】
この実施形態では、Tコードは4種類ある。第1のTコードは、製品の外形であることを示すものである(図では「T0」と記載)。第2のTコードは、大レベルの穴であることを示すものである(図では「T1」と記載)。第3のTコードは、中レベルの穴であることを示す(図では「T2」と記載)。第4のTコードは、小レベルの穴であることを示すものである(図では「T3」と記載)。
【0053】
これら4種類のTコードのうちどの種類のTコードを採用するかは、CAD/CAM装置38が、穴の径を含んだ製品形状データと板材Wの板厚とをユーザに入力させ、その入力されたデータに基づいて決定する。
【0054】
要素形状毎に書かれている詳細制御情報300は、その要素形状を切断するときにプラズマ切断装置1の切断定盤2(つまりテーブル)上のどの位置でどのような種類の動作をどの順で行なうかを詳細に指示した制御情報である。具体的には、例えば、詳細制御情報300には、動作種類として、ピアッシングを指示するコード及びピアッシングする位置の切断定盤2上での座標、次に、プラズマトーチ6を移動させること(つまり切断)を指示するコード及びそのときの移動経路(切断経路)を表す座標、そして最後に、プラズマアークの発生を停止して切断を終了することを指示するコード及びその切断終了位置の切断定盤2上での座標等が記述されている。
【0055】
このような切断制御プログラム700が、CAD/CAM装置38から出力されてNC装置36に入力されたときは、NC装置36は、その切断制御プログラムに含まれているAコード及びTコードを用いて、NCデータベース39内の制御設定テーブルを参照することにより、切断に際して最適な制御設定値を選択して設定することができる。
【0056】
図9は、制御設定テーブルの一例を示す。
【0057】
制御設定テーブルには、複数のAコード(すなわち、板材Wの板質、板厚及びノズル径の組合せ)にそれぞれ対応した複数の制御設定情報が記録されている。各制御設定情報には、第1〜第4のTコード(すなわち、要素形状が外形か穴か、穴であればどのレベルの穴か)の各々に対応した複数種類の制御設定値が含まれている。複数種類の制御設定値としては、例えば、アーク電流値、切断速度、切断高さ(切断中のプラズマトーチの高さ)、ピアス高さ(ピアッシング時のプラズマトーチの高さ)、アシストガス流量(又は圧力)、及びプラズマガス番号がある(なお、プラズマガス番号は、プラズマガス流量又は圧力を示すものであり、例えば、ガス番号「1」は、0.9Mpaを表し、ガス番号「2」は、0.6Mpaを表す)。
【0058】
この図に示す制御設定テーブルには、Aコード毎に制御設定情報が記録されており、その制御設定情報に含まれている種々の制御設定値に基づいて、外形切断や穴切断の切断状態が制御される。Aコードは、前述したように、板材Wの材質と、板厚と、ノズル径との組合せ毎に用意されたものである。従って、この実施形態では、板材Wの材質と、板厚と、ノズル径とに基づいて、外形切断や穴切断の切断状態が制御される。具体的には、例えば、切断対象の穴の径が同じであっても、板材Wの材質、板厚、及びノズル径のうちの一つでも異なれば、異なる切断状態で外形切断及び穴切断が行われる。
【0059】
また、この図に示す制御設定テーブルでは、同一のAコード(すなわち、板材Wの板質、板厚及びノズル径の組合せ)において、Tコード「T1」〜「T3」に対応した(つまり穴切断の)切断速度が、Tコード「T0」に対応(つまり外形切断)のそれよりも低く設定されている。また、同一のAコードにおいて、Tコード「T1」〜「T3」に対応したアーク電流値とプラズマガス流量又は圧力とが、Tコード「T0」に対応のそれらよりも小さく設定されている。このため、穴切断のときは、外形切断のときに比べて、切断速度が低く、アーク電流の値が小さく、且つ、プラズマガス流量又は圧力が小さく制御される。
【0060】
また、この図に示す制御設定テーブルでは、同一のAコード(すなわち、板材Wの板質、板厚及びノズル径の組合せ)において、Tコード「T1」〜「T3」に対応した(つまり穴切断の)アシストガス流量又は圧力も、Tコード「T0」に対応の(つまり外形切断の)それよりも小さく設定されている。このため、穴切断のときは、外形切断のときに比べて、アシストガス流量又は圧力も小さく制御される。
【0061】
また、この図に示す制御設定テーブルには、板厚に対する穴の径の比率が小さい程(つまり穴レベルが「小」のもの程)、低い切断速度、小さいアーク電流値、小さいプラズマガス流量又は圧力、及び小さいアシストガス流量又は圧力が記録されている。このため、穴切断では、板厚が同じ場合(例えばAコードが同一の場合)には穴の径が小さいほど、一方、穴の径が同じ場合には板厚が大きいほど、切断速度が低く、アーク電流値が小さく、プラズマガス流量又は圧力が小さく、且つ、アシストガス流量又は圧力が小さく制御される。
【0062】
以下、CAD/CAM装置38を使用して製品の製品形状データを作成してから、プラズマ切断装置1においてその製品が切出されるまでの流れを説明する。なお、その説明では、その流れを分かり易くするため、切断される板材Wは1枚とする。
【0063】
(1)製品形状データの作成。
【0064】
CAD/CAM装置38は、ユーザ操作により、切出す製品の形状のデザインに関する製品形状データを作成し、作成した製品形状データを所定の記憶装置(図示せず)に格納する。製品形状データは、例えば、DXF(Drawing Interchange File)と呼ばれる形式のデータであり、少なくとも、製品の外形の輪郭やサイズ(寸法)を表すデータが含まれている。また、製品の形状が、外形の他に、1又は複数の穴を有している場合には、製品形状データには、例えば、穴毎に、穴の輪郭や、穴の径や、製品の外形における穴の位置(座標)を表すデータが含まれている。
【0065】
(2)切断制御プログラムの作成。
【0066】
(2−1)製品形状データの入力。
【0067】
CAD/CAM装置38は、ユーザに、板材Wから切り出す製品の製品形状データを入力させる。製品形状データの入力方法としては、例えば、予め登録されている1種類以上の製品形状データをディスプレイ画面に表示し、その1種類以上の製品形状データの中から、所望の1又は複数種類の製品形状データをユーザに選択させ、選択された1又は複数種類の製品形状データを、切出す製品の製品形状データとして入力する方法がある。
【0068】
(2−2)板材Wのサイズ(縦横寸法)、材質、板厚、及びノズル径の入力。
【0069】
また、切断制御プログラム700を作成するために、CAD/CAM装置38は、その切断制御プログラム700に従って行なわれる切断作業において切断する板材Wのサイズ(縦横寸法)、板材Wの材質、板材Wの板厚、及びプラズマトーチ6のノズル径もユーザに入力させる。
【0070】
(2−3)ネスティング処理及び製品の切出し順序の決定。
【0071】
CAD/CAM装置38は、入力された製品形状データの種類毎に、その製品形状データが表す製品を切出す個数をユーザに入力させ、その後、ネスティング処理を実行する。
【0072】
すなわち、CAD/CAM装置38は、入力された1又は複数種類の製品形状データと、その種類毎の製品切出し個数と、板材Wのサイズとに基づいて、板材Wから切り出される製品以外の部分(スクラップ)が最小となるように、切出す製品の切断ラインを板材W上に配置する。
【0073】
また、CAD/CAM装置38は、製品の切り出し順序を決定する。
【0074】
(2−4)Aコード及び切出す製品毎の製品切断制御情報200の決定。
【0075】
まず、CAD/CAM装置38は、ユーザから入力された板材Wの材質、板厚、及びノズル径を用いてAコード割付テーブル(図8参照)を参照し、それら材質、板厚、及びノズル径の組合せに対応したAコードを抽出する。
【0076】
次に、CAD/CAM装置38は、切り出す製品毎に、製品切断制御情報200を決定する。
【0077】
すなわち、CAD/CAM装置38は、製品の切断対象毎に(つまり外形や穴といった要素形状毎に)Tコードを付与する。
【0078】
具体的には、図10に示すように、CAD/CAM装置38は、ユーザから入力された製品形状データを参照して要素形状を認識し、その要素形状が外形か穴かを判断する(ステップS1)。その結果、外形であることが判断されたときは(S1でY)、CAD/CAM装置38は、上記認識された要素形状に対し、外形であることを表すTコード「T0」を付与する(S2)。
【0079】
S1において、上記認識された要素形状が穴であると判断された場合には(S2でN)、CAD/CAM装置38は、ユーザから入力された板厚と、製品形状データに含まれているその穴の径とを用いて、その穴の穴比率(すなわち、板厚に対して穴の径が何倍になっているか)を算出し、算出された穴比率に基づいて、上記認識された要素形状に対して付与するTコードを決定する。例えば、図10に示すように、CAD/CAM装置38は、算出された穴比率が第1の閾値(例えば2.5)以上であれば(S3でY)、大レベルの穴であることを表すTコード「T1」を付与し(S4)、その穴比率が第1の閾値(例えば2.5)未満且つ第2の閾値(例えば1.5)以上であれば(S3でN及びS5でY)、中レベルの穴であることを表すTコード「T2」を付与し(S6)、その穴比率が第2の閾値(例えば1.5)未満であれば(S3でN及びS5でN)、小レベルの穴であることを表すTコード「T3」を付与する。
【0080】
以上のような手順で、製品の要素形状毎にTコードを付与したら、CAD/CAM装置38は、製品の要素形状毎に、その要素形状を切断するときにプラズマ切断装置1の切断定盤2(つまりテーブル)上のどの位置でどのような種類の動作をどの順で行なうかを詳細に指示した詳細制御情報300を決定する。
【0081】
(2−5)切断制御プログラム700の生成及び出力。
【0082】
以上のようにして、Aコードや、切出す製品毎の製品切断制御情報200(すなわち、製品の要素形状毎のTコードと詳細制御情報300とのセットを含む情報)が決定したら、CAD/CAM装置38は、Aコードや、切出す製品毎の製品切断制御情報200や、製品の切出し順序を含んだ切断制御プログラム700(図7参照)を生成する。そして、CAD/CAM装置38は、その切断制御プログラム700を、フレキシブルディスク等の可搬型の記録媒体に出力する、或いは、通信ネットワークを介してNC装置36に送信する。
【0083】
(3)製品の切出し。
【0084】
図11は、製品の切出し処理におけるNC装置の動作フローを示す。
【0085】
NC装置36に切断制御プログラム700が入力されると(S11)、NC装置36は、その切断制御プログラム700を参照して、製品の切出し順序、及びこれから切出す製品を特定する(S12)。そして、NC装置36は、その製品の切断作業を開始する。ここで、例えば、製品の形状に、外形だけでなく穴が含まれている場合は(S13でY)、その製品の製品切断制御情報200に指定されている順序に従って、製品の穴から切断される。
【0086】
すなわち、NC装置36は、S11で入力された切断制御プログラム700に記述されている、切断対象の穴に対応した詳細制御情報300に基づいて、サーボコントロール部37を制御し、プラズマトーチ6をピアッシング位置に移動させる。また、NC装置36は、その処理と並行して(又はその処理の終了後に)、NCデータベース39内の制御設定テーブルを参照し、その制御設定テーブルから、S11で入力された切断制御プログラム700に含まれているAコード(すなわち、切断される板材Wの板質及び板厚と、使用されるノズル径との組合せに対応したAコード)と、切断対象の穴のTコードとに対応した複数種類の制御設定値(例えば、切断速度、アーク電流値、プラズマガス流量又は圧力、及びアシストガス流量又は圧力)を読み出し、読み出した複数種類の制御設定値を所定の記憶装置(例えばレジスタ)に設定する(S14)。そして、NC装置36は、その設定した制御設定値に基づいて切断状態を制御しつつ穴切断を行なう(S15)。
【0087】
具体的には、例えば、NC装置36は、まず、設定された制御設定値の一つであるピアス高さになるようにプラズマトーチ6の高さを制御する。そして、NC装置36は、切断対象の穴の詳細制御情報300で定められている制御情報に基づいてピアッシング処理を行って、板材Wをピアッシングする。
【0088】
次に、NC装置36は、ピアッシングした位置において、S14で設定した制御設定値の一つである切断高さになるように、プラズマトーチ6の高さを制御する。そして、NC装置36は、S14で設定した切断速度、且つ、切断対象の穴の詳細制御情報300に書かれている移動経路(切断経路)でプラズマトーチ6を移動させることにより(例えば、ピアッシング位置から穴の輪郭上の所定の周回開始位置まで移動させ、その位置から、穴の輪郭に沿ってプラズマトーチ6を周回させることにより)、所定の径を持った穴を切断する。そして、そのプラズマトーチ6の移動中は、NC装置36は、切断速度、プラズマトーチ6に供給されるアーク電流の値、プラズマガス流量(又は圧力)及びアシストガス流量(又は圧力)が、S14で設定した切断速度、アーク電流値、プラズマガス流量又は圧力、及びアシストガス流量又は圧力になり且つそれが維持されるように制御する。換言すれば、NC装置36は、切断中(少なくとも、プラズマトーチ6の上記周回中)は、プラズマトーチ6の移動経路の曲率が変わったとしても、S14で設定した切断速度、アーク電流値、プラズマガス流量又は圧力、及びアシストガス流量又は圧力を別の数値に変更しないようにする(なお、ピアッシング時、ピアッシング位置から上記周回開始位置に移動するまで、又は、上記周回の終了位置に到達する時は、S14で設定した制御設定値に基づく切断状態とは異なる切断状態で切断処理を行っても良い)。
【0089】
以上のような手順で、NC装置36は穴切断を行う。製品に穴が複数個ある場合には、その複数の穴の全てが切断されるまで、S13〜S15のステップが繰り返される。
【0090】
なお、S13〜S15が繰り返される場合、穴のレベルが小さい程(つまり穴比率が小さい程)、切断速度が低く、アーク電流値が小さく、プラズマガス流量又は圧力も小さく、且つ、アシストガス流量又は圧力も小さく制御される。
【0091】
さて、NC装置36は、全ての穴についての切断が終了したら(又は製品の形状に穴が無ければ)(S13でN)、外形切断を行う。その切断処理の流れは、穴切断のときと同様である。すなわち、NC装置36は、S11で入力された切断制御プログラム700に含まれているAコード(すなわち、切断される板材Wの板質及び板厚と、使用されるノズル径との組合せに対応したAコード)と、切断対象である外形のTコード「T0」とに対応した複数種類の制御設定値を、NCデータベース39内の制御設定テーブルから読み出して設定する(S17)。そして、NC装置36は、S17で設定した切断速度、且つ、切断対象の外形の詳細制御情報300に書かれている移動経路でプラズマトーチ6を移動させることにより、外形を切断する(S18)。そして、そのプラズマトーチ6の移動中は、NC装置36は、切断速度、プラズマトーチ6に供給されるアーク電流値、プラズマガス流量(又は圧力)及びアシストガス流量(又は圧力)が、S17で設定した切断速度、アーク電流値、プラズマガス流量又は圧力、及びアシストガス流量又は圧力になり且つそれが維持されるように制御する。
【0092】
NC装置36は、切出す製品が残っていれば(S19でY)、以上のS12〜S18の処理を行い、全ての製品について切断を行ったら(S19でN)、処理を終了する。
【0093】
以上が、本実施形態についての説明である。
【0094】
なお、この実施形態において、穴切断では、板厚に対する穴の径の比率に応じて制御設定値(すなわち、切断速度やアーク電流値等)が段階的に変更されるが、それに代えて、無段階で変更されても良い。具体的には、例えば、穴比率と各種制御設定値(切断速度やアーク電流値等)との対応関係を表した線形のグラフデータをNCデータベース39に登録し、そのグラフデータに基づいて、穴切断での制御設定値が決定されても良い。
【0095】
また、NC装置36は、ディスプレイ画面を有していて、S14及びS17で制御設定値を設定したときに、その制御設定値をディスプレイ画面に表示し、その制御設定値を承認するか否かをユーザに入力させたり、或いは、その表示された制御設定値を手動で変更させたりしても良い。
【0096】
また、図9の制御設定テーブルに示すように、外形切断には、高速モードと、高速モードのよりも切断速度が低い(更に、例えば、アーク電流値、プラズマガス流量又は圧力、及びアシストガス流量又は圧力の少なくとも1つが小さい)低速モードとが用意されていて、その場合、NC装置36は、高速モードと低速モードのどちらにするかを、外形の形状等に基づいて自動で選択しても良いし、或いはユーザによる手動で選択しても良い。高速モードの場合は、必ず、穴切断のときよりも、切断速度が高く、アーク電流の値が大きく、プラズマガス流量又は圧力が大きく、且つ、アシストガス流量又は圧力が大きくなるように制御される(低速モードの場合は、必ずしもそうではない)。
【0097】
以上、上述した実施形態によれば、穴切断のときは、外形切断のときに比べて、切断速度が低く、アーク電流値が小さく、且つ、プラズマガス流量又は圧力が小さく制御される。このように、穴切断のときには、外形切断のときに比べて切断速度が低くされるので、切断遅れが切断品質に与える影響を小さくすることができる。また、その切断速度の低下に従って、アーク電流の値、及びプラズマガス流量又は圧力が小さくされるので、穴切断のときは、外形切断のときに比べてプラズマアークのガス噴流が弱くなり、それ故、切断遅れ、プラズマアークに対する左右側の圧力バランス、ノズルの劣化、及び切断面に生じ得うる凹凸(以下、「切断遅れ等」と言う)による切断品質への悪い影響を小さくすることができる(例えば、切断面に生じ得る凹凸を目立たないように小さく或いは実質的に無くすことができる)。
【0098】
また、上述した実施形態によれば、更に、穴切断のときは、外形切断のときに比べて、アシストガス流量又は圧力も小さく制御される。これにより、切断遅れ等による切断品質への悪い影響をより小さくすることが図れる。
【0099】
また、上述した実施形態によれば、板厚に対する穴の径の比率が小さい程、切断速度が低く、アーク電流の値が小さく、且つ、プラズマガス流量又は圧力が小さく制御される(更には、アシストガス流量又は圧力も小さく制御するようになっている)。板厚が同じであっても穴の径が小さかったり、穴の径が同じであっても板厚が大きかったりすると、切断遅れ等が切断品質に与える悪い影響の度合いは大きい。この実施形態によれば、前述したように、穴比率が小さい程、切断速度が低く、アーク電流の値が小さく、且つ、プラズマガス流量又は圧力が小さく制御されるので、穴の切断品質をより良好にすることができる。
【0100】
また、上述した実施形態によれば、板材Wの材質、板厚、及びプラズマトーチ6のノズル径に基づいて、切断するときの切断状態が制御される。これにより、板材Wの材質、板厚、及びノズル径に応じたより適切な切断状態で外形切断及び穴切断が行なわれるので、製品の切断品質をより良好にすることが図れる。
【0101】
また、上述した実施形態によれば、制御装置36が、外形及び穴の切断中(例えば、少なくともプラズマトーチ6の周回中)、その切断の進行に伴ってプラズマトーチ6の移動経路の曲率が変わっても、切断状態を実質的に一定に維持するようになっている(つまり、一度設定した制御設定値を変更しないようになっている)。これにより、切断中の切断状態の切り替えによって起こり得る切断品質の悪化を未然に防ぐことができる。
【0102】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これは本発明の説明のための例示であって、本発明の範囲をこの実施例にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱することなく、他の種々の形態でも実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】切断遅れが生じた場合の切断面を示す図。
【図2】穴を切断した場合の断面の一例を示す図。
【図3】穴切断のときの移動経路と切断の結果穴に生じる凹凸を示す図。
【図4】本発明の一実施形態に係るプラズマ切断装置の全体の外観を示す図。
【図5】プラズマトーチ6の断面図。
【図6】本実施形態に係るプラズマ切断装置1の構成を示すブロック図。
【図7】CAD/CAM装置38によって作成される切断制御プログラムの一例を示す図。
【図8】Aコード割付テーブルの一例を示す図。
【図9】制御設定テーブルの一例を示す図。
【図10】要素形状に付与するTコードを判断するときのフローチャート。
【図11】製品の切出し処理におけるNC装置の動作フローを示す図。
【符号の説明】
1…プラズマ加工機、2…切断定盤、3…フレーム、4…走行ビーム、5…キャリッジ、6…プラズマトーチ、7…X軸モータ、8…X軸レール、9…Y軸モータ、10…Y軸レール、11…Z軸モータ、12…トーチケーブル、13…プラズマ電源ユニット、14…母材ケーブル、15…電極、16…ノズル、17…第1ノズルキャップ、18…第2ノズルキャップ、19…プラズマガス通路、20…冷却水通路、21…アシストガス通路、22…耐熱インサート、23…ノズルオリフィス、24…シールドキャップ、25…噴出口、26…プラズマガス供給ライン、27…プラズマガス供給装置、28及び32…電磁開閉弁、29及び33…空電レギュレータ、30…アシストガス供給ライン、31…アシストガス供給装置、34…プラズマガススワラ、35…アシストガススワラ、36…NC装置、37…サーボコントロール部、38…CAD/CAM装置、39…NCデータベース、40…切断高さコントロール部
【発明の属する技術分野】
本発明は、板材から製品を切り出すためのプラズマ切断装置及びそれの制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種のプラズマ切断装置の一つとして、旋回するプラズマアークの周囲に同方向へ旋回するアシストガス旋回流を供給してプラズマアーク切断を行なうプラズマ切断装置が知られている。プラズマアーク切断では、プラズマアークの緊縮により、板材の断面形状は下へ向かうほど狭くなるテーパ形状になるが、このプラズマ切断装置は、アシストガス旋回強度(又はアシストガス流量)を調節することで、板材下面に垂直な面と切断面とのなす角であるベベル角(つまり切断面のテーパの程度)を調整することができる。
【0003】
しかし、切断面のテーパの程度は、通常、切断速度に応じて異なる。そのため、例えばベベル角が丁度0度になるようアシストガスの旋回強度(又はアシストガス流量)を設定しておいたとしても、切断速度が変化したときには、ベベル角が過修正され0度にならないという問題が生じる。
【0004】
また、図1に示すように、板材300の切断最前面110では、上側より下側の方が切断が遅れるという現象がある(以下、切断最前面110の上縁に対する下縁の切断が遅れた分の距離130を「切断遅れ」という)。そのため、特にコーナや急カーブのように切断方向が大きく変わる箇所で、カーフ50の上側の軌跡150と下側の軌跡170との間に位置的なずれが生じる。
【0005】
こうした原因によって生じる切断品質の悪化を解消するために、アシストガス流量(又はアシストガス旋回強度)を切断速度に応じて調節する、具体的には、切断速度が比較的高速のときに、アシストガス流量(又はアシストガス旋回強度)を比較的大きくし、切断速度が比較的低速のときに、アシストガス流量(又はアシストガス旋回強度)を比較的小さくすることで、ベベル角を好適にするプラズマ切断方法が考えられている(例えば特許文献1)。
【0006】
【特許文献1】
特開2000−317639号公報。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来技術の方法でプラズマアーク切断を行なっても、製品の穴を切断する場合には、必ずしも良好な切断品質が得られない場合がある。それは、主に以下の(1)〜(4)の要因による。
【0008】
(1)切断遅れ
穴のサイズは、製品の外形のサイズに比べて非常に小さいので、穴を切断する場合は、外形を切断する場合よりも切断遅れの影響が強い。例えば、図2に示すように、穴切断で切断遅れがあると、穴310の上側の径DUよりも下側の径DLの方が小さくなるが、そのことが目に付きやすい。
【0009】
(2)プラズマアークのガス流による中心方向への流れ
外形切断では、切断中、プラズマアークの移動方向に対してプラズマアークの左右両側に空間が生じることはなく(つまり、カーフの左右側に空間が生じることなく)、それ故、プラズマアークに対する左右両側からの圧力は略等しい。しかし、穴切断では、プラズマアーク切断によって形成されるカーフ幅に対して穴径が小さい等の場合には、切断中、プラズマアークの右又は左側(換言すれば、穴の中心側)に空間が生じる場合があり、それ故、プラズマアークに対する穴中心側への圧力が穴外側への圧力よりも大きくなる場合がある。そのため、穴切断では、プラズマアークが穴中心方向に流れ、それ故、穴の上側と下側の軌跡が異なって、例えば図2に示したような状態になる。
【0010】
(3)切断面に生じる凹凸
穴切断では、通常多くの場合、図3に示すように、穴310の内側の所定位置P1をプラズマアークでピアッシングした後、てプラズマアークを形成し、そのプラズマアークを穴310の輪郭上の所定位置(以下、「周回開始位置」と言う)PSに移動させ、その周回開始位置PSから、プラズマアークを穴310の輪郭に沿って周回させることで、穴310が形成切断される(点線は、カーブフの軌跡を示す)。その際、プラズマアークによる切断最前面が曲状になっており、上述した切断遅れやプラズマアークの中心方向への流れなどの現象が存在するために、プラズマアークを穴310の輪郭上を精度良く周回させても、周回開始位置PSと、穴310が形成された時点でのプラズマアークの位置、すなわち、プラズマアークの周回終了位置PGとの間には若干の位置ずれ、プラズマアークによる切断最前面が曲状になっていが生じるが故に、切断面に凹凸320が生じる。
【0011】
(4)プラズマアークを噴出するプラズマトーチのノズルの劣化
切断回数の増加に伴い、プラズマアークを噴出するプラズマトーチのノズルが劣化する。すると、プラズマアークに対する左右両側の圧力バランスが異なってしまう場合がある。穴切断では、その圧力バランスは、上記(2)で述べたように、外形切断に比べて切断品質に大きく影響する。そのため、切断回数の増加に伴いノズルが劣化すると、穴の切断品質が悪くなる虞がある。
【0012】
以上の(1)〜(4)の要因のうち、少なくとも(1)の切断遅れは、穴の切断品質ほどではないが、製品の外形の切断品質にも悪い影響を与える。
【0013】
従って、本発明の目的は、プラズマアーク切断において、製品の切断品質、特に穴の切断品質を高めることにある。
【0014】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
この欄の記述において、カッコ内の数字は、添付の図面に記載の要素との対応関係を例示するものであるが、これは、単なる説明のための例示にすぎず、本発明の技術的範囲を限定する趣旨ではない。
【0015】
本発明に従うプラズマ切断装置(1)は、プラズマトーチ(6)にアーク電流とプラズマガスとを供給してプラズマトーチ(6)のノズルから板材(W)へとプラズマアーク(A)を形成しつつ、プラズマトーチ(6)を製品の形状に応じた切断経路に沿って切断速度で移動させて板材(W)を切断し、それにより、その板材(W)から製品を切り出すためのものであって、切断速度、アーク電流の値及びプラズマガスの流量又は圧力を含む切断状態を制御するための制御装置(36)を備える。その制御装置(36)は、製品の形状が、穴と外形とを持つ場合、穴を切断するときは、外形を切断するときに比べて、切断速度を低く(例えば、2000mm/分以下、望ましくは、1500mm/分以下)、アーク電流の値を小さく、且つ、プラズマガス流量又は圧力を小さく制御するようになっている。
【0016】
このプラズマ切断装置(1)によれば、穴切断のときには、外形切断のときに比べて切断速度を低くするので、切断遅れが切断品質に与える影響を小さくすることができる。また、その切断速度の低下に従って、アーク電流の値、及びプラズマガス流量又は圧力を小さくするので、穴切断のときは、外形切断のときに比べてプラズマアーク(A)のガス噴流が弱くなり、それ故、切断遅れ、プラズマアーク(A)に対する左右側の圧力バランス、ノズルの劣化、及び切断面に生じる凹凸の少なくとも1つ(以下、「切断遅れ等」と言う)による切断品質への悪い影響を小さくすることができる。
【0017】
第1の好適な実施形態では、プラズマトーチ(6)にはアシストガスが更に供給され、制御装置(36)は、穴を切断するときは、外形を切断するときに比べて、アシストガス流量又は圧力も小さく制御するようになっている。これにより、切断遅れ等による切断品質への悪い影響をより小さくすることが図れる。
【0018】
第2の好適な実施形態では、制御装置(36)は、穴を切断するときは、板材(W)の板厚と穴の径との比率に応じて切断状態を制御するようになっている。本出願人による実験等によれば、切断遅れ等が切断品質に与える悪い影響の度合いが、板厚と穴の径との比率によって異なることが得られた。これに鑑みて、この第2の好適な実施形態では、板厚と穴の径の各々が違っていても、それらの比率さえ同じであれば、同一の切断状態で穴切断が行なわれるし、逆に、板厚が同じであっても穴の径が違っていたり、穴の径が同じであっても板厚が違っていたりすれば、異なる切断状態で穴切断が行なわれる。つまり、この第2の実施形態によれば、穴の径と板厚との両方に基づいた切断状態で穴切断が行なわれるので、穴の切断品質をより良好にすることが図れる。
【0019】
第3の好適な実施形態では、第2の好適な実施形態において、前記制御装置(36)が、前記穴を切断するときは、前記板厚に対する前記穴の径の比率が大きい程、前記切断速度を高く、前記アーク電流の値を大きく、且つ、前記プラズマガス流量又は圧力を大きく制御するようになっている。すなわち、制御装置(36)は、板厚が同じ場合には穴の径が大きいほど、及び、穴の径が同じ場合には板厚が小さいほど、前記切断速度を高く、前記アーク電流の値を大きく、且つ、前記プラズマガス流量又は圧力を大きく制御するようになっている。この第3の好適な実施形態によれば、切断しようとする穴が、切断遅れ等の悪い影響が切断品質に現れにくいものであるときには、切断速度を高く、且つ、プラズマアーク(A)のガス噴流を強くして、穴切断が行なわれる。このため、穴の切断品質を良好にしつつ、製品の生産速度を高めることができる。
【0020】
第4の好適な実施形態では、前記制御装置(36)は、前記板材(W)の材質及び板厚と、前記プラズマトーチ(6)のノズル径とに基づいて、前記外形を切断するときの前記切断状態を制御し、且つ、前記板材(W)の材質と、前記板厚と、前記ノズル径と、前記板厚に対する前記穴の径の比率とに基づいて、前記穴を切断するときの前記切断状態を制御するようになっている。この第4の好適な実施形態によれば、板材(W)の材質及び板厚と、ノズル径とに応じた適切な切断状態で外形切断及び穴切断が行なわれるので、製品の切断品質をより良好にすることが図れる。特に、穴切断では、板厚に対する穴の径の比率が同じであっても、板材(W)の材質、板厚及びノズル径のうちの少なくとも1つの条件が異なれば、それに応じた別の適切な切断状態で切断が行なわれるので、切断品質をより良好にすることが図れる。
【0021】
第5の好適な実施形態では、第4の好適な実施形態において、前記制御装置(36)は、前記穴を切断するときは、前記板厚に対する前記穴の径の比率が大きい程、前記切断速度を高く、前記アーク電流の値を大きく、且つ、前記プラズマガス流量又は圧力を大きく制御するようになっている。この第5の好適な実施形態によれば、切断しようとする穴が、それの切断品質に、切断遅れ等の悪い影響が現れにくいものであるときには、切断速度を高く、且つ、プラズマアーク(A)のガス噴流を強くして、穴切断が行なわれる。このため、全体として、穴の切断品質を良好にしつつ、製品の生産速度を高めることができる。
【0022】
第6の好適な実施形態では、第4の好適な実施形態において、前記制御装置(36)は、前記板材(W)の材質と、前記板材(W)の板厚と、前記プラズマトーチ(6)の前記ノズルの径との組合せ毎に、外形用の制御設定と、前記板厚に対する前記穴の径の比率において異なる複数レベルの穴用の制御設定とを有している。この場合、前記制御装置(36)は、所与の材質及び板厚を持つ板材(W)から所与のノズル径を持つプラズマトーチ(6)を用いて製品を切り出す場合、外形を切断するときは、前記所与の材質及び板厚と前記所与のノズル径とに対応した外形用の制御設定を用いて、前記切断状態を制御し、所与の径を持つ穴を切断するときには、前記所与の材質及び板厚と前記所与のノズル径とに対応した前記複数レベルの穴用の制御設定のうち、前記所与の板厚に対する前記所与の径の比率に対応したレベルの穴用の制御設定を用いて、前記切断状態を制御する。この第6の好適な実施形態によれば、外形切断は、板材(W)の材質と、前記板材(W)の板厚と、前記プラズマトーチ(6)の前記ノズルの径との組合せに応じた適切な切断状態で行なわれるので、外形の切断品質をより良好にすることができる。また、この実施形態によれば、穴切断は、上記組合せと、板厚に対する穴の径の比率に応じた穴のレベルとの両方に応じた適切な切断状態で行なわれるので、穴の切断品質をより良好にすることができる。
【0023】
第7の好適な実施形態では、前記制御装置(36)は、前記外形の切断中、その切断の進行に伴って前記プラズマトーチ(6)の前記移動経路の曲率が変わっても、前記切断状態を実質的に一定に維持する。切断の最中に切断状態を切り替えると、切断状態を切替えてから実際にその切断状態になるまでの応答遅れ等によって、切断品質が悪くなる場合があり得るが、この第7の実施形態によれば、外形の切断中、プラズマトーチ(6)の移動経路の曲率が変わることがあっても切断状態を一定に維持するので、切断状態の切り替えによって起こり得る外形の切断品質の悪化を未然に防ぐことができる。
【0024】
なお、「切断状態を実質的に一定に維持する」とは、切断の開始及び終了のときに、切断中のときとは異なる切断状態にされたとしても、この実施形態の範囲に含まれることを意味するものである。すなわち、例えば、プラズマアーク切断には、パイロットアークを点火する直前からパイロットアークがメインアークに移行するまでの区間(以下、「切断開始時」という)と、パイロットアークがメインアークに移行してから、切断を行っている区間(以下、「切断中」という)と、メインアークが消えた後電極の温度が所定温度に下がるまでの区間(以下、「切断終了時」という)との3つの区間がある。切断開始時や切断終了時には、切断中とは異なる切断状態にされる(例えば、プラズマガスの流量又は圧力は、切断中(メインフロー時)よりも切断開始時(プリフロー時)及び切断終了時(ポストフロー時)の方が小さくなる)。このように、切断の開始や終了時に切断状態の変更が行なわれても、切断中に切断状態が変更されず一定に維持されていれば、この実施形態の作用効果を奏することができる。そのため、上記のような切断状態の変更が行われたとしても、「切断状態を実質的に一定に維持する」に含まれるのである(このことは、以下も同様である)。
【0025】
第8の好適な実施形態では、前記制御装置(36)は、1つの前記穴の切断中、その切断の進行に伴って前記プラズマトーチ(6)の前記移動経路の曲率が変わっても、前記切断状態を実質的に一定に維持する。切断の最中に切断状態を切り替えると、上述したように、切断状態を切替えてから実際にその切断状態になるまでの応答遅れ等によって、切断品質が悪くなる場合があり得るが、この第8の実施形態によれば、穴の切断中に、プラズマトーチ(6)の移動経路の曲率が変わることがあっても切断状態を一定に維持するので、切断状態の切り替えによって起こり得る穴の切断品質の悪化を未然に防ぐことができる。
【0026】
【発明の実施の形態】
図4は、本発明の一実施形態に係るプラズマ切断装置の本体部分の全体の外観を示す。
【0027】
このプラズマ切断装置1には、板材Wを支持する切断定盤(切断架台)2が矩形状のフレーム3の内側空間に配されるとともに、このフレーム3を跨ぐように門形の走行ビーム4が配され、この走行ビーム4上にキャリッジ5が配されて、そのキャリッジ5にプラズマトーチ6が装着されている。
【0028】
走行ビーム4は、X軸モータ7の駆動によりフレーム3の長手方向(X軸方向)に配されるX軸レール8に沿ってX軸方向に走行可能とされ、キャリッジ5は、Y軸モータ9の駆動により走行ビーム4上に配されるY軸レール10に沿ってY軸方向に走行可能とされている。また、プラズマトーチ6は、Z軸モータ11の駆動によりキャリッジ5に対して上下方向(Z軸方向)に移動可能とされている。こうして、各モータ7,9,11を制御することで、プラズマトーチ6は板材(つまり板状のワーク)Wの任意の位置へ移動されるとともに、任意の高さ位置に位置決めされて板材Wの切断加工が行われる。
【0029】
図4に示した本体部分には、更に、図4には示されないプラズマガス(プラズマメインガス)の供給装置、アシストガス(プラズマアシストガス)の供給装置、アーク電源ユニット及び数値制御(NC)装置、並びにこれらの付属装置や周辺装置などが接続又は結合される(これらについては、後に図6を参照して説明する)。
【0030】
図5に、プラズマトーチ6の断面を示す。
【0031】
プラズマトーチ6は、略多重円筒形状であって、略中心部に配される略円柱状の電極15と、この電極15の外周側を覆うように配される略円筒状のノズル16と、このノズル16の外周側に配される略円筒状の第1ノズルキャップ17と、この第1ノズルキャップ17の外周側に配される略円筒状の第2ノズルキャップ18とを備えている。そして、電極15とノズル16との間に画成される先端部開放空間がプラズマガス通路19とされ、ノズル16と第1ノズルキャップ17との間に画成される閉空間が冷却水通路20とされ、第1ノズルキャップ17と第2ノズルキャップ18との間に画成される先端部開放空間がアシストガス通路21とされている。
【0032】
電極15のプラズマアーク発生点となる先端部には、プラズマアークの高熱に耐え得る高融点材料製(例えば、ハフニウム製,ジルコニウム製,合金製等)の耐熱インサート22が装着されている。また、ノズル16の先端部にはノズルオリフィス23が設けられ、プラズマガス通路19により供給されるプラズマガス(例えば酸素ガス)がそのノズルオリフィス23から板材Wに向けて噴出されるようになっている。さらに、第2ノズルキャップ18の先端開口部にはシールドキャップ24が装着され、アシストガス通路21により供給されるアシストガス(例えば空気)がそのシールドキャップ24先端の噴出口25から噴出されるようになっている。
【0033】
プラズマガス通路19には、プラズマガス通路19を通過するプラズマガスを旋回流にしてノズルオリフィス23から板材Wに噴出するためのプラズマガススワラ34が嵌め込まれている。同様に、アシストガス通路21には、アシストガス通路21を通過するアシストガスを旋回流にして噴出口25から板材Wに噴出するためおアシストガススワラ35が嵌め込まれている。このような2重の旋回気流によって、板材Wにおける切断溝(カーフ)の形状を変化させることが可能となり、プラズマガスとアシストガスとの各供給量を調整してベベル角を調整することが可能となっている。
【0034】
以上のような構成により、プラズマガス通路19にプラズマガスを供給した状態で、電極15と板材Wとの間にパイロットアークを着火させると、電離された導電性を持つプラズマガスがノズルオリフィス23を通じて板材Wに噴出され、電極15−板材W間にプラズマアークAが着火される。このプラズマアークAは、ノズルオリフィス23による拘束性とプラズマガス気流による熱的ピンチ作用が効果的に働くことにより、高温でかつ高密度エネルギーを有するプラズマアークとなる。このようにして形成されるプラズマアークAが板材Wを溶融して、ピアッシングおよび切断が行われる。
【0035】
図6は、本実施形態に係るプラズマ切断装置1の本体部分、プラズマガス供給装置、アシストガス供給装置、アーク電源ユニット及びNC装置、並びに各種の付属装置や周辺装置などを合わせた全体のシステム構成を示す。
【0036】
このプラズマ切断装置1には、プラズマガス供給ライン26と、アシストガス供給ライン30と、サーボコントロール部37と、プラズマ電源ユニット13と、切断高さコントロール部40と、NC(Numerical Control)装置36と、CAD/CAM装置38と、NCデータベース39と、NC装置36とが備えられている。
【0037】
プラズマガス供給ライン36は、プラズマガス供給装置27からプラズマトーチ6のプラズマガス通路19へと供給されるプラズマガスのガス供給ラインである。プラズマガス供給ライン26には、その下流側に向けて順に、NC装置36からの信号に基づいて弁を開閉することによりプラズマガスの供給及び遮断を行なう電磁開閉弁28と、NC装置36からのアナログ電圧信号に基づいてプラズマガスの圧力(換言すれば、プラズマガスの供給量)を調整する空電レギュレータ29とが介挿されている。
【0038】
アシストガス供給ライン30は、アシストガス供給装置31からプラズマトーチ6のアシストガス通路21へと供給されるアシストガスのガス供給ラインである。アシストガス供給ライン30には、その下流側に向けて順に、NC装置36からの信号に基づいて弁を開閉することによりアシストガスの供給及び遮断を行なう電磁開閉弁32と、NC装置36からのアナログ電圧信号に基づいてアシストガスの圧力(換言すれば、アシストガスの供給量)を調整する空電レギュレータ33とが介挿されている。
【0039】
また、サーボコントロール部37は、NC装置36からの制御信号に基づいて、図4を参照して説明したX軸モータ7、Y軸モータ9およびZ軸モータ11を制御し、それにより、プラズマトーチ6のZ方向における位置(つまり、ピアッシング時や切断時の高さ)や、プラズマトーチ6のXY方向への移動(つまり移動経路)を制御するようになっている。
【0040】
プラズマ電源ユニット13は、それの一方の端子(マイナス端子)が、トーチケーブル12を介してトーチ6の電極15に接続され、他方の端子(プラス端子)が、母材ケーブル14を介して板材W(もしくは切断定盤2)に接続され、それにより、プラズマトーチ6の電極15と板材Wとの間に電圧(以下、「プラズマアーク電圧」と言う)を印加してアーク電流を供給することができるようになっている。プラズマ電源ユニット13は、NC装置36からの電流指令信号(つまり指定されたアーク電流値)に基づいて、プラズマトーチ6に供給するアーク電流の値を制御する。また、プラズマ電源ユニット13は、定期的に又は所定のタイミングで、プラズマアーク電圧の値を切断高さコントロール部40に入力する。
【0041】
切断高さコントロール部40は、NC装置36に通信可能に接続されており、プラズマ電源ユニット13から入力されるプラズマアーク電圧値に基づいて、プラズマトーチ6の高さを演算し、演算された高さを表す高さ信号をNC装置36に入力する。
【0042】
CAD/CAM装置38は、CAD(Computer−Aided Design)機能と、CAM(Computer−AidedManufacturing)機能とを備えたコンピュータシステムである(これは、CAD機能やCAM機能を発揮するためのソフトウェアがイントールされたパーソナルコンピュータであっても良いし、CAD機能及びCAM機能を発揮するための専用マシンであっても良く、NC装置36などを含むプラズマ切断装置1から物理的に切り離された独立のマシンであってもよいし、NC装置36などと通信ネットワークなどで通信可能に接続されたマシンであってもよいい)。CAD/CAM装置38は、板材Wから切り出す製品の形状に関するデータ(以下、「製品形状データ」と言う)を作成したり、その製品形状データ等に基づいて、NC装置36をしてプラズマアーク切断の切断状態を制御させるためのコンピュータプログラム(以下、「切断制御プログラム」と言う)を作成したりする。作成された切断制御プログラムは、CD−ROM等の可搬型記録媒体又は通信ネットワーク等の所定の媒体を介して、NC装置36に入力される(切断制御プログラムの具体的な内容等については後述する)。
【0043】
NCデータベース39には、切断速度、アーク電流値、プラズマガス流量又は圧力、及びアシストガス流量又は圧力を含む切断状態を制御するために用いられる条件に関する数値(以下、「制御設定値」と言う)が記録された制御設定テーブルが格納されている。制御設定テーブルは、切断条件(例えば、板材の材質、板厚、ノズル径、外形切断か穴切断か、穴の場合には穴径と板厚との比率などの組み合わせ)の様々なバリエーションにそれぞれ対応した最適な制御設定値を記録しており、切断制御プログラムを実行するを用いてNC装置36よって参照すされることにより、その切断制御プログラムに従って行われるべき切断に際して、そのときの具体的な切断条件に対応した最適の設定すべき制御設定値を選択してNC装置36に設定識別することができるようになっている(制御設定テーブルの具体的な内容については後述する)。
【0044】
NC装置36は、CAD/CAM装置38によって作成された切断制御プログラムを入力し、その切断制御プログラムを用いて、NCデータベース39内の制御設定テーブルを参照することにより、その切断制御プログラムが指定する切断条件に対応したに際して用いるべき最適な制御設定値を選択して、これを切断で用いるべき制御設定として設定識別する。そして、NC装置36は、その切断制御プログラムに従って切断を行うときに、設定識別された制御設定値に基づいて、切断速度、アーク電流値、プラズマガス流量又は圧力、及びアシストガス流量又は圧力を含む切断状態を制御する。具体的には、切断速度を制御する場合、NC装置36は、サーボコントロール部37に任意値の制御信号を入力することで、サーボコントロール部36をしてプラズマトーチ6の切断速度を制御させる。また、NC装置36は、プラズマ電源ユニット13に任意値の電流指令信号を入力することで、プラズマ電源ユニット13をしてプラズマトーチ6に供給するアーク電流の値を制御させる。また、NC装置36は、電磁開閉弁28、32にON/OFF信号を入力し且つ空電レギュレータ29、33に任意値のアナログ電圧信号を入力することにより、プラズマガス流量又は圧力、及びアシストガス流量又は圧力を制御する。
【0045】
以上が、本実施形態に係るプラズマ切断装置1の概要である。次に、CAD/CAM装置38によって作成される切断制御プログラムを説明する。
【0046】
図7は、CAD/CAM装置38によって作成される切断制御プログラムの一例を示す。
【0047】
切断制御プログラム700には、この切断制御プログラム700に従って行なわれる切断作業において使用される板材Wの材質、板厚、及びプラズマトーチ6のノズル径(例えば直径)の組合せによって決定される切断条件コード(以下、「Aコード」と言う)と、その切断作業で切出すべき複数(又は1つ)の製品にそれぞれ対応した複数の製品切断制御情報200、200、…とが記述されている。
【0048】
Aコードは、図8に例示するテーブル、すなわち、板材Wの材質(例えば、軟鋼、ステンレス鋼、アルミニウムなど)、板厚(mm)、及びノズル径(mm)の組合せ毎に予め所与の割り当てられたAコードが記述されているAコード割付テーブルを参照することにより決定されるものである。すなわち、CAD/CAM装置38は、板材Wの材質、板厚、及びノズル径をユーザに入力させ、ユーザから入力された板材Wの材質、板厚、及びノズル径に対応したAコードをAコード割付テーブルから抽出する(Aコード割付テーブルは、例えば、CAD/CAM装置38内部又は外部の図示しない記憶装置に格納されている)。なお、1つの切断制御プログラム700に記述されるAコードの数は、図8の例では1つである。よって、この切断制御プログラム700に従って行なわれる切断作業では、終始、同一の板厚及び板質の板材Wと、同一径のノズルが使用されることになる。しかし、例えば、一つの切断制御プログラム700によって実行される切断作業の途中で、その切断で使用されたノズルを径の異なる別のノズルに交換する、又は使用する板材Wを別の板厚(又は板質)のものに変える等が行なわれる場合には、同一の切断制御プログラム700にAコードが複数個記述されることがある。
【0049】
製品切断制御情報200の数は、この切断作業で切出される製品の総個数と同じである。例えば、切出される製品の種類が1種類であって、切出す製品の個数が20個であれば、製品切断制御情報200の数(つまり切出される製品の総個数)は20であるし、また、切出される製品の種類が2種類であって、それぞれの製品の個数が10個であれば、製品切断制御情報の数は20である。複数の製品切断制御情報200、200、…は、例えば、製品の切出し順序と同じ順序で並んでいる。
【0050】
各製品の製品切断制御情報200には、製品の形状を構成する要素形状(例えば、2つの穴を持った製品の場合、1つの外形と2つの穴の3つの要素形状からその製品の形状が構成される)毎に、その要素形状の種類が外形か穴か(穴であればどのレベルの穴か)を表す要素形状コード(以下、「Tコード」と言う)と、その要素形状の詳細制御情報300とが含まれている。例えば、1つの穴と1つの外形を持った製品の場合、その穴のTコードと詳細制御情報300と、外形のTコードと詳細制御情報300とが、その製品の製品切断制御情報200に含まれている。1つの製品が有する複数の要素形状のTコードと詳細制御情報300とのセットは、それら要素形状が切出される順序に従って並んでいる。穴と外形を持つ製品の場合、穴を切断した後に外形を切断するので、穴のTコードと詳細制御情報300とのセットの後に、外形のTコードと詳細制御情報300とのセットが並ぶ。
【0051】
Tコードは、前述したように、要素形状が外形であるか穴であるか、穴であるならばどのレベルの穴であるかを表すコードである。穴のレベルは、板材Wの板厚に対する穴の径の比率(以下、「穴比率」と略記する)に応じて複数、例えば3つある。第1の穴レベルは、穴比率が最も大きい(すなわち、板厚が一定ならば穴径が最も大きい、或いは、穴径が一定ならば板厚が最も小さい)ことを表すレベルである(以下、このレベルを「大レベル」と言う)。第2の穴レベルは、穴比率が最も小さい(すなわち、板厚が一定ならば穴径が最も小さい、或いは、穴径が一定ならば板厚が最も大きい)ことを表すレベルである(以下、このレベルを「小レベル」と言う)。第3の穴レベルは、穴比率が大レベルと小レベルの間であることを表すレベルである(以下、このレベルを「中レベル」と言う)。
【0052】
この実施形態では、Tコードは4種類ある。第1のTコードは、製品の外形であることを示すものである(図では「T0」と記載)。第2のTコードは、大レベルの穴であることを示すものである(図では「T1」と記載)。第3のTコードは、中レベルの穴であることを示す(図では「T2」と記載)。第4のTコードは、小レベルの穴であることを示すものである(図では「T3」と記載)。
【0053】
これら4種類のTコードのうちどの種類のTコードを採用するかは、CAD/CAM装置38が、穴の径を含んだ製品形状データと板材Wの板厚とをユーザに入力させ、その入力されたデータに基づいて決定する。
【0054】
要素形状毎に書かれている詳細制御情報300は、その要素形状を切断するときにプラズマ切断装置1の切断定盤2(つまりテーブル)上のどの位置でどのような種類の動作をどの順で行なうかを詳細に指示した制御情報である。具体的には、例えば、詳細制御情報300には、動作種類として、ピアッシングを指示するコード及びピアッシングする位置の切断定盤2上での座標、次に、プラズマトーチ6を移動させること(つまり切断)を指示するコード及びそのときの移動経路(切断経路)を表す座標、そして最後に、プラズマアークの発生を停止して切断を終了することを指示するコード及びその切断終了位置の切断定盤2上での座標等が記述されている。
【0055】
このような切断制御プログラム700が、CAD/CAM装置38から出力されてNC装置36に入力されたときは、NC装置36は、その切断制御プログラムに含まれているAコード及びTコードを用いて、NCデータベース39内の制御設定テーブルを参照することにより、切断に際して最適な制御設定値を選択して設定することができる。
【0056】
図9は、制御設定テーブルの一例を示す。
【0057】
制御設定テーブルには、複数のAコード(すなわち、板材Wの板質、板厚及びノズル径の組合せ)にそれぞれ対応した複数の制御設定情報が記録されている。各制御設定情報には、第1〜第4のTコード(すなわち、要素形状が外形か穴か、穴であればどのレベルの穴か)の各々に対応した複数種類の制御設定値が含まれている。複数種類の制御設定値としては、例えば、アーク電流値、切断速度、切断高さ(切断中のプラズマトーチの高さ)、ピアス高さ(ピアッシング時のプラズマトーチの高さ)、アシストガス流量(又は圧力)、及びプラズマガス番号がある(なお、プラズマガス番号は、プラズマガス流量又は圧力を示すものであり、例えば、ガス番号「1」は、0.9Mpaを表し、ガス番号「2」は、0.6Mpaを表す)。
【0058】
この図に示す制御設定テーブルには、Aコード毎に制御設定情報が記録されており、その制御設定情報に含まれている種々の制御設定値に基づいて、外形切断や穴切断の切断状態が制御される。Aコードは、前述したように、板材Wの材質と、板厚と、ノズル径との組合せ毎に用意されたものである。従って、この実施形態では、板材Wの材質と、板厚と、ノズル径とに基づいて、外形切断や穴切断の切断状態が制御される。具体的には、例えば、切断対象の穴の径が同じであっても、板材Wの材質、板厚、及びノズル径のうちの一つでも異なれば、異なる切断状態で外形切断及び穴切断が行われる。
【0059】
また、この図に示す制御設定テーブルでは、同一のAコード(すなわち、板材Wの板質、板厚及びノズル径の組合せ)において、Tコード「T1」〜「T3」に対応した(つまり穴切断の)切断速度が、Tコード「T0」に対応(つまり外形切断)のそれよりも低く設定されている。また、同一のAコードにおいて、Tコード「T1」〜「T3」に対応したアーク電流値とプラズマガス流量又は圧力とが、Tコード「T0」に対応のそれらよりも小さく設定されている。このため、穴切断のときは、外形切断のときに比べて、切断速度が低く、アーク電流の値が小さく、且つ、プラズマガス流量又は圧力が小さく制御される。
【0060】
また、この図に示す制御設定テーブルでは、同一のAコード(すなわち、板材Wの板質、板厚及びノズル径の組合せ)において、Tコード「T1」〜「T3」に対応した(つまり穴切断の)アシストガス流量又は圧力も、Tコード「T0」に対応の(つまり外形切断の)それよりも小さく設定されている。このため、穴切断のときは、外形切断のときに比べて、アシストガス流量又は圧力も小さく制御される。
【0061】
また、この図に示す制御設定テーブルには、板厚に対する穴の径の比率が小さい程(つまり穴レベルが「小」のもの程)、低い切断速度、小さいアーク電流値、小さいプラズマガス流量又は圧力、及び小さいアシストガス流量又は圧力が記録されている。このため、穴切断では、板厚が同じ場合(例えばAコードが同一の場合)には穴の径が小さいほど、一方、穴の径が同じ場合には板厚が大きいほど、切断速度が低く、アーク電流値が小さく、プラズマガス流量又は圧力が小さく、且つ、アシストガス流量又は圧力が小さく制御される。
【0062】
以下、CAD/CAM装置38を使用して製品の製品形状データを作成してから、プラズマ切断装置1においてその製品が切出されるまでの流れを説明する。なお、その説明では、その流れを分かり易くするため、切断される板材Wは1枚とする。
【0063】
(1)製品形状データの作成。
【0064】
CAD/CAM装置38は、ユーザ操作により、切出す製品の形状のデザインに関する製品形状データを作成し、作成した製品形状データを所定の記憶装置(図示せず)に格納する。製品形状データは、例えば、DXF(Drawing Interchange File)と呼ばれる形式のデータであり、少なくとも、製品の外形の輪郭やサイズ(寸法)を表すデータが含まれている。また、製品の形状が、外形の他に、1又は複数の穴を有している場合には、製品形状データには、例えば、穴毎に、穴の輪郭や、穴の径や、製品の外形における穴の位置(座標)を表すデータが含まれている。
【0065】
(2)切断制御プログラムの作成。
【0066】
(2−1)製品形状データの入力。
【0067】
CAD/CAM装置38は、ユーザに、板材Wから切り出す製品の製品形状データを入力させる。製品形状データの入力方法としては、例えば、予め登録されている1種類以上の製品形状データをディスプレイ画面に表示し、その1種類以上の製品形状データの中から、所望の1又は複数種類の製品形状データをユーザに選択させ、選択された1又は複数種類の製品形状データを、切出す製品の製品形状データとして入力する方法がある。
【0068】
(2−2)板材Wのサイズ(縦横寸法)、材質、板厚、及びノズル径の入力。
【0069】
また、切断制御プログラム700を作成するために、CAD/CAM装置38は、その切断制御プログラム700に従って行なわれる切断作業において切断する板材Wのサイズ(縦横寸法)、板材Wの材質、板材Wの板厚、及びプラズマトーチ6のノズル径もユーザに入力させる。
【0070】
(2−3)ネスティング処理及び製品の切出し順序の決定。
【0071】
CAD/CAM装置38は、入力された製品形状データの種類毎に、その製品形状データが表す製品を切出す個数をユーザに入力させ、その後、ネスティング処理を実行する。
【0072】
すなわち、CAD/CAM装置38は、入力された1又は複数種類の製品形状データと、その種類毎の製品切出し個数と、板材Wのサイズとに基づいて、板材Wから切り出される製品以外の部分(スクラップ)が最小となるように、切出す製品の切断ラインを板材W上に配置する。
【0073】
また、CAD/CAM装置38は、製品の切り出し順序を決定する。
【0074】
(2−4)Aコード及び切出す製品毎の製品切断制御情報200の決定。
【0075】
まず、CAD/CAM装置38は、ユーザから入力された板材Wの材質、板厚、及びノズル径を用いてAコード割付テーブル(図8参照)を参照し、それら材質、板厚、及びノズル径の組合せに対応したAコードを抽出する。
【0076】
次に、CAD/CAM装置38は、切り出す製品毎に、製品切断制御情報200を決定する。
【0077】
すなわち、CAD/CAM装置38は、製品の切断対象毎に(つまり外形や穴といった要素形状毎に)Tコードを付与する。
【0078】
具体的には、図10に示すように、CAD/CAM装置38は、ユーザから入力された製品形状データを参照して要素形状を認識し、その要素形状が外形か穴かを判断する(ステップS1)。その結果、外形であることが判断されたときは(S1でY)、CAD/CAM装置38は、上記認識された要素形状に対し、外形であることを表すTコード「T0」を付与する(S2)。
【0079】
S1において、上記認識された要素形状が穴であると判断された場合には(S2でN)、CAD/CAM装置38は、ユーザから入力された板厚と、製品形状データに含まれているその穴の径とを用いて、その穴の穴比率(すなわち、板厚に対して穴の径が何倍になっているか)を算出し、算出された穴比率に基づいて、上記認識された要素形状に対して付与するTコードを決定する。例えば、図10に示すように、CAD/CAM装置38は、算出された穴比率が第1の閾値(例えば2.5)以上であれば(S3でY)、大レベルの穴であることを表すTコード「T1」を付与し(S4)、その穴比率が第1の閾値(例えば2.5)未満且つ第2の閾値(例えば1.5)以上であれば(S3でN及びS5でY)、中レベルの穴であることを表すTコード「T2」を付与し(S6)、その穴比率が第2の閾値(例えば1.5)未満であれば(S3でN及びS5でN)、小レベルの穴であることを表すTコード「T3」を付与する。
【0080】
以上のような手順で、製品の要素形状毎にTコードを付与したら、CAD/CAM装置38は、製品の要素形状毎に、その要素形状を切断するときにプラズマ切断装置1の切断定盤2(つまりテーブル)上のどの位置でどのような種類の動作をどの順で行なうかを詳細に指示した詳細制御情報300を決定する。
【0081】
(2−5)切断制御プログラム700の生成及び出力。
【0082】
以上のようにして、Aコードや、切出す製品毎の製品切断制御情報200(すなわち、製品の要素形状毎のTコードと詳細制御情報300とのセットを含む情報)が決定したら、CAD/CAM装置38は、Aコードや、切出す製品毎の製品切断制御情報200や、製品の切出し順序を含んだ切断制御プログラム700(図7参照)を生成する。そして、CAD/CAM装置38は、その切断制御プログラム700を、フレキシブルディスク等の可搬型の記録媒体に出力する、或いは、通信ネットワークを介してNC装置36に送信する。
【0083】
(3)製品の切出し。
【0084】
図11は、製品の切出し処理におけるNC装置の動作フローを示す。
【0085】
NC装置36に切断制御プログラム700が入力されると(S11)、NC装置36は、その切断制御プログラム700を参照して、製品の切出し順序、及びこれから切出す製品を特定する(S12)。そして、NC装置36は、その製品の切断作業を開始する。ここで、例えば、製品の形状に、外形だけでなく穴が含まれている場合は(S13でY)、その製品の製品切断制御情報200に指定されている順序に従って、製品の穴から切断される。
【0086】
すなわち、NC装置36は、S11で入力された切断制御プログラム700に記述されている、切断対象の穴に対応した詳細制御情報300に基づいて、サーボコントロール部37を制御し、プラズマトーチ6をピアッシング位置に移動させる。また、NC装置36は、その処理と並行して(又はその処理の終了後に)、NCデータベース39内の制御設定テーブルを参照し、その制御設定テーブルから、S11で入力された切断制御プログラム700に含まれているAコード(すなわち、切断される板材Wの板質及び板厚と、使用されるノズル径との組合せに対応したAコード)と、切断対象の穴のTコードとに対応した複数種類の制御設定値(例えば、切断速度、アーク電流値、プラズマガス流量又は圧力、及びアシストガス流量又は圧力)を読み出し、読み出した複数種類の制御設定値を所定の記憶装置(例えばレジスタ)に設定する(S14)。そして、NC装置36は、その設定した制御設定値に基づいて切断状態を制御しつつ穴切断を行なう(S15)。
【0087】
具体的には、例えば、NC装置36は、まず、設定された制御設定値の一つであるピアス高さになるようにプラズマトーチ6の高さを制御する。そして、NC装置36は、切断対象の穴の詳細制御情報300で定められている制御情報に基づいてピアッシング処理を行って、板材Wをピアッシングする。
【0088】
次に、NC装置36は、ピアッシングした位置において、S14で設定した制御設定値の一つである切断高さになるように、プラズマトーチ6の高さを制御する。そして、NC装置36は、S14で設定した切断速度、且つ、切断対象の穴の詳細制御情報300に書かれている移動経路(切断経路)でプラズマトーチ6を移動させることにより(例えば、ピアッシング位置から穴の輪郭上の所定の周回開始位置まで移動させ、その位置から、穴の輪郭に沿ってプラズマトーチ6を周回させることにより)、所定の径を持った穴を切断する。そして、そのプラズマトーチ6の移動中は、NC装置36は、切断速度、プラズマトーチ6に供給されるアーク電流の値、プラズマガス流量(又は圧力)及びアシストガス流量(又は圧力)が、S14で設定した切断速度、アーク電流値、プラズマガス流量又は圧力、及びアシストガス流量又は圧力になり且つそれが維持されるように制御する。換言すれば、NC装置36は、切断中(少なくとも、プラズマトーチ6の上記周回中)は、プラズマトーチ6の移動経路の曲率が変わったとしても、S14で設定した切断速度、アーク電流値、プラズマガス流量又は圧力、及びアシストガス流量又は圧力を別の数値に変更しないようにする(なお、ピアッシング時、ピアッシング位置から上記周回開始位置に移動するまで、又は、上記周回の終了位置に到達する時は、S14で設定した制御設定値に基づく切断状態とは異なる切断状態で切断処理を行っても良い)。
【0089】
以上のような手順で、NC装置36は穴切断を行う。製品に穴が複数個ある場合には、その複数の穴の全てが切断されるまで、S13〜S15のステップが繰り返される。
【0090】
なお、S13〜S15が繰り返される場合、穴のレベルが小さい程(つまり穴比率が小さい程)、切断速度が低く、アーク電流値が小さく、プラズマガス流量又は圧力も小さく、且つ、アシストガス流量又は圧力も小さく制御される。
【0091】
さて、NC装置36は、全ての穴についての切断が終了したら(又は製品の形状に穴が無ければ)(S13でN)、外形切断を行う。その切断処理の流れは、穴切断のときと同様である。すなわち、NC装置36は、S11で入力された切断制御プログラム700に含まれているAコード(すなわち、切断される板材Wの板質及び板厚と、使用されるノズル径との組合せに対応したAコード)と、切断対象である外形のTコード「T0」とに対応した複数種類の制御設定値を、NCデータベース39内の制御設定テーブルから読み出して設定する(S17)。そして、NC装置36は、S17で設定した切断速度、且つ、切断対象の外形の詳細制御情報300に書かれている移動経路でプラズマトーチ6を移動させることにより、外形を切断する(S18)。そして、そのプラズマトーチ6の移動中は、NC装置36は、切断速度、プラズマトーチ6に供給されるアーク電流値、プラズマガス流量(又は圧力)及びアシストガス流量(又は圧力)が、S17で設定した切断速度、アーク電流値、プラズマガス流量又は圧力、及びアシストガス流量又は圧力になり且つそれが維持されるように制御する。
【0092】
NC装置36は、切出す製品が残っていれば(S19でY)、以上のS12〜S18の処理を行い、全ての製品について切断を行ったら(S19でN)、処理を終了する。
【0093】
以上が、本実施形態についての説明である。
【0094】
なお、この実施形態において、穴切断では、板厚に対する穴の径の比率に応じて制御設定値(すなわち、切断速度やアーク電流値等)が段階的に変更されるが、それに代えて、無段階で変更されても良い。具体的には、例えば、穴比率と各種制御設定値(切断速度やアーク電流値等)との対応関係を表した線形のグラフデータをNCデータベース39に登録し、そのグラフデータに基づいて、穴切断での制御設定値が決定されても良い。
【0095】
また、NC装置36は、ディスプレイ画面を有していて、S14及びS17で制御設定値を設定したときに、その制御設定値をディスプレイ画面に表示し、その制御設定値を承認するか否かをユーザに入力させたり、或いは、その表示された制御設定値を手動で変更させたりしても良い。
【0096】
また、図9の制御設定テーブルに示すように、外形切断には、高速モードと、高速モードのよりも切断速度が低い(更に、例えば、アーク電流値、プラズマガス流量又は圧力、及びアシストガス流量又は圧力の少なくとも1つが小さい)低速モードとが用意されていて、その場合、NC装置36は、高速モードと低速モードのどちらにするかを、外形の形状等に基づいて自動で選択しても良いし、或いはユーザによる手動で選択しても良い。高速モードの場合は、必ず、穴切断のときよりも、切断速度が高く、アーク電流の値が大きく、プラズマガス流量又は圧力が大きく、且つ、アシストガス流量又は圧力が大きくなるように制御される(低速モードの場合は、必ずしもそうではない)。
【0097】
以上、上述した実施形態によれば、穴切断のときは、外形切断のときに比べて、切断速度が低く、アーク電流値が小さく、且つ、プラズマガス流量又は圧力が小さく制御される。このように、穴切断のときには、外形切断のときに比べて切断速度が低くされるので、切断遅れが切断品質に与える影響を小さくすることができる。また、その切断速度の低下に従って、アーク電流の値、及びプラズマガス流量又は圧力が小さくされるので、穴切断のときは、外形切断のときに比べてプラズマアークのガス噴流が弱くなり、それ故、切断遅れ、プラズマアークに対する左右側の圧力バランス、ノズルの劣化、及び切断面に生じ得うる凹凸(以下、「切断遅れ等」と言う)による切断品質への悪い影響を小さくすることができる(例えば、切断面に生じ得る凹凸を目立たないように小さく或いは実質的に無くすことができる)。
【0098】
また、上述した実施形態によれば、更に、穴切断のときは、外形切断のときに比べて、アシストガス流量又は圧力も小さく制御される。これにより、切断遅れ等による切断品質への悪い影響をより小さくすることが図れる。
【0099】
また、上述した実施形態によれば、板厚に対する穴の径の比率が小さい程、切断速度が低く、アーク電流の値が小さく、且つ、プラズマガス流量又は圧力が小さく制御される(更には、アシストガス流量又は圧力も小さく制御するようになっている)。板厚が同じであっても穴の径が小さかったり、穴の径が同じであっても板厚が大きかったりすると、切断遅れ等が切断品質に与える悪い影響の度合いは大きい。この実施形態によれば、前述したように、穴比率が小さい程、切断速度が低く、アーク電流の値が小さく、且つ、プラズマガス流量又は圧力が小さく制御されるので、穴の切断品質をより良好にすることができる。
【0100】
また、上述した実施形態によれば、板材Wの材質、板厚、及びプラズマトーチ6のノズル径に基づいて、切断するときの切断状態が制御される。これにより、板材Wの材質、板厚、及びノズル径に応じたより適切な切断状態で外形切断及び穴切断が行なわれるので、製品の切断品質をより良好にすることが図れる。
【0101】
また、上述した実施形態によれば、制御装置36が、外形及び穴の切断中(例えば、少なくともプラズマトーチ6の周回中)、その切断の進行に伴ってプラズマトーチ6の移動経路の曲率が変わっても、切断状態を実質的に一定に維持するようになっている(つまり、一度設定した制御設定値を変更しないようになっている)。これにより、切断中の切断状態の切り替えによって起こり得る切断品質の悪化を未然に防ぐことができる。
【0102】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これは本発明の説明のための例示であって、本発明の範囲をこの実施例にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱することなく、他の種々の形態でも実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】切断遅れが生じた場合の切断面を示す図。
【図2】穴を切断した場合の断面の一例を示す図。
【図3】穴切断のときの移動経路と切断の結果穴に生じる凹凸を示す図。
【図4】本発明の一実施形態に係るプラズマ切断装置の全体の外観を示す図。
【図5】プラズマトーチ6の断面図。
【図6】本実施形態に係るプラズマ切断装置1の構成を示すブロック図。
【図7】CAD/CAM装置38によって作成される切断制御プログラムの一例を示す図。
【図8】Aコード割付テーブルの一例を示す図。
【図9】制御設定テーブルの一例を示す図。
【図10】要素形状に付与するTコードを判断するときのフローチャート。
【図11】製品の切出し処理におけるNC装置の動作フローを示す図。
【符号の説明】
1…プラズマ加工機、2…切断定盤、3…フレーム、4…走行ビーム、5…キャリッジ、6…プラズマトーチ、7…X軸モータ、8…X軸レール、9…Y軸モータ、10…Y軸レール、11…Z軸モータ、12…トーチケーブル、13…プラズマ電源ユニット、14…母材ケーブル、15…電極、16…ノズル、17…第1ノズルキャップ、18…第2ノズルキャップ、19…プラズマガス通路、20…冷却水通路、21…アシストガス通路、22…耐熱インサート、23…ノズルオリフィス、24…シールドキャップ、25…噴出口、26…プラズマガス供給ライン、27…プラズマガス供給装置、28及び32…電磁開閉弁、29及び33…空電レギュレータ、30…アシストガス供給ライン、31…アシストガス供給装置、34…プラズマガススワラ、35…アシストガススワラ、36…NC装置、37…サーボコントロール部、38…CAD/CAM装置、39…NCデータベース、40…切断高さコントロール部
Claims (11)
- プラズマトーチ(6)にアーク電流とプラズマガスとを供給して前記プラズマトーチ(6)のノズルから板材(W)へとプラズマアーク(A)を形成しつつ、前記プラズマトーチ(6)を製品の形状に応じた切断経路に沿って切断速度で移動させて前記板材(W)を切断し、それにより、前記板材(W)から前記製品を切り出すためのプラズマ切断装置(1)において、
前記切断速度、前記アーク電流の値及び前記プラズマガスの流量又は圧力を含む切断状態を制御するための制御装置(36)を備え、
前記制御装置(36)は、前記製品の形状が、穴と外形とを持つ場合、前記穴を切断するときは、前記外形を切断するときに比べて、前記切断速度を低く、前記アーク電流の値を小さく、且つ、前記プラズマガス流量又は圧力を小さく制御するようになっている、
プラズマ切断装置。 - 前記プラズマトーチ(6)にはアシストガスが更に供給され、
前記制御装置(36)は、前記穴を切断するときは、前記外形を切断するときに比べて、前記アシストガス流量又は圧力も小さく制御するようになっている、
請求項1記載のプラズマ切断装置。 - 前記制御装置(36)は、前記穴を切断するときは、前記板材(W)の板厚と前記穴の径との比率に応じて前記切断状態を制御するようになっている、請求項1記載のプラズマ切断装置。
- 前記制御装置(36)は、前記穴を切断するときは、前記板厚に対する前記穴の径の比率が大きい程、前記切断速度を高く、前記アーク電流の値を大きく、且つ、前記プラズマガス流量又は圧力を大きく制御するようになっている、
請求項3記載のプラズマ切断装置。 - 前記制御装置(36)は、前記板材(W)の材質及び板厚と、前記プラズマトーチ(6)のノズル径とに基づいて、前記外形を切断するときの前記切断状態を制御し、且つ、前記板材(W)の材質と、前記板厚と、前記ノズル径と、前記板厚に対する前記穴の径の比率とに基づいて、前記穴を切断するときの前記切断状態を制御するようになっている、
請求項1記載のプラズマ切断装置。 - 前記制御装置(36)は、前記穴を切断するときは、前記板厚に対する前記穴の径の比率が大きい程、前記切断速度を高く、前記アーク電流の値を大きく、且つ、前記プラズマガス流量又は圧力を大きく制御するようになっている、
請求項5記載のプラズマ切断装置。 - 前記制御装置(36)は、
前記板材(W)の材質と、前記板材(W)の板厚と、前記プラズマトーチ(6)の前記ノズルの径との組合せ毎に、外形用の制御設定と、前記板厚に対する前記穴の径の比率において異なる複数レベルの穴用の制御設定とを有し、
所与の材質及び板厚を持つ板材(W)から所与のノズル径を持つプラズマトーチ(6)を用いて製品を切り出す場合、外形を切断するときは、前記所与の材質及び板厚と前記所与のノズル径とに対応した外形用の制御設定を用いて、前記切断状態を制御し、所与の径を持つ穴を切断するときには、前記所与の材質及び板厚と前記所与のノズル径とに対応した前記複数レベルの穴用の制御設定のうち、前記所与の板厚に対する前記所与の径の比率に対応したレベルの穴用の制御設定を用いて、前記切断状態を制御する、
請求項5記載のプラズマ切断装置。 - 前記制御装置(36)は、前記外形の切断中、その切断の進行に伴って前記プラズマトーチ(6)の前記移動経路の曲率が変わっても、前記切断状態を実質的に一定に維持する、請求項1記載のプラズマ切断装置。
- 前記制御装置(36)は、1つの前記穴の切断中、その切断の進行に伴って前記プラズマトーチ(6)の前記移動経路の曲率が変わっても、前記切断状態を実質的に一定に維持する、請求項1記載のプラズマ切断装置。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載のプラズマ切断装置(1)を制御する制御装置。
- プラズマトーチ(6)にアーク電流とプラズマガスとを供給して前記プラズマトーチ(6)のノズルから板材(W)へとプラズマアーク(A)を形成しつつ、前記プラズマトーチ(6)を製品の形状に応じた切断経路に沿って切断速度で移動させて前記板材(W)を切断し、それにより、前記板材(W)から前記製品を切り出すためのプラズマ切断方法において、
前記製品の形状が、穴と外形とを持つ場合、
前記切断速度、前記アーク電流の値及び前記プラズマガスの流量又は圧力を含む切断状態を制御して、前記穴を切断するステップと、
前記切断条件を制御して、前記外形を切断するステップと
を有し、前記穴を切断するステップでは、前記外形を切断するときに比べて、前記切断速度を低く、前記アーク電流の値を小さく、且つ、前記プラズマガス流量又は圧力を小さく制御するようになっている、
プラズマ切断方法。
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