開先加工方法、開先形状加工用プログラム、演算プログラム、制御システム及び加工装置
【課題】被加工材の製品予定部に開先形状部を形成するのに際して、製品予定部から残材が分離されるのが抑制可能な開先加工方法、開先形状加工用プログラム、演算プログラム、制御システム、加工装置を提供すること。
【解決手段】トーチにより、被加工材Ｗ０の製品予定部に開先形状部を形成する開先加工方法であって、前記開先形状部を構成する第１の面に対応する第１の加工溝Ｇ１１と、前記第１の面に隣接して形成される第２の面に対応する第２の加工溝Ｇ１２とを加工する際に、前記第１の加工溝の長手方向の途中にミクロジョイントＭＪ１１、ＭＪ１２を形成するとともに前記第１の加工溝の前記ミクロジョイントから前記第１の面から離間する方向に伸び前記第２の加工溝に接続可能とされる補助加工溝Ｇ１１１、Ｇ１１２、Ｇ１１３、Ｇ１１４を形成し、前記補助加工溝が形成された後に、前記第２の加工溝を形成することを特徴とする。
【解決手段】トーチにより、被加工材Ｗ０の製品予定部に開先形状部を形成する開先加工方法であって、前記開先形状部を構成する第１の面に対応する第１の加工溝Ｇ１１と、前記第１の面に隣接して形成される第２の面に対応する第２の加工溝Ｇ１２とを加工する際に、前記第１の加工溝の長手方向の途中にミクロジョイントＭＪ１１、ＭＪ１２を形成するとともに前記第１の加工溝の前記ミクロジョイントから前記第１の面から離間する方向に伸び前記第２の加工溝に接続可能とされる補助加工溝Ｇ１１１、Ｇ１１２、Ｇ１１３、Ｇ１１４を形成し、前記補助加工溝が形成された後に、前記第２の加工溝を形成することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、トーチを用いて被加工材に開先形状部を形成する場合に、製品予定部から残材が分離されるのを抑制可能な開先加工方法、開先形状加工用プログラム、演算プログラム、制御システム及び加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋼鈑等の被加工材にＹ開先形状部等の開先形状部を形成する場合、機械加工機、プラズマ加工機、レーザ加工機等、種々の加工装置による加工が行なわれている（例えば、特許文献１参照。）。
例えば、プラズマ加工装置を用いてプラズマアークにより開先形状部を形成する場合、被加工材に対して傾斜させたトーチを、開先形状部の開先面又はルート面に対応する方向に傾斜させてプラズマアークを噴射しながら移動する加工を開先形状部に対応する面の数だけ行って開先形状部を形成し、毎回の加工ごとに被加工材から残材を分離して形成することが一般的に行なわれている。
【特許文献１】特開平６−１２２０８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このように製品予定部から残材が分離される場合、分離された残材を取り除いたり、例えば、プラズマ加工におけるようにプラズマを安定させて正確な開先形状部を確保するために、製品予定部に分離された残材を並べて配置することが必要とされる場合があり、かかる場合、開先加工中に常に人手による監視と人手による手作業が必要となり製造コストの増大を招くという問題があった。
【０００４】
また、例えば、被加工材の加工面側における開先面を形成するための加工溝とルート面を形成する加工溝に囲まれる部分については、残材が製品予定部から分離されないようにしても、残材が熱歪等で変形するとトーチが変形した残材と干渉する虞があり、そのために、自動運転を行なう場合であってもオペレータによる常時監視が必要となり、残材の状態によって残材を取り除くことが必要とされる。
また、トーチが残材に接触すると、電極、ノズルといった消耗品に損傷が生じて製品の品質が劣化するという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、被加工材の製品予定部に開先形状部を形成するのに際して、製品予定部から残材が分離されるのが抑制可能な開先加工方法、開先形状加工用プログラム、演算プログラム、制御システム、加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に記載された発明は、トーチから放射されるプラズマアーク、レーザ、ガス炎により、被加工材の製品予定部に開先面、ルート面に対応する加工溝を形成して前記製品予定部に開先形状部を形成する開先加工方法であって、前記開先形状部を構成する第１の面に対応する第１の加工溝と、前記第１の面に隣接して形成される第２の面に対応する第２の加工溝とを加工する際に、前記第１の加工溝の長手方向の途中にミクロジョイントを形成するとともに前記第１の加工溝の前記ミクロジョイントの端部近傍に前記第１の面から離間する方向に伸び前記第２の加工溝に接続可能とされる補助加工溝を形成し、前記補助加工溝が形成された後に、前記第２の加工溝を形成することを特徴とする。
【０００７】
請求項４に記載された発明は、被加工材が載置可能とされる定盤と、プラズマアーク、レーザ、ガス炎のいずれかが放射可能とされたトーチと、前記トーチの前記被加工材に対する加工位置を保持するトーチ保持部材と、前記トーチを前記被加工材に対して所定の傾斜角度に傾斜させる傾斜機構と、前記トーチを前記定盤に対して相対移動する移動機構とを備え、前記トーチを傾斜させて、前記プラズマアーク、レーザ、ガス炎のいずれかを放射しながら前記被加工材と相対移動して、前記製品予定部に開先面、ルート面に対応する加工溝を形成して前記製品予定部に開先形状部を形成する開先形状加工用プログラムであって、前記開先形状部を構成する第１の面に対応する第１の加工溝と、前記第１の面に隣接して形成される第２の面に対応する第２の加工溝とを形成する際に、前記第１の加工溝の長手方向の途中に前記第１の面から離間する方向に伸び前記第２の加工溝に接続可能な第１の補助加工溝を形成し、前記第１の補助加工溝と離間した位置に、前記第２の加工溝と接続可能とされ前記第１の加工溝に向かう第２の補助加工溝を形成して前記第１の加工溝と前記第２の加工溝の間にミクロジョイントを形成するように構成されていることを特徴とする。
【０００８】
この発明に係る開先加工方法、開先形状加工用プログラムによれば、第２の加工溝を加工するまで製品予定部から残材が分離することがないため、開先形状部の加工に際して製品予定部から残材を取り除く作業が不要とされ、また、プラズマ加工により開先形状部を加工する場合であっても製品予定部に残材を並べて配置する作業が不要とされる。
その結果、開先加工にともなう人手作業が軽減されて製造コストの削減が可能となる。
また、常時監視作業がほとんど不要となるため自動運転による開先加工を行なうことができる。
【０００９】
この明細書において、開先形状加工用プログラムとは、制御部においてドライバ等の駆動手段に対して制御信号を出力する制御プログラム、かかる制御プログラムに駆動手段への具体的な手順、数値を指示させるために用いられるＮＣ用プログラムの双方を含む概念である。
また、第１の面から離間する方向に伸び第２の加工溝に接続可能とは、第１の面に食い込んでいないことを意味し、必ずしも加工する場合のトーチの移動方向を指すものではない。
また、第１の加工溝と第２の加工溝が接続可能とは、冷間における寸法的な接続のみならず、熱膨張による影響、熱により加工溝の周囲の溶融等による加工溝の拡大を含めて接続されていればよい。
また、加工溝とは、開先面、ルート面に沿って被加工材の加工面から裏面に貫通して形成される孔であり、その途中の一部に加工溝が分断されたミクロジョイントのような接続部分や、他方向に伸びる補助加工溝を有していてもよい。
【００１０】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載の開先加工方法であって、前記第１の加工溝及び前記第２の加工溝は、それぞれの始端部及び終端部が前記被加工材の加工面の内方に形成されることを特徴とする。
【００１１】
この発明に係る開先加工方法によれば、第１の加工溝及び前記第２の加工溝の始端部及び終端部が、被加工材の加工面の内方に形成されていて加工溝と被加工材の端面との間に接続部分が形成されるので、第１の加工溝、第２の加工溝の形成に際して残材の端部が浮き上がることが抑制される。その結果、残材の変形が抑制されて、トーチと残材との干渉が抑制される。
【００１２】
請求項３に記載された発明は、請求項１又は請求項２に記載の開先加工方法であって、前記第１の面は、ルート面であることを特徴とする。
【００１３】
この発明に係る開先加工方法によれば、製品予定部の開先形状部に形成される残材の残り部分が非常に小さくなるので、開先形状部を形成した後に後処理をする部分が小さくなり、高い生産性を確保することができる。その結果、製造コストを低減することができる。
【００１４】
請求項５に記載された発明は、演算プログラムであって、請求項４に記載の開先形状加工用プログラムを演算して作成することを特徴とする。
【００１５】
この発明に係る演算プログラムによれば、トーチを用いた加工装置において本発明に係る開先加工方法により加工する際に、トーチが通過する経路を演算して制御プログラム、加工データとして反映することができる。
その結果、トーチを用いた加工装置において開先加工を行なうための開先形状加工用プログラムを、加工装置の外部（例えば、ワークステーション）において容易に作成することができる。
【００１６】
請求項６に記載された発明は、制御システムであって、請求項４に記載の開先形状加工用プログラム又は請求項５に記載の演算プログラムを備えることを特徴とする。
【００１７】
請求項７に記載された発明は、加工装置であって、請求項６に記載の制御システムを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る開先加工方法、開先形状加工用プログラム、演算プログラム、制御システム、加工装置によれば、開先加工に際して、製品予定部から残材を取り除くこと及び製品予定部に残材を並べることが不要とされるので、加工装置の停止時間の短縮及び手作業時間が短縮される。
また、残材が被加工材から浮き上がるのを抑制した場合、トーチが残材と干渉することが抑制され開先形状部を自動運転により加工することができる。
また、トーチが残材と干渉することが抑制されるのでトーチの消耗品の寿命が延びて製造コストが低減される。
その結果、生産性が向上して製造コストを削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照し、この発明の一実施形態について説明する。
図１は、この発明の一実施形態を示す図であり、符号１は加工装置（プラズマ加工装置）を、符号２はトーチを、符号２０は制御装置（制御システム）を示している。
加工装置１は、トーチ２と、定盤３と、トーチ２を保持するとともにトーチ２を所定の角度に保持するトーチ保持部材１０と、トーチ保持部材１０に保持したトーチ２を回動して所望の傾斜角度を付与する傾斜機構１５と、トーチ２をトーチ保持部材１０とともに加工装置１の定盤上でＸ軸方向（走行方向）及びＹ軸方向（横行方向）に移動させる移動機構１６と、制御システム２０とを備えている。
【００２０】
この実施の形態では、トーチ２は定盤３の上方に位置され、トーチ２の軸線（以下、トーチ軸線という）Ｏ１方向にプラズマアークを噴射して鋼板等の被加工材に加工溝を加工するようになっている。
トーチ２のトーチ軸線Ｏ１と被加工材の加工面との交点には加工点が形成され、この加工点が移動した経路、すなわち加工軌跡に加工溝が形成されるようになっている。
【００２１】
トーチ２は、ノズル内に配置された電極の周囲に作動ガス（例えば、高純度の酸素ガス等）を供給しながら電極とノズルとの間で放電させてパイロットアークを形成し、形成されたパイロットアークを作動ガスによりノズルから被加工材に向けて噴射して被加工材と接触させることにより電極と被加工材との間にプラズマアークを形成し、このプラズマアークの熱によって被加工材を溶融して作動ガスにより燃焼を促進するとともに、噴射の圧力によって溶融物を排除して被加工材に加工溝を形成するようになっている。なお、パイロットアークは、プラズマアークが形成された後に停止される。
【００２２】
定盤３は、トーチ２により加工する被加工材を載置するためのものであって、定盤３の上面には、走行方向（以下、Ｘ軸方向という）に台車が移動するためのレールが配置されるとともに、この台車に配置された後述するトーチ保持部材１０が横行方向（以下、Ｙ軸方向という）に移動可能とされており、定盤３の上面は、Ｘ軸とＹ軸とから構成されたＸＹ面に沿う平坦な面とされている。
【００２３】
トーチ保持部材１０は、図２に示すように、鉛直方向に伸びる第１のアーム１２Ａと、第２のアーム１２Ｂと、第３のアーム１２Ｃと、それぞれＺ軸と直交する第１シャフト１３Ａと、第２シャフト１３Ｂと、第３シャフト１３Ｃとを備えており、第２のアーム１２Ｂは、第１のアーム１２Ａの先端側に配置され第１シャフト１３Ａの廻りに回動自在とされ、第３のアーム１２Ｃは、第２のアーム１２Ｂの先端側に配置され第２シャフトの廻りに回動自在とされており、第３のアーム１２Ｃの先端側に設けられた第３シャフト１３Ｃを介してトーチ２が設けられている。
【００２４】
また、第１シャフト１３Ａと第２シャフト１３Ｂ、第２シャフト１３Ｂと第３シャフト１３Ｃは、それぞれタイミングベルト１４Ａ、１４Ｂで接続されており、第２のアーム１２Ｂが第１シャフト１３Ａ廻りに回動された場合に、第１のアーム１２Ａと第３のアーム１２Ｃ、第２のアーム１２Ｂとトーチ軸線Ｏ１とが互いに平行を保って回動するようになっている。
また、トーチ２は、定盤３に鉛直とされ上記加工点を通過する軸線Ｏ２廻りに回動可能とされている。
その結果、トーチ２の傾斜角度が変化しても、加工面における加工点とトーチ２の先端との相対位置が維持されるようになっている。
【００２５】
傾斜機構１５は、Ａ軸モータ１５Ａと、Ｂ軸モータ１５Ｂとを備え、Ａ軸モータ１５Ａは、第１シャフト１３Ａに接続され、第１シャフト１３Ａ廻りに第２のアーム１２Ｂを回動してトーチ２のトーチ軸線Ｏ１に傾斜角度を付与するようになっている。
また、Ｂ軸モータ１５Ｂは、軸線Ｏ２廻りにトーチ２を回動させてトーチ軸線Ｏ１のＸＹ平面における方向を制御するようになっている。
かかるＡ軸モータ１５Ａ及びＢ軸モータ１５Ｂの回動角度を組み合わせることにより、トーチ軸線Ｏ１を所望の傾斜角度に傾けて平面視した定盤３の任意の方向に向けることができるようになっている。
【００２６】
なお、傾斜角度とはトーチ２が定盤３に対して相対移動する場合に、この相対移動する方向と直交する面におけるトーチ軸線Ｏ１が被加工材の加工面と交差する角度をいう。換言すると、加工軌跡の法線方向（接線と直交する方向）の面におけるトーチ軸線Ｏ１が加工面と交差する角度をいう。
【００２７】
移動機構１６は、トーチ保持部材１０が配置された台車を走行方向（Ｘ軸方向）に移動させるＸ軸方向移動機構１６Ｘと、台車上でトーチ保持部材１０を横行方向（Ｙ軸方向）に移動させるＹ軸方向移動機構１６Ｙとを備えており、演算部２２からドライバ２６に出力されたＸ軸方向制御信号、Ｙ軸方向制御信号に基づいて、トーチ２とともにトーチ保持部材１０を、Ｘ軸方向、及びＹ軸方向に駆動してトーチ２を所定のＸＹ座標位置に移動させるようになっている。
【００２８】
また、移動機構１６は、トーチ保持部材１０を高さ方向（Ｚ軸方向）に移動可能とするＺ軸方向移動機構１６Ｚを備えており、Ｚ軸方向移動機構１６Ｚは、図示しない部材によってトーチ保持部材１０に接続されていて、必要に応じてトーチ保持部材１０の高さを変更し、トーチ２の先端と被加工材との間隔を調整することができるようになっている。
【００２９】
制御システム２０は、入力部２１と、演算部２２と、データベース２４と、ドライバ２６と、図示しないハードディスクとを備え、ハードディスクには、例えば、図３に示すような手順で動作する開先形状加工用プログラムが格納されている。
その結果、制御システム２０は、加工位置保持機構１０による加工点の経路、傾斜機構１５によるトーチ２の傾斜角度等を制御して、被加工材に所望の形状の加工溝を形成して開先形状部を形成することができるようになっている。
なお、開先形状加工用プログラムは、制御プログラムと制御プログラムの動作を定義するＮＣプログラムのいずれか一方又は双方により構成されてもよい。
【００３０】
入力部２１は、開先形状部に関するデータを演算部２２に入力するためのものであり、開先形状部に関するデータとして、例えば、被加工材の材質、厚さｔ、トーチ２の加工軌跡（開先形状部を平面視した形状）Ｔ０に関するデータ、この加工軌跡のトーチ２の移動方向と直交する断面における開先形状部の断面形状Ｄ０に関するデータ等が入力されるようになっている。
【００３１】
加工軌跡Ｔ０に関するデータ、開先形状部の断面形状Ｄ０に関するデータは、例えば、座標データとして与えられ、被加工材の加工面における開先面の傾斜（又はトーチ軸線Ｏ１の傾斜角度）により加工点は移動するため、加工軌跡Ｔ０に関するデータは、例えば、加工面と直交して定義されるルート面により表されることが好適である。
【００３２】
演算部２２は、入力された開先形状部の断面形状Ｄ０に関するデータに基づいて、対応する加工溝を形成するための加工点、傾斜角度等を算出するようになっている。
また、開先形状部の断面形状Ｄ０を構成する面に関して、加工する順序を算出するようになっている。
また、データベース２４とやり取りをして、ミクロジョイントの数、位置に関するデータを算出するようになっている。
【００３３】
また、演算部２２は、入力された開先形状部に関するデータに基づいて、第１の加工溝、第２の加工溝を加工する際にトーチ２のトーチ軸線Ｏ１が、所定の傾斜角度を向くとともに加工点が加工軌跡Ｔ０に沿って移動するための、傾斜機構１５のＡ軸モータ１５Ａ及びＢ軸モータ１５Ｂの回動角度、トーチ保持部材１０、移動機構１６を算出し、これらを駆動するための制御信号をドライバ２６に出力するようになっている。
【００３４】
データベース２４には、例えば、被加工材の厚さｔ、開先形状部の断面形状Ｄ０に関して開先面の傾斜角度等と、第１の加工溝及び第２の加工溝の始端部、終端部を構成する位置データ等、が格納されている。
【００３５】
ドライバ２６は、トーチ２をＸ軸方向に移動させて加工点のＸ座標位置を制御するＸ軸方向移動機構１６Ｘ、Ｙ軸方向に移動させて加工点のＹ座標位置を制御するＹ軸方向移動機構１６Ｙ、Ｚ軸方向に移動させて加工点のＺ座標位置を制御するＺ軸方向移動機構１６Ｚ、Ａ軸モータ１５Ａ、Ｂ軸モータ１５Ｂに駆動電力を供給するようになっている。
【００３６】
この実施形態において、ドライバ２６は、演算部２２から出力された加工軌跡Ｔ０に沿った加工点の所要通過点の間におけるＸＹ座標位置と、Ａ軸モータ１５Ａ及びＢ軸モータ１５Ｂの回動角度が定義された駆動指令信号に基づいて、Ｘ軸方向移動機構１６Ｘと、Ｙ軸方向移動機構１６Ｙと、Ａ軸モータ１５Ａと、Ｂ軸モータ１５Ｂとを駆動して、トーチ軸線Ｏ１が所定の方向において所定の傾斜角度を維持し、かつ加工軌跡Ｔ０に沿って移動するようになっている。
また、加工軌跡Ｔ０上の所要通過点における加工点でのＡ軸モータ１５Ａ及びＢ軸モータ１５Ｂの回動角度は直線補間により制御可能とされている。
【００３７】
次に、この実施形態における開先形状加工用プログラムの動作について図３を参照して説明する。図３は、制御システム２０におけるプログラムの動作手順の一例を示すフローである。
１）まず、開先形状部に関するデータとして、被加工材Ｗ０の材質、厚さｔ、トーチ２の加工軌跡Ｔ０に関するデータ、開先形状部の断面形状Ｄ０に関するデータを入力部２１から入力する（Ｓ１）。
２）入力部２１から入力された開先形状部の断面形状Ｄ０に関するデータに基づいて、演算部２２が開先形状部を構成する面（開先面、ルート面）につきデータベース２４とやり取りして加工順序を算出する（Ｓ２）。
３）開先形状部の断面形状Ｄ０から開先形状部を形成するにあたってミクロジョイントを形成する加工溝を選択する（Ｓ３）
４）Ｓ４において、開先形状部を構成する面の数に基づいて加工溝の加工回数を数えるカウンタを設定する。
５）次に、対象の加工溝に形成するべきミクロジョイントの数、位置をデータベース２４とやり取りして算出する（Ｓ５）。
６）加工順序に基づいて、加工する加工溝の加工データ（例えば、加工点、傾斜角度等）を取得する。（Ｓ６）
７）加工順序から、加工する加工溝がミクロジョイントを形成する対象の加工溝かどうかを判断する。（Ｓ７）
８）ミクロジョイントを形成する対象の加工溝である場合には、データベース２４から取得した数、位置等に基づいて、ミクロジョイントを含んだ加工溝を加工する。この場合、トーチ２のトーチ軸線Ｏ１を所望の傾斜角度に傾斜させてプラズマアークを噴射しながら、トーチ２を加工軌跡Ｔ０に沿って移動させる（Ｓ８）。
９）ミクロジョイントを形成する対象の加工溝でない場合には、トーチ２のトーチ軸線Ｏ１を所望の傾斜角度に傾斜させてプラズマアークを噴射しながら、トーチ２を加工軌跡Ｔ０に沿って移動しながら長手方向に連続する加工溝を加工する。（Ｓ９）。
１０）Ｓ１０において、ｉがＮ未満の場合には、ｉに１を加算（Ｓ１１）して、上記Ｓ６からＳ９を繰り返し、ｉ＝Ｎである場合には、加工を終了する。
【００３８】
上記実施の形態に係る加工装置１によれば、第２の加工溝を加工するまで製品予定部から残材が分離することないため、開先形状部を加工する際に、製品予定部から残材を取り除き又は残材を製品予定部に対して並べる作業が不要とされる。
また、残材除去等に係る加工装置１の停止が不要であるため、タクトタイムが短縮されて生産性が向上する。
その結果、開先加工にともなう人手作業が軽減されて製造コストの削減が可能となる。
【００３９】
また、第１の加工溝及び前記第２の加工溝の始端部及び終端部が、被加工材の加工面の内方に形成されていて被加工材の端面に形成されていないので、第１の加工溝、第２の加工溝の形成に際して残材の端部が浮き上がることがない。
その結果、トーチ２と残材との干渉が抑制される。
また、常時監視作業が不要となるため自動運転により開先加工を行なうことができる。
また、開先形状部を形成する場合に熱歪の影響が小さくなるような形状及び加工経路を考慮する必要がなくなり開先形状部の形成にかかる検討時間を低減することができる。
【００４０】
次に、上記実施形態に係る加工装置１を用いて、被加工材Ｗ０の製品予定部Ｗ１１にＹ開先形状部を形成する第１の手順を、図４を参照して説明する。図４は、開先面Ｋ１とルート面Ｒ１から構成されるＹ開先形状部を形成する場合の例であり、被加工材Ｗ０の製品予定部Ｗ１１にルート面Ｒ１に対応する第１の加工溝Ｇ１１を形成し、その後、開先面Ｋ１に対応する第２の加工溝Ｇ１２を形成して製品予定部Ｗ１１から残材Ｗ１２を分離する加工手順とされている。
また、第１の加工溝Ｇ１１は、第１から第３の３区間から構成されている。
【００４１】
１）まず、図４（Ａ）に示すように、第１の加工溝Ｇ１１の始端部にピアシングをして製品予定部Ｗ１１に形成するルート面Ｒ１に沿ってトーチ２を移動させる。
２）第１の加工溝Ｇ１１の始端部から所定の距離に到達し、第１の区間が形成されたらトーチ２をルート面Ｒ１から離間する方向に移動して第２の加工溝Ｇ１２の形成予定位置まで補助加工溝Ｇ１１１を形成する。
３）その後、第１の加工溝Ｇ１１の長手方向に沿って補助加工溝Ｇ１１１の終端部から所定の距離離間する位置にトーチ２を移動して、補助加工溝１１２の始端部をピアシングにより形成した後、トーチ２をルート面Ｒ１方向に移動させて補助加工溝１１２を形成する。
４）トーチ２がルート面Ｒ１に対応する位置まで到達したら、ルート面Ｒ１に沿って第１の加工溝Ｇ１１の始端部から離間する方向にトーチ２を移動させて第１の加工溝Ｇ１１の第２の区間を形成する。
５）第１の加工溝Ｇ１１の終端部から所定距離に到達して、第１の加工溝Ｇ１１の第２の区間の終端部に到達したら、前述の補助加工溝１１１、１１２の場合と同様に、ミクロジョイントＭＪ１２を残して補助加工溝１１３、１１４を形成する。
６）次に、図４（Ｂ）に示すように、開先面Ｋ１に沿ってトーチ２を移動させて第２の加工溝Ｇ１２を形成する。その際、第２の加工溝Ｇ１２の始端部及び終端部は、被加工材Ｗ０の端面より内方に形成される。
７）次いで、図４（Ｂ）に示した隣接切断線Ｂ１１、Ｂ１２に沿ってトーチ２を移動させて、製品予定部Ｗ１１から残材Ｗ１２を分離する。
【００４２】
この、隣接切断線Ｂ１１、Ｂ１２は、図５に示すような寸法関係で形成することが好適である。
図５（Ａ）は、図４に示した被加工材Ｗ０の、製品予定部Ｗ１１と残材Ｗ１２の第１の加工溝Ｇ１１、第２の加工溝Ｇ１２の終端部近傍を平面視した図であり、図５（Ｂ）は、（Ａ）における断面Ｑ−Ｑを示す側面図である。
ここで、
Ｂ≧（（ｔ）／（ｔａｎθ））＋（（Ｅ１）／（ｓｉｎθ））＋Ｅ２ ・・・式（１）
Ｃ≧３×Ｅ２ ・・・式（２）
であることが好適である。
ｔ；被加工材Ｗ０の板厚
θ；隣接切断線Ｂ１２の開先角度（裏Ｙ開先）
Ｅ１；隣接切断線Ｂ１２のカーフ幅の半分
Ｅ２；第１の加工溝Ｇ１１のカーフ幅の半分
Ｃ；ミクロジョイントＭＪ１２の幅
式（１）、式（２）を満足することにより、残材が被加工材から浮き上がることに起因するトーチと残材との干渉が抑制されるので開先形状部を自動運転により加工することができる。
【００４３】
上記，１）から７）の加工を行なうことにより、図４（Ｃ）に示すような、製品予定部（製品）Ｗ１２のルート面Ｒ１に二つの小さな凸部Ｆ１が形成された開先形状部が形成される。
その結果、凸部Ｆ１を容易に除去することができる。
【００４４】
その結果、被加工材Ｗ０の加工面における第１の加工溝Ｇ１１と第２の加工溝Ｇ１２とにより囲まれた部分が、始端部と端面との間の接続部、終点と端面との間の接続部、ミクロジョイントＭＪ１１、ミクロジョイントＭＪ１２により接続されているのでプラズマ加工の熱により残材が反って浮き上がることがない。その結果、第２の加工溝Ｇ１２の加工に際してトーチ２が残材Ｗ１２と干渉することがない。
【００４５】
図６は、加工装置１を用いて、開先面Ｋ２とルート面Ｒ２から構成されるＹ開先形状部を形成する第２の手順を示す図である。
図６に示した開先形状部の加工が、図４に示した開先形状部の加工と異なるのは、被加工材Ｗ０の製品予定部Ｗ１１に開先面Ｋ２に対応する第１の加工溝Ｇ２１を形成し、その後、ルート面Ｒ２に対応する第２の加工溝Ｇ２２を形成して製品予定部Ｗ２１から残材Ｗ２２を分離する点である。それにともなって、ミクロジョイントＭＪ２１、ＭＪ２２は、第１の加工溝Ｇ２１に形成されている。
【００４６】
また、図４においてルート面Ｒ１に対応して形成した第１の加工溝Ｇ１１に形成した補助加工溝Ｇ１１１、Ｇ１１２、Ｇ１１３、Ｇ１１４、ミクロジョイントＭＪ１１、ＭＪ１２は、開先面Ｋ２に対応して形成した第１の加工溝Ｇ２１に補助加工溝Ｇ２１１、Ｇ２１２、Ｇ２１３、Ｇ２１４、ミクロジョイントＭＪ２１、ＭＪ２２として形成されている。
この場合、図６（Ｃ）に示すような開先形状部の開先面Ｋ２に比較的大きな凸部Ｆ２が形成される。しかしながら、開先面Ｋ２側を先に加工する必要がある場合には、有効な加工方法とされる。
【００４７】
なお、この発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更をすることが可能であり、例えば、上記実施の形態においては、開先形状部が表Ｙ開先形状部である場合について説明したが、その他の開先形状部の加工に用いてよいことはいうまでもない。
【００４８】
また、上記実施の形態においては、ミクロジョイントＭＪ１１、ＭＪ１２、ＭＪ２１、ＭＪ２２の両端部近傍に第１の加工溝Ｇ１１、２１の補助加工溝Ｇ１１１、Ｇ１１２、Ｇ１１３、Ｇ１１４が形成される場合について説明したが、ミクロジョイントＭＪ１１、ＭＪ１２、ＭＪ２１、ＭＪ２２のいずれか又はすべてについて、その一端側のみに補助加工溝が形成される攻勢としてもよい。
【００４９】
例えば、上記実施の形態においては、開先形状加工用プログラムが、開先形状部に関するデータが入力されるステップ（Ｓ１）と、加工溝の加工順序（Ｓ２）、ミクロジョイントの数、位置を算出するステップ（Ｓ３、Ｓ５）と、加工装置における加工に関するステップ（Ｓ４、Ｓ６からＳ１１）とを備える場合について説明したが、例えば、加工溝の加工順序（Ｓ２）、ミクロジョイントの数、位置を算出するステップ（Ｓ３、Ｓ５）のいずれか一方又は双方により開先形状加工用プログラム（制御プログラム、ＮＣプログラム）を構成してもよい。
また、上記開先形状加工用プログラムは一例であり、上記以外の構成とすることが可能であることはいうまでもない。
【００５０】
また、開先形状部に関するデータ等に基づいて、開先形状加工用プログラム（例えば、上記Ｓ２、Ｓ３、Ｓ５等）を演算する演算プログラムも本発明に含まれることはいうまでもない。
また、上記実施の形態に係る開先形状加工用プログラムが、制御プログラムに手順、数値を付与するＮＣプログラム（データ）として構成される場合、例えば、ワークステーションのように加工装置１から分離された外部装置において作成して、それを加工装置１に読み込ませて加工する構成としてもよい。
【００５１】
また、上記実施の形態においては、開先形状部を形成するための開先形状加工用プログラムが予め制御システム２０のハードディスクに格納されている場合について説明したが、開先形状加工用プログラムを読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録された制御システム２０に読み込ませ、実行することにより上記実施形態にかかる動作をさせることも可能である。また、「読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、揮発性メモリ（ＲＡＭ）、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、制御システム２０に内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。
【００５２】
また、上記実施の形態においては、固定された定盤３に対してトーチ２が移動する加工装置１について説明したが、定盤３が移動し、又は定盤３とトーチ２の双方が移動可能な加工装置に対しても適用可能であることはいうまでもない。
【００５３】
また、上記実施の形態においては、トーチ保持部材１０が第１のアーム１２Ａから第３のアーム１２Ｃを備える構成の場合について説明したが、例えば、互いに並行なリンクを組み合わせて構成される立体パンタグラフ、その他の周知の保持構造を用いてもよい。
また、Ｚ軸方向移動機構１６Ｚの駆動は、例えば、トーチ２の先端と被加工材である鋼板との高さを一定に維持するために用いるが、手動によってトーチ２の高さを移動させることも可能である。
【００５４】
また、開先形状部については加工軌跡Ｔ０が平面視して直線である場合のほか、例えば、円形等の曲線形状を含む加工軌跡Ｔ０に対しても適用可能である。
また、上記実施の形態においては、被加工材の断面における開先形状部が一定の場合について説明したが、加工軌跡Ｔ０上の位置により傾斜角度が変化する開先形状部に対して適用することを妨げない。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ加工装置の構成の概略を示す図である。
【図２】本発明に係るトーチ保持部材の構成を示す図であり、（Ａ）は正面図を、（Ｂ）は側面図を示している。
【図３】本発明に係る制御システムの動作手順の概略を示すフロー図である。
【図４】本発明に係る開先加工の第１の手順を示す図であり、（Ａ）はルート面にミクロジョイントを形成する工程を、（Ｂ）は開先面を加工する工程を、（Ｃ）は開先形状部を示している。
【図５】本発明に係るＹ開先形状部に係る隣接切断線を説明する図であり、（Ａ）は図４の製品予定部を平面視した図を、（Ｂ）は（Ａ）の断面Ｑ−Ｑを示す図である。
【図６】本発明に係る開先加工の第１の手順を示す図であり、（Ａ）は開先面にミクロジョイントを形成する工程を、（Ｂ）はルート面を加工する工程を、（Ｃ）は開先形状部を示している。
【符号の説明】
【００５６】
Ｗ０ 被加工材
Ｗ１１、Ｗ２１、 製品予定部
Ｗ１２、Ｗ２２、 残材
Ｒ１、Ｒ２ ルート面
Ｋ１、Ｋ２ 開先面
Ｇ１１、Ｇ２１ 第１の加工溝
Ｇ１２、Ｇ２２ 第２の加工溝
Ｇ１１１、Ｇ１１２、Ｇ１１３、Ｇ１１４、Ｇ２１１、Ｇ２１２、Ｇ２１３、Ｇ２１４
補助加工溝
ＭＪ１１、ＭＪ１２、ＭＪ２１、ＭＪ２２ ミクロジョイント
Ｏ１ トーチ軸線
１ 加工装置（プラズマ加工装置）
２ トーチ
３ 定盤
１０ トーチ保持部材（加工位置保持機構）
１５ 傾斜機構
１６ 移動機構
２０ 制御システム
【技術分野】
【０００１】
この発明は、トーチを用いて被加工材に開先形状部を形成する場合に、製品予定部から残材が分離されるのを抑制可能な開先加工方法、開先形状加工用プログラム、演算プログラム、制御システム及び加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋼鈑等の被加工材にＹ開先形状部等の開先形状部を形成する場合、機械加工機、プラズマ加工機、レーザ加工機等、種々の加工装置による加工が行なわれている（例えば、特許文献１参照。）。
例えば、プラズマ加工装置を用いてプラズマアークにより開先形状部を形成する場合、被加工材に対して傾斜させたトーチを、開先形状部の開先面又はルート面に対応する方向に傾斜させてプラズマアークを噴射しながら移動する加工を開先形状部に対応する面の数だけ行って開先形状部を形成し、毎回の加工ごとに被加工材から残材を分離して形成することが一般的に行なわれている。
【特許文献１】特開平６−１２２０８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このように製品予定部から残材が分離される場合、分離された残材を取り除いたり、例えば、プラズマ加工におけるようにプラズマを安定させて正確な開先形状部を確保するために、製品予定部に分離された残材を並べて配置することが必要とされる場合があり、かかる場合、開先加工中に常に人手による監視と人手による手作業が必要となり製造コストの増大を招くという問題があった。
【０００４】
また、例えば、被加工材の加工面側における開先面を形成するための加工溝とルート面を形成する加工溝に囲まれる部分については、残材が製品予定部から分離されないようにしても、残材が熱歪等で変形するとトーチが変形した残材と干渉する虞があり、そのために、自動運転を行なう場合であってもオペレータによる常時監視が必要となり、残材の状態によって残材を取り除くことが必要とされる。
また、トーチが残材に接触すると、電極、ノズルといった消耗品に損傷が生じて製品の品質が劣化するという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、被加工材の製品予定部に開先形状部を形成するのに際して、製品予定部から残材が分離されるのが抑制可能な開先加工方法、開先形状加工用プログラム、演算プログラム、制御システム、加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に記載された発明は、トーチから放射されるプラズマアーク、レーザ、ガス炎により、被加工材の製品予定部に開先面、ルート面に対応する加工溝を形成して前記製品予定部に開先形状部を形成する開先加工方法であって、前記開先形状部を構成する第１の面に対応する第１の加工溝と、前記第１の面に隣接して形成される第２の面に対応する第２の加工溝とを加工する際に、前記第１の加工溝の長手方向の途中にミクロジョイントを形成するとともに前記第１の加工溝の前記ミクロジョイントの端部近傍に前記第１の面から離間する方向に伸び前記第２の加工溝に接続可能とされる補助加工溝を形成し、前記補助加工溝が形成された後に、前記第２の加工溝を形成することを特徴とする。
【０００７】
請求項４に記載された発明は、被加工材が載置可能とされる定盤と、プラズマアーク、レーザ、ガス炎のいずれかが放射可能とされたトーチと、前記トーチの前記被加工材に対する加工位置を保持するトーチ保持部材と、前記トーチを前記被加工材に対して所定の傾斜角度に傾斜させる傾斜機構と、前記トーチを前記定盤に対して相対移動する移動機構とを備え、前記トーチを傾斜させて、前記プラズマアーク、レーザ、ガス炎のいずれかを放射しながら前記被加工材と相対移動して、前記製品予定部に開先面、ルート面に対応する加工溝を形成して前記製品予定部に開先形状部を形成する開先形状加工用プログラムであって、前記開先形状部を構成する第１の面に対応する第１の加工溝と、前記第１の面に隣接して形成される第２の面に対応する第２の加工溝とを形成する際に、前記第１の加工溝の長手方向の途中に前記第１の面から離間する方向に伸び前記第２の加工溝に接続可能な第１の補助加工溝を形成し、前記第１の補助加工溝と離間した位置に、前記第２の加工溝と接続可能とされ前記第１の加工溝に向かう第２の補助加工溝を形成して前記第１の加工溝と前記第２の加工溝の間にミクロジョイントを形成するように構成されていることを特徴とする。
【０００８】
この発明に係る開先加工方法、開先形状加工用プログラムによれば、第２の加工溝を加工するまで製品予定部から残材が分離することがないため、開先形状部の加工に際して製品予定部から残材を取り除く作業が不要とされ、また、プラズマ加工により開先形状部を加工する場合であっても製品予定部に残材を並べて配置する作業が不要とされる。
その結果、開先加工にともなう人手作業が軽減されて製造コストの削減が可能となる。
また、常時監視作業がほとんど不要となるため自動運転による開先加工を行なうことができる。
【０００９】
この明細書において、開先形状加工用プログラムとは、制御部においてドライバ等の駆動手段に対して制御信号を出力する制御プログラム、かかる制御プログラムに駆動手段への具体的な手順、数値を指示させるために用いられるＮＣ用プログラムの双方を含む概念である。
また、第１の面から離間する方向に伸び第２の加工溝に接続可能とは、第１の面に食い込んでいないことを意味し、必ずしも加工する場合のトーチの移動方向を指すものではない。
また、第１の加工溝と第２の加工溝が接続可能とは、冷間における寸法的な接続のみならず、熱膨張による影響、熱により加工溝の周囲の溶融等による加工溝の拡大を含めて接続されていればよい。
また、加工溝とは、開先面、ルート面に沿って被加工材の加工面から裏面に貫通して形成される孔であり、その途中の一部に加工溝が分断されたミクロジョイントのような接続部分や、他方向に伸びる補助加工溝を有していてもよい。
【００１０】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載の開先加工方法であって、前記第１の加工溝及び前記第２の加工溝は、それぞれの始端部及び終端部が前記被加工材の加工面の内方に形成されることを特徴とする。
【００１１】
この発明に係る開先加工方法によれば、第１の加工溝及び前記第２の加工溝の始端部及び終端部が、被加工材の加工面の内方に形成されていて加工溝と被加工材の端面との間に接続部分が形成されるので、第１の加工溝、第２の加工溝の形成に際して残材の端部が浮き上がることが抑制される。その結果、残材の変形が抑制されて、トーチと残材との干渉が抑制される。
【００１２】
請求項３に記載された発明は、請求項１又は請求項２に記載の開先加工方法であって、前記第１の面は、ルート面であることを特徴とする。
【００１３】
この発明に係る開先加工方法によれば、製品予定部の開先形状部に形成される残材の残り部分が非常に小さくなるので、開先形状部を形成した後に後処理をする部分が小さくなり、高い生産性を確保することができる。その結果、製造コストを低減することができる。
【００１４】
請求項５に記載された発明は、演算プログラムであって、請求項４に記載の開先形状加工用プログラムを演算して作成することを特徴とする。
【００１５】
この発明に係る演算プログラムによれば、トーチを用いた加工装置において本発明に係る開先加工方法により加工する際に、トーチが通過する経路を演算して制御プログラム、加工データとして反映することができる。
その結果、トーチを用いた加工装置において開先加工を行なうための開先形状加工用プログラムを、加工装置の外部（例えば、ワークステーション）において容易に作成することができる。
【００１６】
請求項６に記載された発明は、制御システムであって、請求項４に記載の開先形状加工用プログラム又は請求項５に記載の演算プログラムを備えることを特徴とする。
【００１７】
請求項７に記載された発明は、加工装置であって、請求項６に記載の制御システムを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る開先加工方法、開先形状加工用プログラム、演算プログラム、制御システム、加工装置によれば、開先加工に際して、製品予定部から残材を取り除くこと及び製品予定部に残材を並べることが不要とされるので、加工装置の停止時間の短縮及び手作業時間が短縮される。
また、残材が被加工材から浮き上がるのを抑制した場合、トーチが残材と干渉することが抑制され開先形状部を自動運転により加工することができる。
また、トーチが残材と干渉することが抑制されるのでトーチの消耗品の寿命が延びて製造コストが低減される。
その結果、生産性が向上して製造コストを削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照し、この発明の一実施形態について説明する。
図１は、この発明の一実施形態を示す図であり、符号１は加工装置（プラズマ加工装置）を、符号２はトーチを、符号２０は制御装置（制御システム）を示している。
加工装置１は、トーチ２と、定盤３と、トーチ２を保持するとともにトーチ２を所定の角度に保持するトーチ保持部材１０と、トーチ保持部材１０に保持したトーチ２を回動して所望の傾斜角度を付与する傾斜機構１５と、トーチ２をトーチ保持部材１０とともに加工装置１の定盤上でＸ軸方向（走行方向）及びＹ軸方向（横行方向）に移動させる移動機構１６と、制御システム２０とを備えている。
【００２０】
この実施の形態では、トーチ２は定盤３の上方に位置され、トーチ２の軸線（以下、トーチ軸線という）Ｏ１方向にプラズマアークを噴射して鋼板等の被加工材に加工溝を加工するようになっている。
トーチ２のトーチ軸線Ｏ１と被加工材の加工面との交点には加工点が形成され、この加工点が移動した経路、すなわち加工軌跡に加工溝が形成されるようになっている。
【００２１】
トーチ２は、ノズル内に配置された電極の周囲に作動ガス（例えば、高純度の酸素ガス等）を供給しながら電極とノズルとの間で放電させてパイロットアークを形成し、形成されたパイロットアークを作動ガスによりノズルから被加工材に向けて噴射して被加工材と接触させることにより電極と被加工材との間にプラズマアークを形成し、このプラズマアークの熱によって被加工材を溶融して作動ガスにより燃焼を促進するとともに、噴射の圧力によって溶融物を排除して被加工材に加工溝を形成するようになっている。なお、パイロットアークは、プラズマアークが形成された後に停止される。
【００２２】
定盤３は、トーチ２により加工する被加工材を載置するためのものであって、定盤３の上面には、走行方向（以下、Ｘ軸方向という）に台車が移動するためのレールが配置されるとともに、この台車に配置された後述するトーチ保持部材１０が横行方向（以下、Ｙ軸方向という）に移動可能とされており、定盤３の上面は、Ｘ軸とＹ軸とから構成されたＸＹ面に沿う平坦な面とされている。
【００２３】
トーチ保持部材１０は、図２に示すように、鉛直方向に伸びる第１のアーム１２Ａと、第２のアーム１２Ｂと、第３のアーム１２Ｃと、それぞれＺ軸と直交する第１シャフト１３Ａと、第２シャフト１３Ｂと、第３シャフト１３Ｃとを備えており、第２のアーム１２Ｂは、第１のアーム１２Ａの先端側に配置され第１シャフト１３Ａの廻りに回動自在とされ、第３のアーム１２Ｃは、第２のアーム１２Ｂの先端側に配置され第２シャフトの廻りに回動自在とされており、第３のアーム１２Ｃの先端側に設けられた第３シャフト１３Ｃを介してトーチ２が設けられている。
【００２４】
また、第１シャフト１３Ａと第２シャフト１３Ｂ、第２シャフト１３Ｂと第３シャフト１３Ｃは、それぞれタイミングベルト１４Ａ、１４Ｂで接続されており、第２のアーム１２Ｂが第１シャフト１３Ａ廻りに回動された場合に、第１のアーム１２Ａと第３のアーム１２Ｃ、第２のアーム１２Ｂとトーチ軸線Ｏ１とが互いに平行を保って回動するようになっている。
また、トーチ２は、定盤３に鉛直とされ上記加工点を通過する軸線Ｏ２廻りに回動可能とされている。
その結果、トーチ２の傾斜角度が変化しても、加工面における加工点とトーチ２の先端との相対位置が維持されるようになっている。
【００２５】
傾斜機構１５は、Ａ軸モータ１５Ａと、Ｂ軸モータ１５Ｂとを備え、Ａ軸モータ１５Ａは、第１シャフト１３Ａに接続され、第１シャフト１３Ａ廻りに第２のアーム１２Ｂを回動してトーチ２のトーチ軸線Ｏ１に傾斜角度を付与するようになっている。
また、Ｂ軸モータ１５Ｂは、軸線Ｏ２廻りにトーチ２を回動させてトーチ軸線Ｏ１のＸＹ平面における方向を制御するようになっている。
かかるＡ軸モータ１５Ａ及びＢ軸モータ１５Ｂの回動角度を組み合わせることにより、トーチ軸線Ｏ１を所望の傾斜角度に傾けて平面視した定盤３の任意の方向に向けることができるようになっている。
【００２６】
なお、傾斜角度とはトーチ２が定盤３に対して相対移動する場合に、この相対移動する方向と直交する面におけるトーチ軸線Ｏ１が被加工材の加工面と交差する角度をいう。換言すると、加工軌跡の法線方向（接線と直交する方向）の面におけるトーチ軸線Ｏ１が加工面と交差する角度をいう。
【００２７】
移動機構１６は、トーチ保持部材１０が配置された台車を走行方向（Ｘ軸方向）に移動させるＸ軸方向移動機構１６Ｘと、台車上でトーチ保持部材１０を横行方向（Ｙ軸方向）に移動させるＹ軸方向移動機構１６Ｙとを備えており、演算部２２からドライバ２６に出力されたＸ軸方向制御信号、Ｙ軸方向制御信号に基づいて、トーチ２とともにトーチ保持部材１０を、Ｘ軸方向、及びＹ軸方向に駆動してトーチ２を所定のＸＹ座標位置に移動させるようになっている。
【００２８】
また、移動機構１６は、トーチ保持部材１０を高さ方向（Ｚ軸方向）に移動可能とするＺ軸方向移動機構１６Ｚを備えており、Ｚ軸方向移動機構１６Ｚは、図示しない部材によってトーチ保持部材１０に接続されていて、必要に応じてトーチ保持部材１０の高さを変更し、トーチ２の先端と被加工材との間隔を調整することができるようになっている。
【００２９】
制御システム２０は、入力部２１と、演算部２２と、データベース２４と、ドライバ２６と、図示しないハードディスクとを備え、ハードディスクには、例えば、図３に示すような手順で動作する開先形状加工用プログラムが格納されている。
その結果、制御システム２０は、加工位置保持機構１０による加工点の経路、傾斜機構１５によるトーチ２の傾斜角度等を制御して、被加工材に所望の形状の加工溝を形成して開先形状部を形成することができるようになっている。
なお、開先形状加工用プログラムは、制御プログラムと制御プログラムの動作を定義するＮＣプログラムのいずれか一方又は双方により構成されてもよい。
【００３０】
入力部２１は、開先形状部に関するデータを演算部２２に入力するためのものであり、開先形状部に関するデータとして、例えば、被加工材の材質、厚さｔ、トーチ２の加工軌跡（開先形状部を平面視した形状）Ｔ０に関するデータ、この加工軌跡のトーチ２の移動方向と直交する断面における開先形状部の断面形状Ｄ０に関するデータ等が入力されるようになっている。
【００３１】
加工軌跡Ｔ０に関するデータ、開先形状部の断面形状Ｄ０に関するデータは、例えば、座標データとして与えられ、被加工材の加工面における開先面の傾斜（又はトーチ軸線Ｏ１の傾斜角度）により加工点は移動するため、加工軌跡Ｔ０に関するデータは、例えば、加工面と直交して定義されるルート面により表されることが好適である。
【００３２】
演算部２２は、入力された開先形状部の断面形状Ｄ０に関するデータに基づいて、対応する加工溝を形成するための加工点、傾斜角度等を算出するようになっている。
また、開先形状部の断面形状Ｄ０を構成する面に関して、加工する順序を算出するようになっている。
また、データベース２４とやり取りをして、ミクロジョイントの数、位置に関するデータを算出するようになっている。
【００３３】
また、演算部２２は、入力された開先形状部に関するデータに基づいて、第１の加工溝、第２の加工溝を加工する際にトーチ２のトーチ軸線Ｏ１が、所定の傾斜角度を向くとともに加工点が加工軌跡Ｔ０に沿って移動するための、傾斜機構１５のＡ軸モータ１５Ａ及びＢ軸モータ１５Ｂの回動角度、トーチ保持部材１０、移動機構１６を算出し、これらを駆動するための制御信号をドライバ２６に出力するようになっている。
【００３４】
データベース２４には、例えば、被加工材の厚さｔ、開先形状部の断面形状Ｄ０に関して開先面の傾斜角度等と、第１の加工溝及び第２の加工溝の始端部、終端部を構成する位置データ等、が格納されている。
【００３５】
ドライバ２６は、トーチ２をＸ軸方向に移動させて加工点のＸ座標位置を制御するＸ軸方向移動機構１６Ｘ、Ｙ軸方向に移動させて加工点のＹ座標位置を制御するＹ軸方向移動機構１６Ｙ、Ｚ軸方向に移動させて加工点のＺ座標位置を制御するＺ軸方向移動機構１６Ｚ、Ａ軸モータ１５Ａ、Ｂ軸モータ１５Ｂに駆動電力を供給するようになっている。
【００３６】
この実施形態において、ドライバ２６は、演算部２２から出力された加工軌跡Ｔ０に沿った加工点の所要通過点の間におけるＸＹ座標位置と、Ａ軸モータ１５Ａ及びＢ軸モータ１５Ｂの回動角度が定義された駆動指令信号に基づいて、Ｘ軸方向移動機構１６Ｘと、Ｙ軸方向移動機構１６Ｙと、Ａ軸モータ１５Ａと、Ｂ軸モータ１５Ｂとを駆動して、トーチ軸線Ｏ１が所定の方向において所定の傾斜角度を維持し、かつ加工軌跡Ｔ０に沿って移動するようになっている。
また、加工軌跡Ｔ０上の所要通過点における加工点でのＡ軸モータ１５Ａ及びＢ軸モータ１５Ｂの回動角度は直線補間により制御可能とされている。
【００３７】
次に、この実施形態における開先形状加工用プログラムの動作について図３を参照して説明する。図３は、制御システム２０におけるプログラムの動作手順の一例を示すフローである。
１）まず、開先形状部に関するデータとして、被加工材Ｗ０の材質、厚さｔ、トーチ２の加工軌跡Ｔ０に関するデータ、開先形状部の断面形状Ｄ０に関するデータを入力部２１から入力する（Ｓ１）。
２）入力部２１から入力された開先形状部の断面形状Ｄ０に関するデータに基づいて、演算部２２が開先形状部を構成する面（開先面、ルート面）につきデータベース２４とやり取りして加工順序を算出する（Ｓ２）。
３）開先形状部の断面形状Ｄ０から開先形状部を形成するにあたってミクロジョイントを形成する加工溝を選択する（Ｓ３）
４）Ｓ４において、開先形状部を構成する面の数に基づいて加工溝の加工回数を数えるカウンタを設定する。
５）次に、対象の加工溝に形成するべきミクロジョイントの数、位置をデータベース２４とやり取りして算出する（Ｓ５）。
６）加工順序に基づいて、加工する加工溝の加工データ（例えば、加工点、傾斜角度等）を取得する。（Ｓ６）
７）加工順序から、加工する加工溝がミクロジョイントを形成する対象の加工溝かどうかを判断する。（Ｓ７）
８）ミクロジョイントを形成する対象の加工溝である場合には、データベース２４から取得した数、位置等に基づいて、ミクロジョイントを含んだ加工溝を加工する。この場合、トーチ２のトーチ軸線Ｏ１を所望の傾斜角度に傾斜させてプラズマアークを噴射しながら、トーチ２を加工軌跡Ｔ０に沿って移動させる（Ｓ８）。
９）ミクロジョイントを形成する対象の加工溝でない場合には、トーチ２のトーチ軸線Ｏ１を所望の傾斜角度に傾斜させてプラズマアークを噴射しながら、トーチ２を加工軌跡Ｔ０に沿って移動しながら長手方向に連続する加工溝を加工する。（Ｓ９）。
１０）Ｓ１０において、ｉがＮ未満の場合には、ｉに１を加算（Ｓ１１）して、上記Ｓ６からＳ９を繰り返し、ｉ＝Ｎである場合には、加工を終了する。
【００３８】
上記実施の形態に係る加工装置１によれば、第２の加工溝を加工するまで製品予定部から残材が分離することないため、開先形状部を加工する際に、製品予定部から残材を取り除き又は残材を製品予定部に対して並べる作業が不要とされる。
また、残材除去等に係る加工装置１の停止が不要であるため、タクトタイムが短縮されて生産性が向上する。
その結果、開先加工にともなう人手作業が軽減されて製造コストの削減が可能となる。
【００３９】
また、第１の加工溝及び前記第２の加工溝の始端部及び終端部が、被加工材の加工面の内方に形成されていて被加工材の端面に形成されていないので、第１の加工溝、第２の加工溝の形成に際して残材の端部が浮き上がることがない。
その結果、トーチ２と残材との干渉が抑制される。
また、常時監視作業が不要となるため自動運転により開先加工を行なうことができる。
また、開先形状部を形成する場合に熱歪の影響が小さくなるような形状及び加工経路を考慮する必要がなくなり開先形状部の形成にかかる検討時間を低減することができる。
【００４０】
次に、上記実施形態に係る加工装置１を用いて、被加工材Ｗ０の製品予定部Ｗ１１にＹ開先形状部を形成する第１の手順を、図４を参照して説明する。図４は、開先面Ｋ１とルート面Ｒ１から構成されるＹ開先形状部を形成する場合の例であり、被加工材Ｗ０の製品予定部Ｗ１１にルート面Ｒ１に対応する第１の加工溝Ｇ１１を形成し、その後、開先面Ｋ１に対応する第２の加工溝Ｇ１２を形成して製品予定部Ｗ１１から残材Ｗ１２を分離する加工手順とされている。
また、第１の加工溝Ｇ１１は、第１から第３の３区間から構成されている。
【００４１】
１）まず、図４（Ａ）に示すように、第１の加工溝Ｇ１１の始端部にピアシングをして製品予定部Ｗ１１に形成するルート面Ｒ１に沿ってトーチ２を移動させる。
２）第１の加工溝Ｇ１１の始端部から所定の距離に到達し、第１の区間が形成されたらトーチ２をルート面Ｒ１から離間する方向に移動して第２の加工溝Ｇ１２の形成予定位置まで補助加工溝Ｇ１１１を形成する。
３）その後、第１の加工溝Ｇ１１の長手方向に沿って補助加工溝Ｇ１１１の終端部から所定の距離離間する位置にトーチ２を移動して、補助加工溝１１２の始端部をピアシングにより形成した後、トーチ２をルート面Ｒ１方向に移動させて補助加工溝１１２を形成する。
４）トーチ２がルート面Ｒ１に対応する位置まで到達したら、ルート面Ｒ１に沿って第１の加工溝Ｇ１１の始端部から離間する方向にトーチ２を移動させて第１の加工溝Ｇ１１の第２の区間を形成する。
５）第１の加工溝Ｇ１１の終端部から所定距離に到達して、第１の加工溝Ｇ１１の第２の区間の終端部に到達したら、前述の補助加工溝１１１、１１２の場合と同様に、ミクロジョイントＭＪ１２を残して補助加工溝１１３、１１４を形成する。
６）次に、図４（Ｂ）に示すように、開先面Ｋ１に沿ってトーチ２を移動させて第２の加工溝Ｇ１２を形成する。その際、第２の加工溝Ｇ１２の始端部及び終端部は、被加工材Ｗ０の端面より内方に形成される。
７）次いで、図４（Ｂ）に示した隣接切断線Ｂ１１、Ｂ１２に沿ってトーチ２を移動させて、製品予定部Ｗ１１から残材Ｗ１２を分離する。
【００４２】
この、隣接切断線Ｂ１１、Ｂ１２は、図５に示すような寸法関係で形成することが好適である。
図５（Ａ）は、図４に示した被加工材Ｗ０の、製品予定部Ｗ１１と残材Ｗ１２の第１の加工溝Ｇ１１、第２の加工溝Ｇ１２の終端部近傍を平面視した図であり、図５（Ｂ）は、（Ａ）における断面Ｑ−Ｑを示す側面図である。
ここで、
Ｂ≧（（ｔ）／（ｔａｎθ））＋（（Ｅ１）／（ｓｉｎθ））＋Ｅ２ ・・・式（１）
Ｃ≧３×Ｅ２ ・・・式（２）
であることが好適である。
ｔ；被加工材Ｗ０の板厚
θ；隣接切断線Ｂ１２の開先角度（裏Ｙ開先）
Ｅ１；隣接切断線Ｂ１２のカーフ幅の半分
Ｅ２；第１の加工溝Ｇ１１のカーフ幅の半分
Ｃ；ミクロジョイントＭＪ１２の幅
式（１）、式（２）を満足することにより、残材が被加工材から浮き上がることに起因するトーチと残材との干渉が抑制されるので開先形状部を自動運転により加工することができる。
【００４３】
上記，１）から７）の加工を行なうことにより、図４（Ｃ）に示すような、製品予定部（製品）Ｗ１２のルート面Ｒ１に二つの小さな凸部Ｆ１が形成された開先形状部が形成される。
その結果、凸部Ｆ１を容易に除去することができる。
【００４４】
その結果、被加工材Ｗ０の加工面における第１の加工溝Ｇ１１と第２の加工溝Ｇ１２とにより囲まれた部分が、始端部と端面との間の接続部、終点と端面との間の接続部、ミクロジョイントＭＪ１１、ミクロジョイントＭＪ１２により接続されているのでプラズマ加工の熱により残材が反って浮き上がることがない。その結果、第２の加工溝Ｇ１２の加工に際してトーチ２が残材Ｗ１２と干渉することがない。
【００４５】
図６は、加工装置１を用いて、開先面Ｋ２とルート面Ｒ２から構成されるＹ開先形状部を形成する第２の手順を示す図である。
図６に示した開先形状部の加工が、図４に示した開先形状部の加工と異なるのは、被加工材Ｗ０の製品予定部Ｗ１１に開先面Ｋ２に対応する第１の加工溝Ｇ２１を形成し、その後、ルート面Ｒ２に対応する第２の加工溝Ｇ２２を形成して製品予定部Ｗ２１から残材Ｗ２２を分離する点である。それにともなって、ミクロジョイントＭＪ２１、ＭＪ２２は、第１の加工溝Ｇ２１に形成されている。
【００４６】
また、図４においてルート面Ｒ１に対応して形成した第１の加工溝Ｇ１１に形成した補助加工溝Ｇ１１１、Ｇ１１２、Ｇ１１３、Ｇ１１４、ミクロジョイントＭＪ１１、ＭＪ１２は、開先面Ｋ２に対応して形成した第１の加工溝Ｇ２１に補助加工溝Ｇ２１１、Ｇ２１２、Ｇ２１３、Ｇ２１４、ミクロジョイントＭＪ２１、ＭＪ２２として形成されている。
この場合、図６（Ｃ）に示すような開先形状部の開先面Ｋ２に比較的大きな凸部Ｆ２が形成される。しかしながら、開先面Ｋ２側を先に加工する必要がある場合には、有効な加工方法とされる。
【００４７】
なお、この発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更をすることが可能であり、例えば、上記実施の形態においては、開先形状部が表Ｙ開先形状部である場合について説明したが、その他の開先形状部の加工に用いてよいことはいうまでもない。
【００４８】
また、上記実施の形態においては、ミクロジョイントＭＪ１１、ＭＪ１２、ＭＪ２１、ＭＪ２２の両端部近傍に第１の加工溝Ｇ１１、２１の補助加工溝Ｇ１１１、Ｇ１１２、Ｇ１１３、Ｇ１１４が形成される場合について説明したが、ミクロジョイントＭＪ１１、ＭＪ１２、ＭＪ２１、ＭＪ２２のいずれか又はすべてについて、その一端側のみに補助加工溝が形成される攻勢としてもよい。
【００４９】
例えば、上記実施の形態においては、開先形状加工用プログラムが、開先形状部に関するデータが入力されるステップ（Ｓ１）と、加工溝の加工順序（Ｓ２）、ミクロジョイントの数、位置を算出するステップ（Ｓ３、Ｓ５）と、加工装置における加工に関するステップ（Ｓ４、Ｓ６からＳ１１）とを備える場合について説明したが、例えば、加工溝の加工順序（Ｓ２）、ミクロジョイントの数、位置を算出するステップ（Ｓ３、Ｓ５）のいずれか一方又は双方により開先形状加工用プログラム（制御プログラム、ＮＣプログラム）を構成してもよい。
また、上記開先形状加工用プログラムは一例であり、上記以外の構成とすることが可能であることはいうまでもない。
【００５０】
また、開先形状部に関するデータ等に基づいて、開先形状加工用プログラム（例えば、上記Ｓ２、Ｓ３、Ｓ５等）を演算する演算プログラムも本発明に含まれることはいうまでもない。
また、上記実施の形態に係る開先形状加工用プログラムが、制御プログラムに手順、数値を付与するＮＣプログラム（データ）として構成される場合、例えば、ワークステーションのように加工装置１から分離された外部装置において作成して、それを加工装置１に読み込ませて加工する構成としてもよい。
【００５１】
また、上記実施の形態においては、開先形状部を形成するための開先形状加工用プログラムが予め制御システム２０のハードディスクに格納されている場合について説明したが、開先形状加工用プログラムを読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録された制御システム２０に読み込ませ、実行することにより上記実施形態にかかる動作をさせることも可能である。また、「読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、揮発性メモリ（ＲＡＭ）、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、制御システム２０に内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。
【００５２】
また、上記実施の形態においては、固定された定盤３に対してトーチ２が移動する加工装置１について説明したが、定盤３が移動し、又は定盤３とトーチ２の双方が移動可能な加工装置に対しても適用可能であることはいうまでもない。
【００５３】
また、上記実施の形態においては、トーチ保持部材１０が第１のアーム１２Ａから第３のアーム１２Ｃを備える構成の場合について説明したが、例えば、互いに並行なリンクを組み合わせて構成される立体パンタグラフ、その他の周知の保持構造を用いてもよい。
また、Ｚ軸方向移動機構１６Ｚの駆動は、例えば、トーチ２の先端と被加工材である鋼板との高さを一定に維持するために用いるが、手動によってトーチ２の高さを移動させることも可能である。
【００５４】
また、開先形状部については加工軌跡Ｔ０が平面視して直線である場合のほか、例えば、円形等の曲線形状を含む加工軌跡Ｔ０に対しても適用可能である。
また、上記実施の形態においては、被加工材の断面における開先形状部が一定の場合について説明したが、加工軌跡Ｔ０上の位置により傾斜角度が変化する開先形状部に対して適用することを妨げない。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ加工装置の構成の概略を示す図である。
【図２】本発明に係るトーチ保持部材の構成を示す図であり、（Ａ）は正面図を、（Ｂ）は側面図を示している。
【図３】本発明に係る制御システムの動作手順の概略を示すフロー図である。
【図４】本発明に係る開先加工の第１の手順を示す図であり、（Ａ）はルート面にミクロジョイントを形成する工程を、（Ｂ）は開先面を加工する工程を、（Ｃ）は開先形状部を示している。
【図５】本発明に係るＹ開先形状部に係る隣接切断線を説明する図であり、（Ａ）は図４の製品予定部を平面視した図を、（Ｂ）は（Ａ）の断面Ｑ−Ｑを示す図である。
【図６】本発明に係る開先加工の第１の手順を示す図であり、（Ａ）は開先面にミクロジョイントを形成する工程を、（Ｂ）はルート面を加工する工程を、（Ｃ）は開先形状部を示している。
【符号の説明】
【００５６】
Ｗ０ 被加工材
Ｗ１１、Ｗ２１、 製品予定部
Ｗ１２、Ｗ２２、 残材
Ｒ１、Ｒ２ ルート面
Ｋ１、Ｋ２ 開先面
Ｇ１１、Ｇ２１ 第１の加工溝
Ｇ１２、Ｇ２２ 第２の加工溝
Ｇ１１１、Ｇ１１２、Ｇ１１３、Ｇ１１４、Ｇ２１１、Ｇ２１２、Ｇ２１３、Ｇ２１４
補助加工溝
ＭＪ１１、ＭＪ１２、ＭＪ２１、ＭＪ２２ ミクロジョイント
Ｏ１ トーチ軸線
１ 加工装置（プラズマ加工装置）
２ トーチ
３ 定盤
１０ トーチ保持部材（加工位置保持機構）
１５ 傾斜機構
１６ 移動機構
２０ 制御システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トーチから放射されるプラズマアーク、レーザ、ガス炎により、被加工材の製品予定部に開先面、ルート面に対応する加工溝を形成して前記製品予定部に開先形状部を形成する開先加工方法であって、
前記開先形状部を構成する第１の面に対応する第１の加工溝と、前記第１の面に隣接して形成される第２の面に対応する第２の加工溝とを加工する際に、
前記第１の加工溝の長手方向の途中にミクロジョイントを形成するとともに前記第１の加工溝の前記ミクロジョイントの端部近傍に前記第１の面から離間する方向に伸び前記第２の加工溝に接続可能とされる補助加工溝を形成し、
前記補助加工溝が形成された後に、前記第２の加工溝を形成することを特徴とする開先加工方法。
【請求項２】
請求項１に記載の開先加工方法であって、
前記第１の加工溝及び前記第２の加工溝は、
それぞれの始端部及び終端部が前記被加工材の加工面の内方に形成されることを特徴とする開先加工方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の開先加工方法であって、
前記第１の面は、ルート面であることを特徴とする開先加工方法。
【請求項４】
被加工材が載置可能とされる定盤と、
プラズマアーク、レーザ、ガス炎のいずれかが放射可能とされたトーチと、
前記トーチの前記被加工材に対する加工位置を保持するトーチ保持部材と、
前記トーチを前記被加工材に対して所定の傾斜角度に傾斜させる傾斜機構と、
前記トーチを前記定盤に対して相対移動する移動機構とを備え、
前記トーチを傾斜させて、前記プラズマアーク、レーザ、ガス炎のいずれかを放射しながら前記被加工材と相対移動して、前記製品予定部に開先面、ルート面に対応する加工溝を形成して前記製品予定部に開先形状部を形成する開先形状加工用プログラムであって、
前記開先形状部を構成する第１の面に対応する第１の加工溝と、前記第１の面に隣接して形成される第２の面に対応する第２の加工溝とを形成する際に、
前記第１の加工溝の長手方向の途中に前記第１の面から離間する方向に伸び前記第２の加工溝に接続可能な第１の補助加工溝を形成し、
前記第１の補助加工溝と離間した位置に、前記第２の加工溝と接続可能とされ前記第１の加工溝に向かう第２の補助加工溝を形成して前記第１の加工溝と前記第２の加工溝の間にミクロジョイントを形成するように構成されていることを特徴とする開先形状加工用プログラム。
【請求項５】
請求項４に記載の開先形状加工用プログラムを演算して作成することを特徴とする演算プログラム。
【請求項６】
請求項４に記載の開先形状加工用プログラム又は請求項５に記載の演算プログラムを備えることを特徴とする制御システム。
【請求項７】
請求項６に記載の制御システムを備えることを特徴とする加工装置。
【請求項１】
トーチから放射されるプラズマアーク、レーザ、ガス炎により、被加工材の製品予定部に開先面、ルート面に対応する加工溝を形成して前記製品予定部に開先形状部を形成する開先加工方法であって、
前記開先形状部を構成する第１の面に対応する第１の加工溝と、前記第１の面に隣接して形成される第２の面に対応する第２の加工溝とを加工する際に、
前記第１の加工溝の長手方向の途中にミクロジョイントを形成するとともに前記第１の加工溝の前記ミクロジョイントの端部近傍に前記第１の面から離間する方向に伸び前記第２の加工溝に接続可能とされる補助加工溝を形成し、
前記補助加工溝が形成された後に、前記第２の加工溝を形成することを特徴とする開先加工方法。
【請求項２】
請求項１に記載の開先加工方法であって、
前記第１の加工溝及び前記第２の加工溝は、
それぞれの始端部及び終端部が前記被加工材の加工面の内方に形成されることを特徴とする開先加工方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の開先加工方法であって、
前記第１の面は、ルート面であることを特徴とする開先加工方法。
【請求項４】
被加工材が載置可能とされる定盤と、
プラズマアーク、レーザ、ガス炎のいずれかが放射可能とされたトーチと、
前記トーチの前記被加工材に対する加工位置を保持するトーチ保持部材と、
前記トーチを前記被加工材に対して所定の傾斜角度に傾斜させる傾斜機構と、
前記トーチを前記定盤に対して相対移動する移動機構とを備え、
前記トーチを傾斜させて、前記プラズマアーク、レーザ、ガス炎のいずれかを放射しながら前記被加工材と相対移動して、前記製品予定部に開先面、ルート面に対応する加工溝を形成して前記製品予定部に開先形状部を形成する開先形状加工用プログラムであって、
前記開先形状部を構成する第１の面に対応する第１の加工溝と、前記第１の面に隣接して形成される第２の面に対応する第２の加工溝とを形成する際に、
前記第１の加工溝の長手方向の途中に前記第１の面から離間する方向に伸び前記第２の加工溝に接続可能な第１の補助加工溝を形成し、
前記第１の補助加工溝と離間した位置に、前記第２の加工溝と接続可能とされ前記第１の加工溝に向かう第２の補助加工溝を形成して前記第１の加工溝と前記第２の加工溝の間にミクロジョイントを形成するように構成されていることを特徴とする開先形状加工用プログラム。
【請求項５】
請求項４に記載の開先形状加工用プログラムを演算して作成することを特徴とする演算プログラム。
【請求項６】
請求項４に記載の開先形状加工用プログラム又は請求項５に記載の演算プログラムを備えることを特徴とする制御システム。
【請求項７】
請求項６に記載の制御システムを備えることを特徴とする加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−２４１０８３（Ｐ２００９−２４１０８３Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−８８４０７（Ｐ２００８−８８４０７）
【出願日】平成２０年３月２８日（２００８．３．２８）
【出願人】（０００１５０９８１）日酸ＴＡＮＡＫＡ株式会社 (33)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２８日（２００８．３．２８）
【出願人】（０００１５０９８１）日酸ＴＡＮＡＫＡ株式会社 (33)
【Ｆターム（参考）】
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