JP2018024074A - Combined processing machine including laser processing head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はレーザビームによるレーザ加工と、切削、研削等の機械加工とを備えた複合加工機に関する。 The present invention relates to a combined processing machine equipped with laser processing using a laser beam and machining such as cutting and grinding.
レーザビームを用いて、切断、穴開け、溶接、肉盛り、積層、表面改質等のレーザ加工が施されているが、従来はそれぞれ用途に合せてレーザ加工装置が製作されているため、それぞれ用途毎にレーザ加工機を準備しなければならず、広いスペースが必要となるだけでなくコスト面でも高くなる。
また、ワークによってはレーザ加工の前後に切削や研削等の機械加工が必要となる場合も多い。
Laser processing such as cutting, drilling, welding, overlaying, laminating, surface modification, etc. has been performed using a laser beam, but conventionally laser processing equipment has been manufactured according to each application, A laser processing machine must be prepared for each application, which not only requires a large space but also increases costs.
Further, depending on the workpiece, machining such as cutting and grinding is often required before and after laser processing.
特許文献1には、工作機械の主軸台にレーザ加工ヘッドを旋回機構にて設ける技術を開示するが、レーザ加工ヘッドを工具と自動交換可能にしたものではない。 Patent Document 1 discloses a technique in which a laser processing head is provided on a spindle head of a machine tool by a turning mechanism, but the laser processing head is not automatically replaceable with a tool.
本発明は、各種レーザ加工ヘッドと組み合せた複合加工機の提供を目的とする。 An object of the present invention is to provide a composite processing machine combined with various laser processing heads.
本発明に係る複合加工機は、レーザ加工ヘッドと工具とを交換可能に備え、前記レーザ加工ヘッド及び工具の自動交換装置を有することを特徴とする。 The multi-task machine according to the present invention is characterized in that a laser machining head and a tool can be exchanged, and the laser machining head and tool automatic changer are provided.
ここで、レーザ加工ヘッドとはレーザビームを照射し、切断、穴開け、溶接、肉盛り、積層、表面改質等の各種レーザ加工を行うためのヘッドをいう。
本発明で工具とは、バイトによる旋削加工、回転工具による切削加工、砥石等による研削加工等の各種機械加工に用いられる工具をいう。
複合加工機には、ワークをチャック保持又は回転制御する主軸台とレーザ加工ヘッドを装着可能にした工具主軸を備えている。
本発明においてはレーザ加工ヘッド及び工具の自動交換装置を有しているので、レーザ加工の前後の機械加工と連動できるので、複数の工程を一台の複合加工機で行うことができる。
また、レーザ加工ヘッドは工具を装着する工具主軸に装着可能であり、且つレーザ光の伝達経路のクランプ手段を有するのが好ましい。
ここで、レーザ光の伝達経路とは、伝送ファイバや必要に応じて光線の反射、変更ミラー等が含まれる。
Here, the laser processing head refers to a head for irradiating a laser beam and performing various laser processing such as cutting, drilling, welding, overlaying, lamination, and surface modification.
In the present invention, the tool refers to a tool used for various machining processes such as a turning process using a cutting tool, a cutting process using a rotating tool, and a grinding process using a grindstone.
The multi-tasking machine is provided with a spindle head for holding or rotating the workpiece and a tool spindle on which a laser machining head can be mounted.
In the present invention, since the laser processing head and the automatic tool changer are provided, it can be interlocked with the machining before and after the laser processing, so that a plurality of processes can be performed by a single combined processing machine.
The laser processing head can be mounted on a tool spindle on which a tool is mounted, and preferably has clamping means for a laser beam transmission path.
Here, the laser light transmission path includes a transmission fiber, reflection of a light beam, and a change mirror, if necessary.
本発明において、前記レーザ加工ヘッドはコリメータ部と集光部とに分離可能であり、
前記集光部は前記自動交換装置にて取り替え可能になっていてもよい。
ここでコリメータ部とは、レーザ発振器等から出力されるレーザ光をコリメート(平行光化)する光学系の共通部分をいい、集光部とはレーザ加工の用途に合せてレーザ光の集光距離を変えるための部分をいう。
よって本発明において、前記集光部は、切断、穴開け、溶接、肉盛り、積層、表面改質等のレーザ加工の用途に合せて取り替え可能になっているのが好ましい。
In the present invention, the laser processing head is separable into a collimator part and a condenser part,
The condensing unit may be replaceable by the automatic exchange device.
Here, the collimator unit refers to the common part of the optical system that collimates (collimates) the laser beam output from a laser oscillator or the like, and the condensing unit refers to the condensing distance of the laser beam according to the laser processing application. The part for changing.
Therefore, in this invention, it is preferable that the said condensing part can be replaced | exchanged according to the uses of laser processing, such as cutting, drilling, welding, build-up, lamination | stacking, and surface modification.
また、レーザ加工ヘッドにはレーザ加工の目的に応じて、アシストガス、シールドガス、肉盛りや溶接に用いる粉末や線材の供給部を有しており、それらをユニット化したレーザ加工ヘッドユニットとして工具主軸に装着、交換可能にしてもよい。 In addition, the laser processing head has a supply section for powder and wire used for assist gas, shield gas, build-up and welding according to the purpose of laser processing. It may be attached to the main shaft and replaceable.
本発明に係る複合加工機は、レーザ加工と機械加工とが行えるので、ワークの複雑な加工工程を一台の機械で行えるので汎用性が高く、全体としてコストダウンを図ることができる。 Since the multi-task machine according to the present invention can perform laser processing and machining, a complicated machining process of a workpiece can be performed by a single machine, so that the versatility is high and the overall cost can be reduced.
本発明に係る複合加工機の構造例を以下、図面に基づいて説明するが本発明はこれに限定されない。 A structural example of the multi-task machine according to the present invention will be described below with reference to the drawings, but the present invention is not limited to this.
図1に、複合加工機10の構造例を示す。
本実施例では、ワークWをチャック保持し、回転制御可能な主軸台L11,主軸台R12を対向配置し、この上部側に工具主軸13を配置した例になっている。
本明細書では、対向主軸台L,Rの軸線方向をZ軸、工具主軸13の切り込み方向をX軸、これに前後方向に直交する方向をY軸と表現する。
2つの主軸の少なくとも一方はZ軸方向移動制御されている。
工具主軸13は、少なくともY軸まわりに旋回制御(B軸制御)され、左右に配置したレーザ加工ヘッド自動交換装置14及び工具自動交換装置15との間にてレーザ加工ヘッド又は工具の引き取り、引き渡しを行うことができる。
ここで交換装置は図示を省略したが、公知のフィンガタイプ、アームタイプ等の構造を採用することができ、自動交換装置となっている。
In FIG. 1, the structural example of the multi-task machine 10 is shown.
In this embodiment, the workpiece W is chuck-held, and a spindle base L11 and a spindle base R12 that can be controlled to rotate are arranged opposite to each other, and the
In the present specification, the axial direction of the opposed spindle heads L and R is expressed as the Z axis, the cutting direction of the
At least one of the two main shafts is controlled to move in the Z-axis direction.
The
Here, although the illustration of the exchange device is omitted, a known finger type, arm type, or other structure can be adopted, and an automatic exchange device is obtained.
レーザ加工ヘッド自動交換装置14には、アシストガス管、シールドガス管、粉末・線材供給部等を組み合せてユニット化したレーザ加工ヘッド16をレーザ加工目的に合せて複数種類のユニットをマガジンにセットしてあってもよい。
本実施例では、図2,3に示すように、レーザ加工ヘッド16はコリメータ部16aと集光部16bとが分離可能となっていて、この集光部16bをレーザ加工の目的に合せて、集光方法、集光距離の異なる複数種類の集光部16bをマガジンにセットした例になっている。
In the laser processing head automatic changer 14, a
In this embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, the
コリメータ部16aはレーザビームの光学系の共通部分であり、集光部16bはレーザビームの集光距離、方法を切断、穴開け、溶接、肉盛り、積層、表面改質等のレーザ加工目的に合せて調整した部分である。
これによりレーザヘッド自動交換装置14に設けたマガジンに各種集光部をストックしておき、この自動交換装置にて工具主軸13に装着してある集光部と取り換えるだけで各種レーザ加工ができる。
The
As a result, various laser processing can be performed simply by stocking various condensing units in a magazine provided in the laser head automatic exchanging device 14 and replacing the condensing unit mounted on the
コリメータ部16aと集光部16bとの分離方法に制限はない。
本実施例は図3に示すようにコリメータ部16a側に周廻り、3点支持のボールプランジャー16dを配設し、集光部16bの周廻りに上下の円錐面で形成した把持凹部16gをボールプランジャー16dに差し込み装着及び引き抜き取り出し可能にした例となっている。
なお、ボールプランジャー16dはボール16eを周廻り中心方向にスプリング16fで脱落しないように突出付勢してある。
ボールプランジャー16dは周廻りに120°毎に3つ配置してあり、コリメータ部16aの軸心と集光部16bの軸心が一致するようになっている。
また、集光部16bがコリメータ部16aに対して相互に回転しないように、例えばキーとキー溝からなるロック機構を設けてもよい。
There is no restriction | limiting in the separation method of the
In this embodiment, as shown in FIG. 3, the
The
Three
Moreover, you may provide the locking mechanism which consists of a key and a key groove so that the
コリメータ部16aはレーザビームを伝送する伝送ファイバ116c,コリメータレンズ116a,保護ガラス(第1)116bを有する例になっていて、集光部16bは保護ガラス(第2)216b,集光レンズ216a,保護ガラス(第3)216c,ノズル216dを有する例になっているが、集光部16bをコリメータ部16aに交換可能に脱着できれば、この構造例に限定されない。
The
レーザ加工ヘッド16は工具主軸13への取付部19を有し、図2に示すように工具主軸13の軸心とレーザビーム17の光線と一致させるように、複数の反射ミラー18a,18bを配置したタイプ及び図4に示すように、工具主軸13の軸心とレーザビーム17の光線とをオフセットさせたタイプが例として挙げられる。
取付部19には図5に示すようにシャンク19aを有し、工具主軸13にチャックされる。
The
As shown in FIG. 5, the
工具主軸13からレーザ加工ヘッド16を取り外すと、図1に示すように工具自動交換装置15にてバイトや回転工具等の工具Tを工具主軸13に装置し、各種切削加工を行うことができる。
また本実施例では、対向主軸台L,Rの下側にタレット刃物台20を配置した例になっているが、必要に応じて複数のタレット刃物台やB軸制御されたその他の刃物台を設けてもよい。
When the
Further, in this embodiment, the turret tool post 20 is arranged below the opposed headstocks L and R, but a plurality of turret tool post and other B tool controlled turrets are provided as necessary. It may be provided.
図6にレーザ加工ヘッドの第2の実施例を示す。
図3と共通する部分は、共通の符号を表記し、詳細な説明を省略する。
本実施例は、コリメータ部16Aに集光部(ノズル部)16Bを装着する方法として、集光部16B側にボールプランジャー16dを設け、コリメータ部16A側に把持凹部16Gを形成してある。
FIG. 6 shows a second embodiment of the laser processing head.
Portions common to those in FIG. 3 are denoted by common reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
In the present embodiment, as a method of mounting the light collecting portion (nozzle portion) 16B on the
複合加工機を、このように構成したことにより、主軸台にワークをチャック保持させ、各種レーザ加工をした後に各種工具を用いて切削、研削等の機械加工を行うことや、レーザ加工の前に機械加工を行うことができ、複数の異なる各種工程を一台の複合機で行うことができる。 By configuring the multi-task machine in this way, the workpiece is chucked and held on the headstock, and after various laser processing, machining such as cutting and grinding is performed using various tools, and before laser processing. Machining can be performed, and a plurality of different processes can be performed by a single multifunction device.
次に、取付部19のクランプ構造について説明する。
レーザ加工ヘッドを工具主軸に装着できるとともに、主軸中心とレーザ光中心とが一致するようにすると、工具の移動制御や旋回制御に合せてレーザ加工ヘッドの制御も可能になる。
しかし、レーザ加工ヘッドには前述したように、レーザ光の伝達経路を確保するためのクランプ手段が必要であり、工具主軸が旋回する場合にも安定した位置決め手段が要求される。
Next, the clamp structure of the
When the laser processing head can be mounted on the tool spindle and the center of the spindle coincides with the center of the laser beam, the laser processing head can be controlled in accordance with the movement control and turning control of the tool.
However, as described above, the laser processing head requires clamping means for securing a laser beam transmission path, and stable positioning means are required even when the tool spindle rotates.
図7(a)は、工具主軸端面にピン19bを設けてクランプさせる方法を示す。
図7(b)は、レーザ光の伝達経路を工具主軸の上部に設けたクランプ手段19cにクランプさせる方法を示す。
図8(a)は、工具主軸の端面に沿ってスライドするクランプ19dを採用した例を示し、(b),(c)は工具主軸の下部にサブクランプ19eを設けた例を示す。
図9は、レーザ光の伝達経路を工具主軸の上部に設けたローラ式クランプ19fを設けた例を示す。
このように、両側一対のローラでクランプすると、工具主軸の旋回によるねじれをローラが吸収してくれる。
Fig.7 (a) shows the method of providing the
FIG. 7B shows a method of clamping the laser light transmission path to the clamping means 19c provided on the upper part of the tool spindle.
FIG. 8A shows an example in which a
FIG. 9 shows an example in which a
In this way, when clamped by a pair of rollers on both sides, the roller absorbs the twist caused by the turning of the tool spindle.
10 複合加工機
11 主軸台L
12 主軸台R
13 工具主軸
14 レーザ加工ヘッド自動交換装置
15 工具自動交換装置
16 レーザ加工ヘッド
16a コリメータ部
16b 集光部
16c チャック部
16d ボールプランジャー
16g 把持凹部
20 タレット刃物台
116a コリメータレンズ
116b 保護ガラス(第1)
116c 伝送ファイバ
216a 集光レンズ
216b 保護ガラス(第2)
216c 保護ガラス(第3)
216d ノズル
10 Combined processing machine 11 Headstock L
12 Headstock R
DESCRIPTION OF
116c
216c Protective glass (third)
216d nozzle
Claims (4)
前記レーザ加工ヘッド及び工具の自動交換装置を有することを特徴とする複合加工機。 The laser processing head and tool can be exchanged,
A combined processing machine comprising the laser processing head and an automatic tool changer.
前記集光部は前記自動交換装置にて取り替え可能になっていることを特徴とする請求項1記載の複合加工機。 The laser processing head is separable into a collimator part and a condenser part,
2. The multi-tasking machine according to claim 1, wherein the condensing unit can be replaced by the automatic changer.
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