JP2008055441A - レーザ焼入れ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】半導体レーザ発振器を備えた焼入れ装置を提供する。
【解決手段】レーザ焼入れ装置１は、ベッド１０上にＣ軸まわりに回転するテーブル２０を備える。Ｃ軸に直交するＹ軸に沿って移動するコラム３０にはＺ軸に沿って移動する焼入れヘッド４０が装備される。焼入れヘッド４０は半導体レーザ発振器を備える。焼入れヘッドの主軸５０はＢ軸まわりに回転し、トーチＴからレーザビームを照射して、テーブル２０のチャック２２に把持されたワーク表面に焼入れ処理を行う。トーチ自動交換装置１００は、回転するマガジンの外周部に複数のトーチＴが格納され、主軸５０に対してトーチを自動交換する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザトーチ交換装置を備えたレーザ焼入れ装置に関する。
下記特許文献１は、本出願人の提案に係るもので、工作機械の主軸にレーザ焼入れ工具を装着して工作機械内で焼入れを行う技術を開示している。
また、特許文献２は、半導体レーザ装置を開示する。
特開２００５−３３４９５１号公報 特開２００４−１３０３３５号公報
半導体レーザは、スポットが極めて小さなビームを出射することが可能である。このビームを金属部品の表面に照射すると、照射された部分は焼入れ温度まで上昇するが、部品全体の温度は上昇せず、自己冷却効果により、照射部分に焼入れ層が形成される。
本発明の目的は、上述した半導体レーザに着目し、ワークの形状に適した複数のレーザトーチの自動交換装置を備えたレーザ焼入れ装置を提供するものである。
上記目的を達成するために、本発明のレーザ焼入れ装置は、ベッドと、ベッド上に配設されてＣ軸まわりに回転するテーブルと、ベッド上に配設されてＣ軸に直交するＹ軸に沿って移動するコラムと、コラムに支持されてＹ軸に直交するＺ軸に沿って移動する半導体レーザ発振器を有するヘッドと、ヘッドに支持されてＢ軸まわりに旋回動する主軸と、主軸に着脱自在に装着される焼入れトーチと、ベッド上に配設されるトーチ自動交換装置を備えるものである。
そして、トーチ自動交換装置は、回転するマガジンと、マガジンの外周に設けられるトーチホルダと、トーチ交換位置に割り出されたトーチホルダをヘッドの主軸に向けて昇降させる機構を備える。
本発明のレーザ焼入れ装置は、半導体レーザ発振器のレーザビームをワーク表面に照射して、ワークの自己冷却作用により、焼入れを達成するものである。焼入れヘッドの主軸に装着するトーチ自動交換装置を本機内に装備することにより、焼入れに最適なトーチを選択して、焼入れ工程を自動化することができる。
図１は、本発明のレーザ焼入れ装置の概要を示す斜視図である。
全体を符号１で示すレーザ焼入れ装置は、ベッド１０上に装備されるテーブル２０を有し、テーブル２０にはチャック２２が装備される。テーブル２０はＣ軸まわりに回転制御される。ベッド１０上にはＹ軸方向に駆動されるコラム３０が装備され、コラム３０の前面には焼入れヘッド４０がＺ軸方向に摺動自在に設けられる。
焼入れヘッド４０は、主軸５０を有し、主軸５０には焼入れトーチＴが交換自在に装着される。主軸５０はＢ軸まわりに回転制御される。このレーザ焼入れ装置１は、水平面内でＹ軸に直交するＸ軸方向の摺動軸は有しない。Ｘ軸は、主軸５０のＢ軸とテーブル２０の合成軸で構成される。レーザ焼入れ装置１は、強電盤６０やＮＣ装置７０を備える。
焼入れヘッド４０内には半導体レーザユニットが収容され、半導体レーザユニットから出射されたレーザビームは、トーチＴに導かれ、レンズを含む光学系により集光され、チャック２２に把持されたワークの表面にスポットを形成し、焼入れ加工を行う。
ベッド１０上には、テーブル２０に隣接してトーチ自動交換装置１００が装備される。このトーチ自動交換装置１００は、回転マガジンを有し、マガジンの外周部に複数の交換用のトーチＴが格納される。
図２は、主軸５０の概要を示し、主軸５０は、ウォーム機構５１によりＢ軸まわりに旋回動する。主軸５０には焼入れトーチＴが交換可能に装置される。この焼入れトーチＴは折返しミラーＭ１を有し、レーザビームＬＢをノズルＮからＢ軸に直交する方向に照射する。焼入れトーチの構造は、レーザビームをＢ軸方向に照射するもの、Ｂ軸に対して４５度の角度で照射するもの等、ワークの形状に対応して種々のものが用意される。
図３，図４は、トーチ自動交換装置１００の構造を示す説明図である。
ベッド１０側には、ベース１１０が固定され、ベース１１０上にマガジン１２０が旋回動自在に装備される。
マガジン１２０の外周部には、複数のトーチホルダ１３０が配設され、トーチＴを格納する。トーチホルダ１３０の上部には、旋回動するカバー１３４が設けられ、格納されたトーチＴの上部の開口部を保護する。
シリンダ１５０は、後端部をベッド１０側に支持され、ロッド１５２の先端はリンクアーム１５４に連結される。リンクアーム１５４の先端の継手部１５６は、ロッド１６０を昇降動させる。ロッド１６０は、トーチ交換位置に割り出されたトーチホルダ１３０を昇降させる。トーチホルダ１３０は、上昇動と同期してカバー１３４をばねに抗して旋回動させて開く機構を備える。
図５乃至図８は、トーチの自動交換操作を示す。
トーチの交換指令が入ると、図５の（ａ）に示すように、使用済みのトーチＴ１が装着された加工ヘッドの主軸５０は、トーチ自動交換装置１００の上方のＡＴＣ位置へ移動する。図の（ｂ）では、シリンダ１５０が作動して、ロッド１６０が上昇し、ＡＴＣ位置に予め割り出されている使用済みのトーチＴ１を受けとる空のトーチホルダ１３０が上昇する。この上昇により制限ボルト１３２にクランプベースがぶつかる。
更にトーチホルダ１３０が上昇すると回り止めのキー１３６が開放される（ｃ）。
図６の（ｄ）では、カバー１３４が旋回動して、トーチホルダ１３０を開放する。図の（ｅ）では、主軸５０がＺ軸方向に下降して、主軸のトーチＴ１をトーチホルダ１３０に戻し、図の（ｆ）では主軸を上昇、退避させる。
図７の（ｇ）では、シリンダ１５０が戻りストロークを開始し、ロッド１６０を介してトーチホルダ１３０が下降を開始する。この上昇によりカバー１３４が閉じられ、図の（ｈ）では、シリンダ１５０のストロークエンドに達し、トーチホルダ１３０は、定位置に戻る。
図７の（ｉ）では、トーチ自動交換装置１００のマガジン１２０が旋回動して、今回使用されるトーチＴ２を格納したトーチホルダ１３０がＡＴＣ位置に割り出される。
図８の（ｊ）では、シリンダ１５０を作動させ、ロッド１６０を介してトーチホルダ１３０を上昇させ、カバー１３４を開く。
図の（ｋ）では、主軸５０が降下して、トーチＴ２を受け取る。
図の（ｌ）では、今回使用するトーチＴ２が装着された主軸５０と加工ヘッドが上昇し、トーチホルダ１３０を定位置まで下降させ、トーチの自動交換サイクルが完了する。
図９は、上述したトーチの自動交換の手順を示すフロー図である。
本発明のレーザ焼入れ装置の概要を示す斜視図。 主軸の概要を示す説明図。 トーチ自動交換装置の構造を示す説明図。 トーチ自動交換装置の構造を示す説明図。 トーチの自動交換操作を示す説明図。 トーチの自動交換操作を示す説明図。 トーチの自動交換操作を示す説明図。 トーチの自動交換操作を示す説明図。 トーチの自動交換の手順を示すフロー図。
符号の説明
１ レーザ焼入れ装置
１０ ベッド
２０ テーブル
２２ チャック
３０ コラム
４０ 焼入れヘッド
５０ 主軸
１００ トーチ自動交換装置
１２０ マガジン
１３０ トーチホルダ
１５０ シリンダ
１６０ ロッド
Ｔ トーチ

Claims (2)

  1. ベッドと、ベッド上に配設されてＣ軸まわりに回転するテーブルと、ベッド上に配設されてＣ軸に直交するＹ軸に沿って移動するコラムと、コラムに支持されてＹ軸に直交するＺ軸に沿って移動する半導体レーザ発振器を有するヘッドと、ヘッドに支持されてＢ軸まわりに旋回動する主軸と、主軸に着脱自在に装着される焼入れトーチと、ベッド上に配設されるトーチ自動交換装置を備えるレーザ焼入れ装置。
  2. トーチ自動交換装置は、回転するマガジンと、マガジンの外周に設けられるトーチホルダと、トーチ交換位置に割り出されたトーチホルダをヘッドの主軸に向けて昇降させる機構を備える請求項１記載のレーザ焼入れ装置。
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