CN105142855B - 激光加工机及开孔加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种不产生凸起部、能够进行高速并且高精度的开孔加工、不需要除去凸起部等的后处理、并且能够避免热集中引起的浮渣附着的激光加工机。该激光加工机，在利用闭合路径(K1)的切断加工对板材(W)进行开孔(H)加工时，在闭合路径(K1)的内侧的板材部分(Wa)中的任意地方开工艺孔(20)的过程；接续该工艺孔(20)，直到激光的中心超过闭合路径(K1)的预定位置(Q1)地进行切入切断加工的过程；以停止激光照射的状态，将激光加工头(4)相对于前述板材(W)的位置返回到激光的中心成为切入到前述预定位置的过程的路径上的、并且处于前述闭合路径(K1)上的始点位置(Q2)的过程；之后，进行从始点位置(Q2)沿着闭合路径(K1)进行切断加工的过程。

Description

激光加工机及开孔加工方法

本发明申请主张2013年4月19日提出申请的日本专利申请2013－088023的优先权，通过参照将其全部内容作为构成本发明申请的一部分的内容进行引用。

技术领域

本发明涉及对板材进行基于切断的开孔加工的激光加工机以及使用了该激光加工机的开孔加工方法。

背景技术

以往，在利用激光加工机对板材W开封闭形状的孔的情况下，像图8所示那样，在沿作为目标的孔H内周的加工路径K内侧的板材部分Wa上开工艺孔20(过程A)，从该工艺孔20开始进行切断加工直到加工路径K(过程B)，然后，沿加工路径K进行切断加工(过程C)。这样的开孔加工的某种方法中，由于较之孔H的内周位置而偏移到内侧地设定加工路径K，因此，成为加工开始点Ps和加工结束点Pe不完全一致的不完全闭合路径。

在过程B中，加工开始点也比用虚线图示的B1偏离到图示左侧。因此，在开出的孔H的内周、加工开始点Ps与加工结束点Pe之间残留图9的放大图表示的突出到内侧的凸起部21。如果残留这样的凸起部21，由于在使其他的零部件嵌合到孔H中等情况下出现障碍，因此有必要后面手动除去凸起部21。并且，即使使加工路径K成为加工开始点Ps与加工结束点Pe一致的完全闭合路径，发现了虽然在板材W的上表面一侧不存留凸起部21，但在背面一侧残留凸起部21这样的现象。

为了不残留上述凸起部21，提出过像图10所示那样将成为加工开始点和加工结束点的加工开始·结束点Pse设定在加工路径K外侧的方案(专利文献1)。如果是该开孔加工方法，能够防止产生突出部21。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平9-220683号公报

发明的概要

发明要解决的课题

但是，图10的上述提案的方法在加工开始·结束点Pse附近容易产生热集中，在板材W的背面容易附着浮渣。并且，如果以高速进行切断加工，由于移动机构的特性，难以进行高精度的开孔加工。

发明内容

本发明的目的就是要提供不产生凸起部、能够进行高速并且高精度的开孔加工、不需要除去凸起部等的后处理、并且能够避免热集中引起的浮渣附着的激光加工机。

用于解决问题的手段

附加实施形态中使用的标记来说明本发明的激光加工机。本发明的激光加工机具备：朝成为加工对象的板材(W)照射热切断用的激光的激光加工头(4)、激发从该激光加工头(4)照射的激光的激光振荡器(5)、使前述激光加工头(4)相对于前述板材(W)相对移动的移动机构(6)、以及控制前述激光振荡器(5)和移动机构(6)的控制装置(2)。前述控制装置(2)具有依次进行下述过程地进行控制的开孔控制部(2a)：在利用闭合路径(K1)的切断加工对板材(W)进行开孔(H)加工时，在前述闭合路径(K1)的内侧或外侧的板材部分(Wa)中的任意地方开工艺孔(20)的过程；接续该工艺孔(20)，直到激光的中心超过前述闭合路径(K1)的预定位置(Q1)地进行切入切断加工的过程；以停止激光照射的状态，将前述激光加工头(4)相对于前述板材(W)的位置返回到激光的中心成为切入到前述预定位置的过程的路径上的、并且处于前述闭合路径(K1)上的始点位置(Q2)的过程；以及，从前述始点位置(Q2)沿着前述闭合路径(K1)进行切断加工的过程。

根据该结构，通过在控制装置(2)的开孔控制部(2a)的控制下进行直到激光的中心超过前述闭合路径(K1)的预定位置(Q1)的切入切断加工，将切口确实地插入到后续加工形成的孔(H)的内周下部(背面一侧)。因此，通过后续中沿着闭合路径(K1)进行切断加工，成为凸起部(21)的部分被孔的内周下部的切口切断，能够开出没有凸起部(21)的光滑的孔(H)。因此不需要除去凸起部(21)等的后处理。

并且，在进行了直到预定位置(Q1)的切入切断加工后，在使激光加工头(4)返回到闭合路径(K1)上的始点位置(Q2)之际，通过停止激光照射，能够抑制热集中，能够防止浮渣的附着。通过这样地进行开孔加工，能够进行不产生凸起部(21)、高速并且高精度的开孔加工，不需要除去凸起部(21)等的后处理，并且能够避免热集中引起的浮渣的附着。

在本发明的激光加工机中，前述开孔控制部(2a)也可以在沿着前述闭合路径(K1)进行切断加工的过程中，在加工开始后的一定距离内和加工结束前的一定距离内使前述激光加工头(4)的移动速度变缓。另外例如，在板材(W)的板厚厚的情况下，使上述移动速度变缓。

由激光进行热切断加工的拖曳线(23)相对于板材(W)的下面一侧激光的行进方向滞后。这种滞后板材(W)的板厚越厚、加工速度越快就越大。因此，在板材(W)的板厚较厚的情况下，在板材(W)中始点位置(Q2)附近的下面一侧有可能没被进行切断加工、而形成残留的凸起部(21)。通过使激光加工头(4)的移动速度变缓，能够消除或者减小相对于激光前进方向的加工滞后。由此，能够防止前述凸起部(21)的形成。由于减缓激光加工头(4)的移动速度仅在加工开始后的一定距离内和加工结束前的一定距离内，因此几乎不会招致加工时间的延长。

本发明的开孔加工方法为使用激光加工机对板材(W)进行闭合路径(K1)的切断加工来开孔(H)的方法，所述激光加工机具备朝成为加工对象的板材(W)照射热切断用的激光的激光加工头(4)、激发从该激光加工头(4)照射的激光的激光振荡器(5)、使前述激光加工头(4)相对于前述板材(W)相对移动的移动机构(6)、以及控制前述激光振荡器(5)和移动机构(6)的控制装置(2)。该开孔加工方法依次进行下述过程：在前述闭合路径(K1)的内侧或外侧的板材部分(Wa)中的任意地方开工艺孔(20)的过程；接续该工艺孔(20)，直到激光的中心超过前述闭合路径(K 1)的预定位置(Q1)地进行切入切断加工的过程；以停止激光照射的状态，将前述激光加工头(4)相对于前述板材(W)的位置返回到激光的中心成为切入到前述预定位置的过程的路径上的、并且处于前述闭合路径(K1)上的始点位置(Q2)的过程；以及，从前述始点位置(Q2)沿着前述闭合路径(K1)进行切断加工的过程。

该方法也能够获得与上述本发明的激光加工机相同的效果。

在本发明的钻孔加工方法中，在沿着前述闭合路径(K1)进行切断加工的过程，也可以在加工开始后的一定距离内和加工结束前的一定距离内使前述激光加工头(4)的移动速度变缓。由于与前述相同的原因，通过使激光加工头(4)的移动速度变缓，能够消除或者减小相对于激光前进方向的滞后。由此，能够防止前述凸起部(21)的形成。由于减缓激光加工头(4)的移动速度仅在加工开始后的一定距离内和加工结束前的一定距离内，因此几乎不会招致加工时间的延长。

此外，权利要求的范围和/或说明书和/或附图中公开的至少2个结构的任何组合都被包含在本发明中。尤其是权利要求范围内的各权利要求项的2项以上的任何组合也包含在本发明中。

附图说明

本发明应该能从参考了添加的附图的下述优选实施形态的说明而清楚地理解。但是，实施形态和附图只是用来图示和说明，不应该用来限定本发明的范围。本发明的范围由添加的权利要求范围决定。在添加的附图中，多个附图中相同的零部件编号表示相同或者相当的部分。

图1为将控制系统的方框图组合到表示本发明一个实施形态的激光加工机的概要的立体图中的图；

图2为开了孔的板材的俯视图；

图3为表示使用该激光加工机对板材利用闭合路径的切断加工进行开孔加工时的各过程的说明图；

图4为图3的局部放大图；

图5为激光切断加工中的板材的剖视图；

图6为就激光切断加工了圆孔的形状而将以往的普通加工与使用了实施形态的激光加工机的加工进行比较表示的说明图；

图7为就激光切断加工了圆孔的形状而将以往的普通加工与使用了实施形态的激光加工机的加工进行比较表示的显微镜照片图；

图8为表示使用以往的激光加工机对板材利用切断加工进行开孔加工时的各过程的说明图；

图9为图8的局部放大图；

图10为表示通过提案例的方法对板材利用切断加工进行开孔加工时的各过程的说明图。

具体实施方式

与附图一起说明本发明的一个实施形态。如图1所示，该激光加工机具备加工机主体1和进行该加工机主体1的控制的控制装置2。

加工机主体1具备激光加工头4、激光振荡器5、支承成为工件的板材W的板材支承部件7、以及使激光加工头4相对于该板材支承部件7相对移动的移动机构6。本实施形态中，将板材支承部件7作为固定侧，将激光加工头4作为移动侧，利用移动机构6使激光加工头4移动。板材W由钢板等构成，例如使平面形状为矩形。

移动机构6的结构为，经由左右移动体(未图示)将激光加工头4能够沿左右方向(Y轴方向)移动地设置在于底座8上沿前后方向(X轴方向)移动的前后移动台9上，具备使其分别进行前后方向和左右方向的前述移动的电动机(未图示)。前述板材支承部件7固定在底座8上。另外，激光加工头4自身或者支承激光加工头4的前述左右移动体上具有利用驱动源(未图示)使激光加工头4升降的机构(未图示)。

由激光振荡器5激发的激光经由激光传输路径10传输到激光加工头4。激光振荡器5既可以是光纤激光器等固体激光振荡器，也可以是二氧化碳激光器等气体激光振荡器，本实施形态采用固体激光振荡器。

控制装置2由计算机式数字控制装置和可编程控制器等构成，依照加工程序(未图示)进行加工机主体1的控制。控制装置2中构成有用加工程序的一连串命令分别进行各种加工的各控制部(未图示)。作为这些控制部的一个，有对板材W通过闭合路径切断加工进行开孔加工的开孔控制部2a。开孔控制部2a通过控制激光振荡器5和移动机构6进行以下开孔加工，但在该开孔加工时还进行以下的说明中省略了记载的激光加工头4的控制，例如保护气体的喷射和停止等。

另外，也可以作成使开孔控制部2a进行一连串控制的新的指示，使控制装置2具有当从加工程序中读出了该指示时，将进行上述一连串动作的指令输出给激光振荡器5和移动机构6的功能。

以像图2所示那样在板材W上开圆孔H的情况为例，具体说明开孔控制部2a控制下的开孔加工。虽然该例中被开的孔H为圆形，但孔H的形状也可以是通过闭合路径切断加工开的任何形状，例如矩形。并且，工艺孔也可以位于加工路径的外侧。

如图3所示，首先，在成为加工路径的闭合路径K1内侧的板材部分Wa中任意的地方开工艺孔20(过程(0))。闭合路径K1为为了切断加工孔H而使激光移动的路径，为连接离开作为目标的孔H的内周的距离为激光的光点直径D的1/2的点的曲线。

接着，通过切断加工而沿着接近路径K2从前述工艺孔20切入到激光的中心超过闭合路径K1的预定位置Q1(过程(1))。如图4所示，从闭合路径K1到预定位置Q1的距离只要是激光的光点直径D的1/2以上就可以，能够设定为任意的距离。接着，如图3所示，以停止激光照射的状态将激光加工头4相对于板材W的位置返回到在接近路径K2的路径上、并且位于闭合路径K1上的始点位置Q2(过程(2))。

然后，使激光加工头4从始点位置Q2开始沿着闭合路径K1转动1周，进行切断加工(过程(3)～(6))。在该过程中，与板材W的板厚相对应地改变激光加工头4的移动速度。即，像表1所示那样，在板材W为薄板的情况下，使激光加工头4始终以高速移动，但在板材W为厚板的情况下，在加工开始后的一定距离(过程(3))内和加工结束前的一定距离(过程(6))内，使激光加工头4以低速移动。另外，本例中描述的“厚板”和“薄板”为互相比较的称呼。

[表1]

照射OFF

步骤

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

薄板

低

(低)

高

高

高

高

厚板

低

(低)

低

高

高

低

根据该开孔加工，在过程(1)中，通过直到激光的中心超过闭合路径K1的预定位置Q1地进行切入切断加工，将切口确实地插入到后续加工中形成的孔H的内周下部(背面一侧)。即，虽然孔H的内周下部与内周上部相比热切断加工迟缓，切口小，但通过像上述那样直到超过闭合路径K1的预定位置Q1地进行切入切断加工，在图4中用粗线表示的部位22将切口确实地插入到孔H的内周下部。

上述部位22为以往的加工中作为凸起部的一部分而残留的地方，但如果像上述那样确实地插入切口，通过之后沿着闭合路径K1进行切断加工，成为凸起部的部分被孔的内周下部的切口切断，能够开出没有凸起部的光滑的孔H。因此不需要除去凸起部等的后处理。并且，在直到预定位置Q1地进行切入切断加工后，在使激光加工头4回到闭合路径K1上的始点位置Q2之际，通过停止激光照射，能够抑制热集中，能够防止浮渣的附着。通过这样进行开孔加工，能够进行不产生凸起部、高速并且高精度的开孔加工，不需要除去凸起部等的后处理，并且能够避免热集中引起的浮渣的附着。

如图5所示，激光进行热切断加工的拖曳线23在板材W的下面一侧相对于激光的行进方向滞后。板材W的板厚越厚、加工速度越快这种滞后就越大。因此，在板材W的板厚厚的情况下，在板材W中始点位置Q2的下面附近有可能没被切断加工、形成残留的凸起部。但是，通过像本开孔加工方法这样在加工开始后的一定距离内和加工结束前的一定距离内减缓激光加工头4的移动速度，能够消除或者减少相对于激光前进方向的滞后。由此，能够防止前述凸起部的形成。由于减缓激光加工头4的移动速度仅在加工开始后的一定距离内和加工结束前的一定距离内，因此几乎不招致加工时间的延长。

图6表示利用本实施形态的开孔加工方法加工了的情况下、和用以往的开孔加工方法加工了的情况下的加工结果。该图表示加工了直径为5mm的圆孔时和加工了直径为10mm的圆孔时的孔的形状。该图中将直径方向的长度的尺寸比圆周方向的长度放大地表示。如从该图可知的那样，与利用以往的开孔加工方法加工了的情况相比，利用本实施形态的开孔加工方法加工了时正圆度高。

并且，图7中表示利用本实施形态的开孔加工方法加工了的情况下和利用以往的开孔加工方法加工了的情况下孔的截面形状的显微镜照片。图7(A)为利用以往的开孔加工方法加工时的孔的截面形状的显微镜照片，图7(B)为利用本实施形态的开孔加工方法加工时的孔的截面形状的显微镜照片。如从该图可知的那样，与利用以往的开孔加工方法进行的加工中在孔的内面产生凸起部相比，利用本实施形态的开孔加工方法进行的加工中不产生这样的凸起部。

如上所述，虽然参照附图说明了优选实施形态，但如果是本领域技术人员，阅读本说明书应该容易地设想处在不言而喻的范围内进行的种种变更和修改。这样的变更和修改应理解为由附加的权利要求范围决定的本发明范围内的变更和修改。

附图标记的说明

1-加工机主体；2-控制装置；2a-开孔控制部；4-激光加工头；5-激光振荡器；6-移动机构；20-工艺孔；H-孔；K1-闭合路径；Q1-预定位置；Q2-始点位置；W-板材；Wa-板材部分。

Claims (4)

1.一种激光加工机，具备朝成为加工对象的板材照射热切断用的激光的激光加工头、激发从该激光加工头照射的激光的激光振荡器、使前述激光加工头相对于前述板材相对移动的移动机构、以及控制前述激光振荡器和移动机构的控制装置，其特征在于，

前述控制装置具有依次进行下述过程地进行控制的开孔控制部：在利用闭合路径的切断加工对板材进行开孔加工时，在前述闭合路径的内侧或外侧的板材部分中的任意地方开工艺孔的过程；接续该工艺孔，直到激光的中心超过前述闭合路径的预定位置地进行切入切断加工的过程；以停止激光照射的状态，将前述激光加工头相对于前述板材的位置返回到激光的中心成为切入到前述预定位置的过程的路径上的、并且处于前述闭合路径上的始点位置的过程；以及，从前述始点位置沿着前述闭合路径进行切断加工的过程。

2.如权利要求1所述的激光加工机，在沿着前述闭合路径进行切断加工的过程中，前述开孔控制部在加工开始后的一定距离内和加工结束前的一定距离内使前述激光加工头的移动速度变缓。

3.一种开孔加工方法，使用激光加工机对板材进行闭合路径的切断加工来开孔，所述激光加工机具备朝成为加工对象的板材照射热切断用的激光的激光加工头、激发从该激光加工头照射的激光的激光振荡器、使前述激光加工头相对于前述板材相对移动的移动机构、以及控制前述激光振荡器和移动机构的控制装置，其特征在于，

依次进行下述过程：在前述闭合路径的内侧或外侧的板材部分中的任意地方开工艺孔的过程；接续该工艺孔，直到激光的中心超过前述闭合路径的预定位置地进行切入切断加工的过程；以停止激光照射的状态，将前述激光加工头相对于前述板材的位置返回到激光的中心成为切入到前述预定位置的过程的路径上的、并且处于前述闭合路径上的始点位置的过程；以及，从前述始点位置沿着前述闭合路径进行切断加工的过程。

4.如权利要求3所述的开孔加工方法，在沿着前述闭合路径进行切断加工的过程中，在加工开始后的一定距离内和加工结束前的一定距离内使前述激光加工头的移动速度变缓。