JP2022504558A - ワークを切断する方法および加工機ならびに所属のコンピュータプログラム製品 - Google Patents

Abstract

特にプレート状のワーク（６）を、切断ビーム（５）と切断流体（７）とによって切断する方法であって、切り離すべきワークピース（１０）を順次に少なくとも２つのより小さい部分片（１１，１２）に切断し、これら部分片は、各切り離し後に、周囲の残留ワーク（１３）から下方に向かって落下する、または沈下する方法において、本発明によれば、部分片（１１，１２）への分割、および第１の部分片（１１）を分離するための切断ガイドを、最初に切断される第１の部分片（１１）の切り離し点（１４）が、切り離すべきワークピース（１０）の外側輪郭（１５）の内側に位置するように行う。

Description

本発明は、特にプレート状のワークを、切断ビームと切断流体とによって切断する方法および加工機であって、切り離すべきワークピースを順次に少なくとも２つのより小さい部分片に切断し、これら部分片は、各切り離し後に、周囲の残留ワークから下方に向かって落下する、または沈下する方法に関し、さらに所属のコンピュータプログラム製品にも関する。部分片の切り離しは、部分片の各分離切断線が、１つの閉じた輪郭を形成する切り離し点でそれぞれ行われる。切断ビームと切断流体とは、例えばウォータービーム切断の場合のように、同一であってよく、すなわち同じ媒体から成っていてよい。

特にプレート状かつ金属性のワークを、切断ビーム、すなわち例えば、プラズマビーム、レーザービーム、および／またはウォータージェットビームによって切断する際には、より小さな廃棄部分（スクラップ）が生じ、廃棄部分は通常、切断機の加工領域から自由落下により排出される。しかしながらワークの厚さおよび廃棄部分のジオメトリによっては、このような部分は、切り離しの際に傾き、または残留ワークにひっかかり、またはひっかかって動けなくなるおそれがある。このような部分は、切断ヘッドとの衝突を引き起こすおそれがあり、後に行われる、機械からの残留ワークの自動化された取り出しを困難にするおそれがある。

従来技術により、例えば特開平１０－２４４３９４号公報または国際公開第２０１５／０８０１７９号により、ワークピースを裁断および排出する際のプロセス確実性を改善するために、切り落とした後確実に落下する、より小さい部分片にワークピースを分割することが公知である。特開平１０－２４４３９４号公報には、Ｕ字形のワークピースにおいて、まず、両方の側方脚を切り離し、次いで接続片を切り離すことが公知である。米国特許出願公開第２０１３／０２０００５１号明細書により、裁断スクラップを螺線状に細かく切ることが公知である。

これに対し、本発明の課題は、切り離し後に、切断領域から自由落下により排出されるべきワークピースの、切断ビームによる切断の際のプロセス確実性をさらに改善することである。

この課題は、本発明によれば、部分片への分割、および第１の部分片を分離するための切断ガイドを、最初に切断される第１の部分片の切り離し点が、切り離すべきワークピースの外側輪郭の内側に位置するように行うことにより解決される。

すなわち、本発明によれば、第１の部分片の切り離し点は、切り離すべきワークピースの外側輪郭上には位置しておらず、したがって、第１のワークピースの重心点の近傍にある。切り離しの瞬間、切断流体圧（ガス圧、水圧）により第１の部分片に加えられる傾動モーメントは、ワークピースの外側輪郭上に位置する切り離し点と比較して減じられている。これにより、第１の部分片の傾動運動は減じられ、または最良の場合には全くなくなり、したがって、第１の部分片は残留ワークから著しくより確実なプロセスで落下することができる。第２の方法ステップで、第２の部分片が残留ワークから切り離され、第２の部分片はもはや材料によってほぼ取り囲まれておらず、残留ワークにおける、第１のステップで形成された開口の内側に自由に位置しているので、確実に残留ワークから下方へと落下する。部分片の分割および切断ガイドにより、第１の部分片は、最適な切り離し点で切り離されることができ、したがって、傾動防止されて残留ワークから落下することができる。

好適には、切り離すべきワークピースを、面積がより大きい第１の部分片と、より小さい第２の部分片とに分割する。第１の部分片を大きく選択するほど、第１の部分片の重心点は、ワークピース全体の重心点のより近くに位置し、これによりプロセスの確実性が向上する。例えば、切り離すべきワークピースを、第１の部分片と、第１の部分片によって３つの側で取り囲まれている第２の部分片とに分割することができる。この場合、第２の部分片は、ウェブ状に第１の部分片内に入り込んで延びている。

第２の部分片は、第１の部分片の切断の際に第２の部分片に導入される熱が、残留ワークへと流出できるように十分大きく選択されなければならない。熱流方向に対して横方向の第２の部分片の幅が、小さ過ぎるように選択されていると、熱は十分な速さで流出することができず、第２の部分片の熱的な歪みとなるおそれがあり、第１の部分片が第２の部分片にひっかかってしまうおそれがある。したがって好適には、部分片への分割と、第１の部分片の分離のための切断ガイドとは、第２の部分片の幅が少なくとも、ワークの厚さと同じであるように行われる。

切り離しの時点で、切断流体圧による可能な限り僅かな傾動モーメントしか第１の部分片へ作用しないように、部分片への分割と、第１の部分片の分離のための切断ガイドとを、特に好適には、第１の部分片の切り離し点が、第１の部分片の重心点を中心とする半径内に位置するように行い、この半径によって画定される円の面積は、第１の部分片の面積の１／３未満であるのが望ましい。好適には、第１の部分片の切り離し点は、切り離すべきワークピースの重心点に、第１の部分片の重心点に、またはこれら両重心点の間の領域に、位置している。

第２の部分片のジオメトリは、これが、切り離し後の第１の部分片の傾動にとって可能な限り小さなリスクとなるように規定されている。このために、第２の部分片のジオメトリは、第２の部分片の横断面がもしくは互いに面している側縁の間の間隔が、第１の部分片の切り離し点から第２の部分片の切り離し点まで拡大されるように選択されている。したがって、第２の部分片は、ワークピースの外側輪郭から内側に向かって互いに近付いていって合流するような側縁を有しているので、第２の部分片の円錐状の形状が生じる。さらに好適には、第２の部分領域の形状は対称的であり、特に、第２の部分領域の外側輪郭は、角において直角を有しておらず、角において面取りされているまたは丸み付けられている。

第２の部分片における第１の部分片の傾動を効果的に阻止するために、好適には、第１の部分片と第２の部分片との間の分離切断線は、角ばった角なしに、面取りされたまたは丸み付けられた角をもって形成されている。

本発明のさらなる構成では、第１の部分片と第２の部分片との間の分離切断線は、第１の部分片の下縁部が、上縁部よりもさらに外側に向かって突出するように、すなわち例えば第２の部分片の互いに対向する側縁が、下方に向かって近付く円錐状の形状を有するように、斜めに形成される。これにより、加工機が加工ヘッドの傾斜位置を許容し、これによりワーク表面に対して相対的に傾けられた切断縁を形成することができる場合に、第１の部分片の下方への落下が容易にされ、可能となる。

第２の部分片の切り離しの際の縁部品質を改善するためには、第１の部分片の切り離しの際に既に、第２の部分片と残留ワークとの間に分離切断線部分が形成されてよく、すなわち、第２の部分片と残留ワークとの間の接続輪郭に既に切り込みが入れられていてよい。

切り離すべきワークピースの重心点が、ワークピースの外側に位置している場合には特に、ワークピースは、順次に切断すべき複数のセグメントに分割されてよく、この場合、少なくとも１つのセグメントは、上述したように少なくとも２つの部分片に分割されて、これらの部分片は、順次に切断される。この場合、これらのセグメントはそれぞれ、その重心点が、各セグメントの輪郭の内側に位置するように選択される。全てのセグメントが少なくとも２つの部分片に分割されてもよい。

本発明はさらに、本発明による方法を実施するために適した、切断ビーム（ビーム状工具）と切断流体とを含む加工機であって、切断ビームと切断流体とが流出する、ワークに対して相対的に移動可能な加工ヘッドと、加工ヘッドとワークとの間の相対運動を、上述した方法にしたがって制御するようにプログラミングされている機械制御装置とを有している、加工機に関する。ウォータービーム切断機では、切断流体は同時に切断ビームを成し、すなわち切断ビームと切断流体とは同じである。

最後に本発明は、加工機の機械制御装置においてプログラムが実行される際に、上述した方法の全てのステップを実施するように適合されているコード手段を有しているコンピュータプログラム製品にも関する。

本発明の対象のさらなる利点および好適な構成は、詳細な説明、請求項、および図面により明らかである。上述した特徴および以下に説明する特徴は、個別の使用も、任意の複数の組み合わせにおける使用も可能である。図示し、説明した実施形態は、限定的な列記として理解されるものではなく、本発明の説明のために、むしろ一例としての性格を有している。

ワークピースを切り離すための本発明によるレーザー切断法を実施するために適したレーザー加工機を示す図である。 本発明によるレーザー切断法で行われる、切り離すべきワークピースの、より小さい２つの部分片への分割を示す図である。 第２の部分片および残留ワークから第１の部分片を切り離すための好適な切断ガイドを示す図である。 切り離しの瞬間における、図２のＩＶ－ＩＶ線に沿ったワークピースの断面を示す図である。 図２に対して変更された、切り離すべきワークピースの、より小さい２つの部分片への分割を示す図である。 切り離すべきワークピースの複数のセグメントへの分割を示す図であり、これらセグメント自体はそれぞれ、順次に切断すべき２つの部分片に分割される。 図６に対して変更された、切り離すべきワークピースのセグメント分割を示す図である。

図１には、ビーム状工具を備えた加工機が、レーザー加工機１の例で、斜視図で示されている。このような加工機の別の実施例は、複合式打抜き・レーザー切断機、プラズマ切断機、またはウォータービーム切断機である。レーザー加工機１は、レーザービーム発生器２としての例えばＣＯ２レーザー、ダイオードレーザー、または固体レーザーと、移動可能な加工ヘッド３と、ワーク載置部４とを有している。レーザービーム発生器２内で、レーザービーム５が生成されて、レーザービームは、（図示されていない）ライトガイドケーブルまたは（図示されていない）変向ミラーによって、レーザービーム発生器２から加工ヘッド３へとガイドされる。ワーク載置部４には、薄板の形態のワーク６が配置されている。レーザービーム５は、加工ヘッド３内に配置された、集束光学系によって、ワーク６へと向けられる。レーザー加工機１にはさらに、切断ガス７が、例えば酸素と窒素とが供給される。代替的にまたは付加的に圧縮空気または例えば不活性ガスのようなカスタム仕様のガスが設けられてよい。切断ガス７は、加工ヘッド３の切断ガスノズル８に供給され、そこから、レーザービーム５と共にワーク６の方向に流出する。レーザー加工機１は、さらに機械制御装置９を含み、この機械制御装置は、加工ヘッド３を、切断ガスノズル８と共に、切断輪郭に相応に、ワーク６に対して相対的に動かすようにプログラミングされている。

加工ヘッド３を定置のワーク６に対して動かす代わりに、ワーク６を定置の加工ヘッド３に対して動かすこともできる。加工ヘッド３の動きとワーク６の動きとを重畳させることもできる。

以下に、図２につき、ワーク６からワークピース１０を切り離すためのレーザー切断法を説明する。この場合、切り離すべきワークピース１０は、廃棄部分（切断スクラップ）であり、順次に分離切断線２３（図３）に沿って２つのより小さい部分片１１，１２に裁断され、これらの部分片は、それぞれ切り離された後に、これらを取り囲んでいる残留ワーク１３から下方に脱落する。部分片１１，１２の切り離しは、部分片の切断輪郭が、すなわち各分離切断線２３が、１つの閉じた輪郭を形成する切り離し点でそれぞれ行われる。第１の部分片１１の切り離し点は、図２に符号１４で示されている。

部分片１１，１２への分割、および第１の部分片１１を分離するための切断ガイドは、この場合、最初に切断される第１の部分片１１の切り離し点１４が、切り離すべきワークピース１０の外側輪郭１５の内側に位置するように、すなわち外側輪郭１５上にはないように、選択される。好適には、第１の部分片１１の面積は、第２の部分片１２よりも大きく、第２の部分片１２を３つの側で取り囲んでいる。図２に例示したように、第１の部分片１１はほぼＵ字形に、第２の部分片１２はほぼ正方形に形成されていてよい。

第１の方法ステップでは、第１の部分片１１が切り離されて、周囲の残留ワーク１２，１３から落下する。切り離しの瞬間、すなわち切り離し点１４では、切断ガス７の圧力により第１の部分片１１に加えられる傾動モーメントは、外側輪郭１５上に位置する切り離し点と比較して減じられている。これにより、第１の部分片１１の傾動運動は減じられ、または最良の場合には全くなくなり、したがって、第１の部分片は周囲の残留ワーク１２，１３から著しく確実な方法で、もしくは傾斜することなく落下することができる。第２の部分片（「マクロジョイント」）１２は、最初はまだ、周囲の残留ワーク１３に接続されたままである。第２の方法ステップで、第２の部分片１２も残留ワーク１３から切り離され、第２の部分片はもはや材料によってほぼ取り囲まれておらず、残留ワーク１３における、第１の方法ステップで形成された開口の内側に自由に位置しているので、より確実な方法でもしくは傾斜することなく残留ワーク１３から下方に落下する。

切り離しの時点で、作用する切断ガス圧により第１の部分片１１に作用する傾動モーメントができるだけ生じないようにもしくはごく僅かにしか生じないように、第１の部分片１１の切り離し点１４は、可能な限り第１の部分片１１の重心点１６を中心とする半径Ｒ内に位置しており、この場合、半径Ｒによって画定される円の面積１７は、第１の部分片１１の全面積の１／３未満であり、好適には１／５未満であるのが望ましい。好適には、第１の部分片１１の切り離し点１４は、切り離すべきワークピース１０の重心点１８に、第１の部分片１１の重心点１６に、またはこれら両重心点１６，１８の間の領域に、位置している。

図２にさらに示されたように、第１の部分片１１は好適には、切り離すべきワークピース１０の重心点１８と第１の部分片１１の重心点１６とを通って延在する線１９に対して鏡像対称的である。

第２の部分片１２は、第１の部分片１１の切断の際に第２の部分片１２に導入される熱が、残留ワーク１３へと流出できるように十分大きく選択されなければならない。さらに第２の部分片１２は、第１の部分片１１の完全な切り離しまでに、第２の部分片１２が大きく湾曲されることなく、ワークピース１０の重量の力と切断ガス圧とを吸収することができるような幅に選択されなければならない。したがって、第２の部分片１２の幅Ｂは、少なくともワーク６の厚さＤ（図４）と同じであるのが望ましい。

図２では、切断ガスノズル８が使用され、この切断ガスノズルからは、切断ガス７が、レーザービーム５に対して同心的に、ワーク６の方向で流出する、すなわち、第１の部分片１１の切り離しの時点で、第１の部分片１１への切断ガス７の当接点２０は、切り離し点１４に位置している。

これに対して、切断ガス７が、レーザービーム５に対して偏心的にワーク６に当接すると、第１の部分片１１の切り離しの時点では、切断ガス７は、第１の部分片１１の外側でワーク６に当接するか、またはこれが不可能であれば、第１の部分片１１の切り離し点１４は、第１の部分片１１の重心点１６と当接点２０との間の領域にできるだけ位置している。

図３には、第１の部分片１１を、第２の部分片１２および残留ワーク１３から切り離すための好適な切断ガイドが示されている。最初の切り込みは、第１の部分片１１のための切り離し点１４の近くの２１で行われ、切断線（切り口）２２は、第２の部分片１２の先端における切り離し点１４へと続いて延在しており、次いで、第１の部分片１１の閉じられた分離切断線２３が形成されて、これは再び切り離し点１４で終端する。切り口のない部分が製作される場合には、最初の切り込み部は、第１の部分片１１の閉じられた分離切断線２３上に位置している。第２の部分片１２の切り離しの際の縁部品質を改善するためには、第１の部分片１１の切断の際に既に、第２の部分片１２と残留ワーク１３との間に分離切断線部分２４が形成されてよい。レーザービーム５は、２５を始点として、第２の部分片１２と残留ワーク１３との間の接続輪郭に沿って所定の僅かな距離だけ動き、折り返し点２６で停止され、個所２５で再び作動されて、第１の部分片１１の輪郭を最後まで切断する。第２の部分片１２のその後の分離は、切断縁における良好な品質をもって行うことができる。

第２の部分片１２のジオメトリは、これが、切り離される第１の部分片１１の傾動にとって可能な限り小さなリスクとなるように規定されている。図４に示されたように、第１の部分片１１と第２の部分片１２との間の分離切断線２７は理想的には、第１の部分片１１の下縁部２８ａが、上縁部２８ｂよりもさらに第２の部分片１２内に突入するように、斜めに形成されている。これにより、第１の部分片１１は、第１の部分片１１の落下を妨げない、第２の部分片１２向かって傾斜した縁部２９を有する。

図２および図３にさらに示されているように、第１の部分片１１と第２の部分片１２との間の分離切断線２３を、角ばった角ではなく、面取りされたまたは丸み付けられた角３０をもって形成することができ、これにより第２の部分片における第１の部分片の傾動は効率的に阻止されている。

図５に示されたように、傾斜した縁部２９に対して代替的にまたは補足的に、第２の部分片１２が、ワークピース１０の外側輪郭１５から、第１の部分片１１の切り離し点１４に向かって互いに近付いていって合流するような２つの側縁２９ａ，２９ｂを有するように、部分片１１，１２への分割が行われてもよい。互いに非平行に延在するこれらの側縁２９ａ，２９ｂも、第２の部分片における第１の部分片１１の傾動を防止する。

図６に示したように、切り離すべきワークピース１０の重心点１８が、ワークピース１０の外側にある場合には特に、ワークピース１０は、順次に切断すべき複数のセグメント３１ａ～３１ｃに分割され、これらのセグメント自体は、上述したようにそれぞれ２つの部分片１１ａ，１２ａ，１１ｂ，１２ｂ、および１１ｃ，１２ｃに分割されてよく、これらの部分片は、上述したように順次に切断される。ワークピース１０は、この場合、各セグメントにおいて、第１の部分片１１ａ，１１ｂ，１１ｃの切り離し点１４が、各セグメントの外側輪郭の内側に位置するまで、より小さいセグメントに分割されなければならない。図５では、まず、セグメント３１ａが、次いでセグメント３１ｂが、最後にセグメント３１ｃが切断される。

図７に示したように、第１のセグメント３１ａの第２の部分片１２ａが、同じく下方に落下すべき隣接する第２のセグメント３１ｂに接合されている場合、この第２の部分片１２ａの個別の分離は省くことができる。第１のセグメント３１ａの第２の部分片１２ａは、したがって、第２のセグメント３１ｂの第１の部分片１１ｂの構成部分となる。したがって、切断プロセスの生産性は向上する。

Claims (13)

1. 特にプレート状のワーク（６）を、切断ビーム（５）と切断流体（７）とによって切断する方法であって、切り離すべきワークピース（１０）を順次に少なくとも２つのより小さい部分片（１１，１２）に切断し、前記部分片は、各切り離し後に、周囲の残留ワーク（１３）から下方に向かって落下する、または沈下する方法において、
   前記部分片（１１，１２）への分割、および第１の部分片（１１）を分離するための切断ガイドを、最初に切断される前記第１の部分片（１１）の切り離し点（１４）が、前記切り離すべきワークピース（１０）の外側輪郭（１５）の内側に位置するように行うことを特徴とする、方法。
2. 前記切り離すべきワークピース（１０）を、面積がより大きい第１の部分片（１１）と、より小さい第２の部分片（１２）とに分割する、請求項１記載の方法。
3. 前記切り離すべきワークピース（１０）を、第１の部分片（１１）と、前記第１の部分片（１１）によって３つの側で取り囲まれている第２の部分片（１２）とに分割する、請求項１または２記載の方法。
4. 前記部分片（１１，１２）への分割と、前記第１の部分片（１１）の分離のための切断ガイドとを、前記第２の部分片（１２）の幅（Ｂ）が少なくとも、前記ワーク（６）の厚さ（Ｄ）と同じであるように行う、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 前記部分片（１１，１２）への分割と、前記第１の部分片（１１）の分離のための切断ガイドとを、前記第１の部分片（１１）の前記切り離し点（１４）が、前記第１の部分片（１１）の重心点（１６）を中心とする半径（Ｒ）内に位置するように行い、前記半径（Ｒ）によって画定される円の面積（１７）は、前記第１の部分片（１１）の全面積の１／３未満である、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 前記部分片（１１，１２）への分割と、前記第１の部分片（１１）の分離のための切断ガイドとを、前記第１の部分片（１１）の前記切り離し点（１４）が、前記切り離すべきワークピース（１０）の重心点（１８）に、前記第１の部分片（１１）の重心点（１６）に、またはこれら両重心点（１６，１８）の間の領域に、位置するように行う、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 前記部分片（１１，１２）への分割を、前記第２の部分片（１２）が、前記ワークピース（１０）の前記外側輪郭（１５）から、前記第１の部分片（１１）の前記切り離し点（１４）に向かって互いに近付いていって合流するような２つの側縁（２９ａ，２９ｂ）を有するように行う、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 前記第１の部分片（１１）と前記第２の部分片（１２）との間の分離切断線（２３）を、角ばった角を有さないように形成する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 前記第１の部分片（１１）と前記第２の部分片（１２）との間の分離切断線（２３）を、前記第１の部分片（１１）の下縁部（２８ａ）が、上縁部（２８ｂ）よりもさらに前記第２の部分片（１２）内に突入するように、斜めに形成する、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
10. 前記第１の部分片（１１）の切り離しの際に既に、前記第２の部分片（１２）と前記残留ワーク（１３）との間に分離切断線部分（２４）を形成する、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
11. 前記ワークピース（１０）を、順次に切断すべき複数のセグメント（３１ａ～３１ｃ）に分割し、少なくとも１つのセグメント（３１ａ）を順次に切断すべき少なくとも２つの部分片（１１，１２）に分割する、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
12. 特にプレート状のワーク（６）を少なくとも１つのワークピース（１０）と残留ワーク（１３）とに分割するための、切断ビーム（５）と切断流体（７）とを含む加工機（１）であって、前記切断ビーム（５）と前記切断流体（７）とが流出する、前記ワーク（６）に対して相対的に移動可能な加工ヘッド（３）と、前記加工ヘッド（３）と前記ワーク（６）との間の相対運動を、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法にしたがって制御するようにプログラミングされている機械制御装置（９）とを有している、加工機（１）。
13. 加工機（１）の機械制御装置（９）においてプログラムが実行される際に、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法の全てのステップを実施するように適合されているコード手段を有しているコンピュータプログラム製品。

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