JP2008055438A

JP2008055438A - レーザ加工における加工不良防止システム

Info

Publication number: JP2008055438A
Application number: JP2006232338A
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: 2006-08-29
Filing date: 2006-08-29
Publication date: 2008-03-13
Also published as: EP1894663A3; CN101134264A; US20080053977A1; EP1894663A2

Abstract

【課題】レーザ加工において、素材に蓄積される熱密度をネスティングデータに基いて算出し、加工不良を防止するＮＣプログラムを作成する。
【解決手段】素材Ｂ_１からワークＷ_１〜Ｗ_９を切り出す際に、ネスティング領域Ｎ_１を線Ｓ_１〜Ｓ_４の長さ寸法の合計として定義し、ＮＧ_１とする。ワークＷ_１〜Ｗ_９のレーザ加工長さ寸法は、線長Ｌ_１〜Ｌ_４と丸穴の円周長Ｃ_１を合計し、９倍したものであり、ＬＧ_１と定義される。熱密度ＨＦ_１＝ＬＧ_１／ＮＧ_１として算出し、この熱密度を予め設定したパラメーターと比較し、熱による加工不良を防止する加工手順を設定し、プログラムを作成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ加工における熱蓄積の影響による加工不良を防止するシステムに関する。

レーザ加工においては、ワーク素材にレーザ加工を施していくにつれて、テーブル上に残るワーク素材にレーザ加工による熱が蓄積される。新たにレーザ加工を施そうとするワーク素材の部分の温度が所定の値を超えると、レーザビームを照射しても、良好な加工が実行できず加工不良の原因となる。
下記特許文献１は、本出願人の提案に係り、ネスティングデータに基いて加工の手順を変更して熱影響を防止するシステムを開示している。
特開２００５−３３４９１９号公報

本発明の目的は、上述した先の提案に更に熱密度のアルゴリズムを加味して、より効果的な加工不良防止システムを提供するものである。

上記目的を達成するために、本発明の加工不良防止システムは、基本的手段として、ネスティングデータによりネスティング領域を規定し、その領域を囲む長さ寸法をネスティング範囲寸法ＮＧ_１と定義する工程と、全てのワークに施すレーザ加工の全体の長さ寸法を演算して全体の加工長さ寸法ＬＧ_１を定義する工程と、
熱密度ＨＦ_１＝ＬＧ_１／ＮＧ_１
として演算する工程と、
演算された熱密度ＨＦ_１を予め設定されたパラメーターと比較する工程と、
比較した結果に基いてワークの加工順序を設定してプログラムを作成する工程と、
を備えるものである。
そして、パラメーターは、素材の材質、板厚に応じて設定される。
また、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熱領域を設定する工程と、熱領域が干渉しないようにワークの加工順序を設定して加工プログラムを作成する工程と、
を備えることもできる。
さらに、ワークの加工順序を最適に設定しても熱領域の干渉が避けられないときには、加工再開できるまでの冷却待機時間を加工プログラムに設定する工程と、
を備え、加工プログラムに冷却待機時間が含まれるときには、加工不良が発生する可能性がある旨の警告を出力する工程を備える。

本発明によれば、熱影響をより正確に予測して加工不良を防止することができる。

図１は、板状の金属板素材Ｂ_１に対してレーザ加工を施す際のネスティングを行う手順を示す。
斜線で示すネスティング領域Ｎ_１内に９個のワークＷ_１〜Ｗ_９がネスティングされた場合を示す。
第１のワークＷ_１は、短形の外形形状の中央部に１個の丸穴を有する例を示す。この場合には、第１のワークＷ_１に施すレーザ加工の長さは、外周部の辺の長さ寸法と丸穴の円周長さ寸法となる。

外周部の辺の長さ寸法は、４個の辺Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_３，Ｌ_４の長さ寸法を合計した寸法であり、丸穴の寸法は、穴の円周長さＣ_１である。
図１の実施例では、素材Ｂ_１上に同じ形状のワークが９個ネスティングされ、レーザ加工される例を示す。そこで、全体の加工長さ寸法ＬＧ_１は、１個のワークＷ_１の加工長さ寸法を９倍にした長さ寸法となる。

次に、ネスティング領域Ｎ_１は、実線Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，Ｓ_４の４辺に囲まれた領域である。そこで、この４辺の長さ寸法Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，Ｓ_４を合計した長さ寸法をネスティング範囲寸法ＮＧ_１とする。

本発明にあっては、このＮＧ_１に対するＬＧ_１の比を熱密度（ＨＦ_１）と定義し、
ＨＦ_１（熱密度）＝ＬＧ_１／ＮＧ_１・・・（式１）
として演算する。

図２は、素材Ｂ_１１のネスティング領域Ｎ_１１内に９個のワークＷ_１１〜Ｗ_１９のネスティングがされた状態を示す。
第１のワークＷ_１１は、４個の辺Ｌ_１１，Ｌ_１２，Ｌ_１３，Ｌ_１４に囲まれた短形形状を有し、８個の丸穴Ｃ_１１が加工されたものである。

従って、第１のワークＷ_１１の加工長さは、４つの辺Ｌ_１１，Ｌ_１２，Ｌ_１３，Ｌ_１４の長さ寸法に丸穴の円周寸法Ｃ_１１を８倍した長さを加えた寸法ＬＧ_１１が全加工長さ寸法となる。
同様に、ネスティング領域Ｎ_１１は、４つの辺の長さ寸法Ｓ_１１，Ｓ_１２，Ｓ_１３，Ｓ_１４を合計した長さ寸法ＮＧ_１１として表現される。

図２に示すネスティングの場合の熱密度ＨＦ_１１は、
ＨＦ_１１＝ＬＧ_１１／ＮＧ_１１・・・（式２）
として演算される。

図１のネスティングと図２のネスティングを比較したときに、ワークＷ_１の４つの辺Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_３，Ｌ_４とワークＷ_１１の４つの辺Ｌ_１１，Ｌ_１２，Ｌ_１３，Ｌ_１４は等しいものとし、丸穴Ｃ_１とＣ_１１も同じ寸法とすると、ワークＷ_１１の加工長さ寸法ＬＧ_１１は、ワークＷ_１の加工長さ寸法ＬＧ_１に比べて、丸穴の個数が増加した分だけ長くなる。

同様に、図１のネスティング寸法ＮＧ_１と図２のネスティング寸法ＮＧ_１１がほぼ等しいとすると、
ＨＦ_１１＞ＨＦ_１
となる。
本発明は、上述した熱密度を演算して、レーザ加工不良の発生を予め防止するシステムを構成するものである。

図３は、本発明のシステムによる処理のフロー図である。
ステップＳ１でネスティング指示が与えられると、ステップＳ２でネスティングが実行される。
このネスティングにおいて、図１，図２で説明した熱密度ＨＦをネスティングデータに基いて、演算する。そして、この熱密度ＨＦが予め設定されたパラメーターより大きいと判定されると、警告アラームを表示する。パラメーターは、素材の材質、板厚等により設定される。
次に、ステップＳ３で熱領域を考慮した加工順を設定する。

図４は、熱領域を考慮した加工順を説明する。
図４は、素材Ｂ_３上に９個のワークＷ_２１〜Ｗ_２９がネスティングされた状態を示す。各ワークはレーザによる切断線ＣＬ_１を有する同一の部材として示されている。切断線ＣＬ_１の両側には熱影響を受ける熱領域ＨＢが設定される。この熱領域ＨＢは、レーザ出力、素材の材質、板厚、切断スピード等により設定される。

熱領域ＨＢを考慮しない加工順であれば、隣接するワークＷ_２１，Ｗ_２２，Ｗ_２３，Ｗ_２４・・・Ｗ_２９の順序で加工することが、移動距離が短くてすみ、効率的である。
しかしながら、第１のワークＷ_２１の熱領域ＨＢが隣接する第２のワークＷ_２２の切断線ＣＬ_２の１部と干渉する場合には、この干渉した部分で加工不良が発生するおそれがある。

このような場合には、隣接する第２のワークＷ_２２を飛ばして、第３のワークＷ_２３を２番目に加工する。以下、第７のワークＷ_２７を３番目に加工し、第９のワークＷ_２９を４番目に加工する。この間に第２のワークＷ_２２の熱領域は放熱により冷却され、消滅する。
そこで、第９のワークＷ_２９の加工後に第２のワークＷ_２２に戻り、加工を施す。
以下、同様の加工順で全てのワークを加工する。

上述した熱領域を考慮した加工順を決定した場合でも、放熱する時間が不足して熱影響が残る場合が発生する。この場所を加工する場合には、加工再開が可能になるためドゥエル指令を出力して、加工機を待機状態とする。

さらに、ステップＳ３でＮＣプログラム作成時に、冷却のためのドゥエル時間がプログラム上に出力された場合には、図５に示す「熱影響による加工不良の可能性があります。ネスティングの部品間隔を大きくするか、熱回避用のドゥエルを長く設定してください。」という警告を出力する。
上述した処理を施した後に、ステップＳ４でＮＣプログラムを作成する。

板状の金属板素材に対してレーザ加工を施す際のネスティングを行う手順を示す説明図。素材のネスティング領域内に９個のワークのネスティングがされた状態を示す説明図。本発明のシステムによる処理のフロー図。熱領域を考慮した加工順を示す説明図。熱影響による加工不良発生を警告する出力画面。

符号の説明

Ｂ_１素材
Ｎ_１ネスティング領域
Ｓ_１〜Ｓ_４ネスティング領域を囲む線の長さ寸法
Ｗ_１〜Ｗ_９ワーク
Ｌ_１〜Ｌ_４ワークＷ_１を囲む線の長さ寸法
Ｃ_１丸穴の円周の長さ寸法

Claims

レーザ加工により素材からワークを加工する加工プログラムを作成する際の加工不良防止システムであって、
ネスティングデータによりネスティング領域を規定し、その領域を囲む長さ寸法をネスティング範囲寸法ＮＧ_１と定義する工程と、全てのワークに施すレーザ加工の全体の長さ寸法を演算して全体の加工長さ寸法ＬＧ_１を定義する工程と、
熱密度ＨＦ_１＝ＬＧ_１／ＮＧ_１
として演算する工程と、
演算された熱密度ＨＦ_１を予め設定されたパラメーターと比較する工程と、
比較した結果に基いてワークの加工順序を設定してプログラムを作成する工程と、
を有するレーザ加工における加工不良防止システム。
パラメーターは、素材の材質、板厚に応じて設定される請求項１記載のレーザ加工における加工不良防止システム。
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熱領域を設定する工程と、
熱領域が干渉しないようにワークの加工順序を設定して加工プログラムを作成する工程と、
を有する請求項１記載のレーザ加工における加工不良防止システム。
ワークの加工順序を最適に設定しても熱領域の干渉が避けられないときには、加工再開できるまでの冷却待機時間を加工プログラムに設定する工程と、
を有する請求項３記載のレーザ加工における加工不良防止システム。
加工プログラムに冷却待機時間が含まれるときには、加工不良が発生する可能性がある旨の警告を出力する工程と、
を有する請求項４記載のレーザ加工における加工不良防止システム。