JP2016531003A

JP2016531003A - レーザー切断技術ベースの巻き戻し・ブランキング生産設備及びその加工方法

Info

Publication number: JP2016531003A
Application number: JP2016532204A
Authority: JP
Inventors: ヂェンチュェンウー
Original assignee: Wu Zhenquan
Current assignee: Wu Zhenquan
Priority date: 2013-08-07
Filing date: 2014-04-04
Publication date: 2016-10-06
Also published as: CN103394916A; CN103394916B; US20160184932A1; WO2015018207A1; JP3210113U

Abstract

【課題】新しいレーザー切断プラットフォームで一般的な巻き戻しラインとレーザー切断装置を組み合わせ、高速に切断・ブランキングできるとともに、設備コスト及びエネルギー消費量を削減し、製品仕様を迅速に切り替えることが可能で、各種の量産に最適するレーザー切断技術ベースの巻き戻し・ブランキング生産設備及びその加工方法を開示する。【解決手段】本発明に係るレーザー切断技術ベースの巻き戻し・ブランキング生産設備は巻き戻し機、平坦化マシン、サーボフィーダー、レーザー切断システム、スタックシステム及び廃棄物処理システムを備える。その特徴として、サーボフィーダーとスタックシステムとの間のベースに、レーザー切断プラットフォームが固定されており、移動中のストリップ材を切断可能なレーザー切断装置がレーザー切断プラットフォームに固定されている。この生産設備の加工方法は、サーボ送り、切断の起点の位置決め、速度の重ねあわせ、グラフカットの実施、切断の起点から起算、ストリップ材の加工が完了するまで上記手順の繰り返しという手順を含む。

Description

本発明は、レーザー切断技術ベースの巻き戻し・ブランキング生産設備及びその加工方法に関し、特に新しいレーザー切断プラットフォームで、一般的な巻き戻しラインとレーザー切断装置を組み合わせる巻き戻し・ブランキング生産設備及びその加工方法に関する。

金属ブランキングプロセスは、金属部品や自動車部品などのワークを生産するための最も基本的なプロセスとして、多くの労働力と資源を用いる必要がある。そのため、どのようにコストを削減し、効率及び品質を向上させるかは、企業が注目している課題である。現在、中国におけるメーカーが採用している生産方法は、主として巻材に巻き戻し・平坦化を行ってから、フィーダーでプレス機に送りブランキングを行う方法である。この方法では、数多くのブランキング用金型を製作する必要があるので、設備投資及び事後経費が高く、かつ設備の柔軟性が低いことにより、無駄な投資が多い。

レーザー切断は、集束後のレーザービームを熱源とする熱切断方法であり、レーザービームが小さい領域に集まっているので、高度に濃縮されたエネルギーで局所を急速に加熱し、加工部位を蒸発させることができる。また、エネルギーが高度に濃縮しており、僅かな熱が鋼材におけるその他の箇所に伝達するので、変形が小さい。レーザーで複雑な形状を持つブランクを正確に切断できるので、切断されたブランクを再処理する必要がない。金型を要しないで複雑な形状を持つブランクを加工でき、柔軟性が高い。

特許文献１には、コンベアチェーンまたはコンベアベルト型のレーザー切断プラットフォームを開示されている。特許文献１に開示されたレーザー切断プラットフォームは、材料に対する支持を実現できるだけでなく、レーザー切断時に駆動装置と組み合わせて材料を動かせる。

特許文献２には、移動中のストリップ材をブランキングするためのレーザー切断装置が開示されている。特許文献２に開示されたレーザー切断システムは、レーザー発生器、レーザー切断ヘッド及びX・Y・Z軸駆動装置により構成されている。従来のレーザー切断装置は、一般的に静止している一枚の材料を加工するものである。現在では、金属のストリップ材を連続的にブランキングできる、詳細な構造が分かるレーザー切断装置がない。

中国実用新案第２０１１２０２４５７６４．９号明細書中国実用新案第２０１１２０１２０６０４．１号明細書

既存技術の欠陥について、本発明は、レーザー切断技術ベースの巻き戻し・ブランキング生産設備及びその加工方法を提供する。

本発明に係るレーザー切断技術ベースの巻き戻し・ブランキング生産設備は、ベースに固定されている、巻材の巻き戻しに使用される巻き戻し機、前記巻材の平坦化に使用される平坦化マシン、ストリップ材の送りに使用されるサーボフィーダー、材料の収集に使用されるスタックシステム、及び廃棄物の処理に使用される廃棄物処理システムを備え、前記サーボフィーダーと前記スタックシステムとの間の前記ベースに、前記レーザー切断プラットフォームが固定されており、移動中のストリップ材を切断可能な前記レーザー切断装置が前記レーザー切断プラットフォームに固定されている。レーザー切断プラットフォームで一般的な巻き戻しラインとレーザー切断装置を組み合わせ、高速に切断・ブランキングすることができる。

ベースは固定及び支持の役割を果たしており、巻き戻し機は巻材の巻き戻しを行い、平坦化マシンはブランキングにおける平面性の要件を満たすように、巻き戻しされたストリップ材を平らにする。サーボフィーダーはストリップ材を設定された速度でレーザー切断プラットフォームに送り、レーザー切断装置は移動中のストリップ材を切断する。

前記平坦化マシン及び前記サーボフィーダーは、別々の構造であり、或いは一体型機器を採用する。ストリップ材が切断プラットフォームに入った時に平坦化及びサーボ送りを行えばいい。独立した平坦化マシン及びサーボフィーダー、一体型機器で構成される平坦化マシン及びサーボフィーダー、どちらでも要件を満たすことができる。

前記レーザー切断装置は、フレーム、可動ビーム、可動サポート、スケートボード及びレーザー切断ヘッドを備え、前記可動ビームの移動方向はX軸に定義され、X軸サーボモーターは前記可動ビームを駆動して前記X軸に沿って移動させ、前記可動ビームはガントリー構造またはシングルアーム構造である。

前記可動ビームに前記可動サポートが設けられ、前記可動サポートの移動方向はY軸に定義され、Y軸サーボモーターは前記可動サポートを駆動して前記Y軸に沿って移動させ、前記可動サポートにZ軸サーボモーターによって駆動するスケートボードが設けられ、前記レーザー切断ヘッドは前記Z軸スケートボードに固定されている。

前記X軸サーボモーター、前記Y軸サーボモーターはボールねじまたはギヤでラックと連携する形で、可動ビーム及び可動サポートをそれぞれ駆動する。ギヤでラックと連携する場合、X軸サーボモーターの出力軸にギヤが設けられ、フレームにギヤと連携するラックが設けられ、Y軸サーボモーターの出力軸にギヤが設けられ、可動ビームにギヤと連携するラックが設けられている。

前記レーザー切断プラットフォームを支持するためのビームを備え、前記ビームは並列に配置された左ビーム及び右ビームを備え、前記左ビーム及び前記右ビームに駆動軸と、従動軸と、コンベアチェーンまたはコンベアベルトと、テンション調整装置とが設けられ、前記駆動軸及び前記従動軸はそれぞれ前記左ビーム及び前記右ビームの両端に設けられ、かつ前記駆動軸及び前記従動軸に前記コンベアチェーンまたは前記コンベアベルトを駆動するためのギヤがそれぞれ設けられ、前記コンベアチェーンまたは前記コンベアベルトの外面に等しい間隔で複数の支持用ラックが固定され、前記左ビーム及び前記右ビームに前記コンベアチェーンまたは前記コンベアベルトを支持するための水平受け板が設けられ、前記駆動軸の一端に動力装置と接続されている動力ローラーが設けられる。左ビームと右ビームが並列に設けられ、駆動軸と従動軸がそれぞれ二つのビームの両端に設けられる。駆動軸と従動軸に設けられるギヤはコンベアチェーンまたはコンベアベルトを駆動し、コンベアチェーンまたはコンベアベルトに設けられる交換可能な複数の支持用ラックは、切断するワークを支持する。レーザーで支持用ラックにセットするワークを順調に切断し、レーザーから支持用ラックへの損傷を最小限に抑えるために、隣接する二つの支持用ラックは一定の間隔で設けられている。動力装置は駆動軸を駆動し、サーボフィーダーで搬送するストリップ材と支持用ラックとの同期を実現するとともに、ラックが金属ストリップ材の下面を傷つけることを防止でき、レーザー切断装置が移動中の加工材を切断・ブランキングすることを確保する。

そのうち、前記支持用ラックは着脱可能でコンベアチェーンまたはコンベアベルトに設けられ、支持用ラックが外側に向かっている面は鋸歯状となる。支持用ラックは、消耗部品であり、定期的に交換する必要があるので、着脱可能で設けられている。支持用ラックが外側に向かっている面を鋸歯状にするのは、レーザーから支持用ラックへの損傷を抑えられる。

本発明に係るレーザー切断技術ベースの巻き戻し・ブランキング生産設備は、前記巻材を前記巻き戻し機に搬送するための供給装置を備え、前記供給装置は巻材ラック、車体、ガイドレール及び駆動用モーターにより構成されている。

本発明に係るレーザー切断技術ベースの巻き戻し・ブランキング生産設備は、完成品を収集するためのスタック装置及び廃棄物を収集するための廃棄物処理システムを備える。

本発明に係るレーザー切断技術ベースの巻き戻し・ブランキング生産設備の加工方法は、前記サーボフィーダーが速度Ｖで前記ストリップ材を送り、前記ストリップ材を前記レーザー切断装置の下にある前記レーザー切断プラットフォームに送り、X軸サーボモーター及びY軸サーボモーターによる駆動でレーザー切断ヘッドを切断の起点まで移動させ、レーザー切断の要件を満たすために、Z軸サーボモーターによる駆動で前記レーザー切断ヘッドを適切な高さに移動させ、静止している前記ストリップ材を切断する場合の前記X軸サーボモーター及び前記Y軸サーボモーターの速度をそれぞれＶｘ、Ｖｙに設定すると、移動中の加工材を切断する場合の前記X軸サーボモーター及び前記Y軸サーボモーターの速度がそれぞれＶｘ＋Ｖ、Ｖｙとなり、前記レーザー切断ヘッドが前記レーザー切断装置のサーボモーターによる駆動で重ね合わされた速度でグラフカットを行い、切断の起点から一つの切断サイクルが完了すると、次の切断サイクルを始めるように、前記レーザー切断ヘッドが前記サーボモーターによる駆動で迅速に起点に戻り、前記ストリップ材の加工が完了するまで上記の手順を繰り返す。

切断の精度を向上させるために、本発明はストリップ材が静止したままで切断を行え、完了してから引き続き送り、切断を行い、このように繰り返す。作業効率がある程度で低下するが、材料を節約する目的を達成できる。このように、一般的なレーザー切断システムに取って代わることが可能であり、部品製造のプロセスを簡素化する。

本発明の良好な効果として、本発明に係るレーザー切断技術ベースの巻き戻し・ブランキング生産設備は、移動中のストリップ材をブランキングするためのレーザー切断装置を搭載し、ストリップ材に適切にレイアウトすることにより、材料の利用率を5〜7％向上させ、原材料を完全に使用するとともに、高価なプレス機及び頻繁に交換する金型により構成された巻き戻し・ブランキング設備に取って代わり、設備コスト及びエネルギー消費量を削減し、製品仕様を迅速に切り替えることが可能であり、各種の量産に最適する。本発明に係るレーザー切断技術ベースの巻き戻し・ブランキング生産設備の加工方法は、X軸にサーボフィーダーの送り速度を重ねあわせ、特許取得済のレーザー切断プラットフォームと結び付けることにより、移動中のストリップ材を効果的に切断できる。

レーザー切断技術ベースの巻き戻し・ブランキング生産設備全体は、送り台車、巻き戻し機、平坦化マシン、バッファ用可動ブッシュ、サーボフィーダー（サーボ平坦化・送り一体型機器を採用する場合、上記の平坦化マシン及びバッファ用可動ブッシュに取って代わり、設置面積を減少できる）、レーザー切断装置、切断プラットフォーム、スタック装置、廃棄物処理システム、油圧・空気圧システム及び電気制御システムにより構成し、システムで制御するレーザー切断ヘッドがレーザー切断プラットフォームでの三次元的運動で切断を行うことにより、プラス機及び金型に取って代わり、金属ストリップ材の自動的ブランキングを実現する。

本発明に係る巻き戻し・ブランキング生産設備の構造概略図である。本発明におけるレーザー切断装置の正面の構造概略図である。本発明におけるレーザー切断装置の左側の構造概略図である。本発明におけるレーザー切断装置の上面の構造概略図である。図３におけるレーザー切断装置の上面図である。可動サポートと可動ビームとの結合部の構造概略図である。本発明におけるレーザー切断プラットフォームの正面の構造概略図である。本発明におけるレーザー切断プラットフォームの上面の構造概略図である。

以下、添付図面及び具体的な実施形態とともに本発明についてさらに説明する。

図１に示すように、本発明に係る巻き戻し・ブランキング生産設備は、供給装置１、巻き戻し機２、平坦化マシン３、可動ブッシュ４、サーボフィーダー５、レーザー切断装置６、レーザー切断プラットフォーム７、スタックシステム８、廃棄物処理システム９を備える。巻き戻し・ブランキング生産設備の各部分はすべてベース１０に固定されている。供給装置１は巻材を巻き戻し機２まで送り、巻き戻し機２は巻材の巻き戻しを行い、平坦化マシン３は巻き戻しされたストリップ材を平らにして、可動ブッシュ４は平坦化マシン３の後ろに設けられ、設備の順調な動作を確保するように、ストリップ材を収容する。

ストリップ材は、平坦化マシン３により平らになってから、サーボフィーダー５に入り、サーボフィーダー５は設定された速度でレーザー切断プラットフォーム７まで搬送する。レーザー切断装置はレーザー発生器及びレーザー切断ヘッド１８を備え、レーザー切断ヘッド１８は駆動装置でレーザー切断プラットフォーム７の上方に三次元的運動を行い、移動中のストリップ材を切断する。得られたブランクが後ろのスタックシステム８に入り、搬送及び貯蔵のために、スタックシステム８はブランクをスタッキングし積んで置いておく。切断において発生した端材や廃棄物は後ろの廃棄物処理システム９に入り、廃棄物処理システム９は余剰材料を集めて処理する。供給装置は、巻材ラック１−１、車体１−２、ガイドレール１−３、駆動モーター１−４により構成されている。駆動モーター１−４は、車体１−２及びガイドレール１−３を駆動する。

図２、図３及び図４に示すように、本発明におけるガントリレーザー切断装置は、フレーム１１、可動ビーム１２及びレーザー切断ヘッド１８を備える。フレーム１１は、固定・支持の役割を果たしている。可動ビーム１２は、フレーム１１の上方にあり、かつフレーム１１の幅方向に沿って設けられている。可動ビーム１２は、サーボモーター１３・１４による駆動で、フレーム１１の長さ方向（X軸）に沿って移動できる。可動サポート１７は、可動ビーム１１に設置され、サーボモーター１５による駆動で、可動ビーム１２の長さ方向（Y軸）に沿って移動できる。レーザー切断ヘッド１８は、Z軸サーボモーター１６による駆動で、フレーム１１に垂直する平面内で移動でき、フォロワー機能を実現する。

このように、X軸サーボモーター、Y軸サーボモーター及びZ軸サーボモーターによる駆動で、レーザー切断ヘッド１８は三次元的運動を行え、移動中のストリップ材を切断可能である。

勿論、レーザー切断装置の可動ビームにはシングルアーム構造も採用でき、ここに贅言を重ねることはしない。

図７に示すように、本発明におけるレーザー切断プラットフォーム７は、ビーム３７、コンベアチェーン３８、支持用ラック３９、駆動軸４０、ギヤ４１、従動軸４２、左ビーム４３、右ビーム４４、テンション調整装置４５及び動力ローラー４６を備える。ビーム３７は、固定・支持の役割を果たしており、左ビーム４３及び右ビーム４４により構成されている。コンベアチェーン３８は２つあり、ビーム３７の長さ方向に沿って設けられ、２つのコンベアチェーン３８の間に複数の支持用ラック３９が設けられ、ストリップ材に対する支持及びレーザーによる切断を確保するために、支持用ラック３９の間に隙間がある。駆動軸４０は駆動装置に接続しており、回転することができる。駆動軸４０により支持用ラック３９を駆動するために、ギヤ４１は駆動軸４０に設置され、かつコンベアチェーン３８と噛合する。

本発明に係るレーザー切断技術ベースの巻き戻し・ブランキング生産設備の加工方法は、サーボフィーダーが速度Ｖでストリップ材を送り、ストリップ材をレーザー切断装置の下にあるレーザー切断プラットフォームに送り、X軸サーボモーター及びY軸サーボモーターによる駆動でレーザー切断ヘッドを切断の起点まで移動させ、レーザー切断の要件を満たすために、Z軸サーボモーターによる駆動でレーザー切断ヘッドを適切な高さに移動させ、静止しているストリップ材を切断する場合のX軸サーボモーター及びY軸サーボモーターの速度をそれぞれＶｘ、Ｖｙに設定すると、移動中の加工材を切断する場合のX軸サーボモーター及びY軸サーボモーターの速度がそれぞれＶｘ＋Ｖ、Ｖｙとなり、レーザー切断ヘッドがレーザー切断装置のサーボモーターによる駆動で重ね合わされた速度でグラフカットを行い、切断の起点から一つの切断サイクルが完了すると、次の切断サイクルを始めるように、レーザー切断ヘッドがサーボモーターによる駆動で迅速に起点に戻り、ストリップ材の加工が完了するまで、上記の手順を繰り返す。

勿論、切断の精度を向上させるために、本発明はストリップ材が静止したままで切断を行え、完了してから引き続き送り、切断を行い、このように繰り返す。作業効率がある程度で低下するが、材料を節約する目的を達成できる。このように、一般的なレーザー切断システムに取って代わることが可能であり、部品製造のプロセスを簡素化する。

１供給装置
２巻き戻し機
３平坦化マシン
４可動ブッシュ
５サーボフィーダー
６レーザー切断装置
７レーザー切断プラットフォーム
８スタックシステム
９廃棄物処理システム
１０ベース
１１フレーム
１２可動ビーム
１３、１４ X軸サーボモーター
１５ Y軸サーボモーター
１６ Z軸サーボモーター
１７可動サポート
１８レーザー切断ヘッド
１９モーター台座
２１ X軸ガイドレール
２２ X軸スライダー
２３ギヤ
２４ラック
２５ギヤ
２６ラック
２７ Y軸ガイドレール
２８ Y軸スライダー
２９ボールねじ
３０スケートボード
３１支持プレート
３２グランドパッキン
３３スリーブ
３４、３５、３６深溝玉軸受
３７ビーム
３８コンベアチェーン
３９支持用ラック
４０駆動軸
４１ギヤ
４２従動軸
４３左ビーム
４４右ビーム
４５テンション調整装置
４６動力ローラー
１−１巻材ラック
１−２車体
１−３ガイドレール
１−４駆動モーター

Claims

ベース（１０）に固定されている、巻材の巻き戻しに使用される巻き戻し機（２）、前記巻材の平坦化に使用される平坦化マシン（３）、ストリップ材の送りに使用されるサーボフィーダー（５）、レーザー切断装置（６）、レーザー切断プラットフォーム（７）、材料の収集に使用されるスタックシステム（８）、及び廃棄物の処理に使用される廃棄物処理システム（９）を備え、
前記サーボフィーダーと前記スタックシステムとの間の前記ベースに、前記レーザー切断プラットフォーム（７）が固定されており、
移動中のストリップ材を切断可能な前記レーザー切断装置（６）が前記レーザー切断プラットフォームに固定されていることを特徴とするレーザー切断技術ベースの巻き戻し・ブランキング生産設備。
前記平坦化マシン（３）及び前記サーボフィーダー（５）は、別々の構造であり、或いは一体型機器を採用することを特徴とする請求項１に記載のレーザー切断技術ベースの巻き戻し・ブランキング生産設備。
前記レーザー切断装置（６）は、フレーム（１１）、可動ビーム（１２）、可動サポート（１７）、スケートボード（３０）及びレーザー切断ヘッド（１８）を備え、
前記可動ビームの移動方向がX軸に定義され、X軸サーボモーターが前記可動ビームを駆動して前記X軸に沿って移動させ、
前記可動ビームに前記可動サポートが設けられ、前記可動サポートの移動方向がY軸に定義され、Y軸サーボモーターが前記可動サポートを駆動して前記Y軸に沿って移動させ、
前記可動サポートにZ軸サーボモーターによって駆動するスケートボードが設けられ、前記レーザー切断ヘッドが前記スケートボードに固定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーザー切断技術ベースの巻き戻し・ブランキング生産設備。
前記レーザー切断プラットフォーム（７）を支持するためのビーム（３７）を備え、
前記ビームは並列に配置された左ビーム（４３）及び右ビーム（４４）を備え、
前記左ビーム（４３）及び前記右ビーム（４４）に、駆動軸（４０）と、従動軸（４２）と、コンベアチェーン（３８）またはコンベアベルトと、テンション調整装置（４５）とが設けられ、
前記駆動軸及び前記従動軸はそれぞれ前記左ビーム（４３）及び右ビーム（４４）の両端に設けられ、かつ前記駆動軸及び前記従動軸に前記コンベアチェーンまたは前記コンベアベルトを駆動するためのギヤ（４１）がそれぞれ設けられ、
前記コンベアチェーンまたは前記コンベアベルトの外面に等しい間隔で複数の支持用ラック（３９）が固定され、前記左ビーム（４３）及び前記右ビーム（４４）に前記コンベアチェーンまたは前記コンベアベルトを支持するための水平受け板が設けられ、前記駆動軸の一端に動力装置と接続されている動力ローラー（４６）が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーザー切断技術ベースの巻き戻し・ブランキング生産設備。
前記巻材を前記巻き戻し機（２）に搬送するための供給装置（１）を備え、
前記供給装置は、巻材ラック（１−１）、車体（１−２）、ガイドレール（１−３）及び駆動用モータ（１−４）により構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーザー切断技術ベースの巻き戻し・ブランキング生産設備。
前記サーボフィーダーが、速度Ｖで前記ストリップ材を送り、前記ストリップ材を前記レーザー切断装置の下にある前記レーザー切断プラットフォームに送り、X軸サーボモーター及びY軸サーボモーターによる駆動でレーザー切断ヘッドを切断の起点まで移動させ、レーザー切断の要件を満たすために、Z軸サーボモーターによる駆動で前記レーザー切断ヘッドを適切な高さに移動させ、静止している前記ストリップ材を切断する場合の前記X軸サーボモーター及び前記Y軸サーボモーターの速度をそれぞれＶｘ、Ｖｙに設定すると、移動中の加工材を切断する場合の前記X軸サーボモーター及び前記Y軸サーボモーターの速度がそれぞれＶｘ＋Ｖ、Ｖｙとなり、前記レーザー切断ヘッドが前記レーザー切断装置のサーボモーターによる駆動で重ね合わされた速度でグラフカットを行い、切断の起点から一つの切断サイクルが完了すると、次の切断サイクルを始めるように、前記レーザー切断ヘッドが前記サーボモーターによる駆動で迅速に起点に戻り、
前記ストリップ材の加工が完了するまで上記の手順を繰り返すことを特徴とする請求項１に記載のレーザー切断技術ベースの巻き戻し・ブランキング生産設備の加工方法。