JP2012000678A - Laser machining method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser machining method for cutting a workpiece with a laser beam, wherein the diameter of a piercing hole is reduced, while the dispersing amount of molten metal is reduced, and a through hole is formed in a short time.SOLUTION: Piercing machining is executed by a first step for irradiating a beam in first piercing conditions, a second step for temporarily stopping the irradiation of beam, and a third step for irradiating the beam again in second piercing conditions. Thus, oxidation combustion reaction is suppressed during piercing to reduce the dispersing amount of molten metal.

Description

本発明は、レーザビームにより被加工物の切断加工を行う際に、被加工物の所定位置に切断加工のスタート点となる貫通穴を形成するレーザ加工方法に関する。   The present invention relates to a laser processing method for forming a through hole serving as a starting point of cutting at a predetermined position of a workpiece when the workpiece is cut by a laser beam.

被加工物の所定位置に、切断加工のスタート点である貫通穴(以下ピアシング穴とも呼ぶ)を形成し、この貫通穴からレーザビーム切断加工を行う工程において、一般的にスタート点に貫通穴を開けるピアシング工程と、このピアシング工程後に、貫通穴から任意の形状に切断加工を行う切断加工工程とからなる。
従来、炭素鋼やステンレス鋼等の厚板におけるレーザ加工では、ピアシング条件に入熱を抑制する効果のあるパルス出力を使用するのが一般的であったが、この方法では板厚の増大に伴いピアシング時間が指数関数的に増大し、生産性向上の妨げとなり、ピアシング時間短縮のために各種方法が提案されてきた。
In a process of forming a through hole (hereinafter also referred to as a piercing hole) as a starting point of cutting at a predetermined position of a workpiece, and performing a laser beam cutting process from this through hole, a through hole is generally formed at the starting point. It comprises a piercing step for opening and a cutting step for cutting the through hole into an arbitrary shape after the piercing step.
Conventionally, in laser processing on thick plates such as carbon steel and stainless steel, it has been common to use pulse output that has the effect of suppressing heat input in the piercing conditions, but with this method, as the plate thickness increases Piercing time increases exponentially, hindering productivity improvement, and various methods have been proposed for shortening piercing time.

ピアシング時間短縮に対しては、連続的にビームを出力するCW(Continuous Wave:連続波形)モードによるビーム照射やデフォーカスビームの照射により金属の酸化燃焼反応を促進させることが効果的であるが、ピアシング時間が短縮される反面、ピアシング穴径の増大、飛散溶融物(以下スパッタと呼ぶ)の増大、被加工物への蓄熱増大など、切断加工に支障を与える多くの問題があった。具体的には、ピアシング穴径の増大は切断加工穴径を増大させ、また、材料の歩留まりを悪化させる。スパッタの増大は、それらが被加工物上に堆積する事により切断時の加工不良確率を増大させ、また、光路系部品、駆動系部品など加工機の損傷の原因となりうる。また、被加工物への蓄熱増大はピアシング加工後の切断加工時の異常燃焼原因となり、切断不良確率を増大させる。   For shortening the piercing time, it is effective to promote the oxidative combustion reaction of the metal by beam irradiation or defocused beam irradiation in CW (Continuous Wave) mode that outputs the beam continuously. While the piercing time is shortened, there are many problems that impede the cutting process, such as an increase in the diameter of the piercing hole, an increase in scattered melt (hereinafter referred to as spatter), and an increase in heat storage on the workpiece. Specifically, the increase in the diameter of the piercing hole increases the diameter of the cut hole and worsens the material yield. The increase in spatter increases the probability of processing failure at the time of cutting due to deposition on the workpiece, and may cause damage to processing machines such as optical path system parts and drive system parts. In addition, an increase in heat storage on the workpiece causes abnormal combustion during cutting after piercing, and increases the probability of defective cutting.

図13はPW(Pulse Wave:パルス波形)モードとCWモードによるピアシング加工により形成される穴断面の模式図を示したものである。一般に、パルスのオン・オフの繰り返しによるPWモードによるピアシング加工は、図13(a)に示すように被加工物W表面近傍にレーザビームLの焦点を合わせることにより、被加工物への入熱量を低減させ、0.5〜1mm程度の開孔径にて加工が可能である。しかし、ピアシング穴h貫通途中での被加工物壁面でのエネルギ吸収が無視できず、板厚の増大に伴いピアシング時間は指数関数的に増大するという欠点がある。それに対し、CWモードによるピアシングは図13(b)に示すように被加工物Wの酸化燃焼反応を促進させるため、デフォーカスされたレーザビームLを照射し、厚板であっても短時間での貫通が可能である。しかし、被加工物の溶融金属量が多いためピアシング穴hの径は5〜10mmと大きく、またピアシング穴hの周囲にスパッタが堆積するという問題がある。   FIG. 13 is a schematic view of a hole cross section formed by piercing processing in a PW (Pulse Wave) mode and a CW mode. In general, in the piercing process in the PW mode by repeating ON / OFF of the pulse, the amount of heat input to the work piece is obtained by focusing the laser beam L near the surface of the work piece W as shown in FIG. Can be processed with a hole diameter of about 0.5 to 1 mm. However, there is a disadvantage that energy absorption at the workpiece wall surface in the middle of the piercing hole h cannot be ignored, and the piercing time increases exponentially as the plate thickness increases. On the other hand, the piercing in the CW mode irradiates the defocused laser beam L in order to accelerate the oxidation combustion reaction of the workpiece W as shown in FIG. Can be penetrated. However, since the workpiece has a large amount of molten metal, the diameter of the piercing hole h is as large as 5 to 10 mm, and there is a problem that spatter accumulates around the piercing hole h.

そこで、ピアシング開始時にレーザ出力を連続出力に設定し、ピアシングの進行途中に前記レーザ出力をパルス出力に変更してピアシングを行うことにより被加工物より生ずるスパッタを低減し、かつピアシング時間を低減させる加工方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。   Therefore, by setting the laser output to continuous output at the start of piercing, and changing the laser output to pulse output during the piercing process, the spattering generated from the workpiece is reduced and the piercing time is reduced. A processing method is disclosed (for example, see Patent Document 1).

特開平10−323781号公報JP-A-10-323781

確かに、特許文献1に開示の方法によれば、CWモードによる加工方法に比べ、スパッタの低減が可能となり、PWモードに比べ加工時間の短縮が可能となる。しかし、特許文献1においては、ピアシング進行途中でCWモードから直ちに連続的にPWモードにレーザ出力条件を変化させるため、CWモードのビーム照射による熱量が、PWモードによる加工においても残留するため、PWモードにおける加工において酸化燃焼反応を効果的に抑制することは困難である。そのため、ピアシング途中で直ちに連続的にパルス出力に変更しても、スパッタが比較的多く、ピアス穴径も大きくなってしまうという問題があった。また、PWモードを併用しているため、加工時間の短縮にも限度があり、更なる改善が必要であった。   Certainly, according to the method disclosed in Patent Document 1, it is possible to reduce spatter as compared with the processing method using the CW mode, and it is possible to reduce the processing time compared to the PW mode. However, in Patent Document 1, since the laser output condition is immediately and continuously changed from the CW mode to the PW mode while the piercing is in progress, the heat amount due to the CW mode beam irradiation remains even in the processing in the PW mode. It is difficult to effectively suppress the oxidative combustion reaction in the processing in the mode. For this reason, even if the pulse output is changed to continuous pulse output immediately during piercing, there is a problem that the spatter is relatively large and the diameter of the piercing hole becomes large. Moreover, since the PW mode is used together, there is a limit to shortening the processing time, and further improvement is necessary.

また、レーザビームの出力条件のみを変更することでピアシング加工を実施しているため、ピアシング加工中に発生するスパッタはピアス穴周囲に残存、固着してしまう。そのため、ピアシング加工の次工程である切断加工において、スパッタとノズルとの接触、スパッタに起因するレーザビームの反射、アシストガスの乱れなど、切断性能が大幅に低下するという問題が依然残っている。   In addition, since the piercing process is performed by changing only the laser beam output conditions, the spatter generated during the piercing process remains and adheres around the piercing hole. Therefore, in the cutting process, which is the next process of the piercing process, there still remains a problem that the cutting performance is greatly deteriorated, such as contact between the sputter and the nozzle, reflection of the laser beam caused by the spatter, and disturbance of assist gas.

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ピアシング穴径を小さく、スパッタ量を低減させ、かつピアシング時間を短縮したピアシング加工を可能とするものである。   The present invention has been made to solve the above problems, and enables piercing processing in which the diameter of the piercing hole is reduced, the amount of spatter is reduced, and the piercing time is shortened.

この発明に係るレーザ加工方法においては、ピアシング加工を行うレーザ加工方法において、第1のピアシング条件にてレーザビームを被加工物に照射しピアシング加工を行う第1の工程と、第1の工程後、レーザビームの照射を停止する第2の工程と、第2の工程後、第1の工程にて加工した部分に第2のピアシング条件にてレーザビームを被加工物に照射しピアシング加工を完了する第3の工程とを備えるとともに、前記第2の工程におけるレーザビームの照射を停止する時間を、この停止する時間の増加に対してスパッタ量が一定値から減少し再度一定値に達した時間としたものである。   In the laser processing method according to the present invention, in the laser processing method for performing piercing processing, a first step of performing piercing processing by irradiating a workpiece with a laser beam under a first piercing condition, and after the first step The second step of stopping the irradiation of the laser beam, and after the second step, the part processed in the first step is irradiated with the laser beam on the workpiece under the second piercing condition to complete the piercing process. A time for stopping the irradiation of the laser beam in the second step, and a time when the sputtering amount decreases from a constant value and reaches a constant value again with respect to the increase of the stopping time. It is what.

本発明は、ピアシング加工途中にビーム停止期間を設けることで、ピアシング加工時に発生するスパッタ量を低減し、短時間で貫通穴を形成することができ、レーザ加工全体の加工時間を短縮することができる。   In the present invention, by providing a beam stop period during piercing processing, the amount of spatter generated during piercing processing can be reduced, through holes can be formed in a short time, and the processing time of the entire laser processing can be shortened. it can.

この発明の実施の形態1を示すレーザ加工装置の構成図である。It is a block diagram of the laser processing apparatus which shows Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1であるレーザ加工方法を実施するためのレーザ出力等の時間変化を示すグラフである。It is a graph which shows time changes, such as a laser output for enforcing the laser processing method which is Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1であるレーザ加工方法を実施するための動作のフローを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the operation | movement for implementing the laser processing method which is Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1であるレーザ加工方法を実施した場合のピアシング穴断面を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the piercing hole cross section at the time of implementing the laser processing method which is Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1であるレーザ加工方法におけるビーム停止時間とスパッタ量の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the beam stop time and sputter | spatter amount in the laser processing method which is Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1であるレーザ加工方法による加工と従来のCWモードでの加工との比較表である。It is a comparison table | surface with the process by the laser processing method which is Embodiment 1 of this invention, and the process in the conventional CW mode. この発明の実施の形態2を示すレーザ加工装置の構成図である。It is a block diagram of the laser processing apparatus which shows Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態2であるレーザ加工方法を実施するためのレーザ出力等の時間変化を示すグラフである。It is a graph which shows time changes, such as a laser output for enforcing the laser processing method which is Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態2であるレーザ加工方法を実施するための動作のフローを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the operation | movement for implementing the laser processing method which is Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態2であるレーザ加工方法によるピアシング品質と実施の形態1とを比較した図である。It is the figure which compared the piercing quality by the laser processing method which is Embodiment 2 of this invention, and Embodiment 1. FIG. この発明の実施の形態3であるレーザ加工方法を実施するためのレーザ出力等の時間変化を示すグラフである。It is a graph which shows time changes, such as a laser output for enforcing the laser processing method which is Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態3であるレーザ加工方法による加工と実施の形態1および2との比較表である。It is a comparison table | surface with Embodiment 1 and 2 of the process by the laser processing method which is Embodiment 3 of this invention. 従来のPWモードおよびCWモードでのレーザ加工方法を実施した場合のピアシング穴断面を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the piercing hole cross section at the time of implementing the laser processing method by the conventional PW mode and CW mode.

実施の形態1.
図1は、本発明を実施するための実施の形態1に係るレーザ加工方法に用いられるレーザ加工装置を示した装置構成図である。
図1において、レーザ発振器1から出射されたレーザビームLは、単数もしくは複数のミラー2により所定の光路を導かれ、加工ヘッド3に入射される。加工ヘッド3内には、レーザビームLを被加工物W上に集光するためのレンズ4が設けられている。レーザビームLは、レンズ4で集光され、加工ヘッド3の先端に設けられたノズル5より被加工物W上に照射される。レーザ発振器1の出力やON/OFFは、加工プログラムが入力されたNC装置からの指令値に基づき、レーザ発振制御回路14により制御される。
被加工物Wは、図示していない加工テーブル上に載置されており、加工テーブルと加工ヘッド3は、図示していない駆動源であるサーボモーター等により、X,Y,Z軸方向に相対的に移動して、所望の加工が行われる。サーボモーター等は、加工プログラムが入力されたNC装置からの指令値に基づき、サーボ制御回路12により制御される。
また、ノズル5と被加工物Wとの距離は、ノズル5もしくはノズル5の近傍に設けられた、図示していないギャップセンサにより検出される。検出された情報はギャップコントローラ11に送られ、ギャップコントローラ11は、NC装置13からの指令値と測定値とを比較し、補正指令をサーボ制御回路12に送り、常にノズル5の高さを指令値に一致させる。
また、NC装置13からの指令値により、アシストガス供給装置6は所定の圧力や種類のアシストガスAを、加工ヘッド内に供給する。供給されたアシストガスAは、ノズル5先端よりレーザビームLと同軸上に噴出されて、被加工物Wの溶融促進および溶融金属の除去等に使用される。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is an apparatus configuration diagram showing a laser processing apparatus used in a laser processing method according to Embodiment 1 for carrying out the present invention.
In FIG. 1, a laser beam L emitted from a laser oscillator 1 is guided through a predetermined optical path by one or a plurality of mirrors 2 and is incident on a machining head 3. A lens 4 for condensing the laser beam L on the workpiece W is provided in the processing head 3. The laser beam L is condensed by the lens 4 and irradiated onto the workpiece W from the nozzle 5 provided at the tip of the processing head 3. The output and ON / OFF of the laser oscillator 1 are controlled by a laser oscillation control circuit 14 based on a command value from an NC apparatus to which a machining program is input.
The workpiece W is placed on a processing table (not shown), and the processing table and the processing head 3 are relatively moved in the X, Y, and Z axis directions by a servo motor or the like as a driving source (not shown). And the desired processing is performed. The servo motor and the like are controlled by the servo control circuit 12 based on a command value from the NC device to which the machining program is input.
The distance between the nozzle 5 and the workpiece W is detected by a nozzle sensor (not shown) provided in the vicinity of the nozzle 5 or the nozzle 5. The detected information is sent to the gap controller 11, which compares the command value from the NC device 13 with the measured value, sends a correction command to the servo control circuit 12, and always commands the height of the nozzle 5. Match the value.
Further, the assist gas supply device 6 supplies a predetermined pressure and type of assist gas A into the machining head according to a command value from the NC device 13. The supplied assist gas A is ejected coaxially with the laser beam L from the tip of the nozzle 5 and is used for promoting the melting of the workpiece W and removing the molten metal.

図2は、本発明を実施するための実施の形態1におけるレーザ加工方法を示すための、レーザ発振器のレーザ発振出力、加工ヘッドの上下動、および加工ヘッドの上下動により制御される被加工物上のビームスポット径の時間変化を示した図である。また、図3は動作のフローを説明するフローチャート図である。以下、図2および図3を用いピアシング加工に関する動作を詳細説明する。   FIG. 2 is a workpiece controlled by the laser oscillation output of the laser oscillator, the vertical movement of the machining head, and the vertical movement of the machining head to show the laser machining method in the first embodiment for carrying out the present invention. It is the figure which showed the time change of the upper beam spot diameter. FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation flow. Hereinafter, the operation related to the piercing process will be described in detail with reference to FIGS.

図2において、ピアシング開始からt1の時間を第1の工程、第1の工程後のt2の時間を第2の工程、第2の工程後のt3の時間を第3の工程と呼ぶことにする。すなわち、本実施の形態では、第1〜第3の工程によりピアシング加工を完了するものである。また、第1の工程にて行われるピアシング加工を第1のピアシング加工と呼び、その加工条件を第1のピアシング条件と呼ぶ。さらに、第3の工程にて行われるピアシング加工を第2のピアシング加工と呼び、その加工条件を第2のピアシング条件と呼ぶ。図3においては、ステップS01とS02が第1の工程に対応し、ステップS03が第2の工程に対応し、ステップS04からS06が第3の工程に対応する。   In FIG. 2, the time t1 from the start of piercing is called the first step, the time t2 after the first step is called the second step, and the time t3 after the second step is called the third step. . That is, in this embodiment, the piercing process is completed by the first to third steps. Further, the piercing process performed in the first step is referred to as a first piercing process, and the processing condition is referred to as a first piercing condition. Furthermore, the piercing process performed in the third step is called a second piercing process, and the processing condition is called a second piercing condition. In FIG. 3, steps S01 and S02 correspond to the first step, step S03 corresponds to the second step, and steps S04 to S06 correspond to the third step.

第1の工程では、第1のピアシング条件にて被加工物WにレーザビームLを照射しアシストガスAを噴射することにより溶融穿孔を開始し(S01)、溶融金属の除去効果を高めるべく、加工ヘッドを所定の高さまで上昇させることでビームスポット径を増大させる(S02)。ここで、加工ヘッド3の上下動は図2に示したように、ジャストフォーカス位置(Hjf)からデフォーカス位置(Hdf)に上昇させる。デフォーカス位置(Hdf)は、従来のCWモードのみでピアシング加工を行う場合のデフォーカス位置と同等の位置である。第1の工程は、溶融金属の除去効果を高める必要があるので、デフォーカス位置で加工を行ってもよいが、上記のように、ジャストフォーカス位置からデフォーカス位置へ変化させることで、デフォーカス位置のみで加工するよりも、さらにスパッタ量を低減することができる。
続く第2の工程では、ピアシング加工が完了する前に酸化燃焼反応を遮断すべく、ビーム照射およびアシストガス噴射を一旦停止させ、停止時間t2を設ける。この段階で溶融穿孔現象は停止し、ピアシング穴径の拡大を抑制する(S03)。
続いて第3の工程では、第2のピアシング条件にて、第1の工程にて加工した部分に、所定の高さ(Hdf)から再度レーザビームLを照射しアシストガスAを噴射することにより溶融穿孔現象を再開させるが、過剰の酸化燃焼反応による穴径拡大を防止させるために、加工ヘッド3をジャストフォーカスの位置(Hjf)まで再び被加工物に接近させ貫通を完了させる(S05)。第3の工程は、スパッタ量を低減する必要があるので、ジャストフォーカス位置で加工を行ってもよいが、前記のように、デフォーカス位置からジャストフォーカス位置へ変化させることで、ジャストフォーカス位置のみで加工するよりも、さらに加工時間を短縮することができる。
以上の動作でピアシング加工は完了となり(S06)、この後、切断条件にて切断が開始される(S07)。
In the first step, melt drilling is started by irradiating the workpiece W with the laser beam L under the first piercing condition and injecting the assist gas A (S01), in order to enhance the effect of removing the molten metal, The beam spot diameter is increased by raising the processing head to a predetermined height (S02). Here, the vertical movement of the machining head 3 is raised from the just focus position (Hjf) to the defocus position (Hdf) as shown in FIG. The defocus position (Hdf) is a position equivalent to the defocus position when piercing is performed only in the conventional CW mode. In the first step, since it is necessary to enhance the effect of removing the molten metal, the processing may be performed at the defocus position. However, as described above, the defocus is changed from the just focus position to the defocus position. The amount of sputtering can be further reduced as compared with processing only at the position.
In the subsequent second step, the beam irradiation and the assist gas injection are temporarily stopped and the stop time t2 is provided in order to block the oxidation combustion reaction before the piercing process is completed. At this stage, the melt drilling phenomenon stops and the expansion of the diameter of the piercing hole is suppressed (S03).
Subsequently, in the third step, the portion processed in the first step is irradiated with the laser beam L again from a predetermined height (Hdf) and the assist gas A is injected under the second piercing condition. The melt drilling phenomenon is resumed, but in order to prevent the hole diameter from expanding due to excessive oxidation combustion reaction, the machining head 3 is again brought close to the just focus position (Hjf) to complete the penetration (S05). In the third step, since it is necessary to reduce the amount of spatter, processing may be performed at the just focus position, but only the just focus position can be obtained by changing from the defocus position to the just focus position as described above. The processing time can be further reduced as compared with the case of processing.
With the above operation, the piercing process is completed (S06), and thereafter, cutting is started under the cutting conditions (S07).

図4は、上記方法により加工されたピアシング穴断面の模式図であり、図4(a)は第1の工程後の図であり、図4(b)は第3の工程後の図である。図4(a)に示したように、第1の工程で選択された第1のピアシング条件により、被加工物Wの板厚の途中までピアシング穴hが形成される。続く第2の工程にてビーム照射が一旦停止することから、途中まで進行した酸化燃焼反応は遮断される。続く第3の工程でレーザビームLが再度照射されるが、余剰な入熱が存在しないため、図4(b)に示したように、小径のピアシング穴hを形成することができる。これにより、スパッタ量を減らすとともに加工時間を短縮することができるのである。   FIG. 4 is a schematic view of a cross section of a piercing hole processed by the above method, FIG. 4 (a) is a view after the first step, and FIG. 4 (b) is a view after the third step. . As shown in FIG. 4A, the piercing hole h is formed halfway through the thickness of the workpiece W according to the first piercing condition selected in the first step. Since the beam irradiation is temporarily stopped in the subsequent second step, the oxidative combustion reaction that has progressed halfway is interrupted. In the subsequent third step, the laser beam L is irradiated again, but since there is no excessive heat input, a small diameter piercing hole h can be formed as shown in FIG. Thereby, the amount of spatter can be reduced and the processing time can be shortened.

これらの工程は加工条件も含め、全てNC装置13にプログラムとして入力されており、NC装置13からの指令値に基づき、レーザ発振制御回路14によりレーザビームLの照射および出力が制御され、ギャップコントローラ11およびサーボ制御回路12により加工ヘッド3の上下動が制御され、アシストガス供給装置6によりアシストガスAの噴射が制御される。   These processes, including the machining conditions, are all input as a program to the NC device 13, and based on the command value from the NC device 13, the irradiation and output of the laser beam L are controlled by the laser oscillation control circuit 14, and the gap controller 11 and the servo control circuit 12 control the vertical movement of the machining head 3, and the assist gas supply device 6 controls the injection of the assist gas A.

ここで、第2の工程におけるビーム停止時間が短すぎると、第1の工程にて発生する熱量が残存し、続く第3の工程におけるビーム照射により過剰な溶融現象を誘発するため、一定以上の時間を設定する必要がある。しかしながら、第2の工程におけるビーム停止時間が長すぎると、結果としてピアシング加工に要する時間、さらにはレーザ加工全体の加工時間が長くなってしまい、レーザ加工の生産性に支障を来たす。よって、第2の工程の時間t2は適切に設定する必要がある。   Here, if the beam stop time in the second step is too short, the amount of heat generated in the first step remains, and an excessive melting phenomenon is induced by beam irradiation in the subsequent third step. It is necessary to set time. However, if the beam stop time in the second step is too long, as a result, the time required for piercing processing and further the processing time for the entire laser processing become longer, which hinders the productivity of laser processing. Therefore, the time t2 of the second step needs to be set appropriately.

図5は、第2の工程におけるビーム停止時間を変化させたときのスパッタ量を測定した実験結果である。本実験にて使用した被加工物等の条件および第1のピアシング条件と第2のピアシング条件は以下の通りである。
<共通条件>
被加工物の材質・板厚:軟鋼(SS400)t19mm
加工レンズ:焦点距離f190.5mm
ノズル径:φ1.7mm
<第1ピアシング条件>
レーザビーム出力:2000W(CWモード)
Z軸移動速度:15000mm/min
アシストガス種類:酸素
アシストガス圧力:0.08MPa
ビームオン時間:0.4sec
ビーム照射開始時の加工ヘッド高さ:材料表面より4.0mm(Hjf)
ビーム照射終了時の加工ヘッド高さ:材料表面より19.0mm(Hdf)
<第2ピアシング条件>
レーザビーム出力:4000W(CWモード)
Z軸移動速度:1000mm/min
アシストガス種類:酸素
アシストガス圧力:0.07MPa
ビームオン時間:0.9sec
ビーム照射開始時の加工ヘッド高さ:材料表面より19.0mm(Hdf)
ビーム照射終了時の加工ヘッド高さ:材料表面より4.0mm(Hjf)
FIG. 5 shows the experimental results of measuring the amount of sputtering when the beam stop time in the second step is changed. The conditions of the workpiece used in this experiment, the first piercing condition, and the second piercing condition are as follows.
<Common conditions>
Workpiece material and plate thickness: Mild steel (SS400) t19mm
Processing lens: Focal length f190.5mm
Nozzle diameter: φ1.7mm
<First piercing condition>
Laser beam output: 2000W (CW mode)
Z-axis moving speed: 15000mm / min
Assist gas type: oxygen Assist gas pressure: 0.08 MPa
Beam on time: 0.4 sec
Processing head height at the start of beam irradiation: 4.0 mm (Hjf) from the material surface
Processing head height at the end of beam irradiation: 19.0 mm (Hdf) from the material surface
<Second piercing condition>
Laser beam output: 4000W (CW mode)
Z-axis moving speed: 1000 mm / min
Assist gas type: oxygen Assist gas pressure: 0.07 MPa
Beam on time: 0.9 sec
Processing head height at the start of beam irradiation: 19.0 mm (Hdf) from the material surface
Processing head height at the end of beam irradiation: 4.0 mm (Hjf) from material surface

図5により、t2が0.3秒を超えるとスパッタ量が減少し始め、0.5秒以上で略一定となることが判る。よって、スパッタ量の減少という観点からは、第2の工程におけるビーム停止時間を約0.5秒以上とすればよい。更に加工時間の短縮を考慮すると、t2を約0.5秒に設定することが適切である。
また、図5においては板厚19mmの軟鋼(SS400)の加工結果を示したが、板厚が12mm、16mm、22mmのものについても同様の実験を行い、図4と同様の結果が得られており、板厚によらずt2は0.5秒程度が最適値であるといえる。
As can be seen from FIG. 5, when t2 exceeds 0.3 seconds, the amount of spatter starts to decrease and becomes substantially constant after 0.5 seconds or more. Therefore, from the viewpoint of reducing the amount of sputtering, the beam stop time in the second step may be about 0.5 seconds or more. Furthermore, considering shortening of the processing time, it is appropriate to set t2 to about 0.5 seconds.
5 shows the processing result of mild steel (SS400) with a plate thickness of 19 mm, but the same experiment was performed with plate thicknesses of 12 mm, 16 mm, and 22 mm, and the same results as in FIG. 4 were obtained. It can be said that the optimum value of t2 is about 0.5 seconds regardless of the plate thickness.

ここで、上記第1のピアシング条件と第2のピアシング条件は、本実施の形態に係る加工方法の一例であり、特に上記条件に限定されるものではなく、被加工物の板厚や材質によって適宜設定すればよい。ただし、加工品質と加工時間を考慮し、以下の条件を満たすことが望ましい。
第1のピアシング条件は、板厚途中までの穿孔と急速にビームスポット径を増大させるために、第2のピアシング条件と比較し、低出力かつZ軸の上方への移動速度を大きくし、ビーム照射時間を短く設定することが望ましい。また、第2のピアシング条件は、板厚途中まで穿孔が進行したピアシング穴に対し、酸化燃焼反応を再び促進させ、かつ穿孔効率を高めることから、第1のピアシング条件と比較し、高出力かつZ軸の下方への移動速度を小さくし、ビーム照射時間を長く設定することが望ましい。
Here, the first piercing condition and the second piercing condition are examples of the processing method according to the present embodiment, and are not particularly limited to the above conditions, and depend on the plate thickness and material of the workpiece. What is necessary is just to set suitably. However, it is desirable to satisfy the following conditions in consideration of the processing quality and processing time.
In the first piercing condition, in order to increase the beam spot diameter rapidly and drilling to the middle of the plate thickness, compared with the second piercing condition, the output speed is increased and the moving speed upward of the Z-axis is increased. It is desirable to set the irradiation time short. Further, the second piercing condition promotes the oxidative combustion reaction again for the piercing hole in which the drilling has progressed to the middle of the plate thickness, and increases the drilling efficiency. Therefore, compared with the first piercing condition, the high output and It is desirable to set the beam irradiation time longer by decreasing the moving speed below the Z axis.

次に、本実施の形態における加工方法の効果を説明する。図6は、従来のCWモードによるピアシング加工と、本実施の形態によるピアシング加工による、ピアシング穴径、ピアシング時に発生するスパッタ量、加工時間の比較をしたものである。本実施の形態の加工条件は、上記加工条件とし、第2の工程の時間t2は、0.5秒とした。被加工物は、上記と同様の板厚19mmの軟鋼SS400材を使用した。従来のピアシング条件は以下の通りである。
<従来のピアシング条件>
レーザビーム出力:4000W(CWモード)
アシストガス種類:酸素
アシストガス圧力:0.08MPa
ビームオン時間:1.0sec
ビーム照射時の加工ヘッド高さ:材料表面より19.0mm(一定)
Next, the effect of the processing method in the present embodiment will be described. FIG. 6 compares the diameter of the piercing hole, the amount of spatter generated during piercing, and the processing time between the piercing process in the conventional CW mode and the piercing process according to the present embodiment. The processing conditions of the present embodiment were the above processing conditions, and the time t2 of the second step was 0.5 seconds. As a workpiece, a mild steel SS400 material having a plate thickness of 19 mm similar to the above was used. Conventional piercing conditions are as follows.
<Conventional piercing conditions>
Laser beam output: 4000W (CW mode)
Assist gas type: oxygen assist gas pressure: 0.08 MPa
Beam on time: 1.0 sec
Processing head height during beam irradiation: 19.0 mm (constant) from material surface

本実施の形態の加工時間は、
0.4秒(第1の工程)+0.5秒(第2の工程)+0.9秒(第3の工程)=1.8秒
となり、図6に示したように、従来のCWモードによる加工方法の加工時間1.0秒と比較し、やや悪化している。しかし、ピアシング穴径は40%小さくなり、これによりスパッタ量も約30%以上低減させることができる。
The processing time of this embodiment is
0.4 seconds (first step) +0.5 seconds (second step) +0.9 seconds (third step) = 1.8 seconds, as shown in FIG. 6, according to the conventional CW mode. Compared with the processing time of 1.0 second of the processing method, it is a little worse. However, the diameter of the piercing hole is reduced by 40%, so that the amount of spatter can be reduced by about 30% or more.

また、従来のPWモードによるピアシング加工条件で、板厚19mmの軟鋼SS400に貫通穴を加工した場合、加工時間は約20秒必要であり、本実施の形態はPWモードに比べ1/10以下の時間で貫通穴を加工することができる。   Further, when a through hole is machined in a mild steel SS400 having a plate thickness of 19 mm under the piercing process conditions in the conventional PW mode, the machining time is about 20 seconds, and this embodiment is 1/10 or less compared to the PW mode. Through holes can be machined in time.

このように、被加工物の所定位置に切断加工のスタート点である貫通穴を開けるピアシング加工の加工方法において、第1のピアシング条件にてビームを照射する第1の工程と、一旦ビーム照射を停止する第2の工程と、第2のピアシング条件にて再度ビームを照射する第3の工程からなる加工方法を用いることにより、ピアシング穴径を小さくすることができスパッタ量を低減することができる。さらには加工時間の短縮、生産性の向上を図ることができる。   In this way, in the piercing processing method of making a through hole that is a starting point of cutting processing at a predetermined position of the workpiece, the first step of irradiating the beam under the first piercing condition, and once beam irradiation By using the processing method including the second step of stopping and the third step of irradiating the beam again under the second piercing condition, the diameter of the piercing hole can be reduced and the amount of spatter can be reduced. . Furthermore, the processing time can be shortened and the productivity can be improved.

実施の形態2.
実施の形態1においては、ピアシング加工中に、レーザ出力、加工ヘッドの上下動により制御できる被加工物上のビームスポット径を変化させ、ビーム停止時間を設け、スパッタ量を減少させた。本実施の形態においては、それらの動作に加え、エアーおよびスパッタ付着防止剤をピアシング穴付近に噴射することにより、ピアシング穴周囲のスパッタの残存、固着を防止するものである。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, during the piercing process, the beam spot diameter on the workpiece that can be controlled by the laser output and the vertical movement of the machining head is changed, the beam stop time is provided, and the sputtering amount is reduced. In the present embodiment, in addition to these operations, air and spatter adhesion preventive agent are sprayed near the piercing hole, thereby preventing spatter remaining and adhering around the piercing hole.

図7は、本発明を実施するための実施の形態2に係るレーザ加工方法に用いられるレーザ加工装置を示した装置構成図である。実施の形態1のレーザ加工装置の図1に、サイドノズルからエアーを噴射する機構、およびスパッタ付着防止剤を噴射する機構を加えた構成となっている。以下、図1からの追加部分について説明する。
図7において、NC装置13からの指令値により、サイドガス供給装置8は所定の圧力のエアーSをサイドノズル7に供給する。供給されたエアーSは、サイドノズル7より被加工物W上のピアシング穴h周辺に噴射されて、ピアシング穴h周囲のスパッタの除去に使用される。ここで、サイドノズル7は加工ヘッド3に固定されており、加工ヘッド3とともに上下動する。
また、NC装置13からの指令値により、スパッタ付着防止剤供給装置9は所定の圧力のスパッタ付着防止剤Oをスパッタ付着防止剤噴射ノズル10に供給する。ここで、スパッタ付着防止剤とは、被加工物Wへのスパッタの固着を防止するための、離型剤もしくは油分を成分とするものである。供給されたスパッタ付着防止剤Oは、スパッタ付着防止剤噴射ノズル10より被加工物W上のピアシング穴h周辺に噴射されて、ピアシング穴周囲のスパッタ固着の防止に使用される。サイドノズル7は加工ヘッド3とともに上下動するが、スパッタ付着防止剤噴射ノズル10は、スパッタ付着防止剤Oがノズル5等に付着しないように、独立して固定されている。そして、スパッタ付着防止剤Oを噴射するときは、加工ヘッド3は退避位置まで上昇しておく。
FIG. 7 is an apparatus configuration diagram showing a laser processing apparatus used in the laser processing method according to Embodiment 2 for carrying out the present invention. The structure of FIG. 1 of the laser processing apparatus of the first embodiment is configured by adding a mechanism for injecting air from a side nozzle and a mechanism for injecting a spatter adhesion preventing agent. Hereinafter, additional portions from FIG. 1 will be described.
In FIG. 7, the side gas supply device 8 supplies air S having a predetermined pressure to the side nozzle 7 in accordance with a command value from the NC device 13. The supplied air S is jetted around the piercing hole h on the workpiece W from the side nozzle 7 and used to remove spatter around the piercing hole h. Here, the side nozzle 7 is fixed to the processing head 3 and moves up and down together with the processing head 3.
Further, according to a command value from the NC device 13, the spatter adhesion preventing agent supply device 9 supplies spatter adhesion preventive agent O having a predetermined pressure to the spatter adhesion preventive agent injection nozzle 10. Here, the spatter adhesion preventing agent includes a release agent or an oil component for preventing spatter sticking to the workpiece W. The supplied spatter adhesion preventing agent O is sprayed around the piercing hole h on the workpiece W from the spatter adhesion preventing agent spray nozzle 10 and used for preventing spatter adhesion around the piercing hole. The side nozzle 7 moves up and down together with the processing head 3, but the spatter adhesion preventing agent spray nozzle 10 is independently fixed so that the spatter adhesion preventing agent O does not adhere to the nozzle 5 and the like. When the spatter adhesion preventing agent O is sprayed, the processing head 3 is raised to the retracted position.

図8は、本発明を実施するための実施の形態2におけるレーザ加工方法を示すための、レーザ発振器のレーザ発振出力、加工ヘッドの上下動、加工ヘッドの上下動により制御される被加工物に照射されるビームスポット径、スパッタ付着防止剤の吹き付け圧、およびサイドノズルエアー圧の時間変化を示した図である。また、図9は動作のフローを説明するフローチャート図である。   FIG. 8 shows a workpiece controlled by the laser oscillation output of the laser oscillator, the vertical movement of the machining head, and the vertical movement of the machining head to show the laser machining method in the second embodiment for carrying out the present invention. It is the figure which showed the time change of the beam spot diameter irradiated, the spraying pressure of a spatter adhesion inhibitor, and the side nozzle air pressure. FIG. 9 is a flowchart for explaining the operation flow.

図8において、実施の形態1と同様に、第1〜第3の工程の時間はそれぞれt1〜t2に対応する。また図9においては、ステップS20〜S02が第1の工程に対応し、ステップS21とS22が第2の工程に対応し、ステップS04〜S06が第3の工程に対応する。実施の形態1と異なる点は、第1の工程にて第1のピアシング加工前にスパッタ付着防止剤を噴射する点と、第2の工程でエアーおよびスパッタ付着防止剤を噴射する点と、第3の工程で第2のピアシング加工後にエアーを噴射する点である。   In FIG. 8, as in the first embodiment, the times of the first to third steps correspond to t1 to t2, respectively. In FIG. 9, steps S20 to S02 correspond to the first process, steps S21 and S22 correspond to the second process, and steps S04 to S06 correspond to the third process. The difference from the first embodiment is that the spatter adhesion preventing agent is injected before the first piercing process in the first step, the air and the spatter adhesion preventive agent are injected in the second step, It is a point which injects air after the 2nd piercing process by 3 processes.

以下、図8および図9を用いピアシング加工に関する動作を詳細説明する。
まず、第1の工程にて、加工ヘッド3を退避位置(He)まで上昇させ、スパッタ付着防止剤噴射ノズル9よりスパッタ付着防止剤Oを噴射する(S20)。次に、第1のピアシング条件にて被加工物にレーザビームLを照射しアシストガスAを噴射することにより溶融穿孔を開始する(S01)。そして、穿孔途中に加工ヘッド3を所定の高さまで上昇させることでビームスポット径を増大させ、溶融穿孔現象を促進させる(S02)。加工ヘッド3の上下動させる高さの設定は、実施の形態1と同様である。
続く第2の工程では、ビーム照射およびアシストガス噴射を一旦停止し、サイドノズル7よりエアーSを噴出させ、第1の工程にて発生したスパッタを加工部から除去する(S21)。この段階で溶融穿孔現象は停止し、ピアシング穴径の拡大が抑制される。その後、加工ヘッド3を退避位置(He)まで上昇させ、再度スパッタ付着防止剤Oを加工部分に噴射する(S22)。これは最初に噴射したスパッタ付着防止剤Oが第1ピアシング加工のビーム照射およびアシストガス噴射により揮発、除去されるためである。
続いて第3の工程で、加工ヘッド3を所定の高さ(Hdf)にし、第1の工程にて加工した部分に再度レーザビームLを照射しアシストガスAを噴射することにより溶融穿孔現象を再開させるが、過剰の酸化燃焼反応による穴径拡大を防止させるために、加工ヘッド3をジャストフォーカスの位置(Hjf)まで再び被加工物に接近させ貫通を完了させる(S05)。その後、ビーム照射およびアシストガスの噴射を停止する。そして、サイドノズル7よりエアーSを噴射することで、第2ピアシング加工のビーム照射にて発生したスパッタを加工部より除去する(S23)。以上の動作でピアシング加工は完了となり(S06)、この後、切断条件にて切断が開始される(S07)。
Hereinafter, operations related to the piercing process will be described in detail with reference to FIGS. 8 and 9.
First, in the first step, the machining head 3 is raised to the retracted position (He), and the spatter adhesion preventive agent O is ejected from the spatter adhesion preventive spray nozzle 9 (S20). Next, melt drilling is started by irradiating the workpiece with the laser beam L under the first piercing condition and injecting the assist gas A (S01). Then, by raising the machining head 3 to a predetermined height during drilling, the beam spot diameter is increased and the melt drilling phenomenon is promoted (S02). The setting of the height for moving the machining head 3 up and down is the same as in the first embodiment.
In the subsequent second process, the beam irradiation and the assist gas injection are temporarily stopped, the air S is ejected from the side nozzle 7, and the sputter generated in the first process is removed from the processing part (S21). At this stage, the melt drilling phenomenon stops and the expansion of the diameter of the piercing hole is suppressed. Thereafter, the machining head 3 is raised to the retracted position (He), and the spatter adhesion preventing agent O is again sprayed onto the machining portion (S22). This is because the spatter adhesion preventing agent O injected first is volatilized and removed by beam irradiation and assist gas injection in the first piercing process.
Subsequently, in the third step, the machining head 3 is set to a predetermined height (Hdf), the portion processed in the first step is irradiated again with the laser beam L, and the assist gas A is injected, thereby causing the melt drilling phenomenon. In order to prevent the hole diameter from expanding due to excessive oxidation combustion reaction, the machining head 3 is again brought close to the just focus position (Hjf) to complete the penetration (S05). Thereafter, the beam irradiation and the assist gas injection are stopped. And the sputter | spatter which generate | occur | produced by the beam irradiation of the 2nd piercing process is removed from a process part by injecting the air S from the side nozzle 7 (S23). With the above operation, the piercing process is completed (S06), and thereafter, cutting is started under the cutting conditions (S07).

上記のように、第1のピアシング加工と第2のピアシング加工の各加工前に、スパッタ付着防止剤を噴射することでスパッタを付着し難くし、各加工後に、サイドノズルよりエアーを噴射させスパッタを吹き飛ばして除去することにより、ピアシング穴周囲のスパッタの残存、固着を効果的に防止することができる。   As described above, before each processing of the first piercing processing and the second piercing processing, it is made difficult to adhere spatter by spraying a spatter adhesion preventing agent, and after each processing, air is sprayed from the side nozzle to cause spattering. Blowing off and removing can effectively prevent the spatter remaining around the piercing hole and sticking.

次に、本実施の形態の実施結果を説明する。加工条件は、被加工物等および第1のピアシング条件と第2のピアシング条件は実施の形態1と同一とする。加工時間は以下の通りとなる。第1の工程は、スパッタ付着防止剤の噴射工程が約1.2秒必要であるので、計t1=1.2+0.4=1.6秒となり、第3の工程は、エアーの噴射工程が約1.0秒必要であるので、計t3=0.9+1.0=1.9秒となる。第2の工程は、スパッタ付着防止剤およびエアーの噴射工程に約1.9秒必要であるが、図5よりビーム停止時間は0.5秒以上であればスパッタ量は変化しないので、t2=1.9秒に設定した。よって、加工時間はt1+t2+t3=5.4秒となり、実施の形態1の加工時間1.8秒に比較すると3倍の時間が必要となる。また、ピアシング穴径およびスパッタ量は、実施の形態1と同等である。   Next, an implementation result of the present embodiment will be described. The processing conditions are the same as those in the first embodiment for the workpiece and the first piercing condition and the second piercing condition. Processing time is as follows. The first step requires about 1.2 seconds for the spatter adhesion preventing agent injection step, so the total t1 = 1.2 + 0.4 = 1.6 seconds, and the third step includes the air injection step. Since about 1.0 seconds are required, the total t3 = 0.9 + 1.0 = 1.9 seconds. In the second step, about 1.9 seconds are required for the spatter adhesion preventing agent and the air injection step, but from FIG. 5, if the beam stop time is 0.5 seconds or more, the amount of spatter does not change, so t2 = Set to 1.9 seconds. Therefore, the processing time is t1 + t2 + t3 = 5.4 seconds, which is three times longer than the processing time of 1.8 seconds in the first embodiment. Further, the diameter of the piercing hole and the amount of sputtering are the same as those in the first embodiment.

図10は、実施の形態1と本実施の形態におけるピアシング穴周囲のスパッタの付着状況を比較したものである。これより実施の形態1のピアシング条件ではピアシング穴周囲にスパッタが大きく残留、固着しているのに対し、実施の形態2においては、それらが極めて少ないことが確認できる。   FIG. 10 is a comparison of spatter adhesion around the piercing hole in the first embodiment and the present embodiment. From this, it can be confirmed that, under the piercing conditions of the first embodiment, large amounts of spatter remain and adhere around the piercing holes, whereas in the second embodiment, they are extremely small.

このように、実施の形態2においては、実施の形態1に比較し加工時間は増加するが、ピアシング加工中に発生するスパッタのピアス穴周囲への残存、固着を効果的に抑制することができる。これにより、ピアシング加工の次工程である切断加工において、溶融飛散物とノズルとの接触、スパッタに起因するレーザビームの反射、アシストガスの乱れなど、切断性能が大幅に低下させる要因を取り除き、高品質で安定なレーザ加工を実現することができる。   As described above, in the second embodiment, the processing time increases as compared with the first embodiment, but it is possible to effectively suppress the spatter remaining around the pierced hole and sticking generated during the piercing process. . As a result, in the cutting process, which is the next process of the piercing process, the factors that significantly reduce the cutting performance, such as contact between the molten scattered matter and the nozzle, reflection of the laser beam caused by sputtering, and disturbance of assist gas, are eliminated. Quality and stable laser processing can be realized.

実施の形態3.
実施の形態1および2においては、第1のピアシング条件および第2のピアシング条件ともCWモードであった。本実施の形態では、実施の形態1および2よりもピアシング穴径をさらに小さくし、ピアシング穴の品質向上を優先した加工方法を提供するものであり、第2のピアシング条件をPWモードとしたものである。
Embodiment 3 FIG.
In the first and second embodiments, the first piercing condition and the second piercing condition are both in the CW mode. In the present embodiment, the diameter of the piercing hole is made smaller than those in the first and second embodiments, and a processing method giving priority to improving the quality of the piercing hole is provided, and the second piercing condition is set to the PW mode. It is.

図11は、本発明を実施するための実施の形態3におけるレーザ加工方法を示すための、レーザ発振器のレーザ発振出力、加工ヘッドの上下動、および加工ヘッドの上下動により制御される被加工物上のビームスポット径の時間変化を示した図である。実施の形態1の図2と比較した場合、第3の工程が異なる。実施の形態1における第2のピアシング加工は、デフォーカスからジャストフォーカスに変化させたCWモードを使用したが、本実施の形態では、第2のピアシング加工にジャストフォーカスさせた集光ビームによるPWモードを使用することが特徴である。
第3工程にてPWモードを用いることにより、第3工程でのピアシング穴径をさらに小さくすることができ、ピアシング穴の品質向上を図ることができる。
FIG. 11 is a workpiece controlled by the laser oscillation output of the laser oscillator, the vertical movement of the machining head, and the vertical movement of the machining head to show the laser machining method in the third embodiment for carrying out the present invention. It is the figure which showed the time change of the upper beam spot diameter. When compared with FIG. 2 of the first embodiment, the third step is different. In the second piercing process in the first embodiment, the CW mode changed from defocus to just focus is used, but in this embodiment, the PW mode using the focused beam that is just focused in the second piercing process. It is a feature to use.
By using the PW mode in the third step, the diameter of the piercing hole in the third step can be further reduced, and the quality of the piercing hole can be improved.

次に、本実施の形態の実験結果を説明する。実験にて使用した被加工物等および第1のピアシング条件は、実施の形態1と同条件である。また、第2工程のビーム停止時間も、実施の形態1と同様の0.5秒の設定である。第2のピアシング条件は以下の通りである。
<第2ピアシング条件>
レーザ出力:1000W(PWモード)
パルス周波数:100Hz
パルスデューティ:20%
アシストガス種類:酸素
アシストガス圧力:0.07MPa
ビームオン時間:3.0sec
ビーム照射時の加工ヘッド高さ:材料表面から4.0mm(一定)
Next, experimental results of the present embodiment will be described. The workpiece and the like used in the experiment and the first piercing conditions are the same as those in the first embodiment. Also, the beam stop time in the second step is set to 0.5 seconds as in the first embodiment. The second piercing condition is as follows.
<Second piercing condition>
Laser output: 1000W (PW mode)
Pulse frequency: 100Hz
Pulse duty: 20%
Assist gas type: oxygen Assist gas pressure: 0.07 MPa
Beam on time: 3.0 sec
Processing head height during beam irradiation: 4.0 mm (constant) from material surface

図12は、上記条件による加工のピアシング時間、ピアシング穴径、スパッタ量を、実施の形態1および2と比較した表である。ここで、ピアシング穴径は被加工物Wの表面の穴径であり、実施の形態1〜3までは第1のピアシング条件は同一であるので、同一の径となる。しかし、本実施の形態は、第2のピアシング条件にPWモードを採用しているため、被加工物の加工底面の穴径が他の実施の形態よりも小さくなっており、スパッタ量が少なくなっている。ここで定めるピアシング加工時間は、ビーム照射時間以外の工程も含めた時間である。
実施の形態1〜3においては、一般にピアシング時間が長いほどスパッタ量は少なくなる傾向にあるが、要求される加工時間、加工品質、加工安定性に応じて適正なピアシング方法を選択することが可能である。例えば、多数の穴開けのためにピアシング加工の回数が多くなる場合には、加工時間短縮のために実施の形態1を採用することが望ましく、複雑な切断加工線のためピアシング穴付近を加工ヘッドが横切る場合が多い加工においては、固着したスパッタによる加工品質の劣化や、固着したスパッタと加工ヘッドの衝突を防止するために、スパッタの付着が少ない実施の形態2、もしくはスパッタ量自体が少ない実施の形態3を採用することが望ましい。
FIG. 12 is a table comparing the piercing time, the piercing hole diameter, and the sputtering amount of the processing under the above conditions with the first and second embodiments. Here, the diameter of the piercing hole is the diameter of the surface of the workpiece W. Since the first piercing condition is the same up to the first to third embodiments, the diameter is the same. However, since this embodiment employs the PW mode as the second piercing condition, the hole diameter on the bottom surface of the workpiece is smaller than in other embodiments, and the amount of spatter is reduced. ing. The piercing processing time determined here is a time including a process other than the beam irradiation time.
In the first to third embodiments, the spatter amount tends to decrease as the piercing time is longer. However, an appropriate piercing method can be selected according to the required processing time, processing quality, and processing stability. It is. For example, when the number of times of piercing is increased due to a large number of holes, it is desirable to adopt the first embodiment in order to shorten the processing time, and the processing head is located near the piercing holes for complicated cutting lines. In processing that often crosses, in order to prevent deterioration in processing quality due to fixed spatter and collision between the fixed sputter and the processing head, Embodiment 2 with less spatter adherence or a small amount of spatter itself is performed. It is desirable to adopt the third form.

なお、実施の形態3では、実施の形態2で行ったようなスパッタの除去を目的としたサイドエアーの噴射、スパッタの残存、固着の防止を目的としたスパッタ付着防止剤の噴射の動作を実行していないが、これらの動作を含めることによりさらにピアシング能力を向上させる効果があることは言うまでもない。   In the third embodiment, the side air injection for the purpose of removing spatter as in the second embodiment, and the spatter adhesion preventing agent injection for the purpose of preventing spatter remaining and sticking are executed. However, it goes without saying that the inclusion of these operations has the effect of further improving the piercing capability.

1 レーザ発振器、2 ミラー、3 加工ヘッド、4 レンズ、5 ノズル、6 アシストガス供給装置、7 サイドガスノズル、8 サイドガス供給装置、9 スパッタ付着防止剤供給装置、10 スパッタ付着防止剤噴射ノズル、11 ギャップコントローラ、12 サーボ制御回路、13 NC装置、14 レーザ発振制御回路、L レーザビーム、A アシストガス、W 被加工物、h ピアシング穴、S エアー、O スパッタ付着防止剤 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser oscillator, 2 Mirror, 3 Processing head, 4 Lens, 5 Nozzle, 6 Assist gas supply device, 7 Side gas nozzle, 8 Side gas supply device, 9 Spatter adhesion prevention agent supply device, 10 Spatter adhesion prevention agent injection nozzle, 11 Gap controller, 12 Servo control circuit, 13 NC unit, 14 Laser oscillation control circuit, L Laser beam, A assist gas, W Work piece, h Piercing hole, S air, O Spatter adhesion inhibitor

Claims (12)

ピアシング加工を行うレーザ加工方法において、
第1のピアシング条件にてレーザビームを被加工物に照射し被加工物の板厚の途中までピアシング穴を形成する加工を行う第1の工程と、
第1の工程後、レーザビームの照射を所定の時間停止する第2の工程と、
第2の工程後、第1の工程にて加工した部分に第2のピアシング条件にてレーザビームを照射しピアシング穴を貫通させる加工を完了する第3の工程とを備えるとともに、
前記第2の工程における所定の時間は、
前記第2工程にてレーザビームの照射を停止する時間の増加に対して、前記第1から第3の工程によるピアシング加工により発生するスパッタ量が一定値から減少し再度一定値へと変化する関係において、このスパッタ量が減少し再度一定値に達した時間を前記所定の時間としたレーザ加工方法。
In the laser processing method for piercing processing,
A first step of irradiating a workpiece with a laser beam under a first piercing condition to form a piercing hole halfway through the thickness of the workpiece;
A second step of stopping irradiation of the laser beam for a predetermined time after the first step;
After the second step, and a third step of completing the processing of irradiating the laser beam to the portion processed in the first step under the second piercing condition to penetrate the piercing hole,
The predetermined time in the second step is
A relation in which the amount of spatter generated by the piercing processing in the first to third steps decreases from a constant value and changes to a constant value again with an increase in the time during which the laser beam irradiation is stopped in the second step. In the laser processing method, the time when the amount of sputtering decreases and reaches a predetermined value again is set as the predetermined time.
前記第1のピアシング条件にて、連続波形モードを選択したことを特徴とする請求項1に記載のレーザ加工方法。 The laser processing method according to claim 1, wherein a continuous waveform mode is selected under the first piercing condition. 前記第1のピアシング条件にて、ビームスポット径を変化させることを特徴とする請求項2に記載のレーザ加工方法。 3. The laser processing method according to claim 2, wherein a beam spot diameter is changed under the first piercing condition. 前記ビームスポット径の変化は、ジャストフォーカス状態からデフォーカス状態へ変化させることを特徴とする請求項3に記載のレーザ加工方法。 4. The laser processing method according to claim 3, wherein the beam spot diameter is changed from a just focus state to a defocus state. 前記第2のピアシング条件にて、連続波形モードを選択したことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のレーザ加工方法。 The laser processing method according to any one of claims 1 to 4, wherein a continuous waveform mode is selected under the second piercing condition. 前記第2のピアシング条件にて、ビームスポット径を変化させることを特徴とする請求項5に記載のレーザ加工方法。 6. The laser processing method according to claim 5, wherein a beam spot diameter is changed under the second piercing condition. 前記ビームスポット径の変化は、デフォーカス状態からジャストフォーカス状態へ変化させることを特徴とする請求項6に記載のレーザ加工方法。 7. The laser processing method according to claim 6, wherein the beam spot diameter is changed from a defocus state to a just focus state. 前記第2のピアシング条件にて、パルス波形モードを選択したことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のレーザ加工方法。 The laser processing method according to any one of claims 1 to 4, wherein a pulse waveform mode is selected under the second piercing condition. 前記第2のピアシング条件にて、ビームスポット径を一定としたことを特徴とする請求項8に記載のレーザ加工方法。 9. The laser processing method according to claim 8, wherein a beam spot diameter is constant under the second piercing condition. 前記第1の工程は、レーザビームの照射前に被加工物の加工部付近にスパッタ付着防止剤を噴射し、
前記第2の工程におけるレーザ停止時に、被加工物の加工部付近にエアーを噴射することを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載のレーザ加工方法。
In the first step, before the laser beam irradiation, a spatter adhesion preventing agent is sprayed near the processed portion of the workpiece,
10. The laser processing method according to claim 1, wherein air is jetted near a processing portion of the workpiece when the laser is stopped in the second step.
前記第2の工程におけるレーザ停止時に、被加工物の加工部付近にスパッタ付着防止剤を噴射し、
前記第3の工程でのレーザビームの照射後に、被加工物の加工部付近にエアーを噴射することを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載のレーザ加工方法。
When the laser is stopped in the second step, a spatter adhesion preventing agent is sprayed near the processed portion of the workpiece,
The laser processing method according to claim 1, wherein air is jetted near a processing portion of the workpiece after the laser beam irradiation in the third step.
ピアシング加工を行うレーザ加工方法において、
第1のピアシング条件にて連続波形モードのレーザビームを被加工物に照射し被加工物の板厚の途中までピアシング穴を形成する加工を行う第1の工程と、
第1の工程後、レーザビームの照射を所定の時間停止する第2の工程と、
第2の工程後、第1の工程にて加工した部分に第2のピアシング条件にて連続波形モードのレーザビームを被加工物に照射しピアシング穴を貫通させる加工を完了する第3の工程とを備えるとともに、
前記第2の工程における所定の時間は、
前記第2工程にてレーザビームの照射を停止する時間の増加に対して、前記第1から第3の工程によるピアシング加工により発生するスパッタ量が一定値から減少し再度一定値へと変化する関係において、このスパッタ量が減少し再度一定値に達した時間を前記所定の時間としたレーザ加工方法。
In the laser processing method for piercing processing,
A first step of irradiating a workpiece with a laser beam in a continuous waveform mode under a first piercing condition to form a piercing hole halfway through the thickness of the workpiece;
A second step of stopping irradiation of the laser beam for a predetermined time after the first step;
After the second step, a third step of completing the process of irradiating the workpiece with the laser beam in the continuous waveform mode on the part processed in the first step under the second piercing condition to penetrate the piercing hole; With
The predetermined time in the second step is
A relation in which the amount of spatter generated by the piercing processing in the first to third steps decreases from a constant value and changes to a constant value again with an increase in the time during which the laser beam irradiation is stopped in the second step. In the laser processing method, the time when the amount of sputtering decreases and reaches a predetermined value again is set as the predetermined time.
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