用于在工件中等离子切割出孔洞和轮廓的方法和系统的制作方法
【专利说明】用于在工件中等离子切割出孔洞和轮廓的方法和系统发明领域
[0001]本发明涉及根据权利要求1和2所述的使用等离子电弧焊炬来在工件中切出至少一个孔洞的自动化方法、根据权利要求3所述的使用等离子电弧焊炬来在工件中切出至少一个轮廓的自动化方法、根据权利要求4所述的等离子电弧焊炬系统、根据权利要求5和6所述的明白地实施在信息载体上并且在用于用等离子电弧焊炬系统在工件中切出至少一个孔洞的计算机数字控制器上可运行的计算机可读产品、以及根据权利要求7所述的明白地实施在信息载体上并且在用于用等离子电弧焊炬系统在工件中切出至少一个轮廓的计算机数字控制器上可运行的计算机可读产品。本发明的多个实施例总体上涉及等离子电弧切割焊炬系统。更确切地，这些实施例涉及使用等离子焊炬焊嘴系统来在工件中切出内部孔洞和轮廓的方法和系统。
发明的技术背景
[0002]等离子切割使用聚焦电弧来将气体流加热到等离子状态，并且使用来自该高温等离子流的能量使工件熔化。对于大多数切割工艺来说，使用了辅助气体流(也称为屏蔽气体流、或屏蔽流)来保护焊炬并且通过辅助维持稳定的电弧来辅助切割过程。在焊炬相对于工件移动时，工件被等离子切割，在后方留下希望的孔洞或轮廓。然而，取决于所切出的形状或轮廓，使用等离子切割系统可能是不利的。例如，有时候等离子并不保持稳定，使得工件的被切割部分的表面可能具有缺陷，缺陷包括成角度的或不平整的表面。虽然在切割过程中已经进行了改进来限制这些缺陷，但在某些切割情形中使用等离子仍是不利的，因为仍会存在缺陷。在切出小孔洞或轮廓时尤其如此。
[0003]通过这种方法与本申请的其余部分中参照附图阐述的本发明的实施例相比较，常规、传统和所提出的方法的进一步的局限性和缺点对本领域内的技术人员而言将变得明显。
说明
[0004]为了克服这些限制和缺点，描述了根据权利要求1和2所述的使用等离子电弧焊炬来在工件中切出至少一个孔洞的自动化方法、根据权利要求3所述的使用等离子电弧焊炬来在工件中切出至少一个轮廓的自动化方法、根据权利要求4所述的等离子电弧焊炬系统、根据权利要求5和6所述的有形地实施在信息载体上并且在用于用等离子电弧焊炬系统在工件中切出至少一个孔洞的计算机数字控制器上可运行的计算机可读产品、以及根据权利要求7所述的明白地实施在信息载体上并且在用于用等离子电弧焊炬系统在工件中切出至少一个轮廓的计算机数字控制器上可运行的计算机可读产品。本发明的多个示例性实施例包括使用等离子电弧焊炬来在工件中切出孔洞和轮廓的方法和系统。该系统包括等离子电弧焊炬、电源、CNC或其他基于计算机的控制器、多个移动装置、和工作台。该方法包括使用具有特定特征的引入线切割、几何形状切割以及过烧或导出线切割。利用如本文描述的本发明多个实施例得到了改进的/不需要二次加工孔洞和轮廓切割。
[0005]本发明的其他的方面和优点从以下附图和说明中将变得清楚，这些均仅以举例方式来展示本发明的原理。 附图简要说明
[0006]通过参考附图来详细描述本发明的示例性实施例，本发明的上述和/或其他方面将会更加清晰，在附图中:
[0007]图1是可以用于本发明的实施例的等离子切割系统的一个示例性实施例的图解展不O
[0008]图2是本发明一个实施例的操作流程图的图解展示；
[0009]图3A至3D是根据本发明的实施例的针对孔洞的切割操作的图解展示；
[0010]图4是根据本发明的实施例的用于孔洞切割操作的引出路径的图解展示；
[0011]图5是根据本发明的示例性实施例的针对轮廓的切割操作的图解展示;并且
[0012]图6A和6B是根据本发明的示例性实施例制作的其他轮廓的图解展示。
发明详细说明
[0013]下面将参考附图来描述本发明的示例性实施例。所描述的示例性实施例旨在帮助理解本发明、而不旨在以任何方式限制本发明的范围。类似参考号在所有附图中表示类似的要素。
[0014]本发明的实施例可以用于工件中的孔洞和轮廓二者。如在此理解的，孔洞具有的形状为其直径(或等效尺寸)与工件厚度之比大约是6:1或更小。即，在不背离本发明的精神和范围的情况下，本发明的示例性实施例可以用来在工件中以这个比率创建高品质孔洞。另外，本发明的实施例可以在具有上至2英寸厚度的工件中使用。要注意的是，在较大厚度的工件中典型地使用较高比率的孔洞。在本发明的许多应用中，工件的厚度为I英寸或更小。在此类应用中，孔洞典型地具有的直径(或等效尺寸)与厚度之比是小于3:1。也就是，I英寸厚的工件中的圆形孔洞将具有约3英寸或更小的直径。如在此使用的，孔洞可以被分类为不一定为圆形的、但至少是曲线形的、或具有曲线部分的小的内部部件特征(例如，卵形、椭圆、以及其他类似形状)，其中孔洞的当量直径(如果总周长被转化成一个圆的话)具有的直径与厚度之比是小于约6:1。轮廓典型地在工件中具有更大的切口特征并且可以包括直线或曲线切口二者。要注意的是，虽然一些形状具有的尺寸是在6:1比率、以下或以上，但它们仍因其形状(例如方形、矩形等)而被视为轮廓。
[0015]如上文简要讨论的，当使用等离子焊炬来在工件中切出孔洞和轮廓时可能遇到缺陷。这样的缺陷包括从孔洞/轮廓侧边去除了过量材料，从而在后方、在孔洞或轮廓的壁上留下了突出部，使得该孔洞/轮廓壁为楔形或减缩。这些缺陷在许多工件中可能是成问题的并且可能导致需要二次工艺，例如工件的钻削或刮削。在任一情况下，由于这些缺陷的存在可能引起显著的成本和拖延。本发明的多个实施例消除了这些缺陷并且提供了对孔洞和轮廓的高效率和高度准确的切割。进一步，本发明的多个实施例可以用于使用了各种等离子切割部件的许多不同的切割系统，这并不背离本发明的精神或范围。
[0016]图1描绘了示例性的等离子切割系统100。等离子焊炬系统100包括切割工作台101和等离子焊炬103。切割工作台和等离子焊炬的构造和操作是本领域技术人员熟知的并且在此不作详细讨论。系统100还可以使用焊炬高度控制器105，该焊炬高度控制器可以安装至塔架系统107上。系统100还可以包括驱动系统109，该驱动系统用于为焊炬103提供相对于定位在工作台101中的工件的运动。等离子切割电源111被联接至焊炬103上，以提供用来创建切割等离子的所希望电流。系统100还可以包括气体控制台113，该气体控制台可以用来在切割操作期间调节等离子和屏蔽气体二者的气体流速和压力。控制台113还可以用来根据所执行的切割操作来选择不同的气体。也就是，某些气体可以用于某些切割操作、但不会用于其他的。焊炬系统100还包括计算机数字控制器(CNC)115，该计算机数字控制器可以包括用户输入/显示屏幕117。用户用屏幕117和CNC 115来输入和读取切割操作参数和数据、并允许系统100被用作自动化的可编程的切割系统。用户可以经由屏幕117(或其他手段)向CNC中输入各种输入参数，包括:焊炬电流、材料类型、材料厚度、切割速度、焊炬高度、等离子和屏蔽气体组成等等。如上所述，等离子系统100可以具有许多不同的构型，并且实施例不局限于图1中所示出的，该图仅是示例性的。
[0017]本领域技术人员普遍理解的是，CNC115可以是控制该系统100的任何类型的计算机系统。如普遍已知的，CNC具有处理器、电子存储装置、以及用于提供控制指令到等离子电弧焊炬系统100的接口。该存储或存储器装置可以是内部的或外部的并且可以包括关于工件中有待切割的部分的数据。在其他实施例中，CNC 115可以是手动编程的，并且在一些实施例中，CNC 115可以包括含有计算机可读指令的计算机可读产品，这些计算机可读指令可以选择或配置等离子焊炬系统的操作参数。在进一步的示例性实施例中，这些计算机可读指令可以是切割图或嵌套软件。这样的指令典型地包括切割信息，该信息包括针对系统100的在切出各种孔洞或轮廓时的指令，考虑了孔洞/轮廓的大小和形状以及所切割的材料。普遍理解的是，CNC 115可以允许用户在一个工件中切出众多相继的孔洞、轮廓或孔洞与轮廓的组合，而在切割之间不停止。例如，操作者可以选择包括孔洞和轮廓切割指令二者的切割程序，并且CNC 115将基于用户输入信息来确定切割的顺序和定位、以及切割的各个参数。
[0018]联接至计算机115上的用户界面/屏幕117展示了支持本文描述的系统和方法的一种可能的硬件配置，为系统100的控制器。当然，也可以使用类似的控制器型系统来控制和/或操作本文描述的系统。为了针对本发明的多种不同方面提供额外的背景，下面的讨论是旨在提供针对其中可以实施本发明这些不同方面的适合的计算环境的简要总体描述。本领域的技术人员应认识到，本发明还可以与其他程序模块相组合地实施和/或被实施为硬件和软件的组合。一般地，程序模块包括执行具体任务或实现具体提取数据类型的例程、程序、部件、数据结构等。
[0019]此外，本领域的技术人员应理解的是，这些创新的方法可以用其他计算机系统配置来实践，这些计算机系统配置包括单处理器或者多处理器计算机系统、小型计算机、主机计算机、以及个人计算机、手持计算设备、基于微处理器的或可编程的消费性电子产品等，它们各自可以操作性地耦联一个或多个相关联的设备。本发明的这些展示出的方面还可以在其中由通过通信网络来链接的远程处理设备来执行某些任务的分布式计算环境中进行实践。在分布式计算环境中，程序模块可以位于本地和远程存储器存储设备二者中。
[0020]该系统的控制器(例如115)可以利用包括计算机的示例性环境