JPH02108465A - プラズマ切断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はプラズマ切断装置に関し、特に切断される母材
の、材質及び板厚に対応する最適の切断電流をトーチの
電極に供給すると共に、最適の切断速度でトーチを母材
に対して相対的に移動するようにしたものに関する。

〔従来技術〕

一般に、切断用トーチ（以下、トーチという）で発生す
るプラズマアークのエネルギーを切断局部に集中させて
板状の金属材料や非金属材料を溶断するプラズマ切断装
置は既に知られており、切断速度が高速でしかも切断に
よる熱変形が小さいなどの長所を備えているので、各種
の分野で活用されている。

近年では、切断速度の高速性を十分に発揮でき、また能
率的に大量生産し得るように、トーチの移動軌跡データ
（切断図形データ）を切断加工情報として予めプログラ
ム化して記憶しておき、このプログラムに基いてトーチ
を自動制御する数値制御（ＮＣ制御）装置を備えたプラ
ズマ切断装置が実用化されている。

ここで、プラズマ切断をする場合、トーチの切断速度と
トーチの電極に供給する切断電流とは特に重要な要素で
あり、これらは相互に関連している。プラズマ切断は母
材（被切断材）をプラズマアークで溶融して切断する方
法なので溶融母材が切断部下縁にドロスとして付着しや
すく、またプラズマアークが安定した定常流的な流れに
なりにくいことから切断面が乱れやすい。そこで、ドロ
スの付着が少なく且つ平滑な切断面が得られるように切
断速度と切断電流を適切に設定することが重要である。

そこで、従来のプラズマ切断装置では、オペレータが経
験と勘に基いて母材の材質と板厚に適した切断速度及び
切断電流を決定し、プラズマアーク用電源装置の出力調
整器を調節して切断電流を設定すると共に、制御プログ
ラムに切断速度を入力したり、或いは切断開始時に各種
の切断速度及び切断電流にて試行錯誤的に切断すること
により母材の材質と板厚とに適した切断速度及び切断電
流を決定し、出力調整器を設定するのに加えて切断速度
を制御プログラムに入力するようにしていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記のように、従来のプラズマ切断装置では、このＮＣ
ＩＩＩｗＪ可能なプラズマ切断装置で母材を切断すると
きに、オペレータは安定したプラズマアークで母材を良
好に切断できるように、母材の材質及び板厚に応じて出
力調整器を微妙に調節すると共に切断速度を制御プログ
ラムに入力しなければならず切断の準備作業が複雑にな
ること、安定した切断品質を得るためにかなりの熟練技
術が必要となること、切断電流の誤調整により母材への
ドロス付着量が増加し切断面の品質が低下すること、な
どの問題がある。

本発明の目的は、切断面の高品質化が図れるようなプラ
ズマ切断装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係るプラズマ切断装置は、第１図の機能ブロッ
ク図に示すように、ノズル及び電極を有するトーチと、
トーチの電極に供給する切断電流を調整する出力調整器
を有するプラズマアーク用電源装置と、トーチを母材に
対して相対的に移動させるモータと、予め入力格納され
た切断加工情報を記憶しておきその切断加工情報に基い
てモータを数値制御する制御駆動手段とを備え、トーチ
を相対的に走行させながらプラズマアークで母材を切断
するプラズマ切断装置において、母材の材質及び板厚に
関する情報を入力する入力手段と、人力手段で入力され
た情報に対応する少なくとも切断電流と切断速度に関す
る情報を含む切断データを設定し、この切断データの切
断電流と切断速度になるように出力調整器及び制御駆動
手段に指令する制御手段とを備えたものである。

入力された情報に対応して制御手段で設定する切断デー
タには、トーチへ供給する作動ガスのガス流量に関する
情報を含めることも可能である。

〔作用〕

本発明に係るプラズマ切断装置においては、入力手段は
人力された母材の材質及び板厚に関する情報を制御手段
に供給する。

この制御手段には、安定したプラズマアークにより母材
の切断面の品質が良好となるように、母材の材質に関す
る情報と板厚に関する情報とをパラメータとし実験的に
或いは経験的に求めた少なくとも切断電流と切断速度に
関する情報が予め入力格納されている。

制御手段は、この入力された材質及び板厚に関する情報
をパラメータとして少なくとも切断電流と切断速度に関
する情報を含んだ切断データを設定し、出力調整器から
トーチに供給する切断電流がこの切断データに含まれて
いる切断電流となるように出力調整器に指令すると共に
、切断速度が切断データに含まれている切断速度となる
ように制御駆動手段に指令する。

従って、母材の材質及び板厚に応じた切断電流がトーチ
の電極に供給された状態で、制御駆動手段は母材の材質
及び板厚に応じたトーチの切断速度と切断加工情報とに
基いてモータを数値制御してトーチが母材と相対的に自
動走行することにより、母材は安定したプラズマアーク
によりその切断面の高品質を維持した状態で切断される
。

［発明の効果］ 本発明に係るプラズマ切断装置によれば、以上説明した
ように、制御手段は入力された母材の材質及び板厚に関
する情報に対応する切断電流と切断速度になるように出
力調整器及び制御駆動手段に指令することにより、プラ
ズマ切断が完全に自動化されるので、安定したプラズマ
アークにより切断面の高品質化が図れ、切断電流の誤調
整による不良切断率を極力低減させることができると共
に、母材へのドロス付着量を少なくすることができ、更
に高度なプラズマ切断技術を持たない初心者にもプラズ
マ切断作業が可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を外面に基いて説明する。

第２図はトーチの移動を数値制御し得るプラズマ切断装
置１を示すものであり、このプラズマ切断装置１につい
て説明する。

前後方向に伸びる左右一対のガイドレール２・４は断面
矩形状で所定距離隔てて平行に床面上に敷設されており
、この左右一対のガイドレール２・４間に切断加工する
母材６（被切断材）が配設されるようになっている。左
方のガイドレール２の内側面にはラックを形成したラッ
ク部材８が略その全長に亙って取付けられている。

前後方向に所定長さの移動部材１０は断面略門形でガイ
ドレール２に前後方向移動可能に上方から装着されてお
り、移動部材１０の内側面には突出部１４が形成され、
この突出部１４内に切断用トーチ１６（以下、トーチと
いう）をＹ方向（前後方向）へ移動させるＹ方向サーボ
モータ１８が取付けられ、このＹ方向サーボモータ１８
の駆動軸に取付けたビニオン（図示路）がラック部材８
のラックに噛み合っている。

前後方向に所定長さの移動部材１２は前記移動部材１０
の突出部１４を除いて同様の構成であり、ガイドレール
４に前後方向移動可能に上方から装着されている。尚、
符号２０はＹ方向サーボモータ１８に設けられ、フィー
ドバンク信号ＹＳ（第３図参照）を出力するエンコーダ
である。

移動部材ＩＯに立設されたコラム２２と移動部材１２に
立設されたコラム２４とその両コラム２２・２４の上端
部に亙って左右方向に架設され前後方向に所定距離隔て
た一対の支持部材２６とで正面視門形のトーチ移動用枠
２８が構成されており、Ｙ方向サーボモータ１８の駆動
によりビニオン及びラックを介して移動部材１０がガイ
ドレール４でガイドされつつ前後方向に移動するのに伴
って、移動部材１２もガイドレール４でガイドされて前
後方向に移動し、トーチ移動用枠２８がＹ方向に移動す
る。

前記両コラム２２・２４の上端部に亙って左右方向にボ
ールネジ用の螺旋溝を形成した駆動軸３０が配設され、
駆動軸３０の両端部はこれらの上端部で回転自在に枢支
されている。この駆動軸３０にボールネジブロックを介
して螺合するブロック部材３２の下端部にはトーチ１６
が取付けられ、このブロック部材３２の前側面又は後側
面には一方の支持部材２６に形成されたガイド部（図示
路）に係合して支持案内される摺動係合部が設けられて
いる。更に、駆動軸３０の左端部にはトーチ１６をＸ方
向（左右方向）へ移動させるＸ方向サーボモータ３４の
駆動軸が固着されている。尚、符号３６はＸ方向サーボ
モータ３４に設けられ、フィードバック信号ＸＳ（第３
図参照）を出力するエンコーダである。これにより、Ｘ
方向サーボモータ３４を駆動することにより駆動軸３０
が回転し、螺旋溝及びボールネジブロックを介してブロ
ック部材３２の左右方向への移動に伴いトーチ１６がＸ
方向に移動する。即ち、Ｙ方向サーボモータ１８及びＸ
方向サーボモータ３４を組み合わせて駆動することによ
り、トーチ１６を所望の切断位置へ移動させることがで
きる。

制御ボックス３８には、後述の制御駆動装置４０やトー
チ１６に切断電流を供給するためのプラズマアーク用電
源装置４２などが収納されている。

操作盤４４には、母材６の材質を選択するための複数の
材質上キー、母材６の板厚を数値で設定するためのテン
キー、切断の開始を指令する切断開始スイッチなどが設
けられている。

尚、図示を省略しているが、このプラズマ切断装置ｌは
トーチ１６に作動ガスを供給するためのガス供給装置や
ノズル６２を水冷するための冷却装置などを備えており
、モータ１８・３４への駆動電流供給ケーブル、制御用
ケーブル、作動ガス用のホース及び冷却水用ホースなど
もトーチ１６の移動に応じて延びるように設けられてい
る。

次に、プラズマ切断装置１の制御系の全体構成について
、第３図のブロック図に基いて説明する。

プラズマ切断装置１の制御系は基本的には操作盤４４、
Ｘ方向サーボモータ３４、Ｙ方向サーボモータ１８、プ
ラズマアーク用電源装置４２、高周波発生器４６及び制
御駆動装置４０等で構成されており、制御駆動装置４０
はＣＰＵ　（中央演算装置）４８、モータ駆動回路５０
・５２、そのＣＰＵ４８にデータバスなどを介して接続
されたインターフェイス５４、ＲＯＭ　（リード・オン
リ・メモリ）５６及びＲＡＭ（ランダム・アクセス・メ
モリ）５８とから構成されている。

前記インターフェイス５４には、操作盤４４及びモータ
駆動回路５０・５２が接続されると共に、モータ駆動回
路５０にはＸ方向サーボモータ３４が接続され、モータ
駆動回路５２にはＹ方向サーボモータ１８が接続されて
いる。Ｘ方向サーボモータ３４のエンコーダ３６からの
フィードバック信号ＸＳ及びＹ方向サーボモータ１８の
エンコーダ２０からのフィードバック信号ＹＳはインタ
ーフェイス５４を介してＣＰＵ４８に夫々供給される。

プラズマアーク用電源装置４２は、商業用交流を入力源
とし、トーチ１６の電極６０に供給する直流の切断電流
を作成するためのものであるが、この切断電流は第４図
に示すように直流電流Ｉ。

に所定周波数のパルス電流を重畳した電流（パルス電流
）でもよい。そして、プラズマアーク用電源装置４２に
備えた出力調整器６４は、インターフェイス５４を介し
てＣＰＵ４　Ｂから供給される調整信号Ａｓに対応して
直流電流値又はパルス電流の実効値を変更し、変更後の
切断電流を電極６０に供給する。ここで、出力調整器６
４のプラス端子は母材６に接続され、そのマイナス端子
は電極６０に接続されている。

高周波発生器４６は、プラズマ切断を開始するのに先だ
って、電極６０とノズル６２間にパイロットアークを発
生させるために、電極６０とノズル６２との間に高周波
電圧を印加するものであり、インターフェイス５４を介
してＣＰＵ４　Ｂから作動開始信号ＳＳを受けている間
高周波電圧を電極６０とノズル６２との間に印加する。

ＲＯＭ５６には、母材６を切断加工するための切断加工
制御プログラムと、母材６の材質データと板厚データと
をパラメータとする切断電流テーブル及び切断速度テー
ブルと、切断加工制御プログラムに基いてトーチ１６を
移動させるために両サーボモータ１８・３４の駆動量を
微小時間毎に演算する補間演算やモータ駆動回路５０・
５２を夫々駆動する数値制御プログラム、後述の切断電
流及び切断速度を設定する制御プログラムなどが記憶さ
れている。

前記切断加工制御プログラムには、切断開始位置から終
了位置に至る切断経路における移動軌跡データを予め格
納している。前記切断電流テーブル及び切断速度テーブ
ルは、電極６０と母材６間に安定したプラズマアークを
発生させて母材６の切断面の品質が良好となるように、
材質データと板厚データとをパラメータとして実験的或
いは経験的に求めた切断速度データと切断電流データと
を別々に格納したものである。

ＲＡＭ５　Ｂには、切断作業を開始するときの切断速度
データ、切断電流データ、材質上データ及び板厚データ
などを記憶するメモリと、ＣＰＵ４８で演算処理した結
果を一時的に記憶する各種メモリなどが設けられている
。

次に、切断電流及び切断速度設定制御を含み制御駆動装
置４０で行われる切断加工制御のルーチンについて、第
５図のフローチャートに基いて説明する。

プラズマ切断装置１に電源が投入されてこの制御が開始
されると、先づ初期設定が実行され（Ｓｌ）、操作盤４
４から所望の材質名キーを選択操作することによりＲＡ
Ｍ５Ｂの材質名メモリに材質データが記憶されて材質の
設定が行なわれ（Ｓ２）、テンキーを操作することによ
りＲＡＭ５Ｂの板厚メモリに板厚データが記憶されて板
厚の設定が行なわれる（Ｓ３）。次に、ＲＡＭ５８′に
記憶した材質データ及び板厚データとＲＯＭ５６に記憶
している切断電流テーブル及び切断速度テーブルとに基
いて、材質データと板厚データとをパラメータとし、切
断速度テーブルから切断速度データが設定され且つ切断
電流テーブルから切断電流データが設定され、この切断
速度データ及び切断電流データを含む切断データが求め
られる（Ｓ４）。この切断データに含まれる切断電流デ
ータに基いて求められた調整信号ＡＳで出力調整器６４
を調節して切断電流が設定され、切断速度データが切断
速度データメモリに格納されて切断速度が設定される（
Ｓ５）。その結果、第３図・第４図に示すように出力調
整器６４から電極６０に供給される切断電流が調整信号
ＡＳで制御されるので、切断電流の電流値（実効（ｔｌ
りが調整信号ＡＳに基いて変更され、変更後の切断電流
が電極６０に供給される。従って、この切断電流は母材
６を切断加工するのに最適の電流値である。

そして、ガス供給装置から作動ガスがトーチ１６に供給
され、操作盤４４の切断開始スイッチを操作したときに
（３６）、’ＲＯＭ５６から切断加工制御プログラムが
読出され、切断開始位置データに基いてモータ駆動回路
５０・５２を夫々駆動してトーチ１６を切断開始位置へ
移動させる（Ｓ７）。

次に、プラズマ切断の開始に先だって、作動開始信号Ｓ
Ｓを高周波発生器４６に出力して高周波電圧をノズル６
２に印加し、電極６０とノズル６２間にパイロットアー
クが発生する（Ｓ８）。次に、電極６０とノズル６２間
にパイロットアークが発生したことを出力調整器６４で
確認して（Ｓ９）、高周波発生器４６の駆動を停止する
（Ｓ１０）。このパイロットアークでイオン化されたガ
スがプラズマ流となって母材６に到達し、電極６０と母
材６間に主アーク（プラズマアーク）が発生して母材６
の切断が開始される。そして、切断加工制御プログラム
とフィードバック信号Ｘｓ及びフィードバック信号ＹＳ
に基いてモータ駆動回路５０及びモータ駆動回路５２を
制御することにより切断制御が実行され、母材６が順次
切断される（Ｓｌｌ）。このとき、トーチ１６の切断速
度と電極６０に供給する切断電流とが母材６の材質及び
板厚に適しているので、母材６は安定したプラズマアー
クで切断され、その切断面はその全体に亙って高品質と
なる。また、母材６へのドロスの付着量も少なくなる。

そして、切断加工の終了に伴い制御はＳ２に戻る。

尚、前記ＲＯＭ５６に切断速度テーブル及び切断電流テ
ーブルを設けないで、入力される材質データ及び板厚デ
ータに基いて最適の切断速度や切断電流を求める演算式
を格納するようにしてもよい。この場合、Ｓ４において
この演算式により切断速度データ及び切断電流データが
求められる。

以上説明したように、母材６をプラズマ切断する際に、
入力された母材６の材質及び板厚に応じて、トーチ１６
の切断速度及びトーチ１６の電極６０に供給する切断電
流が夫々設定されるので、複雑な準備作業を必要とせず
、安定したプラズマアークにより切断面の高品質化が図
れる。

更に、切断電流の誤調整による不良切断率を極力低減さ
せることができると共に、母材６へのドロスの付着量を
少なくすることができ、高度なプラズマ切断技術を持た
ない初心者にもプラズマ切断作業が可能となる。

尚、ガス供給装置からトーチ１６に至るガス供給パイプ
の途中にガス流量を調節するための弁体を介在させ、こ
の弁体を例えぼりニアソレノイドなどで開閉可能に構成
し、入力された材質及び板厚に対応し安定したプラズマ
アークが得られるガス流量データを格納したガス流量テ
ーブルをＲＯＭ５６に設け、Ｓ４において求める切断デ
ータにこのガス流量データを含めるようにし、Ｓ５にお
いてこのガス流量データに応じてリニアソレノイドを駆
動して弁体の開閉度を調節しガス供給量を制御するよう
にしても良い。

尚、非金属材料を切断するプラズマ切断装置にも本発明
を適用し得ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示す機能ブロック図、第２図〜
第５図は本発明の実施例を示すもので、第２図はプラズ
マ切断装置の斜視図、第３図はプラズマ切断装置の制御
系のブロック図、第４図はトーチに供給する切断電流の
波形図、第５図は切断電流制御を含む切断加工制御のル
ーチンの概略フローチャートである。 １・・プラズマ切断装置、　２・４・・ガイドレール、
　　６・母材、　　１６・・トーチ、　　１８・・Ｙ方
向サーボモータ、　　２８・・トーチ移動用枠、　３４
・・Ｘ方向サーボモータ、　４０・・制御駆動装置、　
４２・・プラズマアーク用電源装置、　４４・・操作盤
、　４８・・ＣＰＵ、５６・・ＲＯＭ、　５８・・ＲＡ
Ｍ、　　６０・・電極、 ・ノズル、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ノズル及び電極を有するトーチと、前記トーチの
   電極に供給する切断電流を調整する出力調整器を有する
   プラズマアーク用電源装置と、前記トーチを母材に対し
   て相対的に移動させるモータと、予め入力格納された切
   断加工情報を記憶しておきその切断加工情報に基いて前
   記モータを数値制御する制御駆動手段とを備え、トーチ
   を相対的に走行させながらプラズマアークで母材を切断
   するプラズマ切断装置において、 前記母材の材質及び板厚に関する情報を入力する入力手
   段と、 前記入力手段で入力された情報に対応する少なくとも切
   断電流と切断速度に関する情報を含む切断データを設定
   し、この切断データの切断電流と切断速度になるように
   前記出力調整器及び制御駆動手段に指令する制御手段と
   を備えたことを特徴とするプラズマ切断装置。