JPH05329652A - プラズマ加工機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 加工中にセンサによりスタンドオフを測定す
ることなく、また基準電圧を定めることなく、アーク電
圧を一定に保ってスタンドオフを一定に保つことのでき
るプラズマ加工機を提供する。 【構成】 適正なプラズマ加工を行うことのできるプラ
ズマノズル２１の電極と被加工部材Ｗとの間隔（スタン
ドオフ）を設定しておき、加工開始前にイニシャルハイ
トセンサ２３によってプラズマノズル２１と被加工部材
Ｗとの間隔を測定しながらＺ軸サーボモータ３及びＺ軸
ボールネジ５によってプラズマ加工ヘッド１を上下移動
せしめて設定値に位置決めする。そして、加工を開始し
て定常状態となったときのアーク電圧をアーク電圧セン
サ１５により測定し、加工中はこの電圧を基準電圧とし
てアーク電圧が一定となるようにサーボアンプ７等が制
御しながら加工を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はプラズマ加工機に係
り、さらに詳しくは、加工時におけるアーク電圧を一定
に保つことにより電極と被加工部材との間隔を一定に保
つことのできるプラズマ加工機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プラズマトーチ内の電極と被切断部材と
の間にプラズマアークを形成して切断を行うプラズマ加
工機においては、ノズルの先端と被切断部材のすき間
（以後、スタンドオフという）を一定に保たなければ良
好な切断をえることができないことが知られている。

【０００３】そこで、従来は静電容量センサや超音波セ
ンサ等の各種センサをプラズマトーチに取付けてスタン
ドオフを検出するか、もしくは電極と被切断部材の間の
電圧（アーク電圧）を検出し、スタンドオフへの換算を
行い、スタンドオフの制御を行っていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の技術において、外部に前記センサ類を設ける
場合には、スパッタやドロスの付着、高温対策、ノイズ
対策等、種々な対策が必要となり、且つセンサ等が高価
なためコスト面でも問題があった。

【０００５】また、アーク電圧を検出する場合には、流
す電流毎にアーク電圧は変化し、被切断部材の移動速度
の変化又は材質によりインピーダンスが異なり結果的に
アーク電圧が変化する。

【０００６】すなわち、スタンドオフのみを一定に保つ
ためには、材質、電流、切断速度、スタンドオフの四つ
のアーク電圧変化の要因の中からスタンドオフのみの変
化を抽出して制御しなければならない。

【０００７】このためには、材質、切断電流、速度等の
各条件による基準電圧を求めて指令するか、あるいは、
材質、切断電流、速度等により基準電圧を推定し、その
電圧と検出した実際の電圧とを比較してスタンドオフを
調整しなければならず面倒である。

【０００８】この発明の目的は、このような従来の技術
に着目してなされたものであり、加工中にセンサにより
スタンドオフを測定することなく、また基準電圧を定め
ることなく、アーク電圧を一定に保ってスタンドオフを
一定に保つことのできるプラズマ加工機を提供するもの
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係るプラズマ
加工機は、上記の目的を達成するために、プラズマ加工
ヘッドを上下移動装置により移動位置決めすると共にプ
ラズマ加工ヘッドに装着されたプラズマノズルの電極と
被加工部材との間にアークを発生させて加工を行うプラ
ズマ加工機であって、加工開始前に前記プラズマノズル
と被加工部材との間隔を適正な設定値に設定すべくプラ
ズマノズルと被加工部材との間隔を測定するイニシャル
ハイトセンサと、加工時におけるアーク電圧を測定する
アーク電圧センサと、加工開始後加工速度が定常状態に
達した時に前記アーク電圧センサにより測定されたアー
ク電圧を基準としてアーク電圧を一定に保つべくＺ軸制
御するＺ軸制御部と、を備えてなるものである。

【００１０】

【作用】この発明に係るプラズマ加工機によれば、適正
なプラズマ加工を行うことのできるプラズマノズルの電
極と被加工部材との間隔を設定しておき、加工開始前に
イニシャルハイトセンサによってプラズマノズルと被加
工部材との間隔を測定しながら上下移動装置によりプラ
ズマ加工ヘッドを上下移動せしめて設定値に位置決めす
る。そして、加工を開始して定常状態となったときのア
ーク電圧をアーク電圧センサにより測定してこれを基準
電圧とし、加工中はこの基準電圧に対してアーク電圧が
一定となるようにＺ軸制御部がプラズマ加工ヘッドの上
下動を制御しながら加工を行う。

【００１１】

【実施例】以下この発明の好適な一実施例を図面に基づ
いて説明する。

【００１２】図１に示すように、プラズマ加工ヘッド１
が上下移動装置としてのＺ軸サーボモータ３及びＺ軸ボ
ールネジ５等により被切断部材Ｗに対して上下動自在に
設けられている。このＺ軸サーボモータ３はＺ軸制御部
としてのサーボアンプ７に接続されており、サーボアン
プ７からの指令によりＺ軸ボールネジ５を回転駆動して
プラズマ加工ヘッド１を上下動せしめて位置決めする。
Ｚ軸サーボモータ３は、さらに位置制御部９にも接続さ
れている。

【００１３】また、プラズマ加工ヘッド１内の図示しな
い電極と被切断部材Ｗとの間には、制御回路１１により
制御される切断加工用の電源１３が接続されており、さ
らに電極と被切断部材Ｗとの間の電圧を検出するアーク
電圧センサ１５が接続されている。このアーク電圧セン
サ１５はプラズマ加工ヘッド１内の電極と被切断部材Ｗ
の間に印加されている実際の電圧を測定するためのもの
であり、回路１７を経て切換器１９に接続されている。

【００１４】そして、プラズマ加工ヘッド１先端に装着
されているプラズマノズル２１と被切断部材Ｗとの間隔
を測定すべく、プラズマ加工ヘッド１にはイニシャルハ
イトセンサ２３が設けられている。このイニシャルハイ
トセンサ２３は、プラズマノズル２１がプラズマアーク
を発生する前すなわち加工開始前に、プラズマノズル２
１と被切断部材Ｗとの間隔を測定するためのものであ
り、例えば、超音波センサのようなものである。

【００１５】イニシャルハイトセンサ２３はイニシャル
ハイト比較回路２５の一方の入力端に接続されている。
イニシャルハイト比較回路２５の他方の入力端には、Ａ
Ｄ変換器２７を介して、ＣＮＣ２９に接続されている。
そして、イニシャルハイト比較回路２５の出力端はＣＮ
Ｃ２９内のＺ軸停止回路３１に接続されている。

【００１６】すなわち、イニシャルハイト比較回路２５
は、ＡＤ変換器２７を通じて入力される予めプログラム
されたスタンドオフ（図１中信号Ｂ）と、イニシャルハ
イトセンサ２３により測定した実際のスタンドオフ（図
１中信号Ａ）とを比較して、一致した場合にはＺ軸停止
回路３１に信号（図１中信号Ｃ）を発する。

【００１７】Ｚ軸停止回路３１の出力端は回路３３を介
して位置制御部９に接続されており、位置制御部９は切
換器１９を介して前述のサーボアンプ７に接続されてい
る。従って、イニシャルハイト比較回路２５から発せら
れた信号はＺ軸停止回路３１によりＺ軸停止指令となっ
て位置制御部９へ伝達され、位置制御部９がサーボアン
プ７を介してＺ軸サーボモータ３を停止させることによ
りプラズマ加工ヘッド１を停止させる。

【００１８】一方、制御回路１１の出力端はゼロセット
回路３５の入力端及びＣＮＣ２９に接続され、ゼロセッ
ト回路３５の出力端は回路１７を経て切換器１９に接続
されている。このゼロセット回路３５は、電極が適切な
イニシャルハイトに位置決めされた後切断加工を開始
し、図示しないテーブルに載置された被切断部材Ｗが一
定速度に達すると、アーク電圧センサ１５で検出される
電圧の信号Ｅをゼロセット（図１中信号Ｄ）すると共に
切換え信号（図１中信号Ｇ）により切換器１９を切り換
えるための回路である。

【００１９】次に、図２に基づいて切断加工時における
全体の動きについて説明する。

【００２０】まず、位置制御部９はＺ軸サーボモータ３
を駆動せしめて、予め設定されている所定量だけ被切断
部材Ｗの上方位置を目標にしてプラズマ加工ヘッド１の
位置決めを開始する（図２中Ｔ１点）。

【００２１】続いて、イニシャルハイトセンサ２３の出
力値（図１及び図２中信号Ａ）が図中イニシャルハイト
基準電圧（図１及び図２中信号Ｂ）で定められている電
圧と一致したことをイニシャルハイト比較回路２５が検
出した時（図２中Ｔ２）に、Ｚ軸停止回路３１より位置
決め停止指令（図１及び図２中信号Ｃ）が出力される。

【００２２】そして、アークがメインアークに移り、被
切断部材Ｗを載置したテーブルが移動を開始して一定速
度に達した時（図２中Ｔ３）に、ゼロセット回路３５が
アーク電圧センサ１５の出力信号をゼロセット（図１及
び図２中信号Ｄ）する。

【００２３】ゼロセット後、図１及び図２中信号Ｇによ
り切換器１９を作動させてＺ軸のフィードバック信号を
アーク電圧側に切換え（図１及び図２中信号Ｆ）、アー
ク電圧センサ１５からの信号を一定とすべくサーボアン
プ７によりＺ軸のならい制御を行い、電極と被切断部材
Ｗのすき間を一定に保つようにする。

【００２４】つまり、アーク電圧の基準値を外部から与
えるのではなく、イニシャルハイトを適切な値にした後
切断を開始し、その時のアーク電圧を基準値とすること
により、材質，速度，電流値との変化の影響を受けない
ならい制御を行うのである。このように、適正なイニシ
ャルハイトに位置決めした後、実際に切断を開始してそ
の時のアーク電圧を一定に保つことによりスタンドオフ
が一定になるように制御するため、加工中にスタンドオ
フを測定するセンサが必要でなく、また材質，電流，切
断速度により基準電圧を設定する必要がなくなる。つま
り、イニシャルハイトセンサ２３は切断開始前に検出を
行うだけなので、従来のように切断時常に検出を行う場
合に比して、ノイズ，熱等の対策が少なくて済み、コス
トの面で改善される。

【００２５】尚、この発明は前述の実施例に限定される
ことなく、適宜な変更を行うことにより、種々の態様で
実施し得るものである。例えば、上記実施例においては
プラズマ加工として切断加工について説明したが、プラ
ズマ溶接に対しても同様に適用できる。また、イニシャ
ルハイトセンサは、アナログ電圧を発生するセンサでな
く、リミットスイッチなどのオンオフ信号によりイニシ
ャルハイトの高さを認識するようにしてもよい。さら
に、アーク電圧のフィードバックを速度ループでなく位
置ループに入れても構わない。

【００２６】

【発明の効果】この発明に係るプラズマ加工機は以上説
明したような構成のものであり、適正なプラズマ加工を
行うことのできるプラズマノズルの電極と被加工部材と
の間隔を設定しておき、加工開始前にイニシャルハイト
センサによってプラズマノズルと被加工部材との間隔を
測定しながら上下移動装置によりプラズマ加工ヘッドを
上下移動せしめて設定値に位置決めする。そして、加工
を開始して定常状態となったときのアーク電圧をアーク
電圧センサにより測定し、加工中はこの電圧を基準電圧
としてアーク電圧が一定となるようにＺ軸制御部がプラ
ズマ加工ヘッドの上下動を制御するため、従来のように
被加工部材の材質や，切断電流，切断速度等に対するア
ーク電圧の基準値を設定することなくスタンドオフを一
定に保ちながら加工を行うことができる。

【００２７】また、イニシャルハイトセンサは切断開始
前に測定を行うため、従来のように切断時に常に測定す
る必要がなく、ノイズや熱の発生等に対する対策が必要
でなくなり、コストの面でも改善される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るプラズマ加工機のスタンドオフ
を一定に保つための回路図である。

【図２】図１の回路図の動きを示すタイムチャートであ
る。

【符号の説明】

１ プラズマ加工ヘッド ３ Ｚ軸サーボモータ（上下移動装置） ５ Ｚ軸ボールネジ（上下移動装置） ７ サーボアンプ（Ｚ軸制御部） １５ アーク電圧センサ ２１ プラズマノズル ２３ イニシャルハイトセンサ Ｗ 被切断部材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラズマ加工ヘッドを上下移動装置によ
   り移動位置決めすると共にプラズマ加工ヘッドに装着さ
   れたプラズマノズルの電極と被加工部材との間にアーク
   を発生させて加工を行うプラズマ加工機であって、加工
   開始前に前記プラズマノズルと被加工部材との間隔を適
   正な設定値に設定すべくプラズマノズルと被加工部材と
   の間隔を測定するイニシャルハイトセンサと、加工時に
   おけるアーク電圧を測定するアーク電圧センサと、加工
   開始後加工速度が定常状態に達した時に前記アーク電圧
   センサにより測定されたアーク電圧を基準としてアーク
   電圧を一定に保つべくＺ軸制御するＺ軸制御部と、を備
   えてなることを特徴とするプラズマ加工機。