KR101005487B1 - 열절단가공기 및 이것을 이용하는 절단방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스패터를 효율좋게 차폐할 수 있음과 아울러 절단상황의 감시, 토치의 소모품 교환을 용이하게 할 수 있는, 간단하며 또한 장수명의 토치의 후드를 설치한 플라스마 아크 또는 레이저에 의한 열절단가공기 및 이것을 이용하는 절단방법을 제공하는 것을 목적으로 하고, 이를 위해 토치로부터 발생하는 플라스마 아크 또는 레이저에 의해 금속을 절단하는 열절단가공기에 있어서, 상기 토치의 주위에 액추에이터에 의해 승강가능하게 이루어진 후드를 설치하고, 또한, 적어도 피어싱시에 상기 액추에이터에 지령하여 토치의 주위를 덮는 위치에 후드를 하강시키는 제어장치를 설치한다.

Description

열절단가공기 및 이것을 이용하는 절단방법{THERMAL CUTTING PROCESSING MACHINE AND CUTTING METHOD USING THE SAME}

도 1은 본 발명의 일실시형태에 관한 열절단가공기 예의 플라스마 절단기의 전체사시도이다.

도 2는 본 실시형태에 관한 플라스마 절단기의 후드(hood)의 정면도이다.

도 3은 본 실시형태에 관한 플라스마 절단기의 후드의 측면도이다.

도 4는 플라스마 절단기의 피어싱시의 스패터(spatter) 비산상황의 설명도이다.

도 5는 본 실시형태에 관한 피어싱시의 후드의 동작설명도이다.

도 6은 본 실시형태에 관한 절단시의 후드의 동작설명도이다.

도 7은 열절단가공기의 공작물 세워올려짐과 토치부의 간섭의 설명도이다.

도 8은 다른 실시형태에 관한 절단시의 후드의 작용설명도이다.

도 9는 종래기술에 관한 플라스마 가공기의 후드의 측면단면도이다.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1 … 플라스마 절단기 2 … 공작물

3 … 절단 테이블 5 … Y축 캐리지

6 … Z축 대차 7 … Y축 서보모터

9 … Z축 서보모터 10 … 제어장치

30 … 집진장치 31 … 푸시풀(push-pull)식 송풍기

본 발명은 플라스마 절단기 또는 레이저 절단기 등의 열절단가공기, 및 이 열절단가공기를 이용하는 절단방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 주로 절단시의 스패터를 차폐하는 기술에 관한 것이다.

종래, 플라스마 절단기 또는 레이저 절단기 등의 열절단가공기에 의해 금속판재(이하, 「공작물」이라함.)를 열절단할 때에 플라스마 아크 또는 레이저광 등에 의해 생성된 공작물의 절단부위의 용융물이 토치로부터 분출시킨 플라스마 가스의 가스압에 의해 스패터(용융금속의 물보라)로 되어서 주위로 비산되고, 이때 동시에 발생하는 증기(금속증기)나 소음과 함께 공장 내의 작업환경을 악화시키고 있다. 이 문제를 해결하기 위하여 절단시에 발생하는 스패터의 비산을 방지하는 기술을 비롯해서 증기, 아크광 및 소음 등을 차폐하는 각종 기술이 개발되고 있다.

이 스패터 비산의 방지 및 아크광의 차광을 위한 제1종래기술로서 토치의 주위를, 스패터에 의한 소모를 방지하는 내화성이 있는 석면 등의 직물로 커텐형상으로 고정적으로 덮는 방법이 있다.

또한, 제2종래기술로서, 예컨대, 일본 특개평7-136767호 공보에 개시된 후드가 알려져 있다. 도 9에는 동 공보에 기재된 후드의 단면도가 나타내져 있다.

도 9에 있어서, 플라스마 토치본체(101)의 선단부에는 후드(B)가 상기 플라스마 토치본체(101)의 축방향으로 이동가능하게 장착되어 있고, 상기 후드(B)의 이동을 규제하여 소정의 규제위치에서 후드(B)를 유지하는 후드홀더(103)가 플라스마 토치본체(101)의 선단부에 고정되어 있다. 상기 후드(B)는 대략 중앙에 장착해야할 플라스마 토치(A)의 외경에 따른 구멍이 형성된 장착부와, 이 장착부의 주위에 수직 하향으로 형성된 벽부를 갖고, 이들 장착부 및 벽부가 흡음재로 구성되어 있다. 또한, 얇은 강판 또는 얇은 스테인레스강판제 또는 난연성(難燃性)을 갖는 합성수지의 얇은 판제 차음벽(104)에 의해서 플라스마 토치(A)의 캡(102)부가 덮여져 있다. 또한, 상기 후드(B)는 자중에 의해 플라스마 토치본체(101)에 대해서 후드홀더 (103)에 의한 상기 규제위치까지 내리고, 플라스마 토치(A)를 소정의 높이이하로 내리더라도 후드(B)와 공작물(C)이 소정의 위치관계로 되도록 구성되어 있다.

또한, 상기 공보에는 후드(B)와 공작물(C)의 간극이 있으면 거기로부터 스패터, 소음 및 광이 누출되므로 후드(B)와 공작물(C)을 밀착시킨 쪽이 좋은 것, 또한, 후드(B)와 공작물(C)이 밀착되어 있는 경우에 절단된 공작물(C)이 들어올려지거나(도 7참조) 열변형이 생긴 공작물(C)의 표면과 후드(B)가 충돌하여 가공이 불가능하게 되는 경우가 있으므로 상기 후드(B)의 구성재료로서 적절한 가요성을 갖는 얇은 강판이나 얇은 스테인레스강판, 또는, 난연성을 갖는 합성수지의 박판 등을 이용하면 좋은 것 등이 기재되어 있다.

또한, 제3종래기술로서, 예컨대, 일본 특개평9-57438호 공보에 기재되어 있는 바와 같은 열절단가공기의 집진장치가 있다. 이 집진장치는 열절단가공기 및 본 체 테이블의 상면 전체를 덮음과 아울러 본체 테이블의 길이방향으로 신축가능한 슬라이드커버를 구비하고, 이 슬라이드커버는 길이방향으로 적어도 일단측이 고정된 편개방임과 아울러 공작물 교환시에 토치가 상기 슬라이드 커버의 일단 고정측에 수납되도록 되어 있다. 또한, 본체 테이블 상부 및 본체 테이블 하부로부터 먼지가 집진배관을 통해 외부에 집진되도록 하고 있다. 또한, 상기 집진장치의 효과로서 재료절단가공시에는 슬라이드 커버부가 폐쇄된 상태로 가공기 전체를 덮어서 가공할 수 있으므로 본체 테이블 상부에 발생하는 분진의 공장 내부로의 배출이 슬라이드 커버부에 의해서 방지되고, 또한, 절단가공시의 소음, 증기, 스패터 및 아크광 등도 차폐할 수 있게 되어 있다.

그러나, 상기 종래기술에는 이하와 같은 문제점이 있다.

상기 제1종래기술에 있어서는 토치의 주위를 내화성(耐火性)이 있는 석면 등의 직물제 후드로 커텐형상으로 덮고 있지만 이 직물제 후드는 고온의 용융금속의 물보라인 스패터에 의해 단기간에 녹아 내리고, 본래의 차폐기능을 잃어버리게 되므로 상기 내용수명(耐用壽命)은 매우 짧다. 이 때문에, 기계 사용자에게 납입한 당초에 기기측에 상기 후드를 설치하여 두어도 사용자는 그 교환을 빈번하게 행해야만 하고, 보수작업이 매우 번거롭고, 경우에 따라서는 차폐기능을 잃은 상태로 후드교환을 하지 않은 채로 사용하고 있는 것이 현재 상황이다.

또한, 일본 특개평7-136767호 공보에 기재된 제2종래기술에는 이하의 문제점이 있다.

(1) 실제의 플라스마 절단에서는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 테이블 상에 작게 절단된 공작물편이 상기 테이블의 공작물 지지 가로대의 지지를 잃어 그 수평을 유지할 수 없어서 경사지는 현상이 발생하는 경우가 있다. 토치의 주위에 장착되어 있는 후드(B)는 그 하단부를 공작물에 접근시킨 상태로 수평방향으로 이동하므로 공작물이 약간 경사진 것만으로도 후드(B)의 하부와 상기 세워올려진 공작물과의 간섭이 생기고, 후드(B)가 파손될 우려가 있다. 또한, 후드(B)의 하부와 상기 공작물의 간섭이 토치의 수평방향이동의 과대부하로 되고, 기계정지로 되는 문제도 발생한다.

(2) 상기 문제의 대응으로서 후드(B)의 구성재료로서 적절한 가요성을 갖는 얇은 강판이나 얇은 스테인레스강판 혹은 난연성을 갖는 합성수지의 박판을 이용하면 좋은 것이 나타내져 있지만 현실에는 공작물(C)과의 간섭시에 후드(B)의 벽부가 매우 휘게 되고, 또한, 그 간섭발생빈도의 많음을 고려하면 토치의 이동행정의 방해로 되는 것은 부정하지 못한다.

이 경우, 후드의 손상을 고려하면 당연히 기계를 정지시켜 공작물과의 간섭을 회피할 필요가 있고, 또는, 후드의 파손에 이른 경우, 상기 복구 등의 작업이 필요하게 되고, 기계의 자동운전이 저해된다. 또한, 그 기계정지시간이나 동작복귀시간이 필요하게 되어 기계가동율이 떨어지고, 또한, 생산성의 저하를 초래하게 되고, 야간자동운전 등의 무인운전의 요구에 대해서 도저히 실용에는 견딜 수 없다. 게다가, 이 종래기술을 실제의 플라스마 절단기에 적용함에 있어서 공작물이 세워올려지지 않는 형상의 절단, 또는, 공작물의 열변형이 조금이라는 한정이 필요하고, 이 점에서도 실용상 본 기술의 채용에는 무리가 있다.

(3) 또한, 통상, 도 4에 나타내는 바와 같이, 스패터는 절단개시에 있어서의 피어싱시에 가장 대량으로 발생하고, 이것이 주위에 비산하는 것, 또한, 스패터의 주위로의 비산의 방향이 공작물을 따라서 수평방향으로 비산하는 양이 많다. 이 이유에서 상기 스패터를 효율적으로 차폐하기 위해서는 공작물과 후드 하단을 충분히 밀착시키는 것이 필요하다. 그러나, 상기 후드의 재질이 본 종래기술에 있는 얇은 강판이나 얇은 스테인레스강판 혹은 난연성을 갖는 합성수지의 박판을 이용한 경우에도 상기 내열성의 직물보다는 수명이 있지만 어느것이든 피어싱시의 대량의 스패터에 의해서 녹아 내려져서 공작물과 후드 하단의 밀착과 같은 작은 간극을 유지할 수 없게 됨으로써 스패터 차폐효과를 장기간 발휘할 수 없고, 실용적이지 못하다.

(4) 또한, 플라스마 아크의 상태나 공작물에 대한 가공상태를 용이하게 관찰할 수 있도록 후드 측면의 벽을 투명한 합성수지판으로 구성하면 좋지만 이 경우, 스패터가 합성수지판에 부착되어 이것을 녹이므로 단시간에 투명성이 손상되고, 실용에 기여하지 못한다.

(5) 또한, 절단량에 따라 다르지만 1일에 수회는 토치의 캡을 떼어내서 토치 선단에 장착된 노즐, 전극 등의 소모품을 교환할 필요가 있다. 이 때, 토치의 주위에 후드 또는 커버 등이 있으면 교환시의 작업성이 나쁘게 된다. 본 공보의 종래기술에 있어서는 후드를 수작업으로 밀어 올려서 상기 소모품의 교환작업을 행한다라는 기재가 있지만 후드를 밀어 올리는 것에 한손을 사용하면 다른쪽의 한손으로 캡을 떼고, 소모품의 교환을 하지 않을 수 없게 되고, 매우 작업성이 저하한다.

또한, 상기 일본 특개평9-57438호 공보에 기재된 제3종래기술에 있어서는 상 기 슬라이드 커버는 열절단가공기 및 본체 테이블의 상면 전체를 덮는 구성을 위하여 매우 대형이며 대중량으로 되므로 상기 슬라이드 커버의 개폐동작은 대단한 노력이 필요하여 곤란하다. 또한, 공작물 반입, 반출시, 토치의 노즐교환시, 또한, 공작물의 절단상황의 감시시 등에 그 때마다 개폐해야만 하고, 그 빈도가 많으므로 개폐동작에 의한 많은 기계정지시간을 필요하며, 기계가동율이 저하하는 등 생산성에 문제가 있다. 게다가, 상기 슬라이드 커버는 대형 판금가공물이고, 그 제작이 어려운데다가 상기 개폐동작을 원활하게 하고, 또한, 커버 외부로의 증기의 누출을 억제하기 위해 슬라이딩부의 스키머(skimmer) 치수정밀도를 올릴 필요성때문에 그 제작비용이 높게 된다라는 문제도 있다.

본 발명은 상기 문제점에 착안하여 이루어진 것이므로 열절단시에 발생하는 스패터를 효율좋게 차폐하고, 공장내의 작업환경을 양호하게 유지할 수 있음과 아울러 절단상황의 감시, 토치의 소모품 교환을 용이하게 할 수 있는, 간단하며 또한 장수명의 토치의 후드를 설치한 열절단가공기 및 이것을 이용하는 절단방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 열절단가공기는,
토치로부터 발생하는 플라스마 아크 또는 레이저에 의해 금속을 절단하는 열절단가공기에 있어서, 상기 토치의 주위에 액추에이터에 의해 승강 가능하게 이루어진 후드를 설치하고, 피어싱시에 상기 액추에이터에 지령하여 상기 토치의 주위를 덮는 위치에 상기 후드를 하강시키는 제어장치가 설치되고, 상기 제어장치는 상기 피어싱 후의 절단가공시에 상기 액추에이터에 지령하여 상기 후드를 소정의 높이위치로 상승시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 것이다.

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본 발명에 의하면 토치의 주위에 승강가능하게 후드를 설치하고, 이 후드가 액추에이터에 의해 승강구동되도록 되어 있으므로 전체 발생하는 스패터량의 대부분이 발생하여 이것이 노즐의 주위로 광범위(특히 수평방향으로)하게 비산되는 피어싱시에 있어서 적시에 후드를 하강시켜 공작물과 후드 하단을 충분히 밀착시켜서 피어싱을 행하는 것이므로 스패터 전체량의 대부분을 차폐할 수 있음으로써 스패터의 광범위한 범위로의 비산을 효과적으로 억제할 수 있고, 플라스마 절단기 또는 레이저 절단기의 작업환경은 현저하게 향상할 수 있다.

또한, 절단가공시에는 후드의 하단을 필요한 최소로 공작물 상면으로부터 떨어지고, 후드 하단과 공작물 상면 사이에 소정의 간극을 갖은 상태로 할 수 있으므로 공작물의 세워올려짐이나 열변형에 의한 공작물의 휘어짐이 발생한 경우에도 후드와 공작물의 간섭이 생기는 일이 없고, 토치의 이동을 방해할 우려가 없으므로 야간자동운전 등의 무인운전자동화가 가능하게 되고, 생산성을 향상할 수 있다.

또한, 토치의 이동시에 후드와 공작물의 간섭이 회피가능하므로 후드로서 가요성이 있는 박판을 이용할 필요가 없고, 따라서, 내열성을 갖고 또한 강성이 있는 강판 등으로 구성할 수 있으므로 스패터에 의해 용이하게 녹여지는 경우가 없어서 그 내구(耐久)수명을 대폭적으로 향상시킬 수 있다.

또한, 적시, 수동조작 스위치의 조작 또는 프로그램제어에 의해 후드를 토치의 차폐위치로부터 소정의 필요높이만큼 상승시켜서 노즐위치가 보이는 상황으로 함으로써 절단가공중의 플라스마 아크 또는 레이저광의 상태나 공작물에 대한 가공상태를 용이하게 관찰할 수 있음과 아울러 토치의 소모품의 교환시에는 후드를 필 요한 높이만큼 상승시킨 위치로 유지함으로써 소모품의 교환을 양손조작으로 안전하게 또한 용이하게 행할 수 있다.

삭제

상기 제어장치는 적어도 피어싱가공시에 후드가 토치의 주위를 덮는 위치로 하강되는 것이므로 전체 발생하는 스패터량의 대부분이 발생하여 이것이 노츨의 주위에 광범위(특히 수평방향으로)하게 비산되는 피어싱시에 있어서 적시에 후드를 하강시켜 스패터 전체량의 대부분을 효율적으로 차폐할 수 있음으로써 스패터의 광범위한 주위로의 비산을 억제할 수 있고, 플라스마 절단기 또는 레이저절단기의 작업환경을 현저하게 개선할 수 있다.

또한, 상기 제어장치는 상기 토치의 이동시에 후드와 공작물의 간섭이 회피가능하므로 상기한 바와 같이 후드가 스패터에 의해 용이하게 녹여지는 경우가 없어서 그 내구수명을 대폭적으로 향상시킬 수 있다.

상기 후드는 후드본체와 이 후드본체의 하부에 착탈가능하게 설치되는 후드 하부부재를 구비하고 있는 것이 바람직하다. 이로써 후드의 스패터에 의한 오염을 청소하기 쉽고, 또한, 만일 후드가 손상된 경우에도 손상부분만을 교환하면 좋고, 정비성의 향상, 또한, 교환시의 기계정지시간의 단축화를 도모할 수 있다.

이어서, 본 발명에 의한 열절단가공기를 이용하는 절단방법은,
토치로부터 발생하는 플라스마 아크 또는 레이저에 의해 금속을 절단하는 열절단가공기를 이용하는 절단방법에 있어서, 피어싱시에 승강 가능한 후드를 하강시켜서 상기 토치의 주위를 덮고, 상기 후드에 의해서 절단개소로부터 비산하는 스패터를 차폐하고, 상기 피어싱 후의 절단가공시 및 상기 토치의 소모품의 교환시에 상기 후드를 소정의 높이위치까지 상승시키는 것을 특징으로 하는 것이다.

삭제

삭제

본 발명에 의하면 적어도 피어싱가공시에는 후드를 그 퇴피(退避)위치로부터 하강시켜서 토치의 주위를 덮도록 하였으므로 상기 후드가 스패터를 차폐하고, 상기 발명과 마찬가지로, 발생하는 스패터 전체량의 대부분을 차폐할 수 있음으로써 스패터의 광범위한 주위로의 비산을 격감할 수 있고, 플라스마 절단기 또는 레이저 절단기의 작업환경을 현저하게 개선할 수 있다.

삭제

또한, 필요에 따라서 선택적으로 후드를 소정이 높이로 승강시킬 수 있고, 필요할 때에 스패터, 증기, 소음 등의 차폐, 또는, 아크광이나 레이저광의 차광을 행할 수 있다. 즉, 피어싱시에 있어서는 프로그램제어에 의해 자동적으로, 또한 적시에, 또는, 수동스위치 등으로의 조작에 의해 선택적으로 액추에이터를 구동하여 후드를 하강시켜서 공작물과 후드 하단을 충분히 밀착시켜 피어싱을 행한다. 이 후드의 승강에 의해서 가공시에 발생하는 스패터 전체량의 대부분을 차폐할 수 있으므로 스패터의 광범위한 주위로의 비산을 격감할 수 있고, 플라스마 절단기 또는 레이저 가공기의 작업환경은 현저하게 개선된다. 또한, 절단가공시에 있어서는 공작물의 세워올려짐이 발생할 우려가 있는 가공부위에서 미리 프로그램제어에 의해 또는 적시 수동조작 스위치의 조작에 의해 후드를 상승시키고, 후드의 하단을 필요한 최소로 공작물 상면으로부터 떨어진 위치로 유지시키고, 후드 하단과 공작물 상면 간의 소정의 간격을 갖은 상태로 토치 이동에 의한 열절단가공을 행한다. 이 때, 후드 하단과 공작물 상면 간에 적절한 간격이 있으므로 공작물의 세워올려짐이 발생한 경우에도 공작물과의 간섭이 생기는 일이 없으므로 토치의 이동을 방해할 우려가 없고, 야간자동운전 등의 무인운전자동화가 가능하게 되고, 생산성의 향상이 기대된다.

또한, 절단가공 중의 플라스마 아크 또는 레이저광을 관찰할 때에는 적시 수동조작 스위치의 조작 또는 프로그램제어에 의해 후드를, 토치를 덮는 스패터 차폐위치로부터 필요한 높이만큼 상승시켜 노즐 등이 보이는 상태로 그 위치를 유지함으로써 플라스마 아크 또는 레이저광의 상태나 공작물에 대한 가공상태 등을 용이하게 관찰할 수 있고, 노즐 등의 소모도도 체크할 수 있다. 또한, 노즐 등의 소모품의 교환시에는 수동조작 스위치의 조작 또는 프로그램제어에 의해 후드를 그 상단위치까지 상승시켜 그 위치에서 유지할 수 있으므로 토치의 소모품의 교환작업을 양손조작으로 안전하게 또한 용이하게 행할 수 있다.

이하, 본 발명에 의한 열절단가공기 및 이것을 이용하는 절단방법의 구체적인 실시형태에 관해서 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1에는 본 발명의 일실시형태에 관한 열절단가공기의 예로서 든 플라스마 절단기의 전체사시도가 나타내져 있다.

본 실시형태의 플라스마 절단기(1)는 공작물(2)을 지지하는 절단테이블(3)을 구비하고, 이 절단테이블(3)의 하부에 이 테이블(3)의 대향측면부에 설치한 복수의 푸시풀식 송풍기(31)에 의해서 절단시에 발생하는 스패터, 증기, 고압가스(배연) 등을 포집하는 집진장치(30)를 갖고 있다. 상기 절단테이블(3)의 상부에는 상기 테이블 면내의 직교 2축의 일축인 X축방향으로 주행가능하게 Y축 캐리지(5)가 설치되고, 이 Y축 캐리지(5)의 상부에는 상기 직교 2축의 타축인 Y축방향으로 주행가능하게 Z축 대차(6)가 설치되어 있다. 또한, 이 Z축 대차(6)에는 Z축 이동다이(8)가 상기 X축, Y축에 직교하는 Z축방향으로 이동가능하게 설치되어 있고, 상기 Z축 이동다이(8)에 플라스마 아크를 분사하는 플라스마 토치(4)가 장착되어 있다. 또한, X축, Y축, Z축에는 각 축방향으로의 구동수단으로서의 X축 서보모터(도시않함), Y축 서보모터(7) 및 Z축 서보모터(9)가 각각 장비되어 있다.

또한, 공작물(2)이 미리 결정된 절단형상으로 되도록 플라스마 토치(4)를 XY평면 상에서 이동시켜 소정의 형상절단을 행하는 제어장치(10)가 설치되어 있다. 이 제어장치(10)는 소정의 공작물가공 NC프로그램에 따라서 상기 X축 서보모터, Y축 서보모터(7) 및 Z축 서보모터(9)에 각각 NC제어지령을 출력하여 각 축의 위치 및 속도를 제어한다. 또한, 상기 제어장치(10)에는 공작물(2)이 절단 중에 열변형하여 휘고, 그 두께방향(즉, Z축방향)으로 변위한 경우에도 이 변위량을 아크전류 또는 아크전압에 기초하여 검출하고, 이 검출한 변위량에 기초하여 Z축 서보모터 (9)의 위치를 제어하고, 플라스마 토치(4)와 공작물(2) 사이의 거리[소위, 스탠드 오프(stnad-off)]를 적정한 값으로 유지함으로써 양호한 절단을 실현하는 Z축 제어기능도 구비되어 있다.

이어서, 본 실시형태의 후드의 구성에 관해서 상기 플라스마 절단기(1)의 후드의 정면도 및 측면도를 각각 나타낸 도 2 및 도 3을 이용하여 상술한다.

도 2, 도 3에 있어서, 후드(11)는 플라스마 토치(4)의 선단부에 설치된 노즐의 주위를 덮어서 스패터를 차폐하기 위한 후드 하부부재(11b)와, 이 후드 하부부재(11b)의 상부에 설치되고, 또한, 이 후드 하부부재(11b)를 지지하는 후드본체 (11a)를 갖고 있고, 하기에 상세하게 설명하는 바와 같이 후드본체(11a)는 Z축 이동다이(8)에 상하방향으로 이동가능하게 장착되어 있다.

즉, 상기 후드(11)를 플라스마 토치(4)에 대해서 승강가능하게 하기 위한 승강구동기구는 에어실린더(15), 우측 브래킷(12a), 좌측 브래킷(12b), 좌우 1쌍의 평행링크(13,13), 및, 링크 브래킷(14)을 구비하고 있다. 에어실린더(15)의 헤드측 단부는 Z축 이동다이(8)에 설치된 실린더 지지 브래킷(18)에 요동가능하게 핀결합되고, 상기 로드측 단부는 너클(16) 및 너클 수용부(17)를 통해서 요동가능하게 좌측 브래킷(12b)에 연결되어 있다. 좌측 브래킷(12b) 및 우측 브래킷(12a)은 각각 후드본체(11a)의 정면에서 바라봐서 좌우에 설치되어 있고, 상기 좌측 브래킷 (12b) 및 우측 브래킷(12a)에는 각각 좌우 1쌍의 평행링크(13,13)의 내, 링크 브래킷(14)을 통해서 Z축 이동다이(8)에 고정된 상하 1쌍의 링크(변)에 대향하는 링크 (13a,13a)의 일단부(도시의 하단부)가 설치되어 있다.

상기 승강구동기구에 있어서, 에어실린더(15)를 신축구동하면 좌측 브래킷 (12b) 및 우측 브래킷(12a)을 통해서 좌우 1쌍의 평행링크(13,13)의 요동가능한 링크(13a,13a)가 상하방향으로 요동됨으로써 후드(11)가 상하방향으로 승강된다.

또한, 대향하는 좌우 1쌍의 평행링크(13,13) 사이에는 도시하지 않은 플라스마 전극으로 송전하는 전선, 가스공급을 위한 호스, 냉각수 급배(給排)용 호스 등을 통과하기 위한 공간이 설치되어 있다. 이들 전선, 호스류가 이 공간을 경유하여 Z축 대차(6)로 휠 수 있게 직물설치되기 위하여 Z축 이동다이(8)에 그 일단이 설치되고, 타단이 Z축 대차(6)에 설치된 가요성 케이블 가이드(19)가 구비되어 있다.

또한, 본 실시형태에 있어서는 후드(11)를 후드본체(11a)와 후드 하부부재 (11b)의 2분할 구성으로 하였지만 이것은 스패터에 의해 오염되는 정도가 큰 후드 하단부위를 후드본체와 나누고, 또한, 이것을 소형 부품으로 한 후드 하부부재 (11b)를 후드본체(11a)에 대해서 착탈가능한 구성으로 한 것이다. 이 결과, 후드의 스패터에 의한 오염을 청소하기 쉽고, 또한, 만일 후드가 손상된 경우에도 손상부위만을 교환하면 좋고, 정비성의 향상, 또한, 교환시의 기계정지시간의 단축화를 가능하게 한 것이다.

이어서, 본 실시형태의 후드의 동작에 관해서 설명한다.

통상, 플라스마 절단은 우선 절단의 개시포인트에 플라스마 토치를 이동시키고, 그 포인트에서 플라스마 아크를 발생시킨 후 플라스마 토치를 하강시켜 피어싱 (천공공정)을 행하고, 플라스마 아크가 공작물을 관통한 후 X축, Y축 서보의 동시 보간제어에 의해 플라스마 토치를 소정의 궤도로 수평이동시켜서 임의형상의 절단을 행한다. 또한, 소정의 형상으로 공작물(2)을 절단한 후 플라스마 아크의 발생을 정지하고, 다음의 절단개시포인트로 이동하여 상기와 마찬가지의 요령으로 아크발생→피어싱(토치 수직이동)→형상절단(토치 수평이동)→아크정지의 반복동작에 의해 절단을 행하고, 소정의 절단을 완료한다.

이와 같이, 플라스마 절단에는 피어싱과 공작물의 형상절단의 2종류의 공정이 있지만 이들 각각의 아크절단에 있어서의 스패터의 발생 및 그 비산상황에 관해서 설명한다.

우선, 도 4에 의해 피어싱의 경우에 관해서 설명한다. 도 4는 플라스마 절단기의 피어싱시의 스패터 비산상황의 설명도이다. 이 피어싱은 플라스마 전극(21)과 공작물(2) 사이에서 플라스마 아크(22)를 발생시키고, 플라스마 토치(4)를 하강시키고, 플라스마 아크(22)에 의해 공작물 표면으로부터 용융이 일어나고, 이어서, 구멍을 파나가고, 결국에는 관통시켜서 그 공정을 완료하지만, 도면에 보여지는 바와 같이, 이 때의 용융금속은 노즐(23)부로부터 분사되는 플라스마 가스의 가스분사력에 의해 용융물보라[스패터(20)]로 되지만 구멍이 미관통으로 공작물(2)의 상방으로밖에 빠져나갈 장소는 없으므로 그 전체가 플라스마 토치(4)의 주위에 주로 수평방향으로 불어날려진다.

또한, 피어싱을 완료한 후, 플라스마 토치(4)를 수평이동시켜서 공작물의 형상을 아크 절단하는 절단시에는 공작물(2)의 절단은 플라스마 아크(22)에 의해 공작물(2)의 상면으로부터 이면으로 관통한 절단홈이 연속적으로 형성되는 상태로 행해지기 때문에 이 절단시에 발생하는 용융금속은 노즐부로부터 분사되는 플라스마 가스의 가스분사력에 의해 용융물보라(스패터)로 되지만 그 대부분이 공작물(2)의 이면(하방)으로 불어날려져서 절단 테이블(3) 내에서 집진되어 공작물 상면에서의 비산은 매우 적다.

따라서, 플라스마 토치(4)의 주위로 비산하여 작업환경을 열화(劣化)시키는 스패터량은 피어싱공정에서 발생하는 양이 전체 절단공정에서 발생하는 양의 대부분을 점유하고 있다.

본 실시형태에 관한 피어싱시에 있어서의 후드의 작용에 관해서 도 2~도 5를 참조하여 설명한다. 도 5는 본 실시형태에 관한 피어싱시의 후드의 동작설명도이다.

도 5에 있어서, 피어싱은 우선 후드(11)가 에어실린더(18)에 의해 상단의 대기위치에 끌어올려진 상태로 플라스마 토치(4)를 피어싱의 개시포인트에 수평이동시키고, 이 포인트에서 소정의 피어싱 개시높이까지 하강시킨다[도 5(a) 참조]. 이어서, 프로그램 제어에 의해 에어실린더(18)를 신장하여 후드(11)를 하강시키고, 후드 하부부재(11b)의 하단을 공작물 상면에 밀착시킨다[도 5(b) 참조]. 또한 이어서, 후드 하단을 공작물에 밀착시킨 상태 그대로 노즐(23)로부터 플라스마 가스를 분출시킴과 아울러 플라스마 전극(21)과 공작물(2) 사이에 플라스마 아크(22)를 생성시키고, 플라스마 토치(4)를 하강시켜 피어싱을 개시한다[도 5(c) 참조]. 그 후, 피어싱을 진행하고, 피어싱구멍이 관통되면[도 5(d) 참조] 프로그램 제어에 의해 에어실린더(18)를 수축시켜서 후드(11)를 소정의 높이까지 올리고, 다음의 절단공정으로 들어간다[도 5(e) 참조].

이 피어싱시, 상기한 바와 같이, 스패터(20)는 공작물(2)의 상방에밖에 빠져 나갈 장소가 없으므로 그 전체가 플라스마 토치(4)의 주위로, 주로 수평방향으로 불어날려진다. 본 실시형태에 의하면 피어싱시에 플라스마 토치(4)의 선단부의 주위를 후드(11)로 완전히 덮고, 또한, 그 하단을 공작물(2)에 밀착시키고 있으므로 스패터(20)는 모두 상기 후드(11)에 의해 차폐되어서 후드(11)의 내벽에서 포착되거나 또는 절단 테이블(3)의 내부로부터 집진장치(30)에 의해 집진되기 때문에 외부로 누출되는 일은 없다.

이와 같이, 본 실시형태에서는 피어싱 가공시에 액추에이터에 의해 토치의 주위에 후드를 하강시켜서 이 후드 하단을 공작물에 밀착시키고, 스패터를 완전히 차폐하는 제어를 행함으로써 전체 절단공정에서 플라스마 절단기의 주위로 비산하는 스패터의 대부분을 점유하는, 이 피어싱시의 스패터의 비산을 거의 완전히 차폐할 수 있으므로 작업환경을 현저하게 개선할 수 있다.

이어서, 공작물(2)의 소정형상의 절단시에 있어서의 후드(11)의 동작에 관해서 실시형태에 관한 절단시에 있어서의 후드의 동작설명도인 도 6을 참조하여 설명한다.

피어싱 완료후에 계속 행해지는 절단시에는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 피어싱 완료후 프로그램 제어에 의해 에어실린더(18)를 수축시켜서 후드(11)의 하단을 공작물(2)에 밀착시킨 위치로부터 소정의 높이까지 상승시킨다. 또한, 후드(11)를 그 높이위치로 유지한 상태로 플라스마 토치(4)의 선단과 공작물(2)의 상면 사이를 소정 간격으로 유지(스탠드오프 제어)하면서 X축, Y축 서보의 동시 보간제어에 의해 플라스마 토치(4)를 수평방향으로 소정형상의 궤도로 이동시켜서 플라스마 아크절단을 행한다.

상기한 바와 같이, 절단시는 공작물(2)의 상면으로부터 이면으로 관통한 절단홈이 형성되고, 이 절단시에 발생하는 용융물보라(스패터)는 그 대부분이 플라스마 가스의 분사력에 의해 공작물(2)의 이면(하방)으로 불어날려져서 절단 테이블 (3) 내에서 집진되고, 공작물 상면에서의 기기 밖으로의 비산은 거의 없음에 가까우므로 후드(11)와 공작물(2)의 상면 사이에 간극이 있더라도 작업환경에 악영향을 미칠 우려가 전혀 없다.

또한, 상기 후드(1)의 높이위치를 유지함으로써 다음과 같은 본 발명의 특유의 효과가 얻어진다.

즉, 실제의 플라스마 절단에 있어서는, 도 7에 보여지는 바와 같이, 공작물 절단시의 토치이동시에 테이블 상에서 작게 절단된 공작물편이 공작물 지지 가로대의 지지를 잃어 그 수평을 유지할 수 없어서 경사지는 현상이 발생한다. 그러나, 본 발명에서는 공작물(2)의 세워올려짐이 있더라도 후드(11)의 하단과 공작물(2)의 상면 사이에 이들 간섭이 생기지 않는 소정의 간격을 갖은 높이까지 후드(11)를 상승시키고, 이 후드높이를 유지하여 절단을 행하고 있음으로써 공작물(2)이 다소 세워올려져도 이것에 기인한 후드(11)의 손상은 없고, 이것에 의한 기계정지 등의 우려가 없게 된다.

또한, 공작물(2)의 열변형에 의한 두께방향의 변위가 생기더라도 후드(11)가 상기 소정 높이까지 상승시켜져 있으므로 후드(11)와 공작물(2)의 간섭에 수반되는 플라스마 토치(4)의 수평이동부하의 증대가 생기지 않으므로 기계정지가 발생할 우 려가 없다.

이들 결과, 야간자동운전 등의 무인운전이 가능하게 됨과 아울러 이 때의 기계정지시간이나 동작복귀시간이 불필요하게 되어 기계가동율이 올라가고, 생산성을 향상할 수 있다. 또한, 공작물이 세워올려지지 않는 형상의 절단, 또는, 공작물의 열변형이 조금인 경우의 가정 등을 행할 필요는 없게 되고, 절단가공 프로그램작성의 자유도, 용이성이 증가하고, 그 작업성을 향상할 수 있다.

또한, 후드의 하단과 공작물의 상면 사이에 소정의 간격을 갖은 후드높이를 유지하여 절단을 행하고 있으므로 절단 중에 플라스마 아크의 상태나 공작물에 대한 가공상태를 항시 용이하게 관찰할 수 있는 효과도 얻어진다.

본 실시형태에 있어서는, 상기한 바와 같이, 절단시에 있어서의 플라스마 토치의 이동시에 있어서, 후드는 공작물과의 간섭이 없으므로 종래와 같이 간섭을 회피하기 위하여 후드를 가요성이 있는 재료로 구성할 필요가 없고, 피어싱시의 다량의 스패터에 견디는 충분한 강도를 갖는 강판 등으로 구성할 수 있음으로써 본 발명에 의한 후드는 스패터에 의한 열적 손상으로 인한 재제작의 빈도가 매우 적게 되고, 그 수명을 장기화할 수 있다.

또한, 절단전에 공작물에 드로스(dross) 부착방지제를 도포하여 둠으로써 공작물 절단개소에 드로스를 부착시키지 않는 기술이 알려져 있지만 이 드로스 부착방지제를 공작물뿐만 아니라 후드의 내벽에도 도포하여 둠으로써 후드에 스패터가 부착되지 않게 되고, 그 스패터 제거작업이 불필요하게 되어 보수관리 개선이 현저하게 된다.

본 실시형태에 있어서 후드(11)는 반드시 플라스마 토치(4)의 주위를 360도에 걸쳐서 차폐할 필요는 없고, 도 8에 나타내는 일방향이 개방되어 있어도 좋다. 또한, 개방되어 있는 측에 적극적으로 스패터를 비산시키고, 그 비산된 스패터는 Z축 대차(6)에 설치된 승강식 후드(11)가 아니라 Y축 캐리지(5)에 Z축 대차(6)의 주행범위에 걸쳐서 설치된 커텐형상의 내열직물(25)에 의해서 주위로의 비산을 방지하여도 좋다. 이 경우에는 내열직물(25)에 스패터가 닿기까지 거리가 떨어져 있으므로 스패터의 온도가 비산중에 내려가고, 내열직물(25)의 손상은 크지 않다. 또한, 후드(11)의 내부에 스패터가 가득차는 일이 없으므로 후드(11)의 내구성도 향상하는 이점이 있다.

또한, 본 실시형태에 있어서는 소형, 경량화를 도모하기 위하여 에어실린더 (15)의 구동과 평행링크(13)에 의한 가이드에 의해서 후드(11)의 승강을 행하는 예로 나타내었지만 본 발명의 실시에 있어서의 이 승강구동 및 가이드방식은 상기 기구에 한정하는 것은 아니고, 예컨대, 액추에이터로서의 모터와 스크류의 구동방식, 및, 선형 가이드레일을 이용한 가이드방식 등을 이용하여도 어떠한 지장도 없다.

또한, 본 실시형태에 있어서는 후드를 강판 등으로 구성하였지만 이 승강식 후드의 주위에(플라스마 토치에 대해서도 승강하지 않는) 고정 커텐식 내열직물을 배치하여도 좋다. 이 경우, 비산정도 및 비산량이 많은 피어싱시의 스패터는 승강식 강도를 갖은 후드에 의해 차폐하고, 절단중의 경미한 스패터는 그 주위의 내열직물 커텐에 의해 차폐할 수 있다. 절단중의 경미한 스패터이면 내열직물 커텐의 손상은 적고 그 수명은 길고, 실용에 공급할 수 있다. 또한, 이 2종류의 차폐기능 을 가짐으로써 신뢰성이 높은 안정한 스패터 차폐가 행할뿐만 아니라 차광의 효과도 높다.

플라스마 절단기에서는 1일에 수회는 플라스마 토치의 캡을 떼어내서 플라스마 토치 선단에 설치된, 노즐, 전극 등의 소모품을 교환할 필요가 있고, 이 때, 플라스마 토치의 주위에 후드가 있으면 작업성이 나쁘게 되지만 본 실시형태에서는 적시에 프로그램 제어 또는 버튼조작에 의해 액추에이터를 작동시키고, 자동적으로 후드를 그 상단 위치까지 상승시키도록 하고 있다. 이 구성에 의해 소모품의 수명을 확인하여 프로그램 조작에 의해 정기적으로 후드의 승강조작을 행하여 플라스마 토치 소모품의 교환작업을 용이하게 함으로써 그 작업효율을 높일 수 있는 것은 물론이며 긴급시에는 버튼조작으로 적시에 후드의 승강조작을 행하여 플라스마 토치 소모품의 교환을 용이하게 행할 수도 있고, 생산성을 향상할 수 있다.

이상의 실시형태에 있어서는 열절단가공기로서 플라스마 절단기를 채택하여 설명하였지만 본 발명은 이것을 레이저 절단기로 대체하여도 상기 플라스마 절단기의 경우와 마찬가지이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면 다음과 같은 효과를 거둔다.

토치의 주위에 후드를 설치하고, 이것을 액추에이터에 의해 승강가능한 구성으로 함으로써 전체 절단공정에 있어서의 대부분의 양의 스패터가 발생하여 이것이노즐의 주위에 광범위(특히 수평방향으로)하게 비산되는 피어싱시에 있어서 적시에 후드를 액추에이터에 의해 하강시켜서 공작물과 후드 하단을 충분히 밀착시켜 피어 싱을 행하는 것이므로 열절단가공시에 발생하는 스패터 전체의 대부분의 양을 차폐할 수 있음으로써 화염의 원인으로도 되는 스패터의 열절단기 밖의 광범위한 주위로의 비산을 격감할 수 있고, 플라스마 절단기 또는 레이저 절단기의 작업환경을 현저하게 개선할 수 있다.

또한, 절단시에는 후드의 하단을 필요한 최소로 공작물 상면으로부터 떨어뜨리고, 후드의 공작물 상면과의 사이에 소정의 간극을 가진 상태로 토치와 함께 수평방향으로 이동하는 것이므로 공작물의 세워올려짐 또는 열변형에 의한 휨이 발생한 경우에도 공작물과의 간섭이 생기는 일이 없고, 토치의 이동시에 토치의 운행을 방해할 우려가 없고, 야간자동운전 등의 무인운전자동화가 가능하게 되고, 생산성을 향상할 수 있다.

또한, 토치의 이동시, 상기 후드와 공작물의 간섭이 회피가능하므로 후드는 가요성이 있는 박판을 이용할 필요가 없고, 내열성을 갖고, 또한, 강성이 있는 강판 등으로 구성할 수 있으므로 스패터에 의해 용이하게 녹는 일이 없고, 그 수명이 대폭적으로 길게 된다. 또한, 적시에 후드를, 토치를 덮는 스패터 차폐위치로부터 버튼조작 또는 프로그램조작으로 필요한 높이로 상승시켜 노즐위치가 보이는 상태로 함으로써 플라스마 아크 또는 레이저광의 상태나 공작물에 대한 가공상태를 용이하게 관찰할 수 있다. 또한, 토치의 소모품의 교환시에는 후드를 자동적으로 상기 토치를 덮는 위치로부터 필요한 높이만큼 상승시켜서 그 위치에서 유지하도록 하였기 때문에 노즐, 전극 등의 소모품의 교환을 양손조작으로 안전하게 또한 용이하게 행할 수 있고, 교환작업성을 향상할 수 있다.

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 토치로부터 발생하는 플라스마 아크 또는 레이저에 의해 금속을 절단하는 열절단가공기에 있어서,

   상기 토치의 주위에 액추에이터에 의해 승강 가능하게 이루어진 후드를 설치하고,

   피어싱시에 상기 액추에이터에 지령하여 상기 토치의 주위를 덮는 위치에 상기 후드를 하강시키는 제어장치가 설치되고,

   상기 제어장치는 상기 피어싱 후의 절단가공시에 상기 액추에이터에 지령하여 상기 후드를 소정의 높이위치로 상승시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 열절단가공기.
4. 제3항에 있어서, 상기 후드는 후드본체와 이 후드본체의 하부에 착탈가능하게 설치되는 후드 하부부재를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 열절단가공기.
5. 삭제
6. 토치로부터 발생하는 플라스마 아크 또는 레이저에 의해 금속을 절단하는 열절단가공기를 이용하는 절단방법에 있어서,

   피어싱시에 승강 가능한 후드를 하강시켜서 상기 토치의 주위를 덮고, 상기 후드에 의해서 절단개소로부터 비산하는 스패터를 차폐하고,

   상기 피어싱 후의 절단가공시 및 상기 토치의 소모품의 교환시에 상기 후드를 소정의 높이위치까지 상승시키는 것을 특징으로 하는 열절단가공기를 이용하는 절단방법.

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