JP3267734B2 - Cncレーザ加工機 - Google Patents

Cncレーザ加工機

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JP3267734B2 JP08660793A JP8660793A JP3267734B2 JP 3267734 B2 JP3267734 B2 JP 3267734B2 JP 08660793 A JP08660793 A JP 08660793A JP 8660793 A JP8660793 A JP 8660793A JP 3267734 B2 JP3267734 B2 JP 3267734B2
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    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Programme-control systems
    • G05B19/02Programme-control systems electric
    • G05B19/18Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/41Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by interpolation, e.g. the computation of intermediate points between programmed end points to define the path to be followed and the rate of travel along that path
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
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    • B23K26/0869Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction
    • B23K26/0876Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction in at least two axial directions
    • B23K26/0884Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction in at least two axial directions in at least in three axial directions, e.g. manipulators, robots

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は3次元オフセットタイプ
のノズルを有するCNCレーザ加工機に関し、特にレー
ザ加工機のヘッドを交換した場合に先端固定の動作が行
える工具長補正機能を備えたCNCレーザ加工機に関す
る。
【0002】
【従来の技術】ワークの加工を非接触で高速に行うこと
のできるレーザ加工機と複雑な輪郭制御の可能な数値制
御装置(CNC)とを組み合わせたCNCレーザ加工機
が広く使用されるようになり、3次元加工のできるCN
Cレーザ加工機も一般化されつつある。
【0003】CNCレーザ加工機で3次元加工を行うに
は、X軸、Y軸及びZ軸の直交3軸の他、加工ヘッドの
姿勢制御を行うC軸及びA軸を加えた5軸の数値制御を
行う必要があり、このため、数値制御装置は一般にX
軸、Y軸及びZ軸を直角座標系で制御する制御手段と、
Z軸に一致するC軸を回転軸としてノズルヘッドを回転
制御するC軸制御手段と、Z軸に対して直角なA軸を回
転軸としてノズルヘッドを回転制御するA軸制御手段
と、X軸、Y軸、Z軸、C軸及びA軸を同時に補間する
補間手段とを備えている。
【0004】図2はオフセットタイプの、すなわちC軸
をZ軸に対する回転軸とし、A軸を軸に直角な回転軸と
したタイプの従来のレーザ加工機のヘッド機構の一例を
示した部分構成図である。この図において、符号1はC
軸を駆動するC軸用サーボモータ、2はA軸を駆動する
A軸用サーボモータである。3はレーザビームであり、
図示されていないレーザ発振器から反射ミラーなどの光
伝送部を通ってノズルの先端まで導かれ、ワーク表面に
照射される。
【0005】C軸用サーボモータ1はギア4a及び4b
を介して部材5を駆動することにより、部材5をC軸を
中心として回転制御する。A軸用サーボモータ2はギア
6a及び6bを介して軸7を回転させ、傘歯車8a、8
bによって軸9を回転させてノズルヘッド10をA軸を
中心として回転制御する。
【0006】ここで、Z軸の中心から照射ビームの中心
までを第1アームの長さH1、A軸の中心からノズルヘ
ッド10までを第2アームの長さH2、ノズルヘッド1
0の装着部から照射ビームのワーク上の焦点すなわちプ
ログラム点までの長さをDとする。
【0007】ワークを3次元加工するには、第1及び第
2アームの長さH1、H2をパラメータとして予め設定
し、加工目的に合わせて装着されるノズルヘッド10の
長さDを設定し、原点復帰をかけて基準点を確立した後
で行うことになる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ワークを加
工する一連の操作の中で、焦点距離を変更したい、ある
いはワークの板厚が途中で変化するというような時、ノ
ズルヘッドを交換したいという要求がある。ノズルヘッ
ドを交換すれば、その長さも変わり、図のプログラム点
までの長さDも変化してしまうことになる。そこで、ヘ
ッドを交換したならば、そこで必ずオペレータが介在
し、パラメータを入れ直して再度原点復帰をしなければ
ならない。
【0009】これは、長さDが異なった状態で交換前と
同じ先端固定の動作を行った場合、先端位置が動いてし
まい、プログラムした制御点と一致しなくなるので、パ
ラメータの入れ換えと新たな原点復帰が必要となるから
である。
【0010】このように、ヘッド交換が必要な場合に、
従来では、オペレータの介在により作業が中断してしま
うばかりでなく、それに伴う作業が煩雑になり、誤操作
を招く可能性がある、という問題点があった。
【0011】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、加工の途中でヘッドを交換した時に手動介入
によるパラメータ変更や再度の原点復帰を行うことなく
先端固定の動作を行うことができる自動プログラミング
に対応した、3次元オフセットタイプのノズルを有する
CNCレーザ加工機を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、3次元加工を行うオフセットタイプのノ
ズルを有するCNCレーザ加工機において、X軸、Y軸
及びZ軸を直角座標系で制御する制御手段と、前記ノズ
ルヘッドをC軸回転制御するC軸制御手段と、前記ノズ
ルヘッドをA軸回転制御するA軸制御手段と、前記Z
軸、Y軸、Z軸、C軸及びA軸を同時に補間する補間手
段と、ノズルヘッドの長さをプログラマブルに変更で
き、前記X軸、Y軸及びZ軸に関してノズルヘッドを変
更したことによるそれらのプログラム点との差分及び回
転角度の変化に対応する前記X軸、Y軸及びZ軸の変化
量を補正する補正手段と、を具備することを特徴とす
NCレーザ加工機が提供される。
【0013】
【作用】上述の手段によれば、補正手段において、3次
元工具長補正のGコードとノズルヘッドの長さとを読み
取り、パラメータに設定されているアームの長さとノズ
ルヘッドの長さと回転角度とからノズルヘッドの先端の
位置を割り出し、ヘッドの長さが変化したことによる
X、Y及びZ軸方向の移動量を算出してその差分を一時
的に軸移動又は座標変化させ、そしてパラメータに設定
されているアームの長さとノズルヘッドの長さと回転角
度の変化分とからX、Y及びZ軸の変化分を実時間で算
出して各軸の補間値に加える。
【0014】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図1は本発明による3次元オフセットタイプ
ノズルを有するCNCレーザ加工機の数値制御装置内に
おける工具長補正に係る部分のブロック図である。図に
おいて、11は3次元工具長補正指令部であり、たとえ
ばノズルヘッドの交換時に対応する工具番号が自動的に
入力され、新しいノズルヘッドの長さが認識される。1
2は補間器であり、制御点の軌跡を指示する指示X、
Y、Z及びノズルヘッドの姿勢を指示する指令α、βを
受けてX、Y及びZ軸の変化分ΔX、ΔY、ΔZとC軸
及びA軸を中心とする回転角度α、βの変化分Δα、Δ
βとを出力する。13は3次元工具長補正指令があった
ときノズルヘッドの先端位置をプログラム点に移動させ
るための差分を演算する第1補正手段で、14は回転角
度がΔα、Δβだけ変化したときに先端固定とするため
の演算を行う第2補正手段である。
【0015】図1において、3次元工具長補正指令部1
1では、3次元工具長補正のGコード(工具位置オフセ
ット指令)に応答してノズルヘッドの長さを読み取り、
第1補正手段13に対し補正演算を指令する。
【0016】第1補正手段13では、ノズルヘッドを交
換してもその先端位置(プログラム点)が変わらないよ
うにするため、パラメータに設定されているノズルヘッ
ドの長さとその姿勢を表す回転角度とからノズルヘッド
の先端位置を割り出し、ヘッド交換前のプログラム点に
移動させるための演算を行う。ここで、ノズルヘッドの
長さDがD1からD2に変わったとすると、直交3軸の
変更前との差分を求める演算式は
【0017】
【数3】 Δx1=−(D2−D1)sinβsinα Δy1=(D2−D1)sinβcosα Δz1=−(D2−D1)cosβ であり、これらはノズルヘッド交換時に一度だけ演算さ
れ、補間器12からの出力に加算される。
【0018】ノズルヘッドの先端位置をヘッド交換前の
プログラム点に移動させる方法としては、プログラム点
の座標系を差分だけ変化させるか又はX軸、Y軸及びZ
軸を差分だけ軸移動させるようにする。座標を変化させ
るか軸を移動させるかは相対的なものなので、何れを採
用してもよい。
【0019】一方、先端位置の補正後において、ノズル
ヘッドの姿勢が変化した時に実時間で先端固定にする場
合の演算式は以下のようになる。
【0020】
【数4】 Δx2=H1(cos(α+Δα)−cosα)−(H2+D2) ×(sin(β+Δβ)sin(α+Δα)−sinβsinα) Δy2=H1(sin(α+Δα)−sinα)+(H2+D2) ×(sin(β+Δβ)cos(α+Δα)−sinβcosα) Δz2=−(H2+D2)(cos(β+Δβ)−cosβ) ここに、H1をA軸方向のアームの長さ、H2をC軸に
平行なアームの長さ、D2をプログラム点までのノズル
ヘッドの変更後の長さ、αをC軸を中心とする回転角、
βをA軸を中心とする回転角としてある。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、ノズル
ヘッドの長さをプログラマブルに変更でき、X軸、Y軸
及びZ軸に関してノズルヘッドを変更したことによるそ
れらのプログラム点との差分及び回転角度の変化に対応
するX軸、Y軸及びZ軸の変化量を補正する補正手段を
備えているので、数値制御文からのGコード指令によ
り、ノズルヘッドの長さすなわち工具長を変更すること
ができ、ヘッド交換、プログラム修正が容易になり、ヘ
ッド交換の自動化及び自動プログラミング装置でのヘッ
ド交換を含む工程管理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による3次元オフセットタイプのノズル
を有するCNCレーザ加工機の数値制御装置内における
工具長補正に係る部分のブロック図である。
【図2】オフセットタイプの従来のレーザ加工機のヘッ
ド機構の一例を示した部分構成図である。
【符号の説明】
1 C軸用サーボモータ 2 A軸用サーボモータ 3 レーザビーム 10 ノズルヘッド 11 3次元工具長補正指令部 12 補間器 13 第1補正手段 14 第2補正手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 26/00 - 26/42 G05B 19/404

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 3次元加工を行うオフセットタイプのノ
    ズルを有するCNCレーザ加工機において、 X軸、Y軸及びZ軸を直角座標系で制御する制御手段
    と、 前記ノズルヘッドをC軸回転制御するC軸制御手段と、 前記ノズルヘッドをA軸回転制御するA軸制御手段と、 前記X軸、Y軸、Z軸、C軸及びA軸を同時に補間する
    補間手段と、 ノズルヘッドの長さをプログラマブルに変更でき、前記
    X軸、Y軸及びZ軸に関してノズルヘッドを変更したこ
    とによるそれらのプログラム点との差分及び回転角度の
    変化に対応する前記X軸、Y軸及びZ軸の変化量を補正
    する補正手段と、を具備することを特徴とするCNCレ
    ーザ加工機。
  2. 【請求項2】 前記補正手段はノズルヘッドの変更時に
    工具長の補正指令を与える3次元工具長補正指令部と、
    その変更時におけるプログラム点の補正を行う第1補正
    手段と、そのプログラム点の補正後におけるX軸、Y軸
    及びZ軸の常時補正を行う第2補正手段とからなること
    を特徴とする請求項1記載のCNCレーザ加工機。
  3. 【請求項3】 前記第1補正手段はプログラム点の座標
    系を前記差分だけ変化させることを特徴とする請求項2
    記載のCNCレーザ加工機。
  4. 【請求項4】 前記第1補正手段はX軸、Y軸及びZ軸
    を前記差分だけ軸移動させることを特徴とする請求項2
    記載のCNCレーザ加工機。
  5. 【請求項5】 前記第1補正手段の補正は、プログラム
    点までのノズルヘッドの長さが変更前をD1、変更後を
    D2とし、C軸の回転角をα、A軸の回転角をβとする
    とき、X軸、Y軸及びZ軸の変化量が、 Δx1=−(D2−D1)sinβsinα Δy1=(D2−D1)sinβcosα Δz1=−(D2−D1)cosβ であることを特徴とする請求項2記載のCNCレーザ加
    工機。
  6. 【請求項6】 前記第2補正手段のX軸、Y軸及びZ軸
    の補正は、X軸方向のアームの長さをH1、Z軸方向の
    アームの長さをH2とし、プログラム点までのノズルヘ
    ッドの変更後の長さをD2とし、C軸の回転角をα、A
    軸の回転角をβとして、回転角がΔα、Δβだけ変化し
    た時のX軸、Y軸及びZ軸の変化量が Δx2=H1(cos(α+Δα)−cosα)−(H2+D2) ×(sin(β+Δβ)sin(α+Δα)−sinβsinα) Δy2=H1(sin(α+Δα)−sinα)+(H2+D2) ×(sin(β+Δβ)cos(α+Δα)−sinβcosα) Δz2=−(H2+D2)(cos(β+Δβ)−cosβ) であることを特徴とする請求項2記載のCNCレーザ加
    工機。
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JPH01224194A (ja) * 1988-03-03 1989-09-07 Fanuc Ltd Cncレーザ加工機の姿勢制御方式
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