DE60122634T2

DE60122634T2 - Ein mit einem hochdichten Energiestrahl Bearbeitungsverfahren und Vorrichtung für dieses Verfahren

Info

Publication number: DE60122634T2
Application number: DE60122634T
Authority: DE
Inventors: Terukazu Terukazu Kariya-city Aichi-pref. Fukuya; Takashi Kariya-city Aichi-pref. Nakayama; Sumitomo Kariya-city Aichi-pref. Inomata; Michio Kariya-city Aichi-pref. Kameyama; Seiji Kariya-city Aichi-pref. Tachibana
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-07-27
Filing date: 2001-07-25
Publication date: 2007-09-27
Also published as: DE60122634T8; US6495796B2; EP1175953A2; EP1175953B1; DE60122634D1; EP1175953B8; JP4277429B2; EP1175953A3; KR100450081B1; US20020023905A1; JP2002035973A; KR20020010101A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bearbeitungsverfahren unter Verwendung eines Energiestrahls mit hoher Dichte nach Anspruch 1 und nach Anspruch 20 und auch eine Bearbeitungsvorrichtung unter Verwendung eines Energiestrahls mit hoher Dichte nach Anspruch 11.
2. Beschreibung des einschlägigen Stands der Technik
Aus der FR-A-2 704 167 ist eine Bearbeitungsvorrichtung unter Verwendung eines Energiestrahls mit hoher Dichte bekannt, die so gebildet ist, dass sie einen Energiestrahl mit hoher Dichte zu einem Werkstück emittiert. Diese bekannte Bearbeitungsvorrichtung ist dafür geeignet, einen Schneidbearbeitungsvorgang auszuführen, wobei sie folgende Merkmale aufweist:
eine strahlemittierende Einrichtung zum Emittieren des Energiestrahls mit hoher Dichte zu einem emittierten Bereich des Werkstücks, wobei sich der emittierende Bereich an einer Außenseite des Werkstücks befindet;
eine erste gaszuführende Einrichtung zum Zuführen eines ersten Hilfsgases von einer Außenseite des Werkstücks zu dem emittierten Bereich; und
eine zweite gaszuführende Einrichtung zum Zuführen eines zweiten Hilfsgases von einem Inneren des Werkstücks zu dem emittierten Bereich.
Die zweite Gaszuführeinrichtung weist eine Gasabgabedüse auf, die im Inneren des Werkstücks bereitgestellt ist, um das zweite Hilfsgas vom Inneren des Werkstücks zuzuführen; und
bei Verwendung der Vorrichtung zur Schneidbearbeitung schließt die Gasabgabedüse den Energiestrahl mit hoher Dichte, der in das Innere des Werkstücks durch den Schneidbereich gelangt, ab, so dass der Energiestrahl mit hoher Dichte nicht zu einer Innenoberfläche des Werkstücks emittiert wird, die sich gegenüber dem Schneidbereich befindet, und wobei die Vorrichtung bestätigt werden kann, so dass das erste Hilfsgas auf einer Außenoberfläche des Werkstücks um den emittierten Bereich strömt, zumindest ein Teil des Hilfsgases zur Außenseite des Werkstücks durch einen Schneidbereich strömt, der in dem Werkstück durch eine Emission des Energiestrahls mit hoher Dichte ausgebildet ist.
Aus der JP-A-04 262998 ist ein Bearbeitungsverfahren unter Verwendung eines Energiestrahls mit hoher Dichte bekannt, um einen Energiestrahl mit hoher Dichte zu einem Werkstück mit einem Innenraum zu emittieren, um eine Schneidbearbeitung auszuführen, um zu ermöglichen, dass der Innenraum des Werkstücks mit dessen Außenseite in Verbindung gesetzt werden kann. Dieses bekannte Verfahren weist die Schritte zum Emittieren des Energiestrahls mit hoher Dichte zu einem emittierten Bereich des Werkstücks auf, wobei sich der emittierte Bereich an der Außenseite des Werkstücks befindet.
Zuführen eines zweiten Hilfsgases von einem Inneren des Werkstücks zu dem emittierten Bereich; und
Bereitstellen einer Gasabgabedüse in dem Innenraum des Werkstücks zum Zuführen des zweiten Hilfsgases vom Inneren des Werkstücks, wobei die Gasabgabedüse den Energiestrahl mit hoher Dichte abschließt, der in das Innere des Werkstücks durch den Schneidbereich eindringt, so dass der Energiestrahl mit hoher Dichte nicht zu einer Innenoberfläche des Werkstücks emittiert wird, die sich gegenüber dem Schneidbereich befindet.
Aus der US-A-5,994,667 ist ein Bearbeitungsverfahren unter Verwendung eines Energiestrahls mit hoher Dichte bekannt, um einen Energiestrahl mit hoher Dichte zu einem Werkstück mit einem Innenraum zu emittieren, um eine Schneidbearbeitung auszuführen, um zu ermöglichen, dass der Innenraum des Werkstücks mit dessen Außenseite in Verbindung gesetzt werden kann. Dieses bekannte Verfahren weist folgende Schritte auf:
Emittieren des Energiestrahls mit hoher Dichte zu einem emittierten Bereich des Werkstücks, wobei sich der emittierte Bereich an der Außenseite des Werkstücks befindet;
Zuführen eines zweiten Hilfsgases von einem Inneren des Werkstücks zu dem emittierten Bereich;
Bereitstellen eines Schattierelements im Inneren des Werkstücks, wobei das Schattierelement den Energiestrahl mit hoher Dichte, der in das Innere des Werkstücks durch den Schneidbereich eindringt, abschließt, so dass der Energiestrahl mit hoher Dichte nicht zu einer Innenoberfläche des Werkstücks emittiert wird, die sich gegenüber dem Schneidbereich befindet.
Wenn ein Werkstück herkömmlicherweise einer Schneidbearbeitung unterzogen wird, um überflüssige Bestandteile zu entfernen, ein Loch zu bilden und eine dünne Rille zu bilden, wird ein Bearbeitungsverfahren mit einem Energiestrahl mit hoher Dichte verwendet. Bei diesem Verfahren wird ein Energiestrahl mit hoher Dichte auf zu einem Bereich des Werkstücks emittiert, der geschnitten werden soll (der Bereich, der einer Schneidbearbeitung unterzogen wird), um den einer Schneidbearbeitung unterzogenen Bereich zu schmelzen und zuzuschneiden. Während diese Schneidbearbeitung ausgeführt wird, wird im Allgemeinen ein Hilfsgas wie Stickstoff und Sauerstoff gleichzeitig mit der Emission des Energiestrahls mit hoher Dichte injiziert, um Absonderungen und verdampfte Substanzen, die durch die Schneidbearbeitung erzeugt wurden, rasch zu entfernen. Auf diese Weise wird verhindert, dass Absonderungen und verdampfte Substanzen am Werkstück und einer Kondensierlinse einer Arbeitsdüse haften bleiben.
Wenn das Werkstück wie vorstehend beschrieben einer Schneidbearbeitung unterzogen wird, indem das Hilfsgas von der Emissionsseite des Energiestrahls mit hoher Dichte geblasen wird, fließt die Absonderung D aufgrund des Hilfsgases weitgehend zu der unteren Seite des einer Schneidbearbeitung unterzogenen Bereichs, und haftet am Umfangsbereich des einer Schneidbearbeitung unterzogenen Bereichs.
Um zu verhindern, dass die Metallabsonderung daran haften bleibt, erwägt man, das Hilfsgas sowohl von der Emissionsseite des Energiestrahls mit hoher Dichte als auch von der Seite gegenüber demselben zuzuführen. Hier strömt das Hilfsgas, das von einem der beiden zugeführt wird, in Richtung einer gegenüberliegenden Seite durch einen Schneidbereich, der durch die Emission des Energiestrahls mit hoher Dichte ausgebildet wurde, und das Hilfsgas, das von der anderen der beiden Seiten zugeführt wird, strömt entlang einer Innen- oder Außenoberfläche des Werkstücks.
Wenn eines der Hilfsgase durch den Schneidbereich und zu der anderen Seite strömt, wird gemäß der Struktur die Absonderung, die während die Schneidbearbeitung erzeugt wird, zu gegenüberliegenden Seite des Werkstücks durch den Schneidbereich getrieben und weggeblasen. An der gegenüberliegenden Seite, zu der die Absonderung getrieben und geblasen wurde, strömt das andere Hilfsgas entlang der Innen- oder Außenoberfläche des Werkstücks, so dass die zu der gegenüberliegenden Seite getriebene und weggeblasene Absonderung von dem anderen Hilfsgas geblasen wird. Somit wird wirksam verhindert, dass die Absonderung haften bleiben kann.
Wenn das vorstehend beschriebene Verfahren jedoch zum Bilden von Löchern auf einem Werkstück mit einem Hohlraum darin verwendet wird, beispielsweise, wenn es zum Bilden von Duchgangslöchern auf einer zylindrischen Seitenwand eines zylindrischen Werkstücks verwendet wird, wie in 9 gezeigt ist, ist eine Gasabgabedüse 101 an einem Ende des zylindrischen Werkstücks 102 angeordnet. Der Energiestrahl mit hoher Dichte HB wird von einer Arbeitsdüse 103 emittiert, um ein Loch 104 auf dem Werkstück 102 auszubilden, und das Hilfsgas, das von der Gasabgabedüse 101 dem Werkstück 102 zugeführt wird, strömt zur Außenseite durch das Loch 104. In diesem Fall kommt es zu folgenden Nachteilen.
Da das Hilfsgas, das von der Gasabgabedüse 101 dem Werkstück 102 zugeführt wird, durch das Loch 104 zur Außenseite strömt, bleibt die Absonderung nicht an einer Innenoberfläche des Werkstücks haften. Wenn das Loch 104 gebildet ist, gelangt der Energiestrahl mit hohe Dichte HB jedoch durch das Loch 104 und wird zur Innenoberfläche der gegenüberliegenden Seite emittiert, so dass die emittierte Innenoberfläche teilweise verbrannt und geschmolzen sein könnte.
Wenn eine große Anzahl von Löchern gebildet wird, werden ein Druck und Menge des Hilfsgases, die aus dem Loch 4 strömen, reduziert, so dass der Druck, der die Absonderung abtreibt und wegbläst, vermindert wird. Dabei tendiert die Absonderung dazu, um die Löcher herum, die später ausgebildet werden, haften zu bleiben.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, zu verhindern, dass ein Energiestrahl mit hoher Dichte, der durch einen Schneidbereich gelangt, der durch den Energiestrahl gebildet wird, zu einer gegenüberliegenden Innenoberfläche eines Werkstücks emittiert wird.
Es ist eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zu verhindern, dass eine Absonderung am Umfangsbereich des Schneidbereichs haften bleibt.
In Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die vorstehende Aufgabe durch die Merkmale nach Anspruch 1 und die Merkmale nach Anspruch 20 gelöst.
Verbesserte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens resultieren aus den Unteransprüchen 2 bis 10.
In Verbindung mit der erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung unter Verwendung eines Energiestrahls mit hoher Dichte wird die vorstehende Aufgabe durch die Merkmale nach Anspruch 11 gelöst.
Verbesserte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung resultieren aus den Unteransprüchen 12 bis 19.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Gasabgabedüse in einem Innenraum zum Zuführen eines Hilfsgases aus einem Inneren des Werkstücks bereitgestellt. Die Gasabgabedüse schließt den Energiestrahl mit hoher Dichte, der in den Innenraum des Werkstücks durch den Schneidbereich eindringt, ab, so dass verhindert wird, dass der Energiestrahl mit hoher Dichte zu einer gegenüberliegenden Innenoberfläche des Werkstücks emittiert wird. Die während der Schneidbearbeitung entstandene Absonderung wird durch ein Hilfsgas, das aus dem Innenraum des Werkstücks durch den Schneidbereich herausströmt, zur Außenseite abgetrieben und geblasen und wird durch das Hilfsgas herausgeblasen, das auf einer Außenoberfläche des Werkstücks um den Schneidbereich strömt, wodurch verhindert wird, dass die Absonderung am Umfangsbereich des Schneidbereichs haften bleibt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Zusätzliche Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachstehenden, ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung besser verständlich. Es zeigen:
1 eine Querschnittsansicht, die eine Arbeitsdüse, einen Metallzylinder und eine Hilfsgas-Abgabedüse darstellt;
2 eine Querschnittsansicht, die die Gasabgabedüse und den Metallzylinder darstellt;
3A eine perspektivische Ansicht, die eine schematische Ansicht des Metallzylinders vor dem Ausbilden der Löcher darstellt;
3B eine perspektivische Ansicht, die den Metallzylinder nach dem Ausbilden der Löcher darstellt;
4 eine Querschnittsansicht, die eine Arbeitsdüse, einen Metallzylinder und eine Gasabgabedüse (Modifizierung) darstellt;
5 eine Querschnittsansicht, die eine Arbeitsdüse, einen Metallzylinder, eine Gasabgabedüse und eine Schattierplatte (Modifizierung) darstellt;
6A eine Querschnittsansicht, die eine Arbeitsdüse, einen Metallzylinder und eine Abgabedüse (Modifizierung) darstellt;
6B eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie VIB-VIB in 6A erstellt wurde;
7 eine Querschnittsansicht, die eine Arbeitsdüse, einen Metallzylinder und eine Abgabedüse (Modifizierung) darstellt;
8 eine Querschnittsansicht, die eine Arbeitdüse, einen Metallzylinder und Abgabedüsen (Modifizierung) darstellt; und
9 eine Querschnittansicht, die eine Arbeitdüse, einen Metallzylinder und eine Abgabedüse zur Erläuterung eines Nachteils darstellt, wenn Löcher auf einem Metallzylinder durch einen Laserstrahl gebildet werden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt in der vorliegenden Ausführungsform eine Bearbeitungsvorrichtung unter Verwendung eines Laserstrahls. Bei der Bearbeitungsvorrichtung unter Verwendung eines Laserstrahls ist eine Arbeitsdüse 1 mit einem Oszillator (nicht dargestellt) durch eine Übertragungsleitung 2 verbunden, und die Arbeitsdüse 1 definiert eine Auslassöffnung 1a. Ein Schutzglas 3 ist über der Auslassöffnung 1a angeordnet, und eine Kondensierlinse 4 ist über dem Schutzglas 3 angeordnet. Ein Energiestrahl mit hoher Dichte HB, der von dem Oszillator projiziert wird, ändert dessen Richtung an einem Entlüftungsspiegel (nicht dargestellt) in der Übertragungsleitung 2, gelangt durch die Kondensierlinse 4 und das Schutzglas 3 und wird von der Auslassöffnung 1a zu einem Werkstück emittiert, das bearbeitet werden soll. Hier kann der Oszillator einen Laser, Elektronenstrahl, Lichtstrahl und dergleichen erzeugen. Im Allgemeinen wird gegebenenfalls ein Laser verwendet.
Ein Bearbeitungstisch (nicht dargestellt) ist unterhalb der Arbeitsdüse 1 bereitgestellt, und ein hohler Drehkopf 5 ist auf dem Bearbeitungstisch bereitgestellt. Der Drehkopf 5 weist ein Spannfutter 6 auf, und das Spannfutter 6 hält das Werkstück. Bei der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich bei dem Werkstück um einen hohlen Metallzylinder 7, der in 3A gezeigt ist, und eine Mehrzahl von runden Löchern 8 wird durch Laserstrahlschneiden gebildet, wie in 3B gezeigt ist. Das runde Loch 8 ermöglicht dem Innenraum des Metallzylinders 7 mit seiner Außenseite in Verbindung gesetzt zu werden.
Die Arbeitsdüse 1 ist so angeordnet, dass sie sich vertikal bewegt, d. h. sich in einer Z-Achsenrichtung bewegt. Der Bearbeitungstisch ist so angeordnet, dass er sich horizontal bewegt, d. h. sich in der X-Y-Ebene bewegt. Der Energiestrahl mit hoher Dichte HB, der von dem Oszillator projiziert wird, gelangt durch die Kondensorlinse 4 und wird auf einen Laserstrahlschneidbereich des Metallzylinders 7 fokussiert. Wenn das Loch 8 durch das Laserstrahlschneiden gebildet wird, bewegen sich die Arbeits düse 1 und der Bearbeitungstisch und der Drehkopf 5 dreht sich. Somit bewegt sich die Arbeitsdüse 1 in Bezug auf den Metallzylinder 7 derart, dass der Energiestrahl mit hoher Dichte HB entlang einer Linie emittiert wird, die geschnitten werden soll.
Wenn das Ausbilden eines Loch 8 beendet ist, bewegt sich der Bearbeitungstisch, an den der Drehkopf 5 montiert ist, in horizontaler Richtung, oder der Drehkopf 5 dreht das Spannfutter 6 um einen vorbestimmten Winkel zum Positionieren eines Teils (Laserstrahlschneidbereich), wo das nächste Loch 8 ausgebildet wird, zu einem emittierenden Bereich des Energiestrahls mit hoher Dichte HB.
Das Laserstrahlschneiden wird ausgeführt, während ein Hilfsgas, wie z. B. Stickstoff oder Sauerstoff, zugeführt wird. Das Hilfsgas wird dem strahlemittierten Bereich von sowohl dem Inneren als auch der Außenseite des Metallzylinders 7 zugeführt. Die Arbeitsdüse 1 führt die Zuführung des Hilfsgases von der Außenseite aus. Das heißt, dass die Arbeitsdüse 1 als eine erste gaszuführende Einrichtung bei der vorliegenden Erfindung funktioniert. Wie in 1 gezeigt ist, weist die Arbeitsdüse 1 eine Hilfsgas-Einführleitung 9 auf. Die Hilfsgas-Einführleitung 9 ist an der Seite der Auslassöffnung 1a der Kondensorlinse 4 angeordnet. Die Hilfsgas-Einführleitung 9 ist mit einer gaszuführenden Quelle (nicht dargestellt) verbunden.
Das Hilfsgas wird von der gaszuführenden Quelle der Arbeitsdüse 1 durch die Hilfsgas-Einführleitung 9 zugeführt, und von der Auslassöffnung 1a der Arbeitsdüse 1 in Richtung der Oberfläche des Metallzylinders 7 abgegeben. Das Hilfsgas kollidiert mit dem Metallzylinder 7 und strömt entlang der Oberfläche des Metallzylinders 7. Da die Arbeitsdüse konisch ausgebildet und somit verjüngt ist, strömt ein Großteil des Hilfsgases, nachdem es mit der Oberfläche des Metallzylinders 7 kollidiert ist, von der Außenseite in das Innere des strahlemittierten Bereichs.
Eine Gasabgabedüse 10 führt hingegen die Zuführung des Hilfsgases vom Inneren des Metallzylinders 7 aus. Das heißt, dass die Gasabgabedüse 10 als eine zweite gaszuführende Einrichtung bei der vorliegenden Erfindung arbeitet. Die Gasabgabedüse 10 ist zylindrisch geformt und weist im Inneren einen Gasdurchlass 10a auf. Die Gasabgabedüse 10 ist im Hohlraum des Drehkopfs 5 konzentrisch mit dem Drehpunkt des Drehkopfs 5 angeordnet ist, und dessen führende Spitze steht vom Spannfutter 6 ab.
Die Abgabedüse 10 weist eine Abgabeöffnung 10b an ihrer führenden Oberseite auf. Die Abgabeöffnung 10b öffnet sich vertikal und in Aufwärtsrichtung. Der Abgabeauslass 10b ist gleich unterhalb der Arbeitsdüse 1 positioniert, und dessen Achse entspricht der Lichtachse des Energiestrahls mit hoher Dichte HB, der von der Arbeitsdüse 1 projiziert wird. Wenn der Metallzylinder 7 bearbeitet wird, ist die Abgabedüse 10 an dem Spannfutter 6 angebracht, während die führende Oberseite derselben in den Hohlraum des Metallzylinders 7 eingebracht wird. Hier ist ein Außendurchmesser der Gasabgabedüse 10 so konzipiert, dass er näherungsweise dem Innendurchmesser des Metallzylinders 7 entspricht. Somit ist die Gasabgabedüse 10 hermetisch eingepasst und in Kontakt mit der Innenoberfläche des Metallzylinders 7.
Um zu verhindern, dass ein Absonderung an einem Umfang des Lochs 8 haften bleibt, muss der Durchmesser der Abgabeöffnung 10b größer sein als der Durchmesser des Lochs 8. Wenn jedoch der Durchmesser der Abgabeöffnung 10b zu groß ist, überlappt die Abgabeöffnung 10b das letzte Loch 8, das bereits gebildet worden ist und sich am nächsten zu dem aktuellen Loch 8, das gerade gebildet wird, befindet. In diesem Fall werden Menge und Druck des Hilfsgases, das aus dem aktuellen Loch 8 strömt, reduziert, wodurch ein Effekt reduziert wird, mit dem die Absonderung abgetrieben und weggeblasen wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist bei Berücksichtigung des Durchmessers des Lochs 8 und einer Steigung zwischen einem jeweiligen benachbarten Loch 8 der Durchmesser des Lochs auf 0,3 mm eingestellt, und der Durchmesser der Abgabeöffnung 10b ist auf 1,0 mm eingestellt. Somit strömt das Hilfsgas nur aus dem aktuellen Loch 8.
Auf diese Weise strömt das Hilfsgas, das von der Gasabgabedüse 10 abgegeben wird, aus nur einem Loch 8. Hier ist ein Druck des Hilfsgases, das von der Gasabgabedüse 10 zugeführt wird, auf 0,7 MPa eingestellt, und das Hilfsgas, das von der Arbeits düse 1 zugeführt wird, ist auf 0,4 MPa eingestellt. Das heißt, dass das Hilfsgas, das aus dem Inneren des Metallzylinders 7 herausströmt, einen höheren Druck aufweist als der Laserstrahlschneidbereich.
Es folgt eine Erörterung des Betriebs der vorliegenden Ausführungsform.
Zum Ausbilden von Löchern 8 auf dem Metallzylinder 7 hält das Spannfutter 6 den Metallzylinder 7, wie in 1 gezeigt ist. Die Arbeitsdüse 1 emittiert den Energiestrahl mit hoher Dichte HB zu dem Metallzylinder 7, und die Hilfsgaseinführleitung 9 führt das Hilfsgas in die Arbeitsdüse 1 ein. Das Hilfsgas wird durch das Innere der Arbeitsdüse 1 und in Richtung des strahlemittierten Bereichs von der Auslassöffnung 1a abgegeben. Zu diesem Zeitpunkt wird das Hilfsgas im Gasdurchlass 10a der Gasabgabedüse 10 entsprechend unter Druck gesetzt.
Wenn der Strahl HB zu dem Metallzylinder 7 emittiert wird, wird der strahlemittierte Bereich erwärmt und geschmolzen. Durch dieses Schmelzen (Schneiden), wie in 2 gezeigt ist, wird ein Schneidbereich A, der die Seitenwand des Metallzylinders 7 durchdringt, an einem Teil des durch Schneiden bearbeiteten Bereichs des Metallzylinders 7 gebildet. Der Bearbeitungstisch bewegt sich und der Drehkopf 5 dreht sich, um den strahlemittierten Bereich relativ entlang dem durch Schneiden bearbeiteten Bereich zu bewegen. Dadurch bewegt sich der Schneidbereich A kontinuierlich wie im Kreis entlang des Umfangs des Lochs 8, um das Loch 8 vollständig auszubilden.
Wenn der Schneidbereich A auf dem Metallzylinder 7 gebildet ist, wie durch die Pfeile B in 2 angezeigt wird, strömt das Hilfsgas von der Abgabeöffnung 10b der Gasabgabedüse 10 zu der Außenseite des Metallzylinders 7 durch den Schneidbereich A. Das Hilfsgas treibt die Absonderung D, die durch Bilden des Schneidbereichs A erzeugt wird, ab und bläst diese zur Außenseite des Metallzylinders 7. Auf diese Weise wird verhindert, dass die Absonderung D an der Innenoberfläche des Schneidbereichs A und einem Umfangsbereich des Schneidbereichs A an der Innenoberfläche des Metallzylinders 7 haften bleibt.
Die Absonderung D, die zur Außenseite des Metallzylinders 7 abgetrieben und geblasen wird, wird durch das Hilfsgas, das von der Arbeitsdüse 1 abgegeben wird, vom Umfangsbereich zum Inneren des Schneidbereichs A geblasen. Das Hilfsgas, das von der Arbeitsdüse 1 abgegeben wird, strömt von der Außenseite zur Innenseite des strahlemittierten Bereichs auf die Oberfläche des Metallzylinders 7. Die Absonderung D wird, wie durch die Pfeile C in 2 angezeigt ist, durch das Hilfsgas, das aus der Gasabgabedüse 10 zur Außenseite durch den Schneidbereich herausströmt, nach oben geblasen. Dabei wird verhindert, dass die Absonderung D an der Außenoberfläche des Metallzylinders 7 haften bleibt.
Wenn der Schneidbereich A auf dem Metallzylinder 7 gebildet wird, wird der Strahl HB, der von der Arbeitsdüse 1 emittiert wird, in das Innere des Metallzylinders 7 durch den Schneidbereich A eingeführt wird. Da die Gasabgabedüse 10 in den Metallzylinder 7 eingeführt wird und auf der Lichtachse des Strahls HB positioniert ist, wird bei der vorliegenden Ausführungsform jedoch der Strahl HB, nachdem er durch den Schneidbereich A gelangt ist, durch die Gasabgabedüse 10 abgeschlossen. Somit emittiert der Strahl HB nicht von der Innenoberfläche des Metallzylinders 7. Hier ist die Gasabgabedüse 10 aus einem Material gefertigt, das durch den Strahl HB kaum beeinflusst wird. Zum Beispiel ist bei der vorliegenden Ausführungsform die Gasabgabedüse 10 aus Kupfer oder Messing gefertigt, wenn ein YAG-Laser, dessen Wellenlänge 1,064 μm beträgt, als der Strahl HB verwendet wird.
Nachdem ein Loch 8 auf diese Weise gebildet worden ist, dreht sich, um das nächste Loch 8 zu bilden, der Bearbeitungstisch in horizontaler Richtung und der Drehkopf 5 dreht sich, ohne die Arbeitsdüse 1 und die Gasabgabedüse 10 zu bewegen, d. h. ohne den Strahl HB zu bewegen. Dadurch wird ein Teil, bei dem das nächste Loch 8 gebildet wird, auf einer Linie positioniert, die durch die Arbeitsdüse 1 und die Abgabeöffnung 10a der Abgabedüse 10 verläuft. Während das nächste Loch 8 ebenfalls gebildet wird, wird verhindert, dass die Absonderung am Metallzylinder 7 haften bleibt, und wird zudem verhindert, dass der Strahl HB von der Innenoberfläche des Metallzylin ders 7, die sich gegenüber dem Schneidbereich A befindet, emittiert wird, wie vorstehend beschrieben wurde. Selbst wenn die Anzahl der Löcher 8 erhöht wird, wird hier das Hilfsgas 10, das von der Gasabgabedüse 10 abgeführt wird, nur dem aktuellen Loch 8 zugeführt, das sich im Schneidbearbeitungsverfahren befindet. Da der Umfangsbereich der Abgabeöffnung 10b ferne die Innenoberfläche des Metallzylinders 7 kontaktiert und das Hilfsgas nicht in das Innere des Metallzylinders 7 ausläuft, strömt das gesamte Hilfsgas, das von der Gasabgabedüse 10 abgegeben wird, durch das aktuelle Loch 8 zur Außenseite. Somit nimmt ein Druck, der auf die Absonderung einwirkt, um sie abzutreiben und wegzublasen, zu, wodurch verhindert wird, dass der Absonderung mit Bestimmtheit haften bleibt.
(Modifizierungen)
Wenn eine Mehrzahl von Löchern unterschiedliche Durchmesser aufweist, kann ein Durchmesser der Abgabeöffnung 10b der Gasabgabedüse 10 für das Loch mit dem größten Durchmesser eingestellt werden, und die Menge und der Druck des Hilfsgases können gemäß dem Durchmesser des Lochs, das gebildet wird, eingestellt werden.
Ein Sensor kann einen Druck oder eine Menge des Hilfsgases erfassen, das zur Außenseite des Metallzylinders 7 durch den Schneidbereich A strömt, und ein Stellventil (Einstelleinrichtung) kann einen Druck und eine Menge des Hilfsgases von der Gasabgabedüse 10 basierend auf dem Erfassungsergebnis einstellen.
Wenn eine große Anzahl von Löchern 8 auf dem Metallzylinder 7 gebildet wird, kann sich eine Arbeitsdüse 1 und die Gasabgabedüse 10 horizontal bewegen, und die mittlere Achse des Metallzylinders 7 kann gedreht werden, ohne den Metallzylinder 7 horizontal zu bewegen, um eine Position zu ändern, an der das Loch 8 gebildet wird.
Wenn, wie in 4 gezeigt ist, die Arbeitdüse 1 sich nur horizontal zum Ändern einer Position bewegt, an der das Loch 8 auf dem Metallzylinder 7 gebildet wird, kann eine beliebige Position gebildet werden, solange die Position sich in der oberen Hälfte des Metallzylinders 7 befindet. Hier ist die Gasabgabedüse 11 in einem Halbkreis ausgebildet und an der unteren Hälfte innerhalb des Metallzylinders 7 angeordnet, so dass das Hilfsgas innerhalb eines Bereichs von 180 Grad in Bezug auf eine Mittellinie E, die durch einen Mittelpunkt P der Emission verläuft, zugeführt wird. Somit kann das Hilfsgas durch die einer Schneidbearbeitung unterzogene Position zur Außenseite abgetrieben und geblasen werden, ungeachtet der Position, wo die Schneidbearbeitung ausgeführt wird, solange die Schneidbearbeitung an der unteren Hälfte des Metallzylinders 7 ausgeführt wird. Dabei besteht kein Bedarf, die Abgabeöffnung 11a an eine einer Schneidbearbeitung unterzogenen Position anzupassen, indem die Gasabgabedüse 10 gedreht wird.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Verwendung eines zylindrischen Materials beschränkt, und kann für Materialien verwendet werden, die zu einem Rechteck, einer Ellipse oder dergleichen geformt sind, solange das Material einen Hohlraum aufweist.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verhindert die Gasabgabedüse, dass Absonderungen haften bleiben und schließt den Energiestrahl mit hoher Dichte HB ab. Alternativ kann, wie in 5 gezeigt ist, zusätzlich zu einer Gasabgabedüse 20 eine Schattierplatte 21 vorgesehen sein. Wenn in diesem Fall die Schneidbearbeitung wiederholt ausgeführt wird, so dass die Schattierplatte 21 vermindert wird, muss zur Wartung einer ganzen Bearbeitungsvorrichtung unter Verwendung eines Energiestrahls mit hoher Dichte nur die Schattierplatte 21 durch eine neue ersetzt werden.
Wie in 6 gezeigt ist, kann ein Drehkopf 22, eine Spannfutter 23 und ein Halteelement 24 ohne ein Durchgangsloch zum Zuführen eines Hilfsgases verwendet werden, um ein Ende des Metallzylinders 7 zu halten.
Eine Gasabgabedüse 25 wird von dem anderen Ende in den Metallzylinder 7 eingeführt. Bei dieser Modifizierung besteht keine Notwendigkeit, die Durchgangslöcher innerhalb des Drehkopfs 22 und des Spannfutters 23 auszubilden, so dass ein normaler Drehkopf und Spannfutter verwendet werden kann.
Wie in 6 gezeigt ist, können ferner O-Ringe 26 zwischen dem Halteelement 24 und dem Metallzylinder 7 und zwischen der Gasabgabedüse 25 und dem Metallzylinder 7 zum Verhindern einer Druckreduktion des Hilfsgases bereitgestellt werden.
Wie in 7 gezeigt ist, kann eine Abgabeöffnung 27a der Gasabgabedüse 27 sehr breit sein, um eine Mehrzahl von Löchern gleichzeitig ausbilden zu können, indem eine Arbeitsdüse 28 ohne Bewegen der Gasabgabedüse 27 bewegt wird.
Wie in 8 gezeigt ist, kann eine Gasabgabedüse 30 getrennt von der Arbeitsdüse 1 zum Zuführen des Hilfsgases in der Drehrichtung des Drehkopfs bereitgestellt werden. Bei dieser Modifizierung wird das Hilfsgas in deutlicher Menge in der Drehrichtung zugeführt, wodurch effektiv verhindert wird, dass Absonderungen an der Außenoberfläche des Metallzylinders 7 haften bleiben.

Claims

Bearbeitungsverfahren unter Verwendung eines Energiestrahls mit hoher Dichte zum Emittieren eines Energiestrahl mit hoher Dichte (HB) zu einem Werkstück (7) mit einem Innenraum, um eine Schneidbearbeitung auszuführen, um zu ermöglichen, daß der Innenraum des Werkstücks (7) mit einer Außenseite desselben in Verbindung gesetzt werden kann, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Emittieren des Energiestrahls mit hoher Dichte (HB) zu einem emittierten Bereich des Werkstücks (7), wobei der emittierte Bereich sich an der Außenseite des Werkstücks (7) befindet; Zuführen eines ersten Hilfsgases von der Außenseite des Werkstücks (7) zu dem emittierten Bereich; Zuführen eines zweiten Hilfsgases aus einem Inneren des Werkstücks (7) zu dem emittierten Bereich; und Bereitstellen einer Gasabgabedüse (10) in dem Innenraum des Werkstücks (7) zum Zuführen des zweiten Hilfsgases aus dem Inneren des Werkstücks (7), wobei die Gasabgabedüse (10) den Energiestrahl mit hoher Dichte (HB) abschließt, der in das Innere des Werkstücks (7) durch den Schneidbereich (8) eindringt, so daß der Energiestrahl mit hoher Dichte (HB) nicht zu einer Innenoberfläche des Werkstücks (7) emittiert wird, die sich gegenüber dem Schneidbereich (8) befindet, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Hilfsgas auf einer Außenoberfläche des Werkstücks (7) um den emittierten Bereich strömt, und zumindest ein Teil des zweiten Hilfsgases zu der Außenseite des Werkstücks (7) durch einen Schneidbereich (8) strömt, der in dem Werkstück (7) durch eine Emission des Energiestrahls mit hoher Dichte (HB) ausgebildet ist.
Bearbeitungsverfahren unter Verwendung eines Energiestrahls mit hoher Dichte nach Anspruch 1, wobei das Werkstück (7) zylindrisch ausgebildet ist, und die Gasabgabedüse (10) das zweite Hilfsgas innerhalb eines Bereichs von 180 Grad in einer Umfangsrichtung des Werkstücks (7) in bezug auf eine Mittellinie (E) zuführt, die durch einen Mittelpunkt (P) der Emission und einen Mittelpunkt (O) des Werkstücks (7) verläuft.
Bearbeitungsverfahren unter Verwendung eines Energiestrahls mit hoher Dichte nach Anspruch 1, wobei die Gasabgabedüse (10) das zweite Hilfsgas nur dem Schneidbereich (8) zuführt.
Bearbeitungsverfahren unter Verwendung eines Energiestrahls mit hoher Dichte nach Anspruch 1, wobei die Gasabgabedüse (10) eine Abgabeöffnung (10b) aufweist, und die Abgabeöffnung (10b) eine Innenoberfläche des Werkstücks (7) kontaktiert.
Bearbeitungsverfahren unter Verwendung eines Energiestrahls mit hoher Dichte nach Anspruch 1, wobei der Energiestrahl mit hoher Dichte (HB) zu einem gewünschten Bereich emittiert wird, der durch Bewegen des Werkstücks (7) geschnitten werden soll, ohne den Energiestrahl mit hoher Dichte (HB) zu bewegen.
Bearbeitungsverfahren unter Verwendung eines Energiestrahls mit hoher Dichte nach Anspruch 1, wobei der Energiestrahl mit hoher Dichte (HB) zu einem ge wünschten Bereich emittiert wird, der durch Bewegen des Energiestrahls mit hoher Dichte (HB) geschnitten werden soll, ohne das Werkstück (7) zu bewegen.
Bearbeitungsverfahren unter Verwendung eines Energiestrahls mit hoher Dichte nach Anspruch 1, wobei eine Menge oder ein Druck des zweiten Hilfsgases erfaßt wird, und die Menge oder der Druck des zweiten Hilfsgases so eingestellt wird, daß die Menge oder der Druck konstant ist.
Bearbeitungsverfahren unter Verwendung eines Energiestrahls mit hoher Dichte nach Anspruch 1, wobei das Werkstück (7) zylindrisch ausgebildet ist, und die Gasabgabedüse (10) in einem Halbkreis ausgebildet ist, um das zweite Hilfsgas innerhalb eines Bereichs von 180 Grad in einer Umfangsrichtung des Werkstücks (7) in bezug auf eine Mittellinie (E), die durch einen Mittelpunkt (P) der Emission und einen Mittelpunkt (O) des Werkstücks verläuft, zuzuführen.
Bearbeitungsverfahren unter Verwendung eines Energiestrahls mit hoher Dichte nach Anspruch 1, wobei die Gasabgabedüse (10) aus einem Metall gefertigt ist, das durch den Energiestrahl mit hoher Dichte (HB) kaum beeinflußt wird.
Bearbeitungsverfahren unter Verwendung eines Energiestrahls mit hoher Dichte nach Anspruch 1, wobei die Gasabgabedüse (10) aus Kupfer oder Messing gefertigt ist, und ein YAG-Laser, dessen Wellenlänge 1,064 μm beträgt, als der Energiestrahl mit hoher Dichte (HB) verwendet wird.
Bearbeitungsvorrichtung unter Verwendung eines Energiestrahls mit hoher Dichte zum Emittieren eines Energiestrahls mit hoher Dichte (HB) zu einem Werkstück (7), um eine Schneidbearbeitung auszuführen, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist: eine strahlemittierende Einrichtung (1) zum Emittieren des Energiestrahls mit hoher Dichte (HB) zu einem emittierten Bereich des Werkstücks (7), wobei sich der emittierte Bereich an einer Außenseite des Werkstücks (7) befindet; eine erste gaszuführende Einrichtung (1, 9) zum Zuführen eines ersten Hilfsgases von einer Außenseite des Werkstücks (7) zu dem emittierten Bereich, und eine zweite gaszuführende Einrichtung, die eine Gasabgabedüse (10) umfaßt, zum Zuführen eines zweiten Hilfsgases von einem Inneren des Werkstücks (7) zu dem emittierten Bereich, wobei wenn die Vorrichtung zur Schneidbearbeitung verwendet wird, die Gasabgabedüse (10) den Energiestrahl mit hoher Dichte (HB) abschließt, der in das Innere des Werkstücks (7) durch den Schneidbereich eindringt, so daß der Energiestrahl mit hoher Dichte (HB) nicht zu einer Innenoberfläche des Werkstücks (7) emittiert wird, die sich gegenüber dem Schneidbereich (8) befindet, und die Vorrichtung kann derart betrieben werden, daß das erste Hilfsgas auf einer Außenoberfläche des Werkstücks um den emittierten Bereich strömt, das zweite Hilfsgas zu der Außenseite des Werkstücks (7) durch einen Schneidbereich (8) strömt, der in dem Werkstück (7) durch eine Emission des Energiestrahls mit hoher Dichte (HB) ausgebildet ist, und die erste gaszuführende Einrichtung (1, 9) sich an einer Außenseite eines emittierten Bereichs eines Werkstücks (7) befindet; wobei die erste gaszuführende Einrichtung (1, 9) eine Hilfsgas-Einführleitung (9) und eine Arbeitsdüse (1) zum Zuführen des ersten Hilfsgases aufweist; dadurch gekennzeichnet, daß die zweite gaszuführende Einrichtung (10) einen hohlen Drehkopf (5), ein Spannfutter (6) und eine zylindrische Gasabgabedüse (10) aufweist, die einen Gasdurchlaß (10a) darin aufweist und die innerhalb des Werkstücks (7) bereitgestellt sein soll, um das zweite Hilfsgas von der Innenseite des Werkstücks (7) zuzuführen; die zylindrische Gasabgabedüse (10) in dem Hohlraum des Drehkopfs (5) konzentrisch mit dem Drehpunkt des Drehkopfs (5) angeordnet ist, und eine führende Spitze der zylindrischen Gasabgabedüse (10) von dem Spannfutter (6) vorsteht, wobei die Gasabgabedüse eine Abgabeöffnung (10b) aufweist und die Abgabeöffnung (10b) einem Inneren des Werkstücks (7) gegenüberliegend konfiguriert ist.
Bearbeitungsvorrichtung unter Verwendung eines Energiestrahls mit hoher Dichte nach Anspruch 11, wobei die Gasabgabedüse (10) das zweite Hilfsgas nur dem Schneidbereich (8) zuführt.
Bearbeitungsvorrichtung unter Verwendung eines Energiestrahls mit hoher Dichte nach Anspruch 11, wobei die Gasabgabedüse (10) eine Abgabeöffnung (10b) aufweist, und die Abgabedüse (25) mit einer Innenoberfläche des Werkstücks (7) durch einen Dichtring (26) Kontakt aufnimmt.
Bearbeitungsvorrichtung unter Verwendung eines Energiestrahls mit hoher Dichte nach Anspruch 11, wobei der Energiestrahl mit hoher Dichte (HB) zu einem gewünschten Bereich emittiert wird, der durch Bewegen des Werkstücks (7) zugeschnitten werden soll, ohne den Energiestrahl mit hoher Dichte (HB) zu bewegen.
Bearbeitungsvorrichtung unter Verwendung eines Energiestrahls mit hoher Dichte nach Anspruch 11, wobei der Energiestrahl mit hoher Dichte (HB) zu einem gewünschten Bereich emittiert wird, der durch Bewegen des Energiestrahls mit hoher Dichte (HB) geschnitten werden soll, ohne das Werkstück (7) zu bewegen.
Bearbeitungsvorrichtung unter Verwendung eines Energiestrahls mit hoher Dichte nach Anspruch 11, wobei eine Menge oder ein Druck des zweiten Hilfsgases erfaßt wird, und die Menge oder der Druck des zweiten Hilfsgases so eingestellt ist, daß die Menge oder der Druck konstant ist.
Bearbeitungsvorrichtung unter Verwendung eines Energiestrahls mit hoher Dichte nach Anspruch 11, wobei die Gasabgabedüse (10) aus einem Metall gefertigt ist, das durch den Energiestrahl mit hoher Dichte (HB) kaum beeinflußt wird.
Bearbeitungsvorrichtung unter Verwendung eines Energiestrahls mit hoher Dichte nach Anspruch 11, wobei die Gasabgabedüse (10) aus Kupfer oder Messing gefertigt ist, und ein YAG-Laser, dessen Wellenlänge 1,064 μm beträgt, als der Energiestrahl mit hoher Dichte (HB) verwendet wird.
Bearbeitungsvorrichtung unter Verwendung eines Energiestrahls mit hoher Dichte zum Emittieren eines Energiestrahls mit hoher Dichte zu einem Werkstück, um eine Schneidbearbeitung auszuführen, nach Anspruch 11, wobei die Gasabgabedüse (10), die dem Inneren des Werkstücks (7) gegenüberliegt, derart ausgebildet ist, daß die Gasabgabedüse (10) auf einer Lichtachse des Strahls positioniert ist und der Strahl vertikal abwärts emittiert wird.
Bearbeitungsverfahren unter Verwendung eines Energiestrahls mit hoher Dichte zum Emittieren eines Energiestrahls mit hoher Dichte (HB) zu einem Werkstück mit einem Innenraum, um eine Schneidbearbeitung auszuführen, um zu ermögli chen, daß der Innenraum des Werkstücks (7) mit dessen Außenseite in Verbindung gesetzt werden kann, wobei das Verfahren folgende Schritt aufweist: Emittieren des Energiestrahls mit hoher Dichte (HB) zu einem emittierten Bereich des Werkstücks (7), wobei sich der emittierte Bereich an der Außenseite des Werkstücks (7) befindet; Zuführen eines ersten Hilfsgases von der Außenseite des Werkstücks (7) zu dem emittierten Bereich; Zuführen eines zweiten Hilfsgases vom Inneren des Werkstücks (7) zu dem emittierten Bereich; Bereitstellen eines Schattierelements (21) in dem Innenraum des Werkstücks (7), wobei das Schattierelement (21) den Energiestrahl mit hoher Dichte (HB) abschließt, das in das Innere des Werkstücks (7) durch den Schneidbereich (8) eindringt, so daß der Energiestrahl mit hoher Dichte (HB) nicht zu einer Innenoberfläche des Werkstücks (7) emittiert wird, die dem Schneidbereich gegenüberliegt, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren folgende Merkmale aufweist: Bereitstellen einer Gasabgabedüse (10) in dem Innenraum des Werkstücks (7) zum Zuführen des zweiten Hilfsgases vom Inneren des Werkstücks (7); und wobei das erste Hilfsgas auf einer Außenoberfläche des Werkstücks (7) um den emittierten Bereich strömt, zumindest ein Teil des zweiten Hilfsgases zur Außenseite des Werkstücks (7) durch einen Schneidbereich (8) strömt, der in dem Werkstück (7) durch eine Emission des Energiestrahl mit hoher Dichte (HB) ausgebildet ist.