JP2019107653A - レーザ加工方法及びレーザ加工ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】ワークのピアス加工、レーザ切断加工及びノズル交換等に対応して高さ位置を調節することのできるスパッタガードを備えたレーザ加工ヘッド及びレーザ加工方法を提供する。【解決手段】レーザ加工時のスパッタの飛散を防止するためのスパッタガードを、レーザ加工ヘッドに上下動自在に備えたレーザ加工機によるレーザ加工方法であって、前記スパッタガード９の下部１３をワークＷ上面に接触した状態、又はピアシング加工時に飛散する多くのスパッタＳが外部へ飛散することを防止するために、前記スパッタガード９の下部１３とワーク上面との間の間隙を僅かな間隙に保持する工程と、ワークＷにピアシング加工を行う工程と、ワーク上面とスパッタガード９との間の間隙を、僅かな間隙に保持してワークのレーザ切断を行う工程、の各工程を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ加工時のスパッタの飛散を防止するためのスパッタガードを上下動自在に備えたレーザ加工ヘッドを用いての、レーザ加工方法及び前記レーザ加工ヘッドに関する。さらに詳細には、ピアス加工時、レーザ切断加工時及びメンテナンス時等に対応してスパッタガードの高さ位置を３段階の位置に調節することのできるレーザ加工ヘッド及びこのレーザ加工ヘッドを用いたレーザ加工方法に関する。

例えば板状のワークのレーザ切断加工を行うときには、先ず、ワークにピアス加工を行う。そして、ピアス加工位置をスタート位置としてレーザ切断加工を行うものである。前記ピアス加工時には、スパッタが周囲に激しく飛散する。したがって、スパッタの飛散を防止するためのスパッタガードを備えたレーザ加工ヘッドが提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２０１２−１３０９６９号公報 特開２００４−７４２５４号公報

前記特許文献１に記載の構成は、スパッタガードとしての遮蔽ブラシを備えている。この遮蔽ブラシはばねによって常に下方向へ付勢されている。そして遮蔽ブラシの下端部は、ワークの上面に常に接触してある。したがって、ピアス加工時に激しく飛散するスパッタの飛散を防止することができる。しかし、ワークの切断加工時には、遮蔽ブラシにスパッタが付着した状態でもってワーク上面を擦ることとなる。よって、ワーク上面に擦り傷を生じ易い、という問題がある。

前記特許文献２に記載の構成は、スパッタガードとしてのフードは、ワークから切断された切断片が立上がって切断片の一部がワーク上面から突出した場合に、切断片との干渉を防止するために、前記フードを所定の高さに上昇する構成である。したがって、特許文献２に記載の構成においては、ワーク上面に擦り傷を生じ易い、という問題は解消される。

しかし、切断時のフードの高さ位置は、特許文献２の図６に示されているように、プラズマトーチの下端部（先端部）よりも高い位置であって、ワークとフードとの間の間隙は大きなものである。したがって、ワークの切断加工時には、生じたスパッタが前記間隙から周囲に飛散することになる、という問題がある。

本発明は、前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、レーザ加工時のスパッタの周囲の飛散を防止するためのスパッタガードを、レーザ加工ヘッドに上下動自在に備えたレーザ加工機によるレーザ加工方法であって、
（ａ）前記スパッタガードの下部をワーク上面に接触した状態、又はピアシング加工時に飛散するスパッタが外部へ飛散することを防止するために、前記スパッタガードの下部とワーク上面との間の間隙を予め設定した所定の微小間隙に保持する工程、
（ｂ）ワークにピアシング加工を行う工程、
（ｃ）ワーク上面とスパッタガードとの間の間隙を、前記所定の微小間隙に保持してワークのレーザ切断を行う工程、
の各工程を備えていることを特徴とするものである。

また、スパッタガードを上下動可能に備えたレーザ加工ヘッドであって、前記スパッタガードを上下動するための上下動用アクチュエータを備え、前記上下動用アクチュエータは、スパッタガードの下部をワーク上面に接触した状態の第１位置と、スパッタガードの下部とワークの上面との間の間隙を、レーザ加工時に発生するスパッタの外部への飛散を抑制するために、予め設定した所定の微小間隙に保持する第２の位置と、レーザ加工ヘッドに備えたノズル交換時のために、ノズルを露出する高さ位置の第３の位置とに位置決め自在であることを特徴とするものである。

本発明によれば、ピアス加工時にスパッタが周囲に激しく飛散することを防止できる。また、ピアス加工からレーザ切断加工に移行した場合には、レーザ切断加工時に発生したスパッタの周囲への飛散を抑制することができる。そして、レーザ切断加工時には、ワーク上面に擦り傷が発生するようなことがないものである。

本発明の実施形態に係るレーザ加工ヘッドの構成を概略的に示した構成説明図である。

図１を参照するに、本発明の実施形態に係るレーザ加工ヘッド１は、レーザ切断加工を行う板状のワークＷに対してＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ相対的に移動自在に備えられている。なお、レーザ加工機において、ワークＷに対してレーザ加工ヘッド１をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ相対的に移動する構成は公知である。したがって、レーザ加工機の全体的構成及びレーザ加工ヘッド１を移動する構成についての詳細な説明は省略する。

レーザ加工ヘッド１は、集光レンズ（図示省略）を内装したヘッド本体３を備えている。このヘッド本体３の下部にはノズルホルダ５が備えられており、このノズルホルダ５にはノズル７が着脱交換自在に備えられている。前記ノズル７からレーザ光ＬＢをワークＷへ照射すると共に、レーザ照射によって溶融された溶融金属を除去するために、前記ノズル７からアシストガスをレーザ照射位置へ噴射することにより、ワークＷにレーザ加工が行われる。

ワークＷのレーザ切断加工を行うには、先ずピアス加工を行うものである。ワークＷにピアス加工を行うときには、ワークＷに対してレーザ加工ヘッドを所定のピアス加工位置に位置決めした状態でレーザ照射され、多くのスパッタＳがピアス加工位置の周囲に飛散される。そこで、スパッタＳの飛散を防止するために、前記ヘッド本体３にはスパッタガード９が上下動自在に備えられている。すなわち、スパッタガード９は、前記ヘッド本体３を囲繞した環状部材１１を上下動自在に備えている。前記環状部材１１の下部には、下端縁（下部）１３がワークＷの上面に接触自在なフレア部材１５が備えられている。

前記フレア部材１５は、前記ノズルホルダ５及びノズル７の周囲を覆う構成であって、ワークＷのピアス加工時やレーザ切断加工時に、スパッタＳが周囲に飛散することを防止する機能を有するものである。前記スパッタガード９を上下動するために、前記ヘッド本体３には、適数の上下動用アクチュエータ１７が備えられている。前記上下動用アクチュエータ１７は、本実施形態においては、３位置へ位置決め自在な３ポジションシリンダから構成してあって、上下動自在なピストンロッド１７Ｐが前記環状部材１１に連結してある。なお、３ポジションシリンダの構成は公知であるから、３ポジションシリンダの詳細については説明を省略する。

上記構成により、前記上下動用アクチュエータ１７を作動することにより、スパッタガード９は、下端縁（下部）１３をワークＷの上面に接触した第１の位置Ａに位置決め自在である。また、スパッタガード９の下端縁１３は、スパッタガード９の下部とワークＷの上面との間の間隙を、レーザ切断加工時に発生するスパッタＳの外部への飛散を防止するために予め設定した所定の微小間隙を保持した第２の位置Ｂに位置決め自在である。予め設定した所定の微小間隙ｄは、スパッタガード９の下端縁１３にスパッタが付着した場合であっても、ワークＷの上面にスパッタが接触しない高さ位置、すなわち、ｄ＝０．３ｍｍ〜４．０ｍｍの範囲である。さらに、スパッタガード９の下端縁１３は、ノズル７の交換を行う際に、邪魔にならないように、ノズル７の装着高さ位置よりも高い、すなわちノズル７を露出する高さ位置の第３の位置Ｃに位置決め自在である。

上記構成により、ワークＷにピアス加工を行う際には、スパッタガード９の下端縁１３をワーク上面に接触した状態の第１の位置Ａ、又はスパッタが外部へ飛散することを防止するために、予め設定した所定の微小間隙ｄを保持した位置に位置決めする。したがって、ピアス加工時に周囲に激しく飛散する傾向にあるスパッタＳの飛散を防止することができる。

そして、ワークＷに対してレーザ加工ヘッド１を相対的に移動してレーザ切断加工を行う際には、スパッタガード９の下端縁１３を第２の位置Ｂに上昇する。すなわち、スパッタガード９の下端縁１３を、ワークＷの上面から僅かに離隔してレーザ切断加工を行うものである。この際、ピアス加工時に飛散してフレア部材１５の内周面に付着したスパッタＳは、スパッタガード９の上昇時に一体的に上昇する。そして、フレア部材１５の下端縁にスパッタＳが付着した場合であっても、付着したスパッタＳは、ワークＷの上面から離隔される。またピアス加工の際またはレーザ切断加工時にワークＷ上に飛散したスパッタと、スパッタガード９（フレア部材１５）の下端縁が、レーザ加工ヘッドの相対的な移動時に接触することがない。したがって、レーザ切断加工時に、スパッタＳによってワークＷの上面に擦り傷を生じるようなことはないものである。あわせてレーザ切断加工時にレーザ切断加工位置から周囲に飛散するスパッタＳの飛散も防止できる。

そして、ノズル７の交換を行う際には、スパッタガード９の下端縁１３を第３の位置Ｃに上昇する。したがって、ノズル７はスパッタガード９の下側に露出することとなり、レーザ加工ヘッド１に対するノズル７の着脱交換を容易に行い得るものである。

ところで、前記説明においては、スパッタガード９の下端縁１３をワーク上面に接触してピアス加工を行い、その後、スパッタガード９の下端縁１３を第２の位置Ｂに上昇してレーザ切断加工を行う旨説明した。しかし、レーザ切断加工時に擦り傷の発生を防止するには、スパッタガード９の下端縁１３や、下端縁１３に付着したスパッタＳでもってワーク上面を擦らなければよいものである。したがって、ワークＷのピアス加工を行う際に、ピアス加工位置から飛散したスパッタＳの飛散を抑制するために、スパッタガード９の下端縁１３とワークＷの上面との間の間隙を、例えば０．３ｍｍ程度の微少間隙ｄに予め保持することも可能である。

上述のように、スパッタガード９の下端縁１３とワークＷの上面との間の間隙を、予め設定した微少間隙ｄに保持してピアス加工を行うことも可能である。この場合、スパッタガード９とワークＷとの間の間隙が微少間隙ｄであることにより、周囲に飛散するスパッタＳが外部へ飛散することが抑制できる。そして、スパッタガード９とワークＷとの間に予め微少間隙ｄが備えられていることにより、ワークＷに対してレーザ加工ヘッド１を相対的に移動するとき、擦り傷の発生を防止することができる。

したがって、ピアス加工から切断加工へ移行するとき、スパッタガード９を上昇する動作を省略できる。よって、ピアス加工から切断加工への移行を迅速に行うことができ、ワークＷのレーザ切断加工の能率向上を図ることができるものである。

ところで、本発明は、前述したごとき実施形態に限ることなく、適宜の変更を行うことにより、その他の形態でもって実施可能である。すなわち、スパッタガード９を、第１，第２，第３の３位置へ位置決めする構成としては、第１，第２，第３の３位置に対応するリミットスイッチ等のセンサを、ヘッド本体３に備える。そして、例えば環状部材１１に立設したドグホルダに、前記各リミットスイッチを作動するドグを備えた構成とする。すなわち、ドグがリミットスイッチを作動することによって、スパッタガード９の上下動位置の位置決めを行う構成とすることも可能である。この場合、上下動用アクチュエータ１７としては、流体圧シリンダに限ることなく、例えばリニアアクチュエータやボールネジ機構などの構成とすることも可能である。

すなわち、スパッタガード９を、第１，第２，第３の位置へ位置決めする構成としては、種々の構成を採用することができるものである。

１ レーザ加工ヘッド
３ ヘッド本体
５ ノズルホルダ
７ ノズル
９ スパッタガード
１１ 環状部材
１３ 下端縁
１５ フレア部材
１７ 上下動用アクチュエータ

Claims (3)

1. レーザ加工時のスパッタの飛散を防止するためのスパッタガードを、レーザ加工ヘッドに上下動自在に備えたレーザ加工機によるレーザ加工方法であって、
   （ａ）前記スパッタガードの下部をワーク上面に接触した状態、又はピアシング加工時に飛散するスパッタが外部へ飛散することを防止するために、前記スパッタガードの下部とワーク上面との間の間隙を予め設定した所定の微小間隙に保持する工程、
   （ｂ）ワークにピアシング加工を行う工程、
   （ｃ）ワーク上面とスパッタガードとの間の間隙を、前記所定の微小間隙に保持してワークのレーザ切断を行う工程、
   の各工程を備えていることを特徴とするレーザ加工方法。
2. スパッタガードを上下動可能に備えたレーザ加工ヘッドであって、前記スパッタガードを上下動するための上下動用アクチュエータを備え、前記上下動用アクチュエータは、スパッタガードの下部をワーク上面に接触した状態の第１位置と、スパッタガードの下部とワークの上面との間の間隙を、レーザ加工時に発生するスパッタの外部への飛散を抑制するために、予め設定した所定の微小間隙に保持する第２の位置と、レーザ加工ヘッドに備えたノズル交換時のために、ノズルを露出する高さ位置の第３の位置とに位置決め自在であることを特徴とするレーザ加工ヘッド。
3. 請求項２に記載のレーザ加工ヘッドにおいて、前記上下動用アクチュエータは、３ポジションシリンダから構成してあることを特徴とするレーザ加工ヘッド。

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