(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
定盤(2) の上面と平行なＸ軸方向に移動自在な台車(3a,3b)と、この台車(3a,3b) の上部に設けられ、定盤(2) の上面と平行で、かつ、Ｘ軸方向と垂直なＹ軸方向に移動自在なＹ軸台車(5) と、このＹ軸台車(5) に設けられ、Ｘ軸方向とＹ軸方向とに垂直なＺ軸方向に移動自在なトーチ支持部を備え、このトーチ支持部に支持されたプラズマトーチ(31)を傾斜させながら前記Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の直交３軸の内の少なくともいずれかの方向に移動させて定盤(2)上の鋼材Ｋの開先切断を行うプラズマ切断機において、
前記トーチ支持部に取着され、Ｘ軸方向と平行な第１回動軸(11)を回動自在に支持すると共に、この第１回動軸(11)を回動させる第１回動手段(15)を有する第１回動装置(10)と、
この第１回動装置(10)の前記第１回動軸(11)に取着され、Ｙ軸方向と平行な第２回動軸(21)を回動自在に支持すると共に、この第２回動軸(21)を回動させる第２回動手段(25)を有する第２回動装置(20)と、
この第２回動装置(20)の前記第２回動軸(21)に取着され、プラズマトーチ(31)のＺ軸方向の軸心がこの第２回動軸(21)と直交するように支持するトーチホルダ(30)と、
開先切断中に開先切断軌跡に沿って、プラズマトーチ(31)の軸心線がこの開先切断軌跡上を通って移動するように、第１回動軸(11)及び第２回動軸(21)の回りのプラズマトーチ(31)の回動に伴って、前記Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の方向のプラズマトーチ(31)の移動を同時制御する制御器(40)とを備え、
前記プラズマトーチ(31)の軸心を、前記第１回動軸(11)をはさんで前記第２回動装置(20)の第２回動手段(25)と反対側に位置させたことを特徴とするプラズマ切断機。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ切断機において、
板厚(T) 、開先寸法(S) 、開先切断中のプラズマトーチ進行方向データ、プラズマトーチ進行方向の開先長さ(M2,M3,M4)、及び、表開先又は裏開先の種別等の開先条件を入力する開先条件設定手段(45)を設け、
前記制御器(40)は、この開先条件設定手段(45)から入力した開先条件に基づいて、プラズマトーチ(31)の軸心線がこの開先条件に適合する軌跡を通って移動するように、前記Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、第１回動軸(11)及び第２回動軸(21)の各方向の駆動を同時制御する指令を演算して出力する備えたことを特徴とするプラズマ切断機。
【請求項３】
請求項１、２のいずれか１つに記載のプラズマ切断機において、
前記Ｙ軸台車(5) の上部に、上面と略平行な面内に揺動自在に支持された第１の支持部材(51)と、
この第１の支持部材(51)の上部に垂直面内で回動自在に支持された第１のローラ(52)と、
前記第１の支持部材(51)の下部に一端が固着された揺動アーム(53)と、
この揺動アーム(53)の他端側に、Ｙ軸台車(5) の上面と略平行な面内に揺動自在に支持された第２の支持部材(54)と、
この第２の支持部材(54)の上部に垂直面内で回動自在に支持された第２のローラ(55)と、
第１のローラ(52)及び第２のローラ(55)を経由して前記プラズマトーチ(31)に接続されるトーチケーブル(56)と、
前記第１のローラ(52)をはさんでプラズマトーチ(31)と反対側のトーチケーブル(56)に所定の張力を発生させるオモリ(57)とを備えたことを特徴とするプラズマ切断機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズムトーチを移動させて鋼板等を切断するプラズマ切断機に関し、特には開先切断に好適なプラズマ切断機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鋼板等の端面に溶接接合するための開先を形成する場合、例えば開先切断用のプラズマ切断機等が使用されている。このプラズマ切断機は、通常、プラズマトーチを開先角度に対応した所定角度傾斜可能に支持する支持装置を備えており、この支持装置を所定の切断方向に移動可能な移動装置により移動させて開先切断を行っている。
【０００３】
上記のトーチ支持装置としては、例えば図１１及び図１２に示したようなトーチ支持手段が知られている。以下に、同図に基づいて説明する。
支持部材６１はプラズマトーチ３１のクランプ部分を回動自在に支持しており、例えば直交３軸方向に移動可能な図示しない本体アームに取着されている。この支持部材６１にはベアリング６２が取着されており、このベアリング６２に旋回ピン６３ａが水平面内に旋回自在に支持されている。この旋回ピン６３ａの下部には旋回アーム６３が取り付けられており、旋回アーム６３の先端部に水平移動ベース６４が固着されている。そして、この水平移動ベース６４に水平方向にガイドレール６４ａ，６４ｂが取着されており、このガイドレール６４ａ，６４ｂには水平方向に移動自在に水平移動テーブル６５が支承されている。水平移動ベース６４には水平移動モータ７３が取着されており、この水平移動モータ７３によって図示しないボールネジ及びナット等の駆動伝達手段を介して水平移動テーブル６５を水平移動するようになっている。
【０００４】
また、水平移動テーブル６５には円弧形状をした円弧状ベース６６が取着されており、この円弧状ベース６６に円弧状にガイドレール６６ａ，６６ｂが布設されている。そして、このガイドレール６６ａ，６６ｂに傾斜動テーブル６７が支承されており、この傾斜動テーブル６７に取着されたホルダー３５によってプラズマトーチ３１がクランプされて支持されている。また、円弧状ベース６６の円弧状側面に沿ってラック６８ａが取り付けられており、また傾斜動テーブル６７の取着された傾斜動モータ６９の出力軸にピニオン６８ｂが取り付けられている。そして、このラック６８ａとピニオン６８ｂは係合しており、傾斜動モータ６９の回動駆動によって傾斜動テーブル６７を円弧状ベース６６の沿って移動させ、プラズマトーチ３１を所定角度に傾斜させることができる。
【０００５】
前記支持部材６１には旋回モータ７１が取り付けられており、前記旋回アーム６３はこの旋回アーム７１によって図示しないギア列等の駆動伝達手段を介して旋回駆動されるようになっている。さらに、この支持部材６１の上部には、旋回ピン６３ａの軸心線上にスリップリング７２が配設されていて、前記水平移動モータ７３及び傾斜動モータ６９の駆動用の動力信号や位置信号がこのスリップリング７２を介して本体側の制御装置（図示せず）に接続されている。
【０００６】
このような構成において、板厚Ｔの鋼材Ｋを開先切断するときは、所望の開先角度αに合うように、傾斜動モータ６９によりプラズマトーチ３１を傾斜させると共に、所望の開先長さＳを得るために水平移動モータ７３により移動させ、この状態で本体アームの前記直交３軸を同時制御してプラズマトーチ３１を所定の切断方向へ移動させる。さらに、例えばコーナー部等のように切断方向を変更する場合には、旋回モータ７１により旋回させながら、水平移動モータ７３と本体アームの前記直交３軸との同時制御を行うことにより可能である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来のトーチ支持装置においては、以下に示すような問題が生じている。
1)プラズマトーチ３１を傾斜させる手段以外に、開先長さを確保するための水平移動モータ７３が必要であり、また、プラズマトーチ３１を旋回させる動力信号や位置信号を送受信するためにスリップリング７２が必要となっている。この結果、支持部材６１に取り付けられている上記のプラズマトーチ３１の傾斜及び旋回のためのトーチ支持部が大型化している。したがって、プラズマ切断機全体が大型化し、またコスト高になっている。
2)さらに、旋回アーム６３に装着されている部品及び部材は重量が非常に重くなっているので、旋回モータ７１の負荷が重くなると共に、慣性モーメントも大きくなっている。このために、切断方向を変更するときの制御性を向上するために旋回性能を向上し、かつ、小型化及び軽量化を行う際に大きな問題となっている。
【０００８】
本発明は、上記の問題点に着目してなされたものであり、トーチ支持部を小型化でき、開先切断に好適なプラズマ切断機を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、定盤２の上面と平行なＸ軸方向に移動自在な台車３ａ，３ｂと、この台車３ａ，３ｂの上部に設けられ、定盤２の上面と平行で、かつ、Ｘ軸方向と垂直なＹ軸方向に移動自在なＹ軸台車５と、このＹ軸台車５に設けられ、Ｘ軸方向とＹ軸方向とに垂直なＺ軸方向に移動自在なトーチ支持部を備え、このトーチ支持部に支持されたプラズマトーチ３１を傾斜させながら前記Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の直交３軸の内の少なくともいずれかの方向に移動させて定盤２上の鋼材Ｋの開先切断を行うプラズマ切断機において、
前記トーチ支持部に取着され、Ｘ軸方向と平行な第１回動軸１１を回動自在に支持すると共に、この第１回動軸１１を回動させる第１回動手段１５を有する第１回動装置１０と、
この第１回動装置１０の前記第１回動軸１１に取着され、Ｙ軸方向と平行な第２回動軸２１を回動自在に支持すると共に、この第２回動軸２１を回動させる第２回動手段２５を有する第２回動装置２０と、
この第２回動装置２０の前記第２回動軸２１に取着され、プラズマトーチ３１のＺ軸方向の軸心がこの第２回動軸２１と直交するように支持するトーチホルダ３０と、
開先切断中に開先切断軌跡に沿って、プラズマトーチ３１の軸心線がこの開先切断軌跡上を通って移動するように、第１回動軸１１及び第２回動軸２１の回りのプラズマトーチ３１の回動に伴って、前記Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の方向のプラズマトーチ３１の移動を同時制御する制御器４０とを備え、
前記プラズマトーチ３１の軸心を、前記第１回動軸１１をはさんで前記第２回動装置２０の第２回動手段２５と反対側に位置させた構成としている。
【００１０】
請求項１に記載の発明によると、プラズマトーチをＸ軸方向に平行な第１回動軸回りに回動するとＹＺ面内で回動するので、プラズマトーチの先端部がＹ軸方向とＺ軸方向に移動し、また、第２回動軸回りに回動すると主にＸＺ面内で回動するので、プラズマトーチの先端部がＸ軸方向とＺ軸方向に移動する。したがって、開先切断時に開先角度に適合させてプラズマトーチを回動するとき、プラズマトーチの軸心線が所定の開先切断軌跡上を移動するように、プラズマトーチの先端部の上記ずれをＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の方向の移動を同時制御して補正している。これによって、連続的に滑らかに開先切断を行うことができる。また、プラズマトーチを旋回させることなく、直交する２つの回動軸によって所定の開先角度に容易に制御可能となると共に、本体側の直交する３軸方向の移動の同時制御によって所定の開先寸法及び開先長さの開先を切断できる。この結果、プラズマトーチの支持部の小型化が可能となる。
【００１２】
請求項１に記載の発明によると、第１回動軸１１回りのプラズマトーチのモーメントと第２回動手段（例えば、Ｕ軸モータ等）近傍のモーメントと略等しくなるように、プラズマトーチの軸心位置を第１回動軸１１の軸心位置から偏心させている。これによって、第１回動装置１０の第１回動手段１５（例えば、Ｖ軸モータ等）の負荷が軽くなるので駆動トルクが小さくて済み、また、負荷の慣性モーメントも小さくなり加減速時の制御性を向上できる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載のプラズマ切断機において、
板厚Ｔ、開先寸法Ｓ、開先切断中のプラズマトーチ進行方向データ、プラズマトーチ進行方向の開先長さＭ2 ，Ｍ3 ，Ｍ4 、及び、表開先又は裏開先の種別等の開先条件を入力する開先条件設定手段４５を設け、
前記制御器４０は、この開先条件設定手段４５から入力した開先条件に基づいて、プラズマトーチ３１の軸心線がこの開先条件に適合する軌跡を通って移動するように、前記Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、第１回動軸１１及び第２回動軸２１の各方向の駆動を同時制御する指令を演算して出力するようにしている。
【００１４】
請求項２に記載の発明によると、開先条件データに適合するように、プラズマトーチの軸心線の移動軌跡を制御器が自動的に演算し、この演算された移動軌跡に基づいて各軸の同時制御指令を演算して出力する。したがって、開先切断を自動的に容易に行うことが可能となる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項１、２のいずれか１つに記載のプラズマ切断機において、
前記Ｙ軸台車５の上部に、上面と略平行な面内に揺動自在に支持された第１の支持部材５１と、
この第１の支持部材５１の上部に垂直面内で回動自在に支持された第１のローラ５２と、
前記第１の支持部材５１の下部に一端が固着された揺動アーム５３と、
この揺動アーム５３の他端側に、Ｙ軸台車５の上面と略平行な面内に揺動自在に支持された第２の支持部材５４と、
この第２の支持部材５４の上部に垂直面内で回動自在に支持された第２のローラ５５と、
第１のローラ５２及び第２のローラ５５を経由して前記プラズマトーチ３１に接続されるトーチケーブル５６と、
前記第１のローラ５２をはさんでプラズマトーチ３１と反対側のトーチケーブル５６に所定の張力を発生させるオモリ５７とを備えた構成としている。
【００１８】
請求項３に記載の発明によると、プラズマトーチの第１回動軸回りの回動及び第２回動軸回りの回動によりトーチケーブルが水平面内で大きく前後及び左右に振れるが、この振れに伴って、揺動アームが左右に揺動すると共に、２つのローラ及びオモリによりケーブルが前後方向に送り出されたり巻き戻しされたりする。したがって、プラズマトーチ近傍でのトーチケーブル処理が非常に楽に、そして確実に行える。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら実施形態を説明する。
図１は、本発明に係わるプラズマ切断機の斜視図を示している。
プラズマ切断機１の定盤２の左右には、Ｘ軸方向に沿ってガイドレール２ａ，２ｂが布設され、このガイドレール２ａ，２ｂ上に移動自在にそれぞれ台車３ａ，３ｂが配設されている。左右の台車３ａ，３ｂの上にはＸ軸方向に垂直なＹ軸方向に沿って水平アーム４が搭載されており、この水平アーム４の上部にＹ軸方向に２本のガイドレール４ａ，４ｂが布設されている。そして、ガイドレール４ａ，４ｂ上には、Ｙ軸方向に沿って移動自在にＹ軸台車５が設けられている。これらの水平アーム４及びＹ軸台車５は、それぞれサーボモータ等からなる図示しないＸ軸駆動手段及びＹ軸駆動手段により駆動されるようになっている。
【００２０】
Ｙ軸台車５のＸ軸方向の端部には下方に延びて設けられた垂直アーム５ａが固設されており、この垂直アーム５ａのＹ軸方向に平行な側面には上下方向のＺ軸方向に沿って布設されたガイドレール６ａ，６ｂを介してトーチ支持部がＺ軸方向に移動自在に支承されている。本発明に係わるプラズマ切断機においては、このトーチ支持部は第１回動装置１０と、第２回動装置２０と、トーチホルダ３０とからなっている。
【００２１】
第１回動装置１０は、Ｘ軸方向の軸心を有する第１回動軸１１を中心に回動自在に第２回動装置２０を支持している。また、第２回動装置２０は、第１回動軸１１の軸心に直交する方向の軸心を有する第２回動軸２１を中心に回動自在にトーチホルダ３０を支持している。そして、このトーチホルダ３０によりプラズマトーチ３１が、第１回動軸１１及び第２回動軸２１の各軸心に直交する方向にクランプされている。
【００２２】
また、Ｙ軸台車５の上部には、トーチケーブル５６をプラズマトーチ３１に接続するためのケーブル支持手段５０が配設されている。このケーブル支持手段５０は、Ｙ軸台車５の上部に水平面内に揺動自在に配設され、かつ、垂直面内に回動自在に支持された第１のローラ５２と、同じく水平面内に揺動自在に配設され、かつ、垂直面内に回動自在に支持された第２のローラ５５とを備えている。そして、トーチケーブル５６は第１のローラ５２と第２のローラ５５とを経由してプラズマトーチ３１に接続されている。また、第１のローラ５２をはさんでプラズマトーチ３１と反対側のトーチケーブル５６の所定位置にはオモリ５８が接続されており、このオモリ５８によってトーチケーブル５６に所定の張力が発生している。
【００２３】
図２及び図３は、それぞれ第１回動装置１０及び第２回動装置２０の詳細を表す平面図及び正面図を示している。以下、同図に基づいて説明する。
第１回動装置１０は、Ｘ軸方向に互いに離間している１組のボックス１２ａ，１２ｂ、及び両ボックス１２ａ，１２ｂを連結する連結部材１２ｃを備えている。ボックス１２ａの基端側の面１２a1は第１回動装置１０のベース１０ａに取着されており、このベース１０ａはガイドレール６ａ，６ｂを介して垂直アーム５ａにＺ軸方向に移動自在に支承されている。また、このベース１０ａには例えばサーボモータ等からなるＺ軸駆動手段８が取着されており、このＺ軸駆動手段８の出力軸８ａにはピニオン７ｂが取り付けられている。そして、垂直アーム５ａ側にはこのピニオン７ｂと係合するようにラック７ａがＺ軸方向に取着されており、Ｚ軸駆動手段８を作動させることによりベース１０ａがＺ軸方向に移動するようになっている。
【００２４】
また、ボックス１２ａの面１２a1に対向する面１２a2、及びこの面１２a2に対向するボックス１２ｂの面１２b1には、それぞれ軸受け１３ａ，１３ｂが取り付けられている。ボックス１２ａとボックス１２ｂとの間には第２回動装置２０の矩形フレーム２２が配設されており、前記面１２a2に対向するこの矩形フレーム２２の面２２a1には第１回動軸１１ａが、また、前記面１２b1に対向するこの矩形フレーム２２の面２２a2（つまり、面２２a1の対面）には第１回動軸１１ｂが、それぞれＸ軸方向に平行に、かつ、同一軸線上に取り付けられている。そして、これらの第１回動軸１１ａ，１１ｂはそれぞれ前記軸受け１３ａ，１３ｂによって回動自在に支持されている。なお、前記第１回動軸１１は、この第１回動軸１１ａ，１１ｂからなっている。
【００２５】
また、第１回動軸１１ｂの矩形フレーム２２と反対側の端部はボックス１２ｂの内部に突出しており、この突出した端部にはかさ歯車１４ａが取り付けられている。ボックス１２ｂの前記面１２b1と直交する面１２b2に例えばサーボモータ等からなる第１回動手段１５が取着されており、この第１回動手段１５の出力軸１５ａにはかさ歯車１４ｂが上記かさ歯車１４ａに噛み合うように取り付けられている。そして、第１回動手段１５を駆動することにより、かさ歯車１４ｂ及びかさ歯車１４ａを介して、矩形フレーム２２が第１回動軸１１ａ，１１ｂを中心に回動されるようになっている。
【００２６】
また、矩形フレーム２２の他の対向する２面、すなわち、面２２b1，２２b2には軸受け２３ａ，２３ｂが取り付けられている。矩形フレーム２２の内側にはトーチホルダ３０が設けられており、このトーチホルダ３０の前記面２２b1に対向する端面に第２回動軸２１ａが、また、トーチホルダ３０の前記面２２b2に対向する端面に第２回動軸２１ｂが、それぞれ第１回動軸１１ａ，１１ｂの軸心に垂直に、すなわちＹ軸方向と平行に取り付けられている。そして、第２回動軸２１ａ，２１ｂはそれぞれ軸受け２３ａ，２３ｂによって回動自在に支持されている。なお、前記第２回動軸２１は第２回動軸２１ａ，２１ｂからなっている。
【００２７】
第２回動軸２１ｂのトーチホルダ３０と反対側の端部はボックス２６の内部に突出しており、この突出した端部にはかさ歯車２４ａが取り付けられている。矩形フレーム２２の前記面２２b2（つまり、ボックス２６の面２６a1）と直交する面２６a2に例えばサーボモータ等からなる第２回動手段２５が取着されており、この第２回動手段２５の出力軸２５ａにはかさ歯車２４ｂが上記かさ歯車２４ａに噛み合うように取り付けられている。そして、第２回動手段２５を駆動することにより、かさ歯車２４ｂ及びかさ歯車２４ａを介して、トーチホルダ３０が第２回動軸２１ａ，２１ｂを中心に回動されるようになっている。
【００２８】
トーチホルダ３０は、本実施形態においては平面視で略矩形形状をしており、中央部にプラズマトーチ３１をクランプする円孔３２を有する中空支持部材３３が設けられている。この円孔３２の中心軸はＺ軸方向を向いており、第２回動軸２１ａ，２１ｂに直交している。また、円孔３２の中心軸と第２回動軸２１ａ，２１ｂとの交点Ａは、第１回動軸１１ａ，１１ｂの軸心線Ｆを中心にして第２回動手段２５の反対側に所定距離εオフセットした点に位置している。ここで、この所定距離εは、前記軸心線Ｆよりプラズマトーチ３１側に位置する矩形フレーム２２、トーチホルダ３０及びプラズマトーチ３１等の軸心線Ｆ回りのモーメントと、軸心線Ｆより第２回動手段２５側に位置する矩形フレーム２２、ボックス２６及び第２回動手段２５等の軸心線Ｆ回りのモーメントとが略吊り合うように設定される。なお本実施形態では、Ｘ軸方向からプラズマトーチ３１を見て、第１回動軸１１ａ，１１ｂの軸心線Ｆを中心にして、右側に第２回動手段２５が、左側に前記交点Ａが配置されているが、本発明はこの配置に限定されない。
【００２９】
図４及び図５は、それぞれケーブル支持手段５０の平面図、及び図４のＧ視図を表しており、以下同図に基づいてケーブル支持手段５０を詳述する。
Ｙ軸台車５の上面のプラズマトーチ３１と反対側の端部には、第１の支持部材５１の下部がベアリング５７ａを介して水平面内で回動自在に取着されており、この第１の支持部材５１の上部には第１のローラ５２が鉛直面内で回動自在に取着されている。また、第１の支持部材５１の下部には揺動アーム５３の一端が固着されており、この揺動アーム５３の他端側の上面にベアリングリング５７ｂを介して水平面内で回動自在に第２の支持部材５４が取着されている。さらに、この第２の支持部材５４の上部には、第２のローラ５５が鉛直面内で回動自在に取着されている。揺動アーム５３の長さは第２のローラ５５がプラズマトーチ３１の上方近傍に位置するような長さになっており、これによって、第２のローラ５５が揺動アーム５３を介してベアリングリング５７ａの回動中心の回りに揺動自在となっている。
【００３０】
そして、トーチケーブル５６は、第１及び第２のローラ５２，５５を経由してプラズマトーチ３１に接続されている。したがって、プラズマトーチ３１が第１回動軸１１ａ，１１ｂ及び第２回動軸２１ａ，２１ｂの回りにどの様に回動して傾斜しても、上記揺動アーム５３の揺動及び第１及び第２のローラ５２，５５のベアリングリング５７ａ，５７ｂの回りの回動によって、トーチケーブル５６がプラズマトーチ３１の姿勢に容易に追従する。また、第１のローラ５２をはさんでプラズマトーチ３１側と反対のトーチケーブル５６にはオモリ５８により所定の張力がかかっているので、トーチケーブル５６がプラズマトーチ３１の近傍で撓んでしまうようなことが無くなる。この結果、プラズマトーチ３１へのトーチケーブル５６の接続、配線処理等が容易となる。
【００３１】
図６は本発明に係わるプラズマ切断機の制御構成ブロック図を示している。ここでは、プラズマトーチ３１を各軸方向に移動させる各軸駆動手段がサーボモータからなる例を示している。また、第１回動軸１１ａ，１１ｂ回りの回動をＶ軸と表し、第２回動軸２１ａ，２１ｂ回りの回動をＵ軸と表す。
制御器４０からの各軸の速度指令は、それぞれＸ軸アンプ４１Ｘ、Ｙ軸アンプ４１Ｙ、Ｚ軸アンプ４１Ｚ、Ｖ軸アンプ４１Ｖ、Ｕ軸アンプ４１Ｕに入力される。また、各軸モータ、すなわち、Ｘ軸モータ４２Ｘ、Ｙ軸モータ４２Ｙ、Ｚ軸モータ８、Ｖ軸モータ１５、Ｕ軸モータ２５には、それぞれ各軸の移動速度を検出する速度センサ、Ｘ軸速度センサ４３Ｘ、Ｙ軸速度センサ４３Ｙ、Ｚ軸速度センサ４３Ｚ、Ｖ軸速度センサ４３Ｖ及びＵ軸速度センサ４３Ｕと、各軸の移動位置を検出する位置センサ、Ｘ軸位置センサ４４Ｘ、Ｙ軸位置センサ４４Ｙ、Ｚ軸位置センサ４４Ｚ、Ｖ軸位置センサ４４Ｖ及びＵ軸位置センサ４４Ｕとが備えられている。そして、各軸の速度センサの速度信号は対応する各軸アンプに入力されており、各軸の位置センサの位置信号は制御器４０に入力されている。各軸アンプは、制御器４０からの前記速度指令と各軸速度センサからの速度信号との差が小さくなるように、各軸モータの駆動電流を制御する。
【００３２】
また、プラズマ電源４６はプラズマトーチ３１に印加するプラズマ電圧及びそのプラズマ電流を制御するものであり、制御器４０からの制御指令に基づいて出力電圧及び電流を制御している。
【００３３】
一方、鋼材から図面に基づいて所望の溶接部材を切断して切り出すと共に、この溶接部材の所定位置に所定形状の開先を作成するために、この図面に基づいた溶接部材の板厚、切断外形寸法、開先位置、開先寸法、開先長さ及び開先角度等の各設定データが開先条件設定手段４５によって予め制御器４０に設定される。この開先条件設定手段４５は、上記の各設定データを入力するための、例えばキーボード等の操作キーにより構成される。なお、開先条件設定手段４５は、外部の他の制御装置からデータ通信により上記各設定データを入力するようにしてもよい。
【００３４】
制御器４０は、例えばマイクロコンピュータ等のコンピュータ装置を主体に構成されている。制御器４０は、開先条件設定手段４５から入力した各設定データに基づいて、開先切断に関するプラズマトーチ制御を実行するための所定の制御データ及び移動軌跡を演算して作成し、この演算した制御データ及び移動軌跡データを内蔵のメモリ４０ａに記憶する。そして、プラズマ切断の実行時には、この制御データ及び移動軌跡データに基づいて、プラズマトーチ３１の各軸方向の移動制御及びプラズマ電源の制御が行われる。
【００３５】
さて、制御器４０においては、プラズマ切断時にプラズマトーチ３１の先端部が所定の軌跡に沿って滑らかに連続的に移動するように、かつ、プラズマトーチ３１の傾斜角度が所定の開先角度となるように、そして、プラズマトーチ３１の先端部と鋼材Ｋとの距離がプラズマ切断に好適な条件を満たすように、各軸の移動量が演算される。ここで、Ｖ軸モータ１５又はＵ軸モータ２５を回動させてプラズマトーチ３１を傾斜させたときでも、プラズマトーチ３１の先端部が所定軌跡に沿って滑らかに連続的に移動するように、傾斜による先端部のずれ、すなわち、傾斜後の先端位置と傾斜前の先端位置とのずれを補正する必要がある。この補正するずれ量は、本実施形態において以下のようにして求められている。
【００３６】
図７は、第１回動軸１１ａ，１１ｂ回りのＶ軸回動における補正量の説明図を示す。同図は、第１回動軸１１ａ，１１ｂの軸心線Ｆの方向からプラズマトーチ３１を見た模式図である。
ここで、軸心線Ｆからプラズマトーチ３１の軸心までの距離をε、軸心線Ｆからプラズマトーチ３１の先端までの距離をＬとする。また、プラズマトーチ３１が鉛直方向を向いた状態から所定角度θv だけ軸心線Ｆ回りに傾斜した場合の、プラズマトーチ３１の先端のＹ軸方向及びＺ軸方向の各ずれ量をそれぞれΔＹ，ΔＺで表す。このとき、各ずれ量ΔＹ，ΔＺは、次式により表される。
【数１】
ΔＹ＝（εCOS θv ＋ＬSIN θv ）−ε
【数２】
ΔＺ＝Ｌ＋εSIN θv −ＬCOS θv
【００３７】
また、第２回動軸２１ａ，２１ｂ回りのＵ軸回動における上記補正量の式は、この数式１及び数式２において、角度θv をＵ軸の角度θu に置換し、ε＝０に設定し、さらに、ΔＹをΔＸに置換することにより容易に得られる。
【数３】
ΔＸ＝＋ＬSIN θu
【数４】
ΔＺ＝Ｌ（１−COS θu ）
【００３８】
したがって、プラズマトーチ３１をＶ軸により角度θv の位置に回動させたときは上記の数式１及び数式２に基づく距離だけ逆方向にプラズマトーチ３１の先端部が移動するように、あるいは、Ｕ軸により角度θu の位置に回動させたときは数式３及び数式４に基づく距離だけ逆方向にプラズマトーチ３１の先端部が移動するように、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各方向にプラズマトーチ３１を移動させる。これによって、先端部が所定の軌跡を連続的に描くことができる。なお、実際の制御では、Ｖ軸及びＵ軸を所定角度ずつ移動させたときのプラズマトーチ３１の先端部のずれ量を演算し、このずれ量を補正するように順次Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の同時制御により補間して行く。
【００３９】
以上のような構成において、具体的な開先切断時の制御手順を、図８に基づいて説明する。同図において、板厚Ｔの鋼材Ｋは、切断開始位置Ｐs から直線Ｐs Ｐ1 に沿って鋼材上面に垂直に距離Ｍ1 だけ切断され、次に、点Ｐ0 から点Ｑ0 まで開先寸法Ｓ及び開先長さＭ2 の開先が切断され、この後開先切断を終了して点Ｑ１から再び直線Ｐs Ｐ1 と同じ方向に沿って切断されるものとする。また、これらの開先条件データは、予め開先条件設定手段４５により設定されているものとする。
【００４０】
制御器４０は、まず、プラズマトーチ３１を切断開始位置Ｐs から点Ｐ1 に向かってＸ軸方向とＹ軸方向との同時制御による直線補間によって移動させる。このとき、プラズマトーチ３１が鋼材Ｋの上面に対して垂直になるように、Ｕ軸及びＶ軸の回動角度は０度とする。なお、この移動時の方向は、Ｘ軸方向に対してtan -1（ｙ／ｘ）の角度となっている。ここで、ｘ及びｙは、直線補間移動時のＸ軸方向移動距離、及びこのＸ軸方向移動距離に対応するＹ軸方向移動距離を表している。そして、距離Ｍ1 だけ移動した後、この直線方向に直交する方向、つまり、〔tan -1（ｙ／ｘ）＋９０°〕の方向にプラズマトーチ３１を開先角度αに相当する角度だけ傾斜させる。この開先角度は、板厚Ｔと開先寸法Ｓとから、数式「α＝tan -1（Ｓ／Ｔ）」により演算される。
【００４１】
この場合、開先として表開先を切断するとすると、プラズマトーチ３１の軸心の延長線が、直線Ｐ1 Ｑ1 を通り、かつ、鋼材Ｋの上面に垂直な面と、鋼材Ｋの裏面とが交わる直線Ｐ2 Ｑ2 を通るように、Ｕ軸及びＶ軸を回動する共に、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸を同時制御して移動させる。そして、プラズマトーチ３１の軸心線が上記開先角度αだけ傾斜したら、再び、直線補間で直線Ｐ2 Ｑ2 方向に距離Ｍ2 だけ移動させる。次に、Ｕ軸、Ｖ軸、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各軸移動を同時に制御して、プラズマトーチ３１の傾斜角度を元に（鋼材Ｋの上面に垂直に）戻した後に、直線ＰS Ｐ1 と同じ方向に点Ｑ1 から移動させる。
【００４２】
このようにして、Ｕ軸、Ｖ軸、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の同時５軸制御により、直線部の開先切断が可能となる。なお、上記表開先の場合と同様に、裏開先の場合も開先切断が上記同時５軸制御により容易に可能である。すなわち、裏開先のときは、表開先の場合と反対側に（上記の例では、〔tan -1（ｙ／ｘ）−９０°〕の方向に）プラズマトーチ３１を傾斜させると共に、プラズマトーチ３１の軸心が開先部の直線Ｐ1 Ｑ1 上を通るようにすればよい。
【００４３】
次に、図９に基づいて、鋼材Ｋのコーナー部の開先切断時のトーチ制御を説明する。いま、同図に示すように、板厚Ｔの鋼材Ｋのコーナー部の２つの辺をそれぞれ開先寸法Ｓ1 及び開先長さＭ3 、開先寸法Ｓ2 及び開先長さＭ4 で開先切断するものとする。
制御器４０は、切断開始位置Ｐs から点Ｐ3 までプラズマトーチ３１を鋼材Ｋの上面に垂直にして直線補間移動させる。このときの移動方向は、Ｘ軸方向に対してtan -1（ｙ0 ／ｘ0 ）の方向とする。ただし、ｘ0 及びｙ0 は、この直線補間移動時のＸ軸方向移動距離、及びこのＸ軸方向移動距離に対応するＹ軸方向移動距離を表している。つぎに、点Ｐ3 においてプラズマトーチ３１を、この直線Ｐs Ｐ3 に垂直方向に、かつ、表開先となるように傾斜させる。このとき、プラズマトーチ３１の軸心線が、直線Ｐs Ｐ3 （つまり、直線Ｐ3 Ｑ3 ）を通って鋼材Ｋに垂直な面と鋼材Ｋの裏面とが交わる直線Ｐ4 Ｑ4 上を通るように、Ｕ軸、Ｖ軸、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の同時５軸制御が行われる。と同時に、プラズマトーチ３１の軸心線が、開先寸法がＳ1 となる点Ｐ5 に向かう直線Ｐ3 Ｐ5 に沿って移動しながら、プラズマトーチ３１の先端部と鋼材表面との距離が所定距離を保つように、上記各軸は制御される。そして、数式「α＝tan -1（Ｓ1 ／Ｔ）」で表される開先角度α1 となったら、上記軸心線が直線Ｐ4 Ｑ4 上を移動するようにＸ軸方向とＹ軸方向の同時制御による直線補間移動を行い、距離Ｍ3 の開先切断を行う。このときの移動方向は、直線Ｐs Ｐ3 と同じ「tan -1（ｙ0 ／ｘ0 ）」の方向とする。
【００４４】
この後、制御器４０は、プラズマトーチ３１の軸心がＱ4 に達したら、この軸心が点Ｑ4 を通り、かつ、直線Ｑ5 Ｑ6 に沿って移動するように、各軸を同時制御する。さらに、この軸心が点Ｑ3 に達したら、点Ｑ4 を通り、かつ、直線Ｑ3 Ｑ6 に沿って移動するように各軸を同時制御し、直線Ｑ3 Ｐ6 に垂直方向にプラズマトーチ３１を傾斜させる。そして、軸心線が開先寸法がＳ2 となる点Ｑ6 に達して、数式「α＝tan -1（Ｓ2 ／Ｔ）」で表される開先角度α2 となったら、軸心線が直線Ｑ6 Ｐ8 （又は、直線Ｑ4 Ｐ7 ）上を移動するようにＸ軸方向とＹ軸方向の同時制御による直線補間移動を行い、距離Ｍ4 の開先切断を行う。ここで、点Ｐ7 は、直線Ｑ3 Ｐ6 を通って鋼材Ｋに垂直な面と鋼材Ｋの裏面との交線上の点で、点Ｐ6 に対応する点であり、また点Ｐ8 は、軸心線がＰ7 に達したときの軸心線と鋼材上面との交点とする。また、このときの移動方向は、直線Ｑ3 Ｐ6 （又は、直線Ｑ4 Ｐ7 ）と同じ「tan -1（ｙ1 ／ｘ1 ）」（ただし、ｘ1 及びｙ1 は、この直線補間移動時のＸ軸方向移動距離、及びこのＸ軸方向移動距離に対応するＹ軸方向移動距離を表している。）の方向とする。そして、軸心線が点Ｐ7 に達したら、開先角度αを元に（つまり、プラズマトーチ３１が鋼材上面に垂直に）戻すように、プラズマトーチ３１をＰ8 Ｐ7 に沿って移動させ、この後、点Ｐ6 から直線Ｑ3 Ｐ6 と同じ方向に直線補間により移動させる。
【００４５】
このようにして、コーナー部においても、Ｕ軸、Ｖ軸、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の同時５軸制御によって開先切断が可能となる。また、例えば図１０に示すように、コーナー部の開先切断時、プラズマトーチ３１の軸心線が点Ｑ7 を通り、かつ、このときの開先角度を維持しながら、各軸を同時制御して開先角度の方向を９０°回転させ、滑らかな開先面を有するコーナー部とした場合には、このコーナー部での同時制御の演算が複雑になってコンピュータの演算処理時間が長くかかってしまう。しかし、上記の本実施形態では、コーナー部をはさむ２辺の直線補間のみによって制御しているので、制御演算処理が簡単で容易となる。
【００４６】
以上のようにして、互いに直交する２つの回動軸の回りにプラズマトーチ３１を回動させて所定の開先角度に傾斜させることができ、また、本体側の直交３軸を同時制御して所定の開先寸法を得ることができる。したがって、プラズマトーチ３１の回動、水平移動及び旋回に依らないとも、所望の開先切断ができるので、トーチ支持部の小型化が可能となる。また、開先条件データを予め設定しておくと、この設定データに基づいてプラズマトーチ３１の軸心線の移動軌跡が自動的に演算され、この移動軌跡に沿って各軸の同時制御が行われる。よって、開先切断の自動化が容易に行えるようになる。
また、プラズマトーチ３１の軸心線と２つの回動軸の内の第２回動軸２１の軸心線との交点Ａの位置が、第１回動軸１１を中心にして、第２回動手段２５及びギア等の取付位置と反対側にあるので、第１回動手段１５の負荷を軽減できると共に、第１回動軸１１の回りの慣性モーメントも小さくすることができる。これによって、第１回動軸１１の回りの回動（Ｖ軸）の制御性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるプラズマ切断機の斜視図を示す。
【図２】第１回動装置及び第２回動装置の詳細を表す平面図を示す。
【図３】第１回動装置及び第２回動装置の詳細を表す正面図を示す。
【図４】ケーブル支持手段の平面図を示す。
【図５】図４のＧ視図を示す。
【図６】本発明に係わる制御構成ブロック図を示す。
【図７】第１回動軸回りの回動における補正量の説明図を示す。
【図８】開先切断時の制御方法の説明図を示す。
【図９】コーナー部の開先切断時の制御方法の説明図を示す。
【図１０】コーナー部の開先面の他例を示す。
【図１１】従来技術に係わるプラズマ切断機の正面図を示す。
【図１２】図１１の側面図を示す。
【符号の説明】
１…プラズマ切断機、２…定盤、２ａ，２ｂ…ガイドレール、３ａ，３ｂ…台車、４…水平アーム、４ａ，４ｂ…ガイドレール、５…Ｙ軸台車、５ａ…垂直アーム、６ａ，６ｂ…ガイドレール、７ａ…ラック、７ｂ…ピニオン、８…Ｚ軸駆動手段（Ｚ軸モータ）、１０…第１回動装置、１０ａ…ベース、１１，１１ａ，１１ｂ…第１回動軸、１２ａ，１２ｂ…ボックス、１２ｃ…連結部材、１２a1，１２a2，１２b1，１２b2…面、１３ａ，１３ｂ…軸受け、１４ａ，１４ｂ…かさ歯車、１５…第１回動手段（Ｖ軸モータ）、２０…第２回動装置、２１，２１ａ，２１ｂ…第２回動軸、２２…矩形フレーム、２２a1，２２a2，２２b1，２２b2…面、２３ａ，２３ｂ…軸受け、２４ａ，２４ｂ…かさ歯車、２５…第２回動手段（Ｕ軸モータ）、２６…ボックス、２６a1，２６a2…面、３０…トーチホルダ、３１…プラズマトーチ、３２…円孔、３３…中空支持部材、３５…ホルダー、４０…制御器、４１Ｘ…Ｘ軸アンプ、４１Ｙ…Ｙ軸アンプ、４１Ｚ…Ｚ軸アンプ、４１Ｖ…Ｖ軸アンプ、４１Ｕ…Ｕ軸アンプ、４２Ｘ…Ｘ軸モータ、４３Ｘ…Ｘ軸速度センサ、４４Ｘ…Ｘ軸位置センサ、４５…開先条件設定手段、４６…プラズマ電源、５０…ケーブル支持手段、５１…第１の支持部材、５２…第１のローラ、５３…揺動アーム、５４…第２の支持部材、５５…第２のローラ、５６…トーチケーブル、５７ａ，５７ｂ…ベアリング、５８…オモリ、６１…支持部材、６２…ベアリング、６３…旋回アーム、６４…水平移動ベース、６５…水平移動テーブル、６６…円弧状ベース、６７…傾斜動テーブル、６８ａ…ラック、６８ｂ…ピニオン、６９…傾斜動モータ、７１…旋回モータ、７２…スリップリング、７３…水平移動モータ、Ａ…交点、Ｆ…第１回動軸の軸心線、Ｋ…鋼材、ε…トーチ軸心と第１回動軸との距離。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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