JP2584364B2 - レーザ焼入れを有する被加工物加工方法 - Google Patents
レーザ焼入れを有する被加工物加工方法Info
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- JP2584364B2 JP2584364B2 JP3083013A JP8301391A JP2584364B2 JP 2584364 B2 JP2584364 B2 JP 2584364B2 JP 3083013 A JP3083013 A JP 3083013A JP 8301391 A JP8301391 A JP 8301391A JP 2584364 B2 JP2584364 B2 JP 2584364B2
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- Japan
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- quenching
- laser
- processing
- cutting
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- Laser Beam Processing (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、焼入れ処理をともな
う被加工物の加工方法に関する。更に詳しくは、レーザ
焼入れ処理により被加工物の加工工程を短縮するための
レーザ焼入れを有する被加工物加工方法に関する。
う被加工物の加工方法に関する。更に詳しくは、レーザ
焼入れ処理により被加工物の加工工程を短縮するための
レーザ焼入れを有する被加工物加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】焼入れは、金属材料を高温度に加熱して
急冷する処理であり、硬化組織を得ることを目的とす
る。この焼き入れ時の加熱手段は、種々の方法が知られ
ている。焼き入れを伴う部品の加工は、旋削、ミーリン
グなどの機械加工後、例えば高周焼入れにより焼入れ
し、その後、研削加工を行うのが一般的である。取り分
け、熱処理時に熱変形を伴う部品の場合は、焼入れ後切
削加工ができないので研削加工を行う必要がある。この
研削加工工程は、工数がかかるので加工コストの上で不
利である。
急冷する処理であり、硬化組織を得ることを目的とす
る。この焼き入れ時の加熱手段は、種々の方法が知られ
ている。焼き入れを伴う部品の加工は、旋削、ミーリン
グなどの機械加工後、例えば高周焼入れにより焼入れ
し、その後、研削加工を行うのが一般的である。取り分
け、熱処理時に熱変形を伴う部品の場合は、焼入れ後切
削加工ができないので研削加工を行う必要がある。この
研削加工工程は、工数がかかるので加工コストの上で不
利である。
【０００３】一方、レーザ加工は、位相のそろった可干
渉性のレーザ光をレンズで集束させて被加工物に照射
し、高いパワー密度の熱エネルギーによって瞬間的に蒸
発または溶融させ、穴あけ、切断、溶接などを行う方法
として知られている。更に、このレーザ光により被加工
物に焼入れする方法も知られている。この方法は、必要
な部分のみ焼入れ処理するので、効率的ではあるが焼入
れされた部分の熱変形は避けられない。このため、この
部分の研削加工は避けることができない。
渉性のレーザ光をレンズで集束させて被加工物に照射
し、高いパワー密度の熱エネルギーによって瞬間的に蒸
発または溶融させ、穴あけ、切断、溶接などを行う方法
として知られている。更に、このレーザ光により被加工
物に焼入れする方法も知られている。この方法は、必要
な部分のみ焼入れ処理するので、効率的ではあるが焼入
れされた部分の熱変形は避けられない。このため、この
部分の研削加工は避けることができない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】以上の点から理解され
るように、前記した従来の焼入れ方法は、研削加工部分
を減らすことが出来ないので、加工工数を少なくするに
は限界があった。この発明は、これらの問題を解決する
ものであり、次の目的を達成するものである。
るように、前記した従来の焼入れ方法は、研削加工部分
を減らすことが出来ないので、加工工数を少なくするに
は限界があった。この発明は、これらの問題を解決する
ものであり、次の目的を達成するものである。
【０００５】この発明の目的は、加工工程を短縮できる
レーザ焼入れを有する被加工物加工方法を提供すること
にある。
レーザ焼入れを有する被加工物加工方法を提供すること
にある。
【０００６】この発明の他の目的は、任意の形状に正確
に焼入れできるレーザ焼入れを有する被加工物加工方法
を提供することにある。
に焼入れできるレーザ焼入れを有する被加工物加工方法
を提供することにある。
【０００７】
【前記課題を解決するための手段及び作用】前記課題を
解決するために次のような手段を採る。
解決するために次のような手段を採る。
【０００８】被加工物への加工方法であって次の要件か
らなる加工方法、少なくとも前記被加工物を切削加工す
るための第１切削加工工程と、前記被加工物の表面にレ
ーザ光を断続しながら照射し、前記被加工物の表面の必
要な部分のみ焼入れする部分焼入れ工程と、前記部分焼
入れ工程で部分焼入れされた前記被加工物の未焼入れ表
面を含む部分のみを切削加工により除去する焼入れ後の
第２切削加工工程とからなるレーザ焼入れを有する被加
工物加工方法である。
らなる加工方法、少なくとも前記被加工物を切削加工す
るための第１切削加工工程と、前記被加工物の表面にレ
ーザ光を断続しながら照射し、前記被加工物の表面の必
要な部分のみ焼入れする部分焼入れ工程と、前記部分焼
入れ工程で部分焼入れされた前記被加工物の未焼入れ表
面を含む部分のみを切削加工により除去する焼入れ後の
第２切削加工工程とからなるレーザ焼入れを有する被加
工物加工方法である。
【０００９】レーザ焼入れを有する被加工物加工方法に
おいて、前記部分焼入れ工程は、前記レーザ光を走査方
向にずらして照射することにより、前記被加工物の表面
の必要な部分のみ所定の形状に焼入れを行う工程である
レーザ焼入れを有する被加工物加工方法である。
おいて、前記部分焼入れ工程は、前記レーザ光を走査方
向にずらして照射することにより、前記被加工物の表面
の必要な部分のみ所定の形状に焼入れを行う工程である
レーザ焼入れを有する被加工物加工方法である。
【００１０】レーザ焼入れを有する被加工物加工方法に
おいて、前記第２切削加工工程後に、前記部分焼入れ表
面を含む研削加工するための研削工程を備えてなるレー
ザ焼入れを有する被加工物加工方法である。
おいて、前記第２切削加工工程後に、前記部分焼入れ表
面を含む研削加工するための研削工程を備えてなるレー
ザ焼入れを有する被加工物加工方法である。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面にしたがって説
明する。図１は、加工後の円筒状の部品（被加工物）１
の形状を示す。この部品１の円筒表面は、焼入れされて
いる。円筒部２の外表面には、円筒部２の軸線方向に溝
３及びキー溝４が形成されている。このキー溝４の両端
は、円弧５に形成されている。キー溝４の底面６は、平
面でありこの平面６と直角の壁面７，７が形成されてい
る。溝３も同様に底面及びこの底面に垂直な壁面を備え
ている。
明する。図１は、加工後の円筒状の部品（被加工物）１
の形状を示す。この部品１の円筒表面は、焼入れされて
いる。円筒部２の外表面には、円筒部２の軸線方向に溝
３及びキー溝４が形成されている。このキー溝４の両端
は、円弧５に形成されている。キー溝４の底面６は、平
面でありこの平面６と直角の壁面７，７が形成されてい
る。溝３も同様に底面及びこの底面に垂直な壁面を備え
ている。
【００１２】円筒部２の外表面は、本例ではＨＲＣ４０
〜６０程度の硬さで０．３〜０．６ｍｍ程度の深さに焼
入れを行う必要がある部分である。焼入れ後、円筒研削
盤で更に外表面に研削を行う。ただし、キー溝４の底面
６及び壁面７，７には、焼入れを行う必要はない部品で
ある。溝３も同様に、壁面及び底面は、焼入れを行う必
要のないものである。したがって、このキー溝４及び溝
３の部分は、研削加工ではなく加工能率が格段に高い切
削加工であるエンドミル加工が望ましい。
〜６０程度の硬さで０．３〜０．６ｍｍ程度の深さに焼
入れを行う必要がある部分である。焼入れ後、円筒研削
盤で更に外表面に研削を行う。ただし、キー溝４の底面
６及び壁面７，７には、焼入れを行う必要はない部品で
ある。溝３も同様に、壁面及び底面は、焼入れを行う必
要のないものである。したがって、このキー溝４及び溝
３の部分は、研削加工ではなく加工能率が格段に高い切
削加工であるエンドミル加工が望ましい。
【００１３】この部品１を作るためには、まず丸棒の素
材をＮＣ旋盤（図示せず）により略図２に示すような形
状（中間素材１ａ）に削り出す。円筒部２の外径は仕上
代を残してあり、若干大きめに削る。通常０．１〜０．
２ｍｍ程度仕上げ寸法より大きい。ただし、キー溝４及
び溝３は、削られていない状態である。次に、この加工
中の中間素材１ａを治具１０に取り付ける。治具１０
は、必ずしも必要ではないが、ロボットなどで素材を把
みやすくするためと、切削加工及び研削加工作業時にチ
ャッキングをスムーズに行うためのものである。治具１
０は、テーパーシャンク１１を有しているので、マシニ
ングセンタ、ターニングセンタ、円筒研削盤のワーク主
軸に取り付けることができる。
材をＮＣ旋盤（図示せず）により略図２に示すような形
状（中間素材１ａ）に削り出す。円筒部２の外径は仕上
代を残してあり、若干大きめに削る。通常０．１〜０．
２ｍｍ程度仕上げ寸法より大きい。ただし、キー溝４及
び溝３は、削られていない状態である。次に、この加工
中の中間素材１ａを治具１０に取り付ける。治具１０
は、必ずしも必要ではないが、ロボットなどで素材を把
みやすくするためと、切削加工及び研削加工作業時にチ
ャッキングをスムーズに行うためのものである。治具１
０は、テーパーシャンク１１を有しているので、マシニ
ングセンタ、ターニングセンタ、円筒研削盤のワーク主
軸に取り付けることができる。
【００１４】中間素材１ａの治具１０への取り付けは図
示しないボルトで行う。治具１０が取り付けられた中間
素材１ａの一端は、ワークチャック１３に固定される。
ワークチャック１３は中間素材１ａの一端を３本の爪１
５で把持し、かつ回転させるものである。このワークチ
ャック１３の構造は、周知の構造であり、ここでは詳記
しない。ワークチャック１３は、回転テーブル１４上に
着脱自在に固定されている。回転テーブル１４は、サー
ボモータ（図示せず）により角速度及び角度位置が制御
できる。回転テーブル１４は、レーザ加工機の本体に設
けられている。
示しないボルトで行う。治具１０が取り付けられた中間
素材１ａの一端は、ワークチャック１３に固定される。
ワークチャック１３は中間素材１ａの一端を３本の爪１
５で把持し、かつ回転させるものである。このワークチ
ャック１３の構造は、周知の構造であり、ここでは詳記
しない。ワークチャック１３は、回転テーブル１４上に
着脱自在に固定されている。回転テーブル１４は、サー
ボモータ（図示せず）により角速度及び角度位置が制御
できる。回転テーブル１４は、レーザ加工機の本体に設
けられている。
【００１５】ワークチャック１３の側面には、レーザ焼
入れのためのレーザヘッド２０が配置されている。レー
ザヘッド２０は、レーザ発振器（図示せず）に光学的に
接続されている。レーザヘッド２０の下端には、走査光
を作るための振動ミラーが内蔵されている。このミラー
が常時一定サイクルで揺動されているので発振器からの
レーザ光は帯状の走査光となる。中間材１ａへの焼入れ
は、ワークチャック１３を回転させながらレーザヘッド
２０から回転軸線方向に走査されたレーザ光を照射させ
る。このとき、溝３及びキー溝４となるべき円筒表面部
分は、焼入れを行わない。この制御は、レーザ発振器を
ＯＮ，ＯＦＦしながら行う。焼入れは、順次一定の幅ａ
の中間材１ａの軸線方向に送りながら行う（図３参
照）。幅ａは、一部重なりあっている。しかし、図３に
示すように円弧５の部分は、円弧５の形状に沿った焼入
れができない。
入れのためのレーザヘッド２０が配置されている。レー
ザヘッド２０は、レーザ発振器（図示せず）に光学的に
接続されている。レーザヘッド２０の下端には、走査光
を作るための振動ミラーが内蔵されている。このミラー
が常時一定サイクルで揺動されているので発振器からの
レーザ光は帯状の走査光となる。中間材１ａへの焼入れ
は、ワークチャック１３を回転させながらレーザヘッド
２０から回転軸線方向に走査されたレーザ光を照射させ
る。このとき、溝３及びキー溝４となるべき円筒表面部
分は、焼入れを行わない。この制御は、レーザ発振器を
ＯＮ，ＯＦＦしながら行う。焼入れは、順次一定の幅ａ
の中間材１ａの軸線方向に送りながら行う（図３参
照）。幅ａは、一部重なりあっている。しかし、図３に
示すように円弧５の部分は、円弧５の形状に沿った焼入
れができない。
【００１６】図４は、円弧部５の部分の焼入れを避ける
ために、走査光の幅ａを変えないで軸線方向に動かした
ものである。図４はその原理を示す図である。走査され
たレーザ光は、中間素材（半製品）１ａに照射されると
き加熱領域は長さａ１、幅ｂ１を有し、かつ両端は半径
ｒの形状を有している（図４（ｂ））。したがってこの
加熱領域が焼入れされる領域でもある。円弧５の部分、
正確には円筒と円筒とが互いに交わるときの交わる線、
すなわち相貫線であり円ではないが、近似的には直線で
補間できる。
ために、走査光の幅ａを変えないで軸線方向に動かした
ものである。図４はその原理を示す図である。走査され
たレーザ光は、中間素材（半製品）１ａに照射されると
き加熱領域は長さａ１、幅ｂ１を有し、かつ両端は半径
ｒの形状を有している（図４（ｂ））。したがってこの
加熱領域が焼入れされる領域でもある。円弧５の部分、
正確には円筒と円筒とが互いに交わるときの交わる線、
すなわち相貫線であり円ではないが、近似的には直線で
補間できる。
【００１７】本例では、まず約１８０度の円弧５を６等
分に角度分割する。ミーリングで削り出される円弧５の
半径をＲとすれば、半径Ｒにｄだけ外径側に移動させた
位置まで焼入れを行う。この位置まで焼入れを行うに
は、レーザ光の走査の両端が半径ｒの形状を有している
ので、レーザ光は更に半径ｒだけオフセットした線分を
移動させれば良い。この直径の線分と角度分割線との交
点Ｐ１〜Ｐ６を求め、各Ｐ１〜Ｐ２、Ｐ２〜Ｐ３…を直
線で近似させる。この各直線上を走査されたレーザ光を
照射させて焼入れを行う。なお、レーザ光のＯＮ、ＯＦ
Ｆ、出力の大きさは、ワークチャック１３の回転に連動
して制御でき、この制御は周知の数値制御装置により行
う。
分に角度分割する。ミーリングで削り出される円弧５の
半径をＲとすれば、半径Ｒにｄだけ外径側に移動させた
位置まで焼入れを行う。この位置まで焼入れを行うに
は、レーザ光の走査の両端が半径ｒの形状を有している
ので、レーザ光は更に半径ｒだけオフセットした線分を
移動させれば良い。この直径の線分と角度分割線との交
点Ｐ１〜Ｐ６を求め、各Ｐ１〜Ｐ２、Ｐ２〜Ｐ３…を直
線で近似させる。この各直線上を走査されたレーザ光を
照射させて焼入れを行う。なお、レーザ光のＯＮ、ＯＦ
Ｆ、出力の大きさは、ワークチャック１３の回転に連動
して制御でき、この制御は周知の数値制御装置により行
う。
【００１８】これらの走査されたレーザ光による焼入れ
が終了すると、図３に示したような焼入れされた状態に
なる。この後、未焼入れ部分すなわち、溝３、キー溝４
部分をエンドミルで切削加工して除去する。この加工
は、エンドミルの刃を破損することはない。なぜなら
ば、前記した焼入れにより、正確に必要な表面部分にの
み焼入れされているので、エンドミルの刃がこの焼入れ
部分を削ることはないからである。この切削工程が終了
すると、円筒部２の外周を円筒研削盤で研削加工を行
う。溝３、キー溝４の底面６、壁面７，７の研削加工を
行う必要がないので、きわめて効率的に焼入れ工程を含
む部品加工ができる。
が終了すると、図３に示したような焼入れされた状態に
なる。この後、未焼入れ部分すなわち、溝３、キー溝４
部分をエンドミルで切削加工して除去する。この加工
は、エンドミルの刃を破損することはない。なぜなら
ば、前記した焼入れにより、正確に必要な表面部分にの
み焼入れされているので、エンドミルの刃がこの焼入れ
部分を削ることはないからである。この切削工程が終了
すると、円筒部２の外周を円筒研削盤で研削加工を行
う。溝３、キー溝４の底面６、壁面７，７の研削加工を
行う必要がないので、きわめて効率的に焼入れ工程を含
む部品加工ができる。
【００１９】［その他の実施例］前記実施例は、最終工
程で外周研削を行っているが精度を要求しないものは、
この研削工程は必ずしも必要ではない。また、前記実施
例は、焼入れ時に回転させるものであったが、直線テー
ブルに載せて直線的に移動させるものでも良い。前記実
施例では、相貫線の補間について述べたが、前記説明か
ら理解されるように、ＮＣ機能を使って円、直線なども
任意に照射できる。
程で外周研削を行っているが精度を要求しないものは、
この研削工程は必ずしも必要ではない。また、前記実施
例は、焼入れ時に回転させるものであったが、直線テー
ブルに載せて直線的に移動させるものでも良い。前記実
施例では、相貫線の補間について述べたが、前記説明か
ら理解されるように、ＮＣ機能を使って円、直線なども
任意に照射できる。
【００２０】
【発明の効果】以上、詳記したように、本発明は焼入れ
工程の後に、切削加工ができるので、加工能率がきわめ
て高い。また、焼入れにともなう熱変形は、焼入れ工程
後に切削加工を行うためその部分に行い、すなわち仕上
げ加工において、通常の熱変形を除去するための研削加
工を省くことができる。
工程の後に、切削加工ができるので、加工能率がきわめ
て高い。また、焼入れにともなう熱変形は、焼入れ工程
後に切削加工を行うためその部分に行い、すなわち仕上
げ加工において、通常の熱変形を除去するための研削加
工を省くことができる。
【図１】図１は被加工部品の例を示す外観図である。
【図２】図２はワークチャックに把持して被加工部品に
レーザ光により焼入れを行っている状況を示す外観図で
ある。
レーザ光により焼入れを行っている状況を示す外観図で
ある。
【図３】図３は被加工部品に焼入れ部分を示す図であ
る。
る。
【図４】図４（ａ）は円弧部分を避けて焼入れを行う方
法を示す説明図である。図４（ｂ）はレーザ光を照射し
たときの両端の焼入れ形状を示す図であり、図４（ａ）
のｂ部分の拡大図である。
法を示す説明図である。図４（ｂ）はレーザ光を照射し
たときの両端の焼入れ形状を示す図であり、図４（ａ）
のｂ部分の拡大図である。
１…部品（被加工物） ２…円筒部 ３…溝 ４…キー溝 ５…円弧 ６…底面 ７，７…壁面 １０…治具 １１…テーパシャンク １３…ワークチャック １４…回転テーブル １５…爪 ２０…レーザヘッド
Claims (3)
- 【請求項１】被加工物への加工方法であって次の要件か
らなる加工方法、 少なくとも前記被加工物を切削加工するための第１切削
加工工程と、 前記被加工物の表面にレーザ光を断続しながら照射し、
前記被加工物の表面の必要な部分のみ焼入れする部分焼
入れ工程と、前記 部分焼入れ工程で部分焼入れされた前記被加工物の
未焼入れ表面を含む部分のみを切削加工により除去する
焼入れ後の第２切削加工工程とからなるレーザ焼入れを
有する被加工物加工方法。 - 【請求項２】請求項１に記載のレーザ焼入れを有する被
加工物加工方法において、 前記部分焼入れ工程は、前記レーザ光を走査方向にずら
して照射することにより、前記被加工物の表面の必要な
部分のみ所定の形状に焼入れを行う工程であるレーザ焼
入れを有する被加工物加工方法。 - 【請求項３】請求項１又は２に記載のレーザ焼入れを有
する被加工物加工方法において、 前記第２切削加工工程後に、前記部分焼入れ表面を含む
研削加工するための研削工程を備えてなるレーザ焼入れ
を有する被加工物加工方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3083013A JP2584364B2 (ja) | 1991-03-25 | 1991-03-25 | レーザ焼入れを有する被加工物加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3083013A JP2584364B2 (ja) | 1991-03-25 | 1991-03-25 | レーザ焼入れを有する被加工物加工方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04294930A JPH04294930A (ja) | 1992-10-19 |
| JP2584364B2 true JP2584364B2 (ja) | 1997-02-26 |
Family
ID=13790366
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3083013A Expired - Lifetime JP2584364B2 (ja) | 1991-03-25 | 1991-03-25 | レーザ焼入れを有する被加工物加工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2584364B2 (ja) |
-
1991
- 1991-03-25 JP JP3083013A patent/JP2584364B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04294930A (ja) | 1992-10-19 |
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