JP2017189814A - Steel material machining method and steel material machining system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、三次元レーザ加工装置を用いて鉄やステンレスなどの金属製の鋼材を切断したり、鋼材に切り欠きを設けたりする際の加工精度を向上させる鋼材加工方法及び鋼材加工システムに関するものである。 The present invention relates to a steel material processing method and a steel material processing system for improving processing accuracy when cutting a steel material made of metal such as iron or stainless steel using a three-dimensional laser processing apparatus or providing a notch in a steel material. It is.
製造された長尺の金属製の鋼材は、しばしば、所望の長さに切断したり、任意の形状に切り欠いたりするような加工を施して、使用される。例えば、鋼材の接合部を凹凸形状としたり、鋼材全長に亘って波状の切り欠きを設けたり、任意の位置に円状の開口を設けたりする。特許文献1には、三次元的に鋼材を切断したり、切り欠きを設けたりするための三次元レーザ加工装置が開示されている。 The manufactured long metal steel material is often used after being processed to be cut into a desired length or notched into an arbitrary shape. For example, the joining portion of the steel material is formed into an uneven shape, a wavy notch is provided over the entire length of the steel material, or a circular opening is provided at an arbitrary position. Patent Document 1 discloses a three-dimensional laser processing apparatus for three-dimensionally cutting a steel material or providing a notch.
しかし、長尺な金属製の鋼材は、アーチ状に撓んだ形状となっていたり、部分的に曲がっていたりと、その直線性に歪みが生じている問題があり、製造精度が必ずしも高いとはいえない。鋼材がアーチ状に撓んでいたり、部分的に曲がっていたりすると、特許文献1に記載の三次元レーザ加工装置を用いて自動制御にて予め定められたレーザ加工を施したとしても、鋼材に対し所期した位置にてレーザを照射することができずに、鋼材に適当な加工が施されない場合がある。結果、製造の精度の悪化や、歩留まりの低下の懸念が生じる。そのことから、より高い精度にて鋼材をレーザ加工し得る手法及びそれを可能とするシステムの開発が希求されている。 However, a long metal steel material has a problem that its linearity is distorted, such as being bent in an arch shape or partially bent, and manufacturing accuracy is not necessarily high. I can't say that. If the steel material is bent in an arch shape or partially bent, even if laser processing predetermined by automatic control using the three-dimensional laser processing apparatus described in Patent Document 1 is applied to the steel material, There is a case where the laser beam cannot be irradiated at an intended position and the steel material is not appropriately processed. As a result, there are concerns about deterioration in manufacturing accuracy and a decrease in yield. Therefore, there is a demand for development of a technique capable of laser processing a steel material with higher accuracy and a system that enables it.
したがって、この発明は、上記した問題点を解決することを課題とするものであり、その目的は、例え、鋼材がアーチ状に撓んでいたり、部分的に曲がっていたりしたとしても、高い精度にて鋼材をレーザ加工し得る鋼材加工方法及び鋼材加工システムを提供することにある。 Therefore, the present invention aims to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to achieve high accuracy even if the steel material is bent in an arch shape or partially bent. It is another object of the present invention to provide a steel material processing method and a steel material processing system capable of laser processing a steel material.
そこで、発明者は、上記目的を達成するために、鋭意創作し、本発明の構成を見出すに至った。なお、予め鋼材の形状の歪みや曲がりを計測し、その歪みや曲がりに合わせて、三次元レーザ加工装置を移動させてレーザ加工を施す対策も検討したが、三次元レーザ加工装置の制御が極めて困難であり、生産性が低下する問題を有していた。また、斯様な構成を可能とするには、高価な計測機器の追加購入や、三次元レーザ加工装置の制御装置の高価格化を招くことに起因したコスト高の問題を有していた。 Therefore, the inventor has eagerly created to find the configuration of the present invention in order to achieve the above object. Although measures were taken in advance to measure the distortion and bending of the shape of the steel material, and measures were taken to move the 3D laser processing device in accordance with the distortion and bending, the control of the 3D laser processing device was extremely difficult. It was difficult and had the problem that productivity fell. Moreover, in order to enable such a configuration, there has been a problem of high cost due to additional purchase of expensive measuring equipment and an increase in the price of the control device of the three-dimensional laser processing apparatus.
前記の目的を達成するため、第一の発明は、三次元レーザ加工装置を用いて鋼材を加工する鋼材加工方法であって、鋼材を加工する形状に係る図面データを作成する図面データ作成工程と、作成された図面データに基づき、図面データを、鋼材を加工する三次元レーザ加工装置のレーザ加工位置及びレーザ加工軌道を設定するNC(numerical control machining)データに書き換えるNCデータ作成工程と、作成されたNCデータを、三次元レーザ加工装置の動作を制御する制御部にインプットするNCデータインプット工程と、三次元レーザ加工装置を用いて、台座に配置される鋼材の長手方向と、三次元レーザ加工装置が動作する長手方向とが平行となるように、鋼材が配置される台座を設置する土台に直線状にレーザを照射してパスラインを形成するパスライン形成工程と、台座を、パスラインに対して平行となるように土台に設置し、次いで、該台座に配置された鋼材の一方の側面を支持する支持部、及び、該支持された鋼材の側面とは反対の側面から押圧する押圧部を備えた支持押圧手段を用いて、鋼材をパスラインに対して平行となるように押圧して固定することにより、鋼材の歪みを補正する鋼材歪み補正工程と、レーザ加工を開始する鋼材の基準位置とNCデータにおけるレーザ加工を開始する基準位置とを一致させ、歪みを抑制した鋼材にレーザ加工を施すレーザ加工工程と、を含む鋼材加工方法である。 In order to achieve the above object, a first invention is a steel material processing method for processing a steel material using a three-dimensional laser processing apparatus, and a drawing data generation step for generating drawing data relating to a shape for processing the steel material; Based on the created drawing data, an NC data creation process is performed, in which the drawing data is rewritten to NC (numerical control machining) data for setting the laser machining position and the laser machining trajectory of the three-dimensional laser machining apparatus for machining the steel material. NC data input process for inputting the NC data to a control unit that controls the operation of the three-dimensional laser processing apparatus, the longitudinal direction of the steel material arranged on the pedestal using the three-dimensional laser processing apparatus, and the three-dimensional laser processing Form a pass line by irradiating the laser on the base on which the pedestal on which the steel material is placed is placed in a straight line so that the longitudinal direction in which the device operates is parallel A pass line forming step, and a pedestal is installed on the base so as to be parallel to the pass line, and then a support part for supporting one side surface of the steel material arranged on the pedestal, and the supported Steel that corrects distortion of steel by pressing and fixing the steel so that it is parallel to the pass line using a support pressing means that has a pressing part that presses from the side opposite to the side of the steel. A steel material processing method comprising: a distortion correction step; and a laser processing step in which laser processing is performed on a steel material in which distortion is suppressed by matching a reference position of the steel material for starting laser processing with a reference position for starting laser processing in NC data It is.
また、パスライン形成工程は、三次元レーザ加工装置を用いて、2以上の台座に配置される鋼材の長手方向と、三次元レーザ加工装置が動作する長手方向とが平行となるように、且つ、該2以上の台座が設置される方向に沿って、鋼材が配置される2以上の台座を設置する土台に直線状にレーザを照射してパスラインを形成することが好ましい。 Further, the pass line forming step uses a three-dimensional laser processing apparatus so that the longitudinal direction of the steel material disposed on the two or more pedestals is parallel to the longitudinal direction in which the three-dimensional laser processing apparatus operates, and Preferably, along the direction in which the two or more pedestals are installed, it is preferable to form a pass line by irradiating the base on which the two or more pedestals on which the steel materials are arranged with a laser beam in a straight line.
また、支持押圧手段は、台座が、鋼材の一方の側面を支持する支持部を有し、該支持された鋼材の側面とは反対の側面から押圧する押圧部を任意の方向に移動して固定し得る押圧固定部材からなることが好ましい。このとき、押圧固定部材は、機械式アーム、機械式シリンダ、油圧シリンダ又は万力であることが好ましい。更に、台座を用いて、鋼材をレーザ加工する位置の近傍にて鋼材を支持することが好ましい。なお、ここでいう、「鋼材をレーザ加工する位置の近傍」とは、例えば、レーザ加工を施す位置から鋼材の軸線方向の両側に離間した位置であり、例えば、レーザ加工位置から40mm程離間した位置を言うものである。 Further, the support pressing means has a pedestal having a support portion that supports one side surface of the steel material, and the pressing portion that is pressed from the side surface opposite to the side surface of the supported steel material is moved and fixed in an arbitrary direction. It is preferable that it consists of a press fixing member which can do. At this time, the pressing and fixing member is preferably a mechanical arm, a mechanical cylinder, a hydraulic cylinder, or a vise. Furthermore, it is preferable to use a pedestal to support the steel material in the vicinity of the position where the steel material is laser processed. Here, “the vicinity of the position where the steel material is laser-processed” is, for example, a position separated from the position where the laser processing is performed on both sides in the axial direction of the steel material, for example, about 40 mm away from the laser processing position. Say the position.
更に、鋼材に対して多角形状の切り欠きを設けるレーザ加工を施す場合には、下方から上方に向かってレーザ加工を施すことが好ましい。例えば、三角形状に切り欠きを設ける場合には、左側下方から右側上方に向かって、三角形の一方の辺をレーザ加工し、次いで、右側下方から左側上方に向かって、三角形の他方の辺をレーザ加工することにより切り欠きを設けることとなる。 Furthermore, when performing the laser processing which provides a polygonal notch with respect to steel materials, it is preferable to perform a laser processing toward the upper direction from the downward direction. For example, when a cutout is provided in a triangular shape, one side of the triangle is laser processed from the lower left side to the upper right side, and then the other side of the triangle is lasered from the lower right side to the upper left side. A notch will be provided by processing.
更にまた、鋼材に対して円状の切り欠きを設けるレーザ加工を施す場合には、レーザ加工の終点位置が円周の上方に位置するようにレーザ加工を施すことが好ましい。 Furthermore, when performing laser processing for providing a circular notch on a steel material, it is preferable to perform laser processing so that the end point position of laser processing is located above the circumference.
加えて、鋼材に対して円状の切り欠きを設けるレーザ加工を施す場合には、レーザ加工の開始位置が切断される円周上から、円の中心位置に向かった側に離間した位置となるようにレーザ加工を施すことが好ましい。 In addition, in the case of performing laser processing for providing a circular notch on the steel material, the laser processing start position is a position spaced from the circumference to be cut to the side toward the center position of the circle. Thus, it is preferable to perform laser processing.
加えてまた、レーザ加工工程において、所定の鋼材間隔にて、レーザ加工を開始する鋼材の基準位置とNCデータにおけるレーザ加工を開始する基準位置とを一致させる工程を繰返すことが好ましい。なお、ここでいう「所定の鋼材間隔」とは、レーザ加工される形状や、繰り返し単位の間隔に応じて任意に設定し得るものである。 In addition, in the laser processing step, it is preferable to repeat the step of matching the reference position of the steel material for starting laser processing with the reference position for starting laser processing in the NC data at a predetermined steel material interval. Here, the “predetermined steel material interval” herein can be arbitrarily set according to the shape to be laser processed and the interval between repeating units.
また、前記の目的を達成する第二の発明は、レーザ光源を具え、任意の形状に鋼材を加工する三次元レーザ加工装置と、鋼材を加工する形状に係る図面データを作成する図面データ作成手段と、作成された図面データに基づき、図面データを、鋼材を加工する三次元レーザ加工装置のレーザ加工位置及びレーザ加工軌道を設定するNCデータに書き換えるNCデータ作成手段と、作成されたCADデータを、三次元レーザ加工装置の動作を制御する制御部にインプットするNCデータインプット手段と、三次元レーザ加工装置を用いて、台座に配置される鋼材の長手方向と、三次元レーザ加工装置が動作する長手方向とが平行となるように、鋼材が配置される台座を設置する土台に直線状にレーザを照射してパスラインを形成するパスライン形成手段と、台座を、パスラインに対して平行となるように土台に設置し、次いで、該台座に配置された鋼材の一方の側面を支持する支持部、及び、該支持された鋼材の側面とは反対の側面から押圧する押圧部を備えた支持押圧手段を用いて、鋼材をパスラインに対して平行となるように押圧して固定することにより、鋼材の歪みを補正する鋼材歪み補正手段と、レーザ加工を開始する鋼材の基準位置とNCデータにおけるレーザ加工を開始する基準位置とを一致させ、歪みを補正した鋼材にレーザ加工を施すレーザ加工手段と、を含む鋼材加工システムである。 Further, the second invention for achieving the above object includes a three-dimensional laser processing apparatus that includes a laser light source and processes a steel material into an arbitrary shape, and drawing data generation means that generates drawing data relating to the shape of processing the steel material Based on the created drawing data, NC data creating means for rewriting the drawing data into NC data for setting the laser machining position and laser machining trajectory of the three-dimensional laser machining apparatus for machining the steel material, and the created CAD data The NC data input means for input to the control unit for controlling the operation of the three-dimensional laser processing apparatus, the longitudinal direction of the steel material arranged on the pedestal, and the three-dimensional laser processing apparatus operate using the three-dimensional laser processing apparatus Pass line formation that forms a pass line by irradiating the base with a laser beam in a straight line so that the base on which the steel material is placed is parallel to the longitudinal direction A step and a pedestal are installed on the base so as to be parallel to the pass line, and then a support part for supporting one side surface of the steel material arranged on the pedestal, and a side surface of the supported steel material, Is a steel material distortion correction unit that corrects the distortion of the steel material by pressing and fixing the steel material so as to be parallel to the pass line, using a support pressing device having a pressing portion that is pressed from the opposite side surface. And a laser processing means for performing laser processing on the steel whose distortion has been corrected by matching the reference position of the steel material for starting laser processing with the reference position for starting laser processing in NC data.
また、パスライン形成手段が、三次元レーザ加工装置を用いて、2以上の台座に鋼材を配置し、該2以上の台座に配置される鋼材の長手方向と、前記三次元レーザ加工装置が動作する長手方向とが平行となるように、且つ、該2以上の台座が設置される方向に沿って、前記鋼材が配置される2以上の台座を設置する土台に直線状にレーザを照射してパスラインを形成する、ことが好ましい。 Further, the pass line forming means uses a three-dimensional laser processing apparatus to dispose steel materials on two or more pedestals, the longitudinal direction of the steel materials disposed on the two or more pedestals, and the three-dimensional laser processing apparatus operates. The laser beam is irradiated linearly on the base on which the two or more pedestals on which the steel materials are arranged are arranged in a direction parallel to the longitudinal direction of the two or more pedestals. It is preferable to form a pass line.
また、支持押圧手段は、台座が、鋼材の一方の側面を支持する支持部を有し、該支持された鋼材の側面とは反対の側面から押圧する押圧部を任意の方向に移動して固定し得る押圧固定部材からなる、ことが好ましい。 Further, the support pressing means has a pedestal having a support portion that supports one side surface of the steel material, and the pressing portion that is pressed from the side surface opposite to the side surface of the supported steel material is moved and fixed in an arbitrary direction. It is preferably made of a pressing and fixing member that can be used.
更に、押圧固定部材は、機械式アーム、機械式シリンダ、油圧シリンダ又は万力であることが好ましい。 Furthermore, the pressing and fixing member is preferably a mechanical arm, a mechanical cylinder, a hydraulic cylinder, or a vise.
この発明によれば、例え、鋼材がアーチ状に撓んでいたり、部分的に曲がっていたりしたとしても、高い精度にて鋼材をレーザ加工し得る鋼材加工方法及び鋼材加工システムを提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a steel material processing method and a steel material processing system capable of laser processing a steel material with high accuracy even if the steel material is bent in an arch shape or partially bent. It becomes.
以下、図面を参照しつつ、この発明の実施の形態を説明する。図1は、レーザ加工される金属製の丸型の鋼材1と、処理されるレーザ加工の位置と形状を点線にて示した図である。符号11は、鋼材1を切断する切断位置を示しており、符号12は、鋼材1に設けられる四角形状の切り欠き位置を示しており、符号13は、鋼材1に設けられる三角形状の切り欠き位置を示しており、符号14は、鋼材1に設けられる溝位置を示しており、符号15は、鋼材1に設けられる円状の切り欠き位置を示している。なお、レーザ加工される形状は図に示す例に限定されるものではなく、所望の形状に任意に設定し得るものであり、例えば、ジグザグ状に切断したり、五角形状等の多角形状に切り欠きを設けたりすることなどもできる(不図示)。また、図1に示される本実施の形態においては、丸型の鋼材1を使用しているが、鋼材1の形状はこれに限定されるものではなく、角形などの多角形状の鋼材や、H形鋼、I形鋼、山形鋼、溝形鋼等をレーザ加工の対象とすることも可能であることには留意されたい。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing, by dotted lines, a metal round steel material 1 to be laser processed and the position and shape of the laser processing to be processed. Reference numeral 11 indicates a cutting position for cutting the steel material 1,
本発明においては、土台DにパスラインPLを形成するに際して、図2に示すように鋼材2を直接土台Dに配置することもできるが、図3に示すように鋼材2を台座3に配置することもできる。鋼材加工を広範囲に可能にさせる観点から、図3に示すように台座3を用いることが好ましい。
In the present invention, when the pass line PL is formed on the base D, the
図2は、配置される鋼材2の長手方向と、三次元レーザ加工装置が動作する長手方向とが平行となるように、鋼材2が配置される土台Dに直線状にレーザを照射してパスラインPLを形成した状態を示した上面図である。
本発明においてパスラインPLは、配置させる鋼材2の長手方向と平行となるように形成されてもよく(図2A)、配置させる鋼材2の長手方向に沿うように形成されてもよい(図2B)。
FIG. 2 shows a path in which the base D on which the
In the present invention, the pass line PL may be formed so as to be parallel to the longitudinal direction of the
一方、図3は、2以上の台座3に配置される鋼材2の長手方向と、三次元レーザ加工装置が動作する長手方向とが平行となるように、且つ、該2以上の台座3が設置される方向に沿って、鋼材2が配置される2以上の台座3を設置する土台Dに直線状にレーザを照射してパスラインを形成した状態を示した上面図である。
ここで「台座」は、鋼材2を安定的に又は固定して配置させることができれば特に限定されるものではない。
On the other hand, FIG. 3 shows that the longitudinal direction of the
Here, the “pedestal” is not particularly limited as long as the
本発明においては、鋼材2は、図2A又は図3Bに示されるように、パスラインPLに対して平行となるように配置する。或は、鋼材2は、図2Bに示されるように、パスラインPLに沿うように配置してもよい。
In the present invention, the
次に、台座3を、パスラインPLに対して平行となるように(パスラインPLに沿うように)土台Dに設置し、次いで、該台座3に配置された鋼材2の一方の側面を支持する支持部、及び、該支持された鋼材2の側面とは反対の側面から押圧する押圧部を備えた支持押圧手段を用いて、鋼材2をパスラインPLに対して平行となるように押圧して固定することにより、鋼材2の歪みを補正する(鋼材歪み補正工程)。
Next, the
図4は、パスラインPLに沿うように、2以上の台座3を土台Dに設置し、次いで、鋼材2の一方の側面を支持する支持部5、及び、該支持された鋼材2の側面とは反対の側面から押圧する押圧部4を備えた支持押圧手段を用いて、鋼材2をパスラインPLに対して平行となるように押圧して固定することにより、鋼材2の歪みを補正し(鋼材歪み補正工程)、該歪みを補正した鋼材2にレーザ加工を施した状態を示した上面図である。
本発明のパスライン形成工程、及び歪みを補正した鋼材にレーザ加工を施すレーザ加工工程に際しては、三次元レーザ加工装置を用いる。例えば図9に示されるような三次元レーザ加工装置を用い、レーザヘッドXが土台D又は鋼材2に対して所望のレーザ照射を行なえるように移動しつつ、土台D又は鋼材2に対しレーザを照射することにより、土台Dに対してパスラインを形成したり、鋼材2に対して任意の形状や長さに切断したり、任意の形状の切り欠きや溝を設けたりすることができる。
In FIG. 4, two or
A three-dimensional laser processing apparatus is used in the pass line forming process of the present invention and the laser processing process in which laser processing is performed on a steel material with corrected distortion. For example, using a three-dimensional laser processing apparatus as shown in FIG. 9, the laser head X moves so that desired laser irradiation can be performed on the base D or the
三次元レーザ加工装置を用いて、鋼材に対しレーザ加工を施す事前準備としては、以下の工程を経ることとなる。まず、鋼材2を加工する形状に係る図面データを作成する(図面データ作成工程)。次いで、作成された図面データに基づき、図面データを、鋼材2を加工する三次元レーザ加工装置のレーザ加工位置及びレーザ加工軌道を設定するNCデータに書き換える(NCデータ作成工程)。その後、作成されたNCデータを、三次元レーザ加工装置の動作を制御する制御部にインプットする(NCデータインプット工程)。上述した工程を経ることにより、三次元レーザ加工装置の準備が完了する。
As a preliminary preparation for performing laser processing on a steel material using a three-dimensional laser processing apparatus, the following steps are performed. First, drawing data relating to the shape of the
そして、この発明に従う鋼材2のパスライン形成工程では、まず、三次元レーザ加工装置を用いて、配置される鋼材2の長手方向と、三次元レーザ加工装置が動作する長手方向とが平行となるように(図2A)、或は、配置される鋼材2の長手方向と、三次元レーザ加工装置が動作する長手方向に沿うように(図2B)、鋼材2が配置される土台Dに直線状にレーザを照射してパスラインPLを形成する(パスライン形成工程)。
In the pass line forming step of the
また、図3に示すように2以上の台座3を用いた場合には、2以上の台座3に配置される鋼材2の長手方向と、三次元レーザ加工装置が動作する長手方向とが平行となるように、且つ、該2以上の台座3が設置される方向に沿って、台座3が設置される土台Dに直線状にレーザを照射してパスラインPLを形成する(パスライン形成工程)。
なお、ここでいう、「土台」とは、パスラインを形成することが可能で、且つ、鋼材を配置することが可能な土台であれば、特に限定されず、レーザ照射によりパスラインの形成が可能であれば、その種類は問わないものである。
When two or
Here, the “base” is not particularly limited as long as it is a base on which a pass line can be formed and a steel material can be arranged, and the formation of the pass line by laser irradiation is possible. If possible, the type is irrelevant.
ここで、「パスライン」とは、後述する鋼材の歪みを補正するための基準線となるものを指していう。 Here, the “pass line” refers to a reference line for correcting a distortion of a steel material to be described later.
本実施の形態において、土台Dに対して直線状にレーザを照射してパスラインPLを形成する工程は、後述する鋼材2の歪みを補正するための基準線となり得るものであれば、特に限定されるものではない。例えば、土台Dに対して直線状にレーザ照射し、土台Dを切断することもできる。その場合、土台Dが切断された切断線をパスラインとすることもできる。
In the present embodiment, the process of forming the pass line PL by irradiating the base D with a laser beam is particularly limited as long as it can serve as a reference line for correcting the distortion of the
なお、形成されたパスラインPLがより明確に視認し得るように、パスラインPLに沿って、類似の形状の鋼材を配置してもよい。なお、パスラインPLに沿って何らかの部材を配置するか否かは、パスラインPLを形成する対象やその色彩等の条件に応じて、使用者が任意に設定し得るものである。 In addition, you may arrange | position the steel material of a similar shape along the pass line PL so that the formed pass line PL can be visually recognized more clearly. It should be noted that whether or not any member is arranged along the pass line PL can be arbitrarily set by the user depending on conditions such as an object for forming the pass line PL and its color.
次いで、鋼材2は、図2A又は図3Bに示されるように、パスラインPLに対して平行となるように配置する。或は、鋼材2は、図2Bに示されるように、パスラインPLに沿うように配置してもよい。該パスラインPLに対して平行となるように(パスラインに沿うように)配置された鋼材の一方の側面側は、鋼材2の位置がずれないように何らかの支持部(例えば、治具)で支持(固定)する。
図4および図5に示されるように、支持部5は、台座3と一体化されていてもよく、台座3と別体であってもよい。
Subsequently, the
As shown in FIGS. 4 and 5, the support portion 5 may be integrated with the
以下、図3Bに示されるように、台座3がパスラインPLに沿うように配置された場合を例として挙げ、鋼材歪み補正工程について述べる。
Hereinafter, as shown in FIG. 3B, a case where the
図4Aに示すように、パスラインPLに平行となるように台座3に配置された鋼材2は、その位置を支持(固定)するために、該鋼材2の一方の側面側には、支持部5が設けられる。支持部5は、図4Aに示されるように台座3と一体化されていてもよく、台座3と別体であってもよい。
一方、支持(固定)された鋼材2の側面とは反対の側面には、図4Bに示される方向に鋼材2を押圧可能な押圧部が設けられる。
このように、台座3に配置された鋼材2の一方の側面側は、支持部5によって位置が固定され、もう一方の鋼材2の側面側は、押圧部4によって押圧して固定される。
押圧部4は、任意の方向に移動して鋼材2を押圧して固定することができる押圧固定部材を用いることが好ましい。
図4では支持押圧手段として、支持部5を有する台座3及び押圧部4を例示している。押圧部4で用いる押圧固定部材としては、図4において機械式アームが例示されているが、その他に、機械式シリンダ、油圧シリンダ又は万力等に適宜変更が可能である。
As shown in FIG. 4A, the
On the other hand, a pressing portion capable of pressing the
Thus, the position of one side surface of the
The
In FIG. 4, the
支持部5および押圧部4を備えた支持押圧手段を用いて、鋼材2をパスラインPLに対して平行となるように(パスラインPLに沿うように)押圧して固定することにより、鋼材の歪みを補正する(鋼材歪み補正工程)。係る鋼材歪み補正工程を経ることにより、レーザ加工に際しての鋼材歪みに起因したレーザ加工の精度の悪化が抑制されることから、三次元レーザ加工装置を用いて自動制御にて予め定められたレーザ加工を施したとしても、レーザ加工の精度が向上し、鋼材加工の生産性が飛躍的に向上することとなる(図4C参照)。
By using the support pressing means provided with the support portion 5 and the
なお、発明をより詳細に理解できるよう、図5Aは、台座3に備えられた支持部5により鋼材2の位置を支持(固定)し、押圧部4により鋼材2を押圧して固定した状態(図4B)の断面図を示しており、また、図5Bは、図4Bに示される鋼材2を押圧部4側から見た側面図を示している。図5Aの黒矢印に示すように、機械式アーム4が鋼材2を押圧して、台座3の図5Aが、鋼材2を固定しつつも、鋼材歪みや曲がりを補正している。
In order to understand the invention in more detail, FIG. 5A shows a state in which the position of the
図6は、丸型の鋼材1に対してレーザ加工を施した結果、得られた鋼材1の一例を示しており、11bのような波状の切断面や、12aのような四角形状の切り欠きを有している。 FIG. 6 shows an example of the steel material 1 obtained as a result of laser processing on the round steel material 1, and shows a wavy cut surface such as 11 b and a rectangular notch such as 12 a. have.
また、図7は、角形の鋼材2に対してレーザ加工を施した結果、得られた鋼材2の一例を示している。レーザ加工工程では、レーザ加工を開始する前に、3次元レーザ加工装置が歪みやずれ量を測定し、レーザ加工を開始する鋼材2の基準位置とNCデータにおけるレーザ加工を開始する基準位置とを一致させ、位置合わせをした上で、歪みを補正した鋼材2にレーザ加工を施すこととなる。レーザ加工を開始する鋼材2の基準位置とNCデータにおけるレーザ加工を開始する基準位置とを一致させておくことにより、レーザ加工の精度の低下を抑制することが可能となる。
FIG. 7 shows an example of the
なお、図7Aは、鋼材2に三角形状の切り欠き13を設ける場合のレーザ加工位置及びレーザ加工軌道を示した側面図である。図7Aの白抜きの矢印aは、レーザ加工軌道を示しており、左側下方から右側上方に向かってレーザを照射することを示している。また、図7Aの白抜きの矢印bもレーザ加工軌道を示しており、右側下方から左側上方に向かってレーザを照射することを示している。このように、三角形状の切り欠きを設ける場合には、レーザ加工を2回に分けて行うことになる。仮に、上方から下方に向かってレーザ加工を施した場合には、上方の加工位置から、下方に向かって金属が流れ、レーザ加工位置に移動してくるため、レーザ加工の精度が低下することになる。したがって、このように、下方から上方に向かってレーザ加工を施すことにより、上方から下方にレーザ加工を施す場合に比べ、より高精度にて切り欠きを設けることが可能となる。
FIG. 7A is a side view showing a laser processing position and a laser processing trajectory when a
なお、図7Aは、三角形状の切り欠き13を例にしているが、これに限定されるものではなく、四角形状などの多角形状の切り欠きであれば、同様に下方から上方に向かってレーザ加工を施すことで、より高精度にて切り欠きを設けることが可能であることには留意されたい。
In FIG. 7A, the
また、図7Bは、鋼材2に円状の切り欠き15を設ける場合のレーザ加工位置及びレーザ加工軌道を示した側面図である。図7Bの白抜きの矢印a、b、c、d、e、fは、レーザ加工軌道の順序を示しており、該順序にてレーザを照射することを示している。このように、鋼材2に円状の切り欠き15を設けるレーザ加工を施す場合には、レーザ加工の開始位置Xが切断される円周上から、円の中心位置に向かった側に離間した位置となるようにし、レーザ加工を開始する。なぜなら、レーザ加工の開始直後はレーザの密度や強度が安定しておらず、円周上からレーザ加工を開始すると、加工の精度が低下する可能性があることから、切断される円周上から、円の中心位置に向かった側に離間した位置となるようにし、レーザ加工を開始することが好ましいためである。また、レーザ加工の終点位置Yが円周の上方、すなわち、点線αよりも上方に位置するようにレーザ加工を施す。なぜなら、このような位置をレーザ加工の終点位置Yとしておかないと、円状の切り欠き15を設けるためのレーザ加工が終了したときに、切り出された円状の部材が落下し、レーザ照射部分に接触して、レーザ加工装置を損傷してしまう可能性があるためである。
FIG. 7B is a side view showing a laser processing position and a laser processing trajectory when the circular notch 15 is provided in the
図8は、押圧部4により押圧して固定された鋼材2を側方から見た側面図であって、各押圧部4の配置(4a〜4e)と、レーザ加工を開始する鋼材2の各基準位置Z(Z1〜Z5)との関係を示している。図8に示すように、台座3を用いて鋼材2をレーザ加工する位置の近傍にて挟むように支持する。このような構成を採用することにより、レーザ加工する箇所における撓みや歪みが生じることなく、高精度にてレーザ加工が可能になる。また、図8中では、押圧部4a〜4eが適切な位置に全て配置されているが、必ずしも全ての箇所に配置している必要は無く、レーザ加工箇所の近傍に順次配置していくことも可能である。
FIG. 8 is a side view of the
また、レーザ加工工程において、所定の鋼材間隔にて、レーザ加工を開始する鋼材2の基準位置Z1〜Z5とNCデータにおけるレーザ加工を開始する基準位置とを一致させる工程を繰返すことが好ましい。このように、複数回の位置合わせを行うことにより、レーザ加工途中における鋼材2の歪みや撓み、更には位置ずれの影響を受けにくくなり、より高精度にてレーザ加工が可能になる。
In the laser processing step, it is preferable to repeat the step of matching the reference positions Z1 to Z5 of the
図9は、三次元レーザ加工装置の一例を示し、該三次元レーザ加工装置が鋼材にレーザ加工を施す前に、上述した鋼材歪み補正工程を経た後の鋼材2に対して、基準位置z(高さ)を測る様子を示した図である。同様に、図9に示される三次元レーザ加工装置が鋼材2の基準位置y(横)、及び基準位置x(縦(奥行))を測って座標系を設定する。
更に、座標系の基準位置x、基準位置y、及び基準位置zのデータにおいて、それぞれ座標系の原点のデータは‘0’と設定することができる。
この設定された座標系のデータ(基準点となるデータ)を基に、図9に示される三次元レーザ加工装置は、複数回の位置合わせを行うことにより、鋼材2の位置及び外形を、x、y、及びzの座標系の数値として認識することができる。
これによって、パスラインPLに対し、鋼材2の位置がどの程度ずれているか、及び、鋼材2の外形の歪みがどの程度かを算出することができる。鋼材2の位置のずれ、又は、外形の歪みがあると判断された場合に、図9に示される三次元レーザ加工装置は、自動的に鋼材2の位置ずれ分数値を補正し、又は、自動的に鋼材2の外形の歪み分数値を補正することができる。
上記のように鋼材2の位置ずれ、又は鋼材2の外形の歪みを三次元レーザ加工装置によって自動補正を行った後に、レーザ加工を開始する鋼材の基準位置とNCデータにおけるレーザ加工を開始する基準位置とを一致させ、鋼材にレーザ加工を施してもよい。
FIG. 9 shows an example of a three-dimensional laser processing apparatus. Before the three-dimensional laser processing apparatus performs laser processing on the steel material, the reference position z ( It is the figure which showed a mode that a height was measured. Similarly, the three-dimensional laser processing apparatus shown in FIG. 9 measures the reference position y (horizontal) and the reference position x (vertical (depth)) of the
Furthermore, in the coordinate system reference position x, reference position y, and reference position z data, the origin data of the coordinate system can be set to '0'.
Based on the data of the set coordinate system (data serving as a reference point), the three-dimensional laser processing apparatus shown in FIG. , Y, and z can be recognized as numerical values in the coordinate system.
Thereby, it is possible to calculate how much the position of the
As described above, after automatically correcting the positional deviation of the
なお、レーザ加工によって熱が発生すると、鋼材が歪むことがある。この場合は、押圧手段5を用いて、鋼材2をパスラインPLに沿うように押圧して固定することにより、鋼材の歪みを抑制する。押圧手段を用いてレーザ加工によって生じた熱による歪みを抑えた上で、三次元レーザ加工装置は、鋼材2を所望の形状に切断することができる。
When heat is generated by laser processing, the steel material may be distorted. In this case, distortion of the steel material is suppressed by using the pressing means 5 to press and fix the
以下、上述の説明と同義であるため、図示は省略するが、本発明の鋼材加工システムを詳細に説明する。本発明の鋼材加工システムは、レーザ光源を具え、任意の形状に鋼材を加工する三次元レーザ加工装置を用いる。また、鋼材2を加工する形状に係る図面データを作成する図面データ作成手段と、作成された図面データに基づき、図面データを、鋼材1を加工する三次元レーザ加工装置のレーザ加工位置及びレーザ加工軌道を設定するNCデータに書き換えるNCデータ作成手段と、作成されたNCデータを、三次元レーザ加工装置の動作を制御する制御部にインプットするNCデータインプット手段と、有する。また、三次元レーザ加工装置を用いて、鋼材2が配置される方向に沿って、鋼材2が配置される土台Dに直線状にレーザを照射して形成されたパスラインに鋼材2を配置し、次いで、該鋼材2を押圧して固定し得る押圧手段5を用いて、鋼材2をパスラインPLに沿うように押圧して固定することにより、鋼材2の歪みを補正する鋼材歪み補正手段を有する。更に、レーザ加工を開始する鋼材の基準位置とNCデータにおけるレーザ加工を開始する基準位置とを一致させ、歪みを補正した鋼材1にレーザ加工を施すレーザ加工手段を有する。
Hereinafter, since it is synonymous with the above-mentioned description, although illustration is abbreviate | omitted, the steel material processing system of this invention is demonstrated in detail. The steel material processing system of the present invention uses a three-dimensional laser processing apparatus that includes a laser light source and processes a steel material into an arbitrary shape. Further, drawing data creation means for creating drawing data relating to the shape of the
なお、上述したところはこの発明の実施形態の一部を示したに過ぎず、この発明の趣旨を逸脱しない限り、これらの構成を交互に組み合わせたり、種々の変更を加えたりすることが可能である点には留意されたい。 The above description shows only a part of the embodiment of the present invention, and these configurations can be combined alternately or various changes can be made without departing from the gist of the present invention. Note that there are some points.
1 丸型の鋼材
2 角形の鋼材
3 台座
4 機械式のアーム(押圧固定部材)
5 押圧手段
PL パスライン
D 土台
Z 基準位置
1
5 Pressing means PL Pass line D Base Z Reference position
Claims (13)
前記鋼材を加工する形状に係る図面データを作成する図面データ作成工程と、
前記作成された図面データに基づき、該図面データを、前記鋼材を加工する前記三次元レーザ加工装置のレーザ加工位置及びレーザ加工軌道を設定するNCデータに書き換えるNCデータ作成工程と、
前記作成されたNCデータを、前記三次元レーザ加工装置の動作を制御する制御部にインプットするNCデータインプット工程と、
前記三次元レーザ加工装置を用いて、台座に配置される鋼材の長手方向と、前記三次元レーザ加工装置が動作する長手方向とが平行となるように、鋼材が配置される台座を設置する土台に直線状にレーザを照射してパスラインを形成するパスライン形成工程と、
前記台座を、前記パスラインに対して平行となるように土台に設置し、次いで、該台座に配置された鋼材の一方の側面を支持する支持部、及び、該支持された鋼材の側面とは反対の側面から押圧する押圧部を備えた支持押圧手段を用いて、前記鋼材を前記パスラインに対して平行となるように押圧して固定することにより、前記鋼材の歪みを補正する鋼材歪み補正工程と、
レーザ加工を開始する鋼材の基準位置とNCデータにおけるレーザ加工を開始する基準位置とを一致させ、前記歪みを補正した鋼材にレーザ加工を施すレーザ加工工程と、を含む鋼材加工方法。 A steel material processing method for processing a steel material using a three-dimensional laser processing apparatus,
A drawing data creation step for creating drawing data relating to the shape of the steel material;
Based on the created drawing data, the drawing data is rewritten to NC data for setting a laser machining position and a laser machining trajectory of the three-dimensional laser machining apparatus for machining the steel material;
NC data input step for inputting the created NC data to a control unit that controls the operation of the three-dimensional laser processing apparatus;
Using the three-dimensional laser processing apparatus, a base for installing a base on which the steel material is arranged so that the longitudinal direction of the steel material arranged on the pedestal and the longitudinal direction in which the three-dimensional laser processing apparatus operates are parallel to each other A pass line forming step of forming a pass line by irradiating a laser in a straight line;
The pedestal is installed on a base so as to be parallel to the path line, and then a support part that supports one side surface of the steel material arranged on the pedestal, and the side surface of the supported steel material Steel material distortion correction that corrects distortion of the steel material by pressing and fixing the steel material so as to be parallel to the pass line, using a support pressing means having a pressing portion that is pressed from the opposite side surface. Process,
A steel material processing method comprising: a laser processing step of matching a reference position of a steel material for starting laser processing with a reference position for starting laser processing in NC data and performing laser processing on the steel material in which the distortion is corrected.
前記三次元レーザ加工装置を用いて、2以上の台座に配置される鋼材の長手方向と、前記三次元レーザ加工装置が動作する長手方向とが平行となるように、且つ、該2以上の台座が設置される方向に沿って、前記鋼材が配置される2以上の台座を設置する土台に直線状にレーザを照射してパスラインを形成する、請求項1に記載の鋼材加工方法。 The pass line forming step includes
Using the three-dimensional laser processing apparatus, the longitudinal direction of the steel material arranged on two or more pedestals and the longitudinal direction in which the three-dimensional laser processing apparatus operates are parallel, and the two or more pedestals The steel material processing method of Claim 1 which forms a pass line by irradiating a laser linearly to the base which installs the two or more bases by which the said steel materials are arrange | positioned along the direction in which a steel material is installed.
前記鋼材を加工する形状に係る図面データを作成する図面データ作成手段と、
前記作成された図面データに基づき、該図面データを、前記鋼材を加工する前記三次元レーザ加工装置のレーザ加工位置及びレーザ加工軌道を設定するNCデータに書き換えるNCデータ作成手段と、
前記作成されたNCデータを、前記三次元レーザ加工装置の動作を制御する制御部にインプットするNCデータインプット手段と、
前記三次元レーザ加工装置を用いて、台座に配置される鋼材の長手方向と、前記三次元レーザ加工装置が動作する長手方向とが平行となるように、鋼材が配置される台座を設置する土台に直線状にレーザを照射してパスラインを形成するパスライン形成手段と、
前記台座を、前記パスラインに対して平行となるように土台に設置し、次いで、該台座に配置された鋼材の一方の側面を支持する支持部、及び、該支持された鋼材の側面とは反対の側面から押圧する押圧部を備えた支持押圧手段を用いて、前記鋼材を前記パスラインに対して平行となるように押圧して固定することにより、前記鋼材の歪みを補正する鋼材歪み補正手段と、
レーザ加工を開始する鋼材の基準位置とNCデータにおけるレーザ加工を開始する基準位置とを一致させ、前記歪みを補正した鋼材にレーザ加工を施すレーザ加工手段と、からなることを特徴とする鋼材加工システム。 A three-dimensional laser processing apparatus that includes a laser light source and processes steel into an arbitrary shape;
Drawing data creating means for creating drawing data relating to the shape of the steel material;
NC data creating means for rewriting the drawing data to NC data for setting a laser machining position and a laser machining trajectory of the three-dimensional laser machining apparatus for machining the steel material based on the created drawing data;
NC data input means for inputting the created NC data to a control unit that controls the operation of the three-dimensional laser processing apparatus;
Using the three-dimensional laser processing apparatus, a base for installing a base on which the steel material is arranged so that the longitudinal direction of the steel material arranged on the pedestal and the longitudinal direction in which the three-dimensional laser processing apparatus operates are parallel to each other Pass line forming means for forming a pass line by irradiating a laser in a straight line;
The pedestal is installed on a base so as to be parallel to the path line, and then a support part that supports one side surface of the steel material arranged on the pedestal, and the side surface of the supported steel material Steel material distortion correction that corrects distortion of the steel material by pressing and fixing the steel material so as to be parallel to the pass line, using a support pressing means having a pressing portion that is pressed from the opposite side surface. Means,
A steel material processing comprising: a laser processing means for matching a reference position of a steel material for starting laser processing with a reference position for starting laser processing in NC data and performing laser processing on the steel material corrected for distortion. system.
前記三次元レーザ加工装置を用いて、2以上の台座に鋼材を配置し、該2以上の台座に配置される鋼材の長手方向と、前記三次元レーザ加工装置が動作する長手方向とが平行となるように、且つ、該2以上の台座が設置される方向に沿って、前記鋼材が配置される2以上の台座を設置する土台に直線状にレーザを照射してパスラインを形成する、請求項10に記載の鋼材加工システム。 The pass line forming means comprises:
Using the three-dimensional laser processing apparatus, steel materials are arranged on two or more pedestals, and the longitudinal direction of the steel materials arranged on the two or more pedestals and the longitudinal direction in which the three-dimensional laser processing apparatus operates are parallel to each other. And forming a pass line by linearly irradiating a base on which the two or more pedestals on which the steel materials are disposed are irradiated along a direction in which the two or more pedestals are installed. Item 11. A steel material processing system according to Item 10.
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