JP2005334919A

JP2005334919A - レーザ加工機における加工不良防止システム

Info

Publication number: JP2005334919A
Application number: JP2004155912A
Authority: JP
Inventors: Tsunehiko Yamazaki; 恒彦山崎; Naotomi Miyagawa; 直臣宮川
Original assignee: Yamazaki Mazak Corp
Current assignee: Yamazaki Mazak Corp
Priority date: 2004-05-26
Filing date: 2004-05-26
Publication date: 2005-12-08

Abstract

【課題】レーザ加工機において、加工により発生する熱による加工不良を防止するシステムを提供する。
【解決手段】加工不良防止システムは、レーザ加工用のネスティング作成手段を備えたレーザ加工機において、作成された製品Ｋ_１〜Ｋ_５のネスティングデータに基づいて、加工開始点に設けられるピアシングホールの周囲と、加工パスに沿った両側の領域に、加工で発生した熱影響を受ける領域として定義される熱影響領域ＨＢを設定し、熱影響領域が干渉しない条件で加工順序を決定する手段を備える。
【選択図】図１１

Description

本発明は、レーザ加工機における操作の非熟練化を可能とし、加工能力を各々の材質及び板厚に対して、品質及び生産性をそれぞれ最大限に発揮させ、長時間無人化運転を達成することができ、加工不良をなくすことができる加工不良防止システムを提供する。
また、レーザ加工機の加工は、切断の熱影響により加工不良が発生しやすい。このレーザ加工機は、切断で発生した熱が伝わって加工に影響を与える領域を「熱影響領域」と定義し、次に加工しようとしている領域が「熱影響領域」の範囲にかからない加工形状を探して、熱影響を受けない加工により加工不良をなくすことができる加工不良防止システムを提供するものである。
さらに、ワークの表面温度が基準値を超えた場合、加工条件を変更して加工を行うことができるようにしたものが知られている（特許文献１参照）。
特開平８−３９２７３号公報

従来、材質及び板厚に対応した最適加工条件は、熟練者の経験に基づいて予め標準加工条件としてＮＣ装置（数値制御装置）内に登録されている。
図２３は、従来の加工順序を示す説明図である。
素材Ｗ_１から製品Ｋ_１を複数個切り取る場合に、Ｘ軸，Ｙ軸方向に優先度を設定する。
第１優先をＸ軸またはＹ軸方向に限定し、第２優先を残りの軸方向に加工していくものである。Ｘ軸が第１優先であれば、素材の上部から正方向へ加工し、第２優先がＹ軸であるので、左上から右下へ隣接した加工を一筆書きできる順序で加工することになる。
図２４は、他の従来の加工順序を示し、近い位置にある製品を検索して加工する場合を示す。

加工が進行するに伴い、加工物内に熱が蓄積され加工物自体の温度が上昇し、加工品質の低下、等の加工不良を発生させ、更には加工不能を引き起こしていた。
また、加工形状がピアシング加工、円弧加工、直線加工などの隣接した製品を加工する場合は、同様な現象が発生し、加工形状が相対的に大きい場合には、加工物内の熱が伝導及び放射によって拡散し、加工障害を引き起こすことは無いが、加工形状が相対的に小さい場合には、加工物内に熱が拡散されず加工物内に蓄積し、加工品質の低下等の加工不良を発生させ、更には加工不能を引き起こしていた。
本発明は以上の問題を解決するレーザ加工機における加工不良防止システムを提供するものである。

本発明の加工不良防止システムは、レーザ加工用のネスティング作成手段を備えたレーザ加工機において、ＣＡＭまたはＮＣ装置で作成されたネスティングデータにおいて、素材内部への熱の蓄積を最小とする加工順序及び加工ルートを自動的に設定する。
具体的には、
１）．ピアシング加工、円弧加工、直線加工といった各加工種類の加工ごとに、「熱影響領域」という形状を持つ領域を定義する（但し、加工形状が長い素材は、移動指令（セグメント）を更に細分化して、それぞれに熱影響領域を設けることもある）。
２）．各加工で定義された「熱影響領域」には加工終了時間をＣＡＭまたはＮＣ装置に記録する。
３）．内部穴形状加工でも「熱影響領域」を作成する。
４）．各熱影響領域はある一定時間後には、加工可能な温度に下がり、各々の材質及び板厚に対して、熱残存時間のパラメータを指定できる。また、熱残存時間を過ぎた「熱影響領域」は解除される。
５）．加工順序を決定する場合には、原則として、第１優先をＸ軸またはＹ軸の一方向（図８では、Ｘ軸方向）に加工するが、「熱影響領域」の範囲外の製品を自動選択する。
６）．各製品ごとの加工終了時間を見て、設定時間以上到達したものに対しては「熱影響領域」を解除し、再度加工可能と判断する。
７）．製品数が少なく、対象が「熱影響領域」にかからない部品を選択することができない場合には、部品内の「熱影響領域」にかからない加工形状（内部加工穴）を選択する。

本発明は、加工が進行するに伴い、加工物内に常に設定された基準以上の熱が蓄積されなくなり、当初に設定された標準加工条件のまま加工ができるため、高品質な加工を維持でき、長時間無人化運転が可能となる。

図１は、本発明のレーザ加工機の全体構成を示す斜視図、図２は平面図、図３は正面図、図４は要部の斜視図、図５は側面図である。
全体を符号１で示すレーザ加工機は、ベッド１０上に配設されるパレット（テーブル）２０を有し、板状のワークＷ_１が載置される。ベッド１０の長手方向の延長線上にはパレット交換装置１２が配置され、次加工用のワークＷ_２を載置したパレット２０ａが用意されている。

ベッド１０上の両側には、長手方向に沿って一対のガイドレール３４が取付けられており、ガイドレール３４上には、コラム３０がＸ軸方向に移動自在に装備される。

コラム３０のＸ軸上の駆動手段は、例えば、リニアモータが使用されており、ガイドレール３４に設けた固定子と直動ガイド３２に設けた移動子との間でリニアモータが形成される。

コラム３０には、Ｘ軸に直交するＹ軸に沿ってガイドレール４４が設けてあり、サドル４０がＹ軸上で移動自在に装備される。サドル４０は、ガイドレール４４に係合する直動ガイド４２を備え、ガイドレール４４と直動ガイド４２との間でリニアモータが形成される。

サドル４０は、Ｘ軸、Ｙ軸が形成する平面に垂直なＺ軸方向にガイドレールが設けあり、加工ヘッド５０がＺ軸に沿って移動自在に装備される。加工ヘッド５０は、レーザ発振装置７２から送られてくるレーザ光が導入される光学系を備える。

加工ヘッド５０には、レーザ加工工具６０が交換自在に装備される。加工エリアは、カバー９０で覆われ、安全が確保される。ベッド１０に隣接して強電盤７０やレーザ発振装置７２が配設される。オペレータが様々な駆動を指示する操作盤８０は、ベッド１０上の長手方向の端部に配設される。ベッド１０上の操作盤８０に近い方の端部には、レーザ加工工具の段取りステーション１００が装備される。

図６は、レーザ加工工具の段取りステーション１００をテーブル側からみた正面図、図７は平面図である。
レーザ加工工具の段取りステーション１００は、トーチとノズルを備えたレーザ加工工具のツールチェンジマガジン２２０を備えた工具ステーション２００とレーザ加工工具のノズルのノズルチェンジマガジンを備えたノズルステーション３００を備える。

本発明は、上述したレーザ加工機等に適用される加工不良防止システムを提供するものである。
例えば、図８のようなネスティングの場合、素材（１）からＸ軸の正方向へ加工するのを原則とすると図９のような製品Ｋ_１を加工する。
加工後には熱影響領域ＨＢが設定される。

次に、図１０のように、近隣した製品Ａは熱影響領域ＨＢの範囲が重なっているので、熱影響を受けない製品Ｋ_２を次に加工する。製品Ｋ_２の加工が終了すると、同様に製品Ｋ_３，Ｋ_４，Ｋ_５の加工順序に加工をしていく（図１１参照）。

次に、図１２の製品Ｋ_６を加工した段階では、製品Ｋ_１〜Ｋ_３の熱影響領域ＨＢの範囲が、熱残存時間を経過して、なくなっている（温度が下がっている）と考えられる。その場合、製品Ｋ_１〜Ｋ_３の熱影響領域ＨＢを解除して、加工可能な場所を探し、熱影響領域ＨＢの範囲にかからない製品Ｋ_６を加工する。

さらに、図１３の製品Ｋ_７を加工した段階では、製品Ｋ_４及びＫ_５の熱影響領域の範囲が、既に、なくなっている（温度が下がっている）と考えられる。その場合、製品Ｋ_４及びＫ_５の熱影響領域ＨＢを解除して、加工可能な場所を探し、熱影響領域ＨＢの範囲にかからない製品Ｋ_７，Ｋ_８，Ｋ_９の加工順序で加工する。

次に、熱影響領域の設定は、例えば、図１４のような製品形状で、加工開始点Ｐ_１より半時計回りの方向へ加工していき、移動指令（セグメント）単位（ＳＵで示す）で加工終了時間をＣＡＭまたはＮＣ装置に記憶する（図１５参照）。
機械原点Ｐ_０から図１６の製品形状を部分加工領域ごとに図に示すと、図１７〜図１９になる。

図１９−１，図１９−２は、切断加工で定義された熱影響領域ＨＢの形状（薄黒色で示す）を加工終了時間ごとに示した図である。

最終的に製品Ｋ_１の熱影響領域は、図２０に示すようになる。
次に、図１０のように、加工順序を考慮して製品Ｋ_２の加工を行うが、加工終了時間はそのまま次の部品では累積されていく。

図２１は、熱影響領域ＨＢの作成処理を示すフローチャートである。
ステップＳ１０でスタートした処理は、ステップＳ１１でピアシング加工かをチェックし、ピアシング加工であれば、ピアシング加工用の熱影響領域ＨＢの形状を作成し、ピアシング加工の終了時間を記録し、ステップＳ１１へ戻る。

ステップＳ１１でピアシング加工でないと判定されると、ステップＳ１３へ進み、切断加工かをチェックする。ステップＳ１３で切断加工であると判定されると、ステップＳ１４へ進み、切断加工用の熱影響領域ＨＢの形状を作成し、切断加工の終了時間を記録し、ステップＳ１３へ戻る。

ステップＳ１３で切断加工でないと判定されると、ステップＳ１５へ進み、次の製品の加工予定の有無がチェックされ、有ればステップＳ１１へ戻り、無ければステップＳ１６へ進み、処理を終了する。

図２２は、加工順序の設定処理を示すフローチャートである。
ステップＳ２０でスタートした処理は、ステップＳ２１で加工すべき製品等の形状の検索が行われる。次に、ステップＳ２２で未加工形状かがチェックされ、未加工形状でなければステップＳ２１へ戻り、未加工形状であれば、ステップＳ２３でその加工形状にピアシング加工の熱影響領域ＨＢの範囲が重なっていないかがチェックされる。

重なっていれば、ステップＳ２１へ戻り、重なっていないと判定されると、ステップＳ２４へ進み、その加工形状に以前の切断加工による熱影響領域ＨＢの範囲が重なっていないかがチェックされる。
重なっていれば、ステップＳ２１へ戻り、重なっていなければ、ステップＳ２５で加工を開始する。加工終了後は、ステップＳ２６で処理を終了する。

本発明の加工不良防止システムは以上のように、レーザ加工すべき製品の形状等のデータに基づいてネスティングデータを作成する際に、ピアシングと切断加工のパスに沿って、レーザ加工による熱影響を受ける領域を設定し、熱影響が干渉する領域の加工を回避しつつ、製品の加工順序を決定する。
この処理により、加工物内に残留する熱の影響に起因する加工不良を防止することができる。
また、加工終了時間を記録して、加工終了後の放熱を考慮して加工順序を設定することにより、加工能率の向上を図ることができる。

さらに、上述した実施例にあっては、Ｘ軸とＹ軸上の駆動手段には、リニアモータの例を説明したが、ボールねじを用いても本発明を適用することができる。

本発明のレーザ加工機の全体の斜視図。本発明のレーザ加工機の平面図。本発明のレーザ加工機の要部の正面図。本発明のレーザ加工機の要部の斜視図。本発明のレーザ加工機の要部の側面図。レーザ加工工具の段取りステーションの正面図。レーザ加工工具の段取りステーションの平面図。ネスティングにおける加工順序を示す説明図。加工による熱影響領域の設定の説明図。熱影響領域を考慮した加工順序を示す説明図。熱影響領域を考慮した加工順序を示す説明図。熱影響領域を考慮した加工順序を示す説明図。熱影響領域を考慮した加工順序を示す説明図。製品形状に対応する加工パスの説明図。熱影響領域の区分を示す説明図。加工開始点からの加工パスを示す説明図。熱影響領域と加工終了時間の設定を示す説明図。熱影響領域と加工終了時間の設定を示す説明図。熱影響領域と加工終了時間の設定を示す説明図。熱影響領域と加工終了時間の設定を示す説明図。熱影響領域の形状を示す説明図。熱影響領域の作成処理のフローチャート。加工順序の設定処理のフローチャート。従来の加工順序を示す説明図。従来の加工順序を示す説明図。

符号の説明

１レーザ加工機
１０ベッド
２０パレット
３０コラム
４０サドル
５０加工ヘッド
６０レーザ加工工具
７０強電盤
７２レーザ発振装置
８０制御盤
９０カバー
１００レーザ加工工具の段取りステーション
２００レーザ加工機の工具ステーション
ＨＢ熱影響領域

Claims

レーザ加工用のネスティング作成手段を備えたレーザ加工機において、作成されたネスティングデータに基づいて、加工開始点に設けられるピアシングホールの周囲と、加工パスに沿った両側の領域に、加工で発生した熱影響を受ける領域として定義される熱影響領域を設定し、熱影響領域が干渉しない条件で加工順序を決定する手段を備えるレーザ加工機における加工不良防止システム。
各熱影響領域に加工時間に対応する加工終了時間を付与する手段を備える請求項１記載のレーザ加工機における加工不良防止システム。
各熱影響領域に付与された加工終了時間で設定されたレーザ加工後の熱冷却期間が経過した後は、当該熱影響領域を解除し、加工を許容する判断手段を備える請求項２記載のレーザ加工機における加工不良防止システム。