JP2022053804A - Laser processing method and laser processing machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ワークに対してレーザ切断加工を行うレーザ加工方法及びレーザ加工機に関する。 The present invention relates to a laser processing method and a laser processing machine for performing laser cutting processing on a work.
軟鋼からなる厚板のワークに対して加工経路に沿ってレーザ切断加工を行う場合には、アシストガスとして酸素を用いる酸素加工が選択される。酸素加工は、レーザビームのエネルギーの他に酸化反応熱によってワークを溶融させることができる。また、加工経路にコーナ部(鋭角部やエッジ部)が含まれている場合には、レーザビームの照射位置が加工経路のコーナ部の先端に達すると、レーザ加工機のコーナ部の加工方法として、レーザ加工機の切断速度及びレーザ出力を下げて、バーニングの発生を抑制している(特許文献1及び特許文献2参照)。
When laser cutting is performed on a thick plate work made of mild steel along a processing path, oxygen processing using oxygen as an assist gas is selected. In oxygen processing, the work can be melted by the heat of the oxidation reaction in addition to the energy of the laser beam. In addition, when the processing path includes a corner portion (acute angle portion or edge portion), when the irradiation position of the laser beam reaches the tip of the corner portion of the processing path, it is used as a processing method for the corner portion of the laser processing machine. , The cutting speed and laser output of the laser processing machine are lowered to suppress the occurrence of burning (see
ところで、ワークの板厚の増大に伴い、レーザビームの照射位置の軌跡に対するワークの裏面側の溶融金属の軌跡(切断位置の軌跡)の遅れが大きくなると、ワークの裏面におけるコーナ部側に大きな凹みが発生する。特に、レーザ加工機の切断時間の短縮化を図るために、レーザ加工機の切断速度及びレーザ出力を上げると、その凹みがより大きくなる。 By the way, as the plate thickness of the work increases, the delay of the locus of the molten metal (trajectory of the cutting position) on the back surface side of the work with respect to the locus of the irradiation position of the laser beam becomes large, and a large dent is formed on the corner portion side on the back surface of the work. Occurs. In particular, when the cutting speed and the laser output of the laser processing machine are increased in order to shorten the cutting time of the laser processing machine, the dent becomes larger.
また、ワークの裏面側の溶融金属の軌跡の遅れを低減するために、レーザ加工機の切断速度及びレーザ出力を下げるコーナ部の加工方法に加えて、レーザビームの照射位置がコーナ部の先端に達した後に、レーザビームの照射位置をコーナ部の先端に所定時間だけ停止させることがある。この手法を採ると、ワークの裏面におけるコーナ部の内角側の凹みを小さくできるものの、ワークの裏面におけるコーナ部の外角側の凹みが大きくなる。 Further, in order to reduce the delay of the trajectory of the molten metal on the back surface side of the work, in addition to the processing method of the corner portion that lowers the cutting speed and the laser output of the laser processing machine, the irradiation position of the laser beam is located at the tip of the corner portion. After reaching the point, the irradiation position of the laser beam may be stopped at the tip of the corner portion for a predetermined time. When this method is adopted, the dent on the inner corner side of the corner portion on the back surface of the work can be reduced, but the dent on the outer corner side of the corner portion on the back surface of the work becomes large.
つまり、軟鋼からなる厚板のワークに対してレーザ切断加工を行う場合に、ワークの裏面におけるコーナ部の外角側及び内角側の凹みを小さくすることは困難であるという問題がある。更に、コーナ部の前後において切断速度及びレーザ出力を下げる加工を行う場合には、コーナ先端通過後の切断面(コーナ部の先端に後続する部分)が粗くなるという問題が発生する。 That is, when laser cutting is performed on a thick plate work made of mild steel, there is a problem that it is difficult to reduce the dents on the outer corner side and the inner corner side of the corner portion on the back surface of the work. Further, when processing is performed to reduce the cutting speed and the laser output before and after the corner portion, there arises a problem that the cut surface (the portion following the tip of the corner portion) after passing through the tip of the corner becomes rough.
そこで、本発明は、前述の場合に、ワークの切断面におけるコーナ部の先端に後続する部分が粗くなることを抑えつつ、ワークの裏面におけるコーナ部の外角側及び内角側の凹みを小さくすることで、ワークの加工品質の向上を図る、レーザ加工方法及びレーザ加工機を提供することを目的とする。 Therefore, in the above-mentioned case, the present invention reduces the dents on the outer and inner corners of the corner portion on the back surface of the work while suppressing the portion of the cut surface of the work that follows the tip of the corner portion from becoming rough. It is an object of the present invention to provide a laser processing method and a laser processing machine for improving the processing quality of a work.
第1実施態様に係るレーザ加工方法は、アシストガスとして酸素を用い、軟鋼からなるワークに対してコーナ部を含む加工経路に沿ってレーザ切断加工を行うレーザ加工方法であって、レーザビームの照射位置が前記加工経路における前記コーナ部の先端(頂部)の手前側から前記コーナ部の先端に至る間に、切断速度(加工速度)を所定の第1速度からゼロまで減速する。レーザビームの照射位置が前記加工経路における前記コーナ部の先端から所定箇所に至る間に、切断速度を前記所定の第1速度まで加速する。レーザビームの照射位置が前記コーナ部の先端の手前側から前記コーナ部の先端に至る間における、切断速度を減速する加速度(減速時の加速度)は、レーザビームの照射位置が前記コーナ部の先端から前記所定箇所に至る間における、切断速度を加速する加速度(加速時の加速度)よりも小さく設定されている。 The laser processing method according to the first embodiment is a laser processing method in which oxygen is used as an assist gas and laser cutting is performed on a workpiece made of mild steel along a processing path including a corner portion, and is irradiated with a laser beam. The cutting speed (machining speed) is reduced from a predetermined first speed to zero while the position reaches the tip of the corner portion from the front side of the tip (top) of the corner portion in the machining path. While the irradiation position of the laser beam reaches a predetermined position from the tip of the corner portion in the processing path, the cutting speed is accelerated to the predetermined first speed. The acceleration that reduces the cutting speed (acceleration during deceleration) when the irradiation position of the laser beam is from the front side of the tip of the corner portion to the tip of the corner portion is that the irradiation position of the laser beam is the tip of the corner portion. It is set to be smaller than the acceleration for accelerating the cutting speed (acceleration at the time of acceleration) from the to the predetermined position.
レーザビームの照射位置が前記コーナ部の先端から前記所定箇所に至る間に、切断速度をゼロから前記所定の第1速度よりも低い所定の第2速度まで加速してその速度を維持し、その後、切断速度を前記所定の第1速度まで加速してもよい。この場合に、レーザビームの照射位置が前記加工経路の前記コーナ部の先端に達すると、レーザ出力を所定の第1出力から前記所定の第1出力よりも低い所定の第2出力若しくはゼロに切り替えるか、又は一旦ゼロにした後に前記所定の第2出力に切り替えてもよい。レーザビームの照射位置が前記加工経路の前記所定箇所に達すると、前記レーザ出力を前記所定の第2出力若しくはゼロから前記所定の第1出力に切り替えるか、又は一旦ゼロにした後に前記所定の第1出力に切り替えてもよい。 While the irradiation position of the laser beam reaches the predetermined position from the tip of the corner portion, the cutting speed is accelerated from zero to a predetermined second speed lower than the predetermined first speed to maintain the speed, and then the speed is maintained. , The cutting speed may be accelerated to the predetermined first speed. In this case, when the irradiation position of the laser beam reaches the tip of the corner portion of the processing path, the laser output is switched from the predetermined first output to a predetermined second output or zero lower than the predetermined first output. Alternatively, the output may be switched to the predetermined second output after the value is once set to zero. When the irradiation position of the laser beam reaches the predetermined position of the processing path, the laser output is switched from the predetermined second output or zero to the predetermined first output, or once set to zero, the predetermined second output is performed. You may switch to one output.
第1実施態様に係るレーザ加工方法によると、レーザビームの照射位置が前記コーナ部の先端に達した後における、切断速度の加速度を標準(通常)の加速度と同一又は同程度に保ちつつ、レーザビームの照射位置が前記コーナ部の先端の手前側から前記コーナ部の先端に至る間における、切断速度の加速度(減速時の加速度)のみを下げることができる。これにより、切断速度を加速させる際にワークへの入熱が過多になることを抑えつつ、レーザビームの照射位置の軌跡に対するワークの裏面側の溶融金属の軌跡(切断位置の軌跡)の遅れを低減することができる。 According to the laser processing method according to the first embodiment, after the irradiation position of the laser beam reaches the tip of the corner portion, the laser is maintained while keeping the acceleration of the cutting speed equal to or the same as the standard (normal) acceleration. It is possible to reduce only the acceleration of the cutting speed (acceleration during deceleration) when the irradiation position of the beam is from the front side of the tip of the corner portion to the tip of the corner portion. As a result, while suppressing excessive heat input to the work when accelerating the cutting speed, the locus of the molten metal on the back surface side of the work (trajectory of the cutting position) is delayed with respect to the locus of the irradiation position of the laser beam. Can be reduced.
第2実施態様に係るレーザ加工機は、レーザビームを発振(出力)するレーザ発振器と、前記レーザ発振器に光学的に接続され、軟鋼からなるワークに向かってアシストガスとして酸素を噴射しつつレーザビームを照射する加工ヘッドと、前記加工ヘッドをワークに対して相対的に水平方向へ移動させるヘッド移動部と、前記レーザ発振器及び前記ヘッド移動部を制御する制御装置と、を備えている。前記制御装置は、レーザビームの照射位置が前記加工経路におけるコーナ部の先端の手前側から前記コーナ部の先端に至る間に、切断速度(加工速度)が所定の第1速度からゼロまで減速するように前記ヘッド移動部を制御する。前記制御装置は、レーザビームの照射位置が前記加工経路における前記コーナ部の先端から所定箇所に至る間に、切断速度が前記所定の第1速度まで加速するように前記ヘッド移動部を制御する。そして、前記制御装置は、レーザビームの照射位置が前記コーナ部の先端の手前側から前記コーナ部の先端に至る間における、切断速度を減速する加速度を、レーザビームの照射位置が前記コーナ部の先端から前記所定箇所に至る間における、切断速度を加速する加速度よりも小さく設定する。 The laser processing machine according to the second embodiment is optically connected to a laser oscillator that oscillates (outputs) a laser beam and the laser beam while injecting oxygen as an assist gas toward a workpiece made of mild steel. It is provided with a processing head that irradiates the laser, a head moving unit that moves the processing head in a horizontal direction relative to the work, and a control device that controls the laser oscillator and the head moving unit. In the control device, the cutting speed (machining speed) is decelerated from a predetermined first speed to zero while the irradiation position of the laser beam is from the front side of the tip of the corner portion in the machining path to the tip of the corner portion. The head moving portion is controlled in such a manner. The control device controls the head moving portion so that the cutting speed accelerates to the predetermined first speed while the irradiation position of the laser beam reaches a predetermined position from the tip of the corner portion in the processing path. Then, in the control device, the acceleration at which the irradiation position of the laser beam is from the front side of the tip of the corner portion to the tip of the corner portion is the acceleration for decelerating the cutting speed, and the irradiation position of the laser beam is the corner portion. It is set to be smaller than the acceleration that accelerates the cutting speed between the tip and the predetermined location.
前記制御装置は、レーザビームの照射位置が前記コーナ部の先端から前記所定箇所に至る間に、切断速度がゼロから前記所定の第1速度よりも低い所定の第2速度まで加速してその速度を維持するように前記ヘッド移動部を制御し、その後、切断速度が前記所定の第2速度から前記所定の第1速度まで加速するように前記ヘッド移動部を制御してもよい。この場合に、前記制御装置は、レーザビームの照射位置が前記加工経路の前記コーナ部の先端に達すると、レーザ出力が所定の第1出力から前記所定の第1出力よりも低い所定の第2出力若しくはゼロに切り替わるか、又は一旦ゼロにした後に前記所定の第2出力に切り替わるように前記レーザ発振器を制御してもよい。前記制御装置は、レーザビームの照射位置が前記加工経路の前記所定箇所に達すると、前記レーザ出力が前記所定の第2出力若しくはゼロから前記所定の第1出力に切り替わるか、又は一旦ゼロにした後に前記所定の第1出力に切り替わるように前記レーザ発振器を制御してもよい。 The control device accelerates the cutting speed from zero to a predetermined second speed lower than the predetermined first speed while the irradiation position of the laser beam reaches the predetermined position from the tip of the corner portion. The head moving unit may be controlled so as to maintain the above speed, and then the head moving unit may be controlled so that the cutting speed accelerates from the predetermined second speed to the predetermined first speed. In this case, when the irradiation position of the laser beam reaches the tip of the corner portion of the processing path, the control device has a predetermined second output whose laser output is lower than the predetermined first output to the predetermined first output. The laser oscillator may be controlled to switch to an output or zero, or once to zero and then to the predetermined second output. When the irradiation position of the laser beam reaches the predetermined position of the processing path, the control device switches the laser output from the predetermined second output or zero to the predetermined first output, or temporarily sets the laser output to zero. The laser oscillator may be controlled so as to later switch to the predetermined first output.
第2実施形態に係るレーザ加工機の構成によると、レーザビームの照射位置が前記コーナ部の先端に達した後における、切断速度の加速度を標準の加速度と同一又は同程度に保ちつつ、レーザビームの照射位置が前記コーナ部の先端の手前側から前記コーナ部の先端に至る間における、切断速度の加速度(減速時の加速度)のみを下げることができる。これにより、切断速度を加速させる際にワークへの入熱が過多になることを抑えつつ、レーザビームの照射位置の軌跡に対するワークの裏面側の溶融金属の軌跡の遅れを低減することができる。 According to the configuration of the laser processing machine according to the second embodiment, the laser beam after the irradiation position of the laser beam reaches the tip of the corner portion while keeping the acceleration of the cutting speed equal to or the same as the standard acceleration. It is possible to reduce only the acceleration of the cutting speed (acceleration during deceleration) between the irradiation position from the front side of the tip of the corner portion to the tip of the corner portion. As a result, it is possible to reduce the delay of the locus of the molten metal on the back surface side of the work with respect to the locus of the irradiation position of the laser beam while suppressing the excessive heat input to the work when accelerating the cutting speed.
本発明によれば、軟鋼からなる厚板のワークに対してレーザ切断加工を行う場合に、ワークの切断面におけるコーナ部の先端に後続する部分が粗くなることを抑えつつ、ワークの裏面におけるコーナ部の外角側及び内角側の凹みを小さくすることで、ワークの加工品質の向上を図る。 According to the present invention, when laser cutting is performed on a thick plate work made of mild steel, the corner on the back surface of the work is suppressed while suppressing the portion following the tip of the corner on the cut surface of the work from becoming rough. By reducing the dents on the outer and inner corners of the part, the processing quality of the work is improved.
以下、本実施形態について図1から図5を参照して説明する。なお、本願の明細書及び特許請求の範囲において、「加工経路」とは、加工プログラムに設定されたレーザビームの照射位置の移動経路のことである。本願の明細書において、「X軸方向」とは、図面に矢印で示す水平方向の1つであり、左右方向ともいう。「Y軸方向」とは、図面に矢印で示す水平方向の1つでかつX軸方向に直交する方向であり、前後方向ともいう。「及び/又は」とは、2つのうちのいずれか一方又は両方を含む意である。図1中、「FF」は前方向、「FR」は後方向、「L」は左方向、「R」は右方向、「U」は上方向、「D」は下方向をそれぞれ指している。 Hereinafter, this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 5. In the specification and claims of the present application, the "machining path" is a moving path of the irradiation position of the laser beam set in the machining program. In the specification of the present application, the "X-axis direction" is one of the horizontal directions indicated by arrows in the drawings, and is also referred to as a left-right direction. The "Y-axis direction" is one of the horizontal directions indicated by arrows in the drawing and is orthogonal to the X-axis direction, and is also referred to as a front-back direction. "And / or" means to include one or both of the two. In FIG. 1, "FF" indicates the forward direction, "FR" indicates the backward direction, "L" indicates the left direction, "R" indicates the right direction, "U" indicates the upward direction, and "D" indicates the downward direction. ..
図1及び図2に示すように、本実施形態に係るレーザ加工機10は、板状のワーク(板金)Kに対して加工経路SRに沿ってレーザ切断加工を行う加工機である。レーザビームLBを照射するレーザ切断加工によってワークKに幅Swで示す二点鎖線の切断スリットSが連続的に形成される。レーザ加工機10は、ワークKを支持する加工テーブル12を備えており、加工テーブル12から離隔した位置には、レーザビーム(レーザ光)LBを発振(出力)するレーザ発振器としてのファイバレーザ発振器14が設けられている。なお、レーザ発振器としてファイバレーザ発振器14の代わりに、炭酸ガスレーザ発振器、YAGレーザ発振器、ディスクレーザ発振器、又はダイレクトダイオードレーザ発振器等を用いてもよい。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
加工テーブル12の上方には、ワークKに向かってアシストガスを噴射しつつレーザビームLBを照射する加工ヘッド16が支持フレーム(図示省略)等を介して設けられている。加工ヘッド16は、その先端部に、レーザビームLBを照射するためのノズル18を有している。ノズル18のX軸方向及びY軸方向の位置は、レーザビームLBの照射位置に相当する。加工ヘッド16は、加工テーブル12に対してX軸方向及びY軸方向へ移動可能に構成されている。加工ヘッド16は、ファイバレーザ発振器14に光学的に接続されている。加工ヘッド16は、アシストガスを供給するガスボンベ等のアシストガス供給源(図示省略)に接続されている。
Above the processing table 12, a
レーザ加工機10は、加工ヘッド16を加工テーブル12上のワークKに対して相対的にX軸方向及びY軸方向へ移動させるヘッド移動部20を備えている。ヘッド移動部20は、加工ヘッド16をX軸方向へ移動させるためのX軸モータ22と、加工ヘッド16をY軸方向へ移動させるためのY軸モータ24とを有している。加工ヘッド16のX軸方向及び/又はY軸方向の移動速度は、切断速度(加工速度)に相当する。なお、ヘッド移動部20が加工ヘッド16をX軸方向及びY軸方向へ移動させる代わりに、加工ヘッド16をX軸方向へ移動させかつ加工テーブル12をY軸方向へ移動させてもよい。
The
前述の構成により、ヘッド移動部20の駆動により加工ヘッド16をX軸方向及び/又はY軸方向へ移動させる。すると、加工ヘッド16のノズル18を加工テーブル12に支持されたワークKに対して位置決めすることができる。そして、加工ヘッド16のノズル18の位置決めを行いながら、加工ヘッド16のノズル18からワークKに向かってアシストガスを噴射しながらレーザビームLBを照射することで、ワークKに対して所望のレーザ切断加工を行う。
According to the above configuration, the
レーザ加工機10は、加工プログラムに基づいてファイバレーザ発振器14及びヘッド移動部20を制御する制御装置26を備えている。制御装置26は、コンピュータによって構成されており、加工プログラム等を記憶するメモリと、加工プログラムを実行するCPU(Central Processing Unit)とを有している。そして、制御装置26の特徴部分の構成は、次の通りである。
The
図1から図3に示すように、制御装置26は、所定の場合に、レーザビームLBの照射位置Mが加工経路SRにおけるコーナ部Cの先端(頂部)Ctの手前側に達するまで、切断速度(加工速度)Vが所定の第1速度V1を維持するようにヘッド移動部20を制御する。所定の場合とは、アシストガスとして酸素を用い、軟鋼からなる板厚12mm以上のワークKに対してコーナ部Cを含む加工経路SRに沿ってレーザ切断加工を行う場合のことである。本実施形態においては、所定の第1速度V1は、例えば15mm/sである。また、制御装置26は、前記所定の場合に、レーザビームLBの照射位置Mが加工経路SRにおけるコーナ部Cの先端Ctの手前側の所定位置からコーナ部Cの先端Ctまで至る間に、切断速度Vが所定の第1速度V1からゼロまで徐々に減速するようにヘッド移動部20を制御する。所定位置とは、一定の減速する加速度(減速時の加速度)で減速させたときにコーナ部Cの先端Ctで速度がゼロになる減速開始位置のことである。なお、図3中におけるT1は、レーザビームLBの照射位置Mがコーナ部Cの先端Ctに達する時間である。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
制御装置26は、前記所定の場合に、レーザビームLBの照射位置Mが加工経路SRにおけるコーナ部Cの先端Ctからその近傍の所定箇所SRaに至る間に、切断速度Vがゼロから所定の第1速度V1よりも低い所定の第2速度V2まで加速度(加速時の加速度)で徐々に加速するようにヘッド移動部20を制御する。そして、制御装置26は、その所定の第2速度V2を維持するようにヘッド移動部20を制御する。本実施形態においては、所定の第2速度V2は、例えば、0.83mm/sである。制御装置26は、前記所定の場合に、レーザビームLBの照射位置Mが加工経路SRの所定箇所SRaから所定時間だけ所定の第2速度V2を維持した所定箇所SRbに達すると、切断速度Vが所定の第2速度V2から所定の第1速度V1まで徐々に加速するようにヘッド移動部20を制御する。このときの加速度は、コーナ部Cの先端Ctから所定箇所SRaまでの加速時の加速度と同じである。なお、図3中におけるT2は、レーザビームLBの照射位置Mがコーナ部Cの所定箇所SRbに達する時間である。
In the predetermined case, the
ここで、制御装置26は、レーザビームLBの照射位置Mがコーナ部Cの先端Ctの手前側からコーナ部Cの先端Ctまで至る間における、切断速度Vを減速する加速度(減速時の加速度)の絶対値を、レーザビームLBの照射位置Mがコーナ部Cの先端Ctから所定箇所SRaに至る間における、切断速度Vを加速する加速度(加速時の加速度)の絶対値よりも小さく設定する。本実施形態においては、前記減速時の加速度の絶対値は、標準(通常)の加速度の絶対値よりも小さく、例えば、20mm/s2である。前記加速時の加速度の絶対値は、標準の加速度の絶対値と同一又は同程度であり、例えば、4900mm/s2である。通常の場合、加速時の加速度と減速時の加速度の絶対値は同一に制御されるが、本実施形態においては各加速度の絶対値を大きく異ならせている。なお、図3において、本実施形態との比較のために、切断速度Vを標準の加速度で減速させる様子を二点鎖線で示している。減速する加速度の絶対値を標準の加速度の絶対値より小さく設定するので、コーナ部Cの先端Ctの手前側の減速を開始する所定位置はより手前側となる。
Here, the
なお、加速時の加速度はプラスの値になり、減速時の加速度はマイナスの値になるので、本件発明では加速時の加速度と減速時の加速度を比較して、いずれかが小さい、大きい、又は同一若しくは同一程度との記載に関しては、すべてそれぞれの加速度の絶対値を比較しているものとする。 Since the acceleration during acceleration has a positive value and the acceleration during deceleration has a negative value, in the present invention, the acceleration during acceleration and the acceleration during deceleration are compared, and either one is smaller, larger, or Regarding the description of the same or the same degree, it is assumed that the absolute values of the respective accelerations are compared.
制御装置26は、前記所定の場合に、レーザビームLBの照射位置Mが加工経路SRにおけるコーナ部Cの先端Ctの手前側に達するまで、レーザ出力Pが所定の第1出力P1に維持するようにファイバレーザ発振器14を制御する。本実施形態においては、所定の第1出力P1は、例えば、5400W(周波数2000Hz、デューティ比90%)である。また、制御装置26は、レーザビームLBの照射位置Mが加工経路SRにおけるコーナ部Cの先端Ctに達すると、レーザ出力Pが所定の第1出力P1から所定の第1出力P1よりも低い所定の第2出力P2に切り替わるようにファイバレーザ発振器14を制御する。なお、レーザ出力Pが所定の第1出力P1から所定の第2出力P2に切り替わる代わりに、ゼロに切り替わるか又は一旦ゼロにした後に所定の第2出力P2に切り替わってもよい。
In the predetermined case, the
本実施形態においては、所定の第2出力P2は、例えば、1200W(周波数10Hz、デューティ比20%)である。制御装置26は、レーザビームLBの照射位置Mが加工経路SRの所定箇所SRbに達すると、レーザ出力Pが所定の第2出力P2から所定の第1出力P1に切り替わるようにファイバレーザ発振器14を制御する。なお、レーザ出力Pが所定の第2出力P2ではなくゼロに切り替わる場合は、ゼロに切り替わった状態から所定の第1出力P1に切り替わる。
In the present embodiment, the predetermined second output P 2 is, for example, 1200 W (
続いて、本実施形態に係るレーザ加工方法について説明する。本実施形態に係るレーザ加工方法は、ワークKに対してレーザ切断加工を行う方法である。 Subsequently, the laser processing method according to the present embodiment will be described. The laser processing method according to the present embodiment is a method of performing laser cutting processing on the work K.
図1から図3に示すように、前記所定の場合には、レーザビームLBの照射位置Mが加工経路SRにおけるコーナ部Cの先端Ctの手前側に達するまで、制御装置26がヘッド移動部20を制御して、切断速度Vを所定の第1速度V1を維持する。また、制御装置26がファイバレーザ発振器14を制御して、レーザ出力Pを所定の第1出力P1に維持する。
As shown in FIGS. 1 to 3, in the above-mentioned predetermined case, the
次に、レーザビームLBの照射位置Mが加工経路SRにおけるコーナ部Cの先端Ctの手前側からコーナ部Cの先端Ctまで至る間に、制御装置26がヘッド移動部20を制御して、切断速度Vを所定の第1速度V1からゼロまで所定の加速度(減速時の加速度)で徐々に減速する。そして、レーザビームLBの照射位置Mが加工経路SRにおけるコーナ部Cの先端Ctから所定箇所SRaに至る間に、制御装置26がヘッド移動部20を制御して、切断速度Vをゼロから所定の第2速度V2まで所定の加速度(加速時の加速度)で徐々に加速してその速度V2を維持する。また、レーザビームLBの照射位置Mが加工経路SRにおけるコーナ部Cの先端Ctに達すると、制御装置26がファイバレーザ発振器14を制御して、レーザ出力Pを所定の第1出力P1から所定の第2出力P2に切り替える。なお、レーザ出力Pを所定の第1出力P1から所定の第2出力P2に切り替える代わりに、ゼロに切り替えるか又は一旦ゼロにした後に所定の第2出力P2に切り替えてもよい。
Next, while the irradiation position M of the laser beam LB is from the front side of the tip Ct of the corner portion C in the machining path SR to the tip Ct of the corner portion C, the
その後、レーザビームLBの照射位置Mが加工経路SRの所定箇所SRaに達すると、制御装置26がヘッド移動部20を制御して、切断速度Vを所定の第2速度V2から所定の第1速度V1まで所定の加速度(加速時の加速度)で徐々に加速する。また、制御装置26がファイバレーザ発振器14を制御して、レーザ出力Pを所定の第2出力P2から所定の第1出力P1に切り替える。なお、レーザ出力Pを所定の第2出力P2でなくゼロに切り替える場合は、一旦ゼロに切り替わった後に所定の第1出力P1に切り替える。
After that, when the irradiation position M of the laser beam LB reaches the predetermined position SRa of the processing path SR, the
ここで、前述のように、レーザビームLBの照射位置Mがコーナ部Cの先端Ctの手前側からコーナ部Cの先端Ctまで至る間における、切断速度Vを減速する加速度(減速時の加速度)は、レーザビームLBの照射位置Mがコーナ部Cの先端Ctから所定箇所SRaに至る間における、切断速度Vを加速する加速度(加速時の加速度)よりも小さく設定されている。 Here, as described above, the acceleration at which the irradiation position M of the laser beam LB decelerates the cutting speed V from the front side of the tip Ct of the corner portion C to the tip Ct of the corner portion C (acceleration during deceleration). Is set to be smaller than the acceleration (acceleration at the time of acceleration) for accelerating the cutting speed V between the tip Ct of the corner portion C and the predetermined position SRa at the irradiation position M of the laser beam LB.
続いて、本実施形態の作用効果について説明する。 Subsequently, the action and effect of this embodiment will be described.
本実施形態の構成によると、レーザビームLBの照射位置Mがコーナ部Cの先端Ctに達した後における、切断速度Vの加速度を標準の加速度と同一又は同程度に保ちつつ、レーザビームLBの照射位置Mがコーナ部Cの先端Ctの手前側からコーナ部Cの先端Ctに至る間における、切断速度Vを減速する加速度(減速時の加速度)のみを下げることができる。これにより、切断速度Vを加速させる際にワークKへの入熱が過多になることを抑えつつ、レーザビームLBの照射位置の軌跡に対するワークKの裏面側の溶融金属の軌跡(切断位置の軌跡)の遅れを低減することができる。 According to the configuration of the present embodiment, after the irradiation position M of the laser beam LB reaches the tip Ct of the corner portion C, the acceleration of the cutting speed V is kept at the same level as or the same as the standard acceleration of the laser beam LB. Only the acceleration for decelerating the cutting speed V (acceleration during deceleration) between the irradiation position M from the front side of the tip Ct of the corner portion C to the tip Ct of the corner portion C can be reduced. As a result, while suppressing excessive heat input to the work K when accelerating the cutting speed V, the locus of the molten metal on the back surface side of the work K with respect to the locus of the irradiation position of the laser beam LB (trajectory of the cutting position). ) Can be reduced.
従って、図4(a)に示すように、本実施形態によれば、軟鋼からなる厚板のワークKに対してレーザ切断加工を行う場合に、ワークKの裏面におけるコーナ部Cの外角側及び内角側の凹みを十分に小さくすることで、ワークKの加工品質の向上を図る。図4(b)に示すように、本実施形態によれば、前記の場合に、ワークKの切断面におけるコーナ部Cの先端Ct(図4(a)参照)に後続する部分が粗くなることを抑えることができる。 Therefore, as shown in FIG. 4A, according to the present embodiment, when laser cutting is performed on the work K of a thick plate made of mild steel, the outer corner side of the corner portion C on the back surface of the work K and the outer angle side of the corner portion C By making the dent on the inner angle side sufficiently small, the processing quality of the work K is improved. As shown in FIG. 4B, according to the present embodiment, in the above case, the portion of the cut surface of the work K following the tip Ct of the corner portion C (see FIG. 4A) becomes rough. Can be suppressed.
以下、実施例及び比較例について、図2、図5から図10を参照して説明する。 Hereinafter, Examples and Comparative Examples will be described with reference to FIGS. 2, 5 to 10.
図2に示すように、レーザビームLBの照射位置Mがコーナ部Cの先端Ctの手前側からコーナ部Cの先端Ctに至る間における、切断速度Vの加速度(減速時の加速度)をパラメータとして変化させ、軟鋼からなる板厚22mmのワークKに対して切断試験を行った。所定の第1出力P1は、5400W、所定の第2出力P2は、1200Wにそれぞれ設定した。そして、切断試験の結果として、切断速度Vを減速させる加速度(減速時の加速度)と、ワークKの裏面におけるコーナ部Cの外角側及び内角側の凹みの凹み量との関係をまとめると、図5に示すようになる。即ち、減速時の加速度が小さい程、コーナ部C側の凹みの凹み量が小さくなる傾向があることが判明した。なお、図5中における4900mm/s2は、標準の加速度である。 As shown in FIG. 2, the acceleration of the cutting speed V (acceleration during deceleration) between the irradiation position M of the laser beam LB from the front side of the tip Ct of the corner portion C to the tip Ct of the corner portion C is used as a parameter. A cutting test was performed on a work K made of mild steel and having a plate thickness of 22 mm. The predetermined first output P 1 was set to 5400 W, and the predetermined second output P 2 was set to 1200 W. Then, as a result of the cutting test, the relationship between the acceleration for decelerating the cutting speed V (acceleration during deceleration) and the amount of dents on the outer and inner corners of the corner portion C on the back surface of the work K can be summarized. It becomes as shown in 5. That is, it was found that the smaller the acceleration during deceleration, the smaller the amount of dent on the corner C side. Note that 4900 mm / s 2 in FIG. 5 is a standard acceleration.
(比較例1)
図2及び図6に示すように、比較例1に係るレーザ加工方法は、ワークKに対してレーザ切断加工を行う方法であり、本実施形態に係るレーザ加工方法と同様の構成を有している。比較例1に係るレーザ加工方法の構成うち、本実施例に係るレーザ加工方法の構成と異なる点についてのみ説明する。
(Comparative Example 1)
As shown in FIGS. 2 and 6, the laser processing method according to Comparative Example 1 is a method for performing laser cutting processing on the work K, and has the same configuration as the laser processing method according to the present embodiment. There is. Of the configurations of the laser machining method according to Comparative Example 1, only the points different from the configurations of the laser machining method according to the present embodiment will be described.
切断速度Vを加速する加速度(加速時の加速度)は、切断速度Vを減速する加速度(減速時の加速度)と同一に設定されている。切断速度Vを加速する加速度、及び切断速度Vを減速する加速度は、それぞれ、標準の加速度よりも小さく設定されている。なお、図6において、比較例1との比較のために、切断速度Vを標準の加速度で減速及び加速させる様子を二点鎖線で示している。 The acceleration for accelerating the cutting speed V (acceleration during acceleration) is set to be the same as the acceleration for decelerating the cutting speed V (acceleration during deceleration). The acceleration for accelerating the cutting speed V and the acceleration for decelerating the cutting speed V are set smaller than the standard acceleration, respectively. In FIG. 6, for comparison with Comparative Example 1, a two-dot chain line shows how the cutting speed V is decelerated and accelerated at a standard acceleration.
比較例1に係るレーザ加工方法によると、図7(a)に示すように、本実施形態に係るレーザ加工方法と同様に、軟鋼からなる厚板のワークKに対してレーザ切断加工を行う場合に、ワークKの裏面におけるコーナ部Cの外角側及び内角側の凹みを十分に小さくすることできる。一方、比較例1に係るレーザ加工方法によると、図7(b)に示すように、ワークKの切断面におけるコーナ部Cの先端Ct(図7(a)参照)に後続する部分(一点鎖線で囲む部分)が粗くなることが確認された。これは、切断速度Vを加速させる際にワークKへの入熱が過多になることに起因していると考えられる。 According to the laser machining method according to Comparative Example 1, as shown in FIG. 7A, when laser cutting is performed on the work K of a thick plate made of mild steel in the same manner as the laser machining method according to the present embodiment. In addition, the dents on the outer corner side and the inner corner side of the corner portion C on the back surface of the work K can be sufficiently reduced. On the other hand, according to the laser machining method according to Comparative Example 1, as shown in FIG. 7 (b), a portion (one-dot chain line) following the tip Ct of the corner portion C on the cut surface of the work K (see FIG. 7 (a)). It was confirmed that the part surrounded by) became rough. It is considered that this is due to the excessive heat input to the work K when accelerating the cutting speed V.
(比較例2)
図2及び図8に示すように、比較例2に係るレーザ加工方法は、ワークKに対してレーザ切断加工を行う方法であり、本実施例に係るレーザ加工方法と同様の構成を有している。比較例2に係るレーザ加工方法の構成うち、本実施例に係るレーザ加工方法の構成と異なる点についてのみ説明する。
(Comparative Example 2)
As shown in FIGS. 2 and 8, the laser processing method according to Comparative Example 2 is a method for performing laser cutting processing on the work K, and has the same configuration as the laser processing method according to the present embodiment. There is. Of the configurations of the laser machining method according to Comparative Example 2, only the points different from the configurations of the laser machining method according to the present embodiment will be described.
切断速度Vを加速する加速度(加速時の加速度)は、切断速度Vを減速する加速度(減速時の加速度)と同一に設定されている。前記加速時の加速度及び前記減速時の加速度は、それぞれ、標準の加速度と同一又は同程度に設定されている。 The acceleration for accelerating the cutting speed V (acceleration during acceleration) is set to be the same as the acceleration for decelerating the cutting speed V (acceleration during deceleration). The acceleration during acceleration and the acceleration during deceleration are set to be the same as or about the same as the standard acceleration, respectively.
そして、比較例2に係るレーザ加工方法によると、図9(a)に示すように、ワークKの裏面におけるコーナ部の外角側及び内角側に大きな凹みが発生することが確認された。これは、レーザビームLB(図1参照)の照射位置の軌跡に対するワークKの裏面側の溶融金属の軌跡(切断位置の軌跡)の遅れが大きくことに起因していると考えられる。 Then, according to the laser processing method according to Comparative Example 2, as shown in FIG. 9A, it was confirmed that large dents were generated on the outer corner side and the inner corner side of the corner portion on the back surface of the work K. It is considered that this is due to the large delay in the locus of the molten metal (trajectory of the cutting position) on the back surface side of the work K with respect to the locus of the irradiation position of the laser beam LB (see FIG. 1).
(比較例3)
図2及び図10に示すように、比較例3に係るレーザ加工方法は、ワークKに対してレーザ切断加工を行う方法であり、比較例2に係るレーザ加工方法と同様の構成を有している。比較例3に係るレーザ加工方法の構成うち、比較例2に係るレーザ加工方法の構成と異なる点についてのみ説明する。
(Comparative Example 3)
As shown in FIGS. 2 and 10, the laser processing method according to Comparative Example 3 is a method for performing laser cutting processing on the work K, and has the same configuration as the laser processing method according to Comparative Example 2. There is. Of the configurations of the laser machining method according to Comparative Example 3, only the points different from the configuration of the laser machining method according to Comparative Example 2 will be described.
レーザビームLBの照射位置Mが加工経路SRにおけるコーナ部Cの先端Ctに達した後に、レーザビームLBの照射位置Mをコーナ部Cの先端Ctに所定時間Taだけ停止させる。また、レーザビームLBの照射位置Mがコーナ部Cの先端Ctに達すると、レーザ出力Pを所定の第1出力P1から所定の第1出力P1よりも低くかつ所定の第2出力P2も高い所定の中間出力Paに切り替える。レーザビームLBの照射位置Mがコーナ部Cの先端Ctに達した後に所定時間Ta経過後に、レーザ出力Pを所定の中間出力Paから所定の第1出力P1に切り替える。 After the irradiation position M of the laser beam LB reaches the tip Ct of the corner portion C in the processing path SR, the irradiation position M of the laser beam LB is stopped at the tip Ct of the corner portion C for a predetermined time Ta. Further, when the irradiation position M of the laser beam LB reaches the tip Ct of the corner portion C, the laser output P is lowered from the predetermined first output P 1 to the predetermined first output P 1 and is lower than the predetermined second output P 2 Also switches to a high predetermined intermediate output Pa. After a predetermined time Ta elapses after the irradiation position M of the laser beam LB reaches the tip Ct of the corner portion C, the laser output P is switched from the predetermined intermediate output Pa to the predetermined first output P 1 .
そして、比較例3に係るレーザ加工方法によると、図9(b)に示すように、ワークKの裏面におけるコーナ部Cの内角側の凹みを低減できるものの、ワークKの裏面におけるコーナ部Cの外角側の凹みが大きくなることが確認された。これは、レーザビームLBの照射位置Mをコーナ部Cの先端Ctに停止させる際にワークKへの入熱が過多になることに起因していると考えられる。 Then, according to the laser processing method according to Comparative Example 3, as shown in FIG. 9B, although the dent on the inner angle side of the corner portion C on the back surface of the work K can be reduced, the corner portion C on the back surface of the work K can be reduced. It was confirmed that the dent on the outer angle side became large. It is considered that this is because the heat input to the work K becomes excessive when the irradiation position M of the laser beam LB is stopped at the tip Ct of the corner portion C.
なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、適宜の変更を行うことにより、種々な態様で実施可能である。そして、本発明に包含される権利範囲は、前述の実施形態の説明に限定されないものである。 The present invention is not limited to the above description of the embodiment, and can be implemented in various embodiments by making appropriate changes. The scope of rights included in the present invention is not limited to the description of the above-described embodiment.
10 レーザ加工機
12 加工テーブル
14 ファイバレーザ発振器(レーザ発振器)
16 加工ヘッド
18 ノズル
20 ヘッド移動部
22 X軸モータ
24 Y軸モータ
26 制御装置
LB レーザビーム
K ワーク(板金)
S 切断スリット
M レーザビームの照射位置
SR 加工経路
SRa 所定箇所
C コーナ部
Ct コーナ部の先端
10
16
S Cutting slit M Laser beam irradiation position SR Machining path SRa Predetermined location C Corner part Ct Tip of corner part
Claims (6)
レーザビームの照射位置が前記加工経路における前記コーナ部の先端の手前側から前記コーナ部の先端に至る間に、切断速度を所定の第1速度からゼロまで減速し、
レーザビームの照射位置が前記加工経路における前記コーナ部の先端から所定箇所に至る間に、切断速度を前記所定の第1速度まで加速し、
レーザビームの照射位置が前記コーナ部の先端の手前側から前記コーナ部の先端に至る間における、切断速度を減速する加速度は、レーザビームの照射位置が前記コーナ部の先端から前記所定箇所に至る間における、切断速度を加速する加速度よりも小さく設定されている、レーザ加工方法。 It is a laser machining method that uses oxygen as an assist gas and performs laser cutting on a workpiece made of mild steel along a machining path including a corner portion.
While the irradiation position of the laser beam reaches the tip of the corner portion from the front side of the tip of the corner portion in the processing path, the cutting speed is reduced from a predetermined first speed to zero.
While the irradiation position of the laser beam reaches a predetermined position from the tip of the corner portion in the processing path, the cutting speed is accelerated to the predetermined first speed.
The acceleration that reduces the cutting speed while the laser beam irradiation position is from the front side of the tip of the corner portion to the tip of the corner portion is such that the irradiation position of the laser beam reaches the predetermined location from the tip of the corner portion. A laser machining method that is set to be smaller than the acceleration that accelerates the cutting speed in between.
レーザビームの照射位置が前記加工経路の前記所定箇所に達すると、前記レーザ出力を前記所定の第2出力若しくはゼロから前記所定の第1出力に切り替えるか、又は一旦ゼロにした後に前記所定の第1出力に切り替える、請求項2に記載のレーザ加工方法。 When the irradiation position of the laser beam reaches the tip of the corner portion of the processing path, the laser output is switched from the predetermined first output to a predetermined second output or zero lower than the predetermined first output, or once. After setting it to zero, switch to the predetermined second output,
When the irradiation position of the laser beam reaches the predetermined position of the processing path, the laser output is switched from the predetermined second output or zero to the predetermined first output, or once set to zero, the predetermined second output is performed. The laser processing method according to claim 2, which switches to one output.
前記レーザ発振器に光学的に接続され、軟鋼からなるワークに向かってアシストガスとして酸素を噴射しつつレーザビームを照射する加工ヘッドと、
前記加工ヘッドをワークに対して相対的に水平方向へ移動させるヘッド移動部と、
前記レーザ発振器及び前記ヘッド移動部を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
レーザビームの照射位置が前記加工経路におけるコーナ部の先端の手前側から前記コーナ部の先端に至る間に、切断速度が所定の第1速度からゼロまで減速するように前記ヘッド移動部を制御し、
レーザビームの照射位置が前記加工経路における前記コーナ部の先端から所定箇所に至る間に、切断速度が前記所定の第1速度まで加速するように前記ヘッド移動部を制御し、
レーザビームの照射位置が前記コーナ部の先端の手前側から前記コーナ部の先端に至る間における、切断速度を減速する加速度を、レーザビームの照射位置が前記コーナ部の先端から前記所定箇所に至る間における、切断速度を加速する加速度よりも小さく設定する、レーザ加工機。 A laser oscillator that oscillates a laser beam and
A processing head that is optically connected to the laser oscillator and irradiates a laser beam while injecting oxygen as an assist gas toward a work made of mild steel.
A head moving portion that moves the processing head in a horizontal direction relative to the work,
A control device for controlling the laser oscillator and the head moving unit is provided.
The control device is
The head moving portion is controlled so that the cutting speed is reduced from a predetermined first speed to zero while the irradiation position of the laser beam reaches the tip of the corner portion from the front side of the tip of the corner portion in the processing path. ,
While the irradiation position of the laser beam reaches a predetermined position from the tip of the corner portion in the processing path, the head moving portion is controlled so that the cutting speed accelerates to the predetermined first speed.
The acceleration at which the laser beam irradiation position reduces the cutting speed between the front side of the tip of the corner portion and the tip of the corner portion, and the laser beam irradiation position reaches the predetermined location from the tip of the corner portion. A laser machine that sets the cutting speed smaller than the acceleration that accelerates the cutting speed.
レーザビームの照射位置が前記コーナ部の先端から前記所定箇所に至る間に、切断速度がゼロから前記所定の第1速度よりも低い所定の第2速度まで加速してその速度を維持するように前記ヘッド移動部を制御し、その後、切断速度が前記所定の第2速度から前記所定の第1速度まで加速するように前記ヘッド移動部を制御する、請求項4に記載のレーザ加工機。 The control device is
While the irradiation position of the laser beam reaches the predetermined position from the tip of the corner portion, the cutting speed is accelerated from zero to a predetermined second speed lower than the predetermined first speed and maintained at the predetermined speed. The laser processing machine according to claim 4, wherein the head moving unit is controlled, and then the head moving unit is controlled so that the cutting speed accelerates from the predetermined second speed to the predetermined first speed.
レーザビームの照射位置が前記加工経路の前記コーナ部の先端に達すると、レーザ出力が所定の第1出力から前記所定の第1出力よりも低い所定の第2出力若しくはゼロに切り替わるか、又は一旦ゼロにした後に前記所定の第2出力に切り替わるように前記レーザ発振器を制御し、
レーザビームの照射位置が前記加工経路の前記所定箇所に達すると、前記レーザ出力が前記所定の第2出力若しくはゼロから前記所定の第1出力に切り替わるか、又は一旦ゼロにした後に前記所定の第1出力に切り替わるように前記レーザ発振器を制御する、請求項5に記載のレーザ加工機。 The control device is
When the irradiation position of the laser beam reaches the tip of the corner portion of the processing path, the laser output switches from the predetermined first output to a predetermined second output or zero lower than the predetermined first output, or once. The laser oscillator is controlled so as to switch to the predetermined second output after being set to zero.
When the irradiation position of the laser beam reaches the predetermined position of the processing path, the laser output is switched from the predetermined second output or zero to the predetermined first output, or is once set to zero and then the predetermined second output. The laser processing machine according to claim 5, wherein the laser oscillator is controlled so as to switch to one output.
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