JP3595575B2 - Laser processing equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明はレーザ加工ヘッドを位置決めする位置決め装置にバランサーを備えたレーザ加工装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の光軸移動型レーザ加工機の概要が図4に示してある。この形式の位置決め装置を備えたレーザ加工機においては、第1軸キャリッジ103がレーザ加工機本体101からオーバーハングして設けられており、この第1軸キャリッジ103はレーザ加工機本体101に平行する方向の第1軸(X軸とするのが普通)方向に移動自在に設けられている。
【0003】
前記第1軸キャリッジ103には第1軸キャリッジ103の移動方向に直交する方向である第2軸(Y軸とするのが普通)方向に移動自在の第2軸キャリッジ105が移動自在に設けられている。そしてこの第2軸キャリッジ105にレーザ加工ヘッド107が取付けられており、レーザ発振器109からのレーザビームが複数のベンドミラー(図示省略)を介してこのレーザ加工ヘッド107に誘導自在に設けられている。
【0004】
図5に示す第1軸キャリッジのガイド機構に示す如く、第1軸キャリッジ103は、レーザ加工機本体101に設けられた一対の第1軸(X軸)ガイドレール115Fと115Rにそってガイドされ、また上記第2軸キャリッジ105は、第1軸キャリッジ103の側面に設けられた図示省略した複数の第2軸(Y軸)ガイドレールにそってガイドされるように構成されている。また第1軸キャリッジ103はレーザ加工機本体101に設けられた駆動機構(図示省略)により第1軸(X軸)方向の任意の位置に移動位置決めがなされる。第2軸キャリッジ105は、第1軸キャリッジ103の側面に設けられた駆動機構(図示省略)により第2軸(Y軸)方向の任意の位置に移動位置決めがなされるようになっている。
【0005】
上記の第1軸キャリッジ103は、レーザ加工機本体101に設けられた一対の第1軸(X軸)ガイドレール115Fと115Rに第1軸キャリッジ103に設けられた3個のベアリング(117A,117B,117C)によってガイドされており、ベアリング117Aの中心とベアリング117Bとの間隔をL1 とし、加工ヘッド107の中心Pと第1軸(X軸)ガイドレール115Fとの距離をL2 とするとき、レーザ加工ヘッド107の軸心Pに第1軸(X軸)方向の力F0 が生じたときのF0 ×L2 なる力のモーメントが、モーメントF1 ×L1 と均衡するように設けてある。なおF1 はベアリング117Aにかかる力である。
【0006】
上記のような構成からなる位置決め装置111の下方には、被加工物Wを載置固定する加工テーブル113が設けられており、この位置決め装置111の第2軸キャリッジ105に設けられたのレーザ加工ヘッド107の位置決め可能な範囲においてレーザビームによる切断加工あるいは溶接加工などがなされる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光軸移動型レーザ加工機は上述のように構成されており、前記位置決め装置111の第1軸キャリッジ103を第1軸方向(X軸)に移動させる場合、第1軸キャリッジ103上に停止している第2軸キャリッジ105の位置によって、第1軸(X軸)ガイドレールを中心とする第1軸キャリッジ103のモーメントが変化することになる。その結果第2軸キャリッジ105の位置によって、第1軸キャリッジ103に発生する「たわみ」に変化が生じ加工精度も第2軸キャリッジ105の位置によって変化するという問題がある。
【0008】
またベアリング(117A,117B)にかかる荷重を小さくして、このベアリングの変形を押さえることによりレーザ加工ヘッド107の位置決め精度を良くするには、ベアリング117Aとベアリング117Bとの間隔L1 を大とするかまたはL2 を小さくする方法がある。しかし前者では第1軸キャリッジ103の第1軸(X軸)方向の寸法が大となりレーザ加工機が大型になるという問題があり、後者の場合は製品の加工寸法範囲が小さくなるという問題がある。また剛性の大きいベアリング(117A,117B)を使用すれば、ベアリングの変形は小さくすることが出来るがこれもレーザ加工機のコストアップにつながるという問題がある。
【0009】
本発明は上述の如き従来の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的はレーザ加工装置本体からオーバーハングして設けられ第1軸キャリッジ上の第2軸キャリッジの位置が変化しても、第1軸キャリッジのモーメントが変化せず、レーザ加工ヘッドの位置決め精度が変化しないレーザ加工装置を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明おレーザ加工装置は、レーザ加工装置のフレームの長手方向にほぼ平行な第1軸ガイドレールを設け、該第1軸ガイドレールにガイドされる第1軸キャリッジを前記第1軸ガイドレールを中心に該第1軸ガイドレールに直交する両方向に張出して設け、該第1軸ガイドレールから手前にオーバーハングした前記第1軸キャリッジにレーザ加工ヘッドを備えた第2軸キャリッジを前記第1軸キャリツジの移動方向に直交する第2軸方向に移動自在に設けると共に、前記第1軸ガイドレールの他側にオーバーハングした前記第1軸キャリッジに前記第2軸方向に移動自在のバランサーを設け、該バランサーと前記第2軸キャリッジの前記第1軸ガイドレールの中心に対するモーメントとをバランスさせるバランサー機構を備えたレーザ加工装置において、前記第1軸キャリッジの先端部側面と第1門型フレーム側の他端部の側面とに第1回転体と第2回転体とをそれぞれ設け、該第1、第2回転体に第1回転伝達部材を巻回し、該第1回転伝達部材の上側走行部を前記第2軸キャリッジに固定すると共に、前記第2回転体と同軸に一体的に設けられた第3回転体と前記第1軸ガイドレールの上方位置の前記第1軸キャリッジの側面に第4回転体とを設け、該第3、第4回転体に第2回転伝達部材を巻回し、該第2回転伝達部材の下側走行部を前記バランサーに固定して設け、前記第2軸キャリッジが前記第1軸ガイドレールの中心から最も離隔した位置または最も接近した位置に在るときの前記第1軸ガイドレールの中心からの距離をそれぞれl 1 、l 2 、前記バランサーが前記第1軸ガイドレールの中心から最も離隔した位置または最も接近した位置に在るときの前記第1軸ガイドレールの中心からの距離をそれぞれl 3 、l 4 とするとき、前記第1、第2回転体の直径Dと前記第3、第4回転体の直径dとの比D/dをl 1 /l 3 および l 2 /l 4 に等しく設けてなるものである。
【0011】
また上記レーザ加工装置は、前記第1回転体と第2回転体および、第3回転体と第4回転体は歯付きプーリ、スプロケットギヤまたは溝付きプーリ等からなり、前記第1回転伝達部材と第2回転伝達部材は歯付きベルト、チェインまたはワイヤー等からなるものである。
【0012】
【作用】
上述のような構成としたので、第1軸キャリッジを第1軸方向に移動して位置決めする場合、第2軸キャリッジが第1軸キャリッジのどの位置に移動しても第1軸ガイドレ−ル(11A)を中心とする水平方向のモーメントは常にバランスされる。
【0013】
【実施例】
以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図1は本発明のレーザ加工装置1の実施例の全体的概要を示す斜視図である。第1門型フレーム3は第1梁部材5とその両端に設けた強度の相違するる左右の支柱(7,9)から構成されている。
【0014】
図2には前記図1から第2門型フレーム27を取除いた状態の斜視図が示してある。図2を参照するに、前記第1梁部材5の上には第1梁部材5の長手方向に2本のガイドレールが平行に敷設されている。手前側のガイドレール11Aは第1軸方向を規制する第1軸ガイドレールをなし、奥側のガイドレール11Bは第1軸方向を規制する第1軸ガイドレールによってガイドされる第1軸キャリッジの浮上がりを規制する作用をする。
【0015】
この第1軸ガイドレール(11A,11B)には、第1軸方向に移動自在な第1軸キャリッジ13が3個の第1軸ガイド部材(15A,15B,15C)によりガイドされている。また前記第1軸ガイドレール(11A,11B)のほぼ中間には第1軸キャリッジ駆動モータ17により回転駆動される第1軸ボールスクリュウ19が設けられており、前記第1軸キャリッジ13には、該第1軸ボールスクリュウ19と螺合する第1軸ボールナット(図示省略)が設けられている。この第1軸キャリッジ13の一端は、前記第1門型フレーム3の第1梁部材5上に設けられた第1軸ガイドレール11Aから手前に大きく張出して設けられると共に、その他端部は前記第1軸ガイドレール11Bの側に張出して設けられ、該第1軸ガイドレール11Bにより浮上りを規制されている。
【0016】
上記構成の前記第1軸キャリッジ駆動モータ17を適宜に回転駆動すれば前記第1軸キャリッジ13は第1軸方向に適宜に移動位置決めすることができる。
【0017】
また前記第1軸キャリッジ13の下面には、前記第1軸方向に直交する方向の第2軸方向に一対の第2軸ガイドレール(21A,21B)が設けられており、この一対の第2軸ガイドレールには第2軸キャリッジ23が複数の第2軸ガイド部材(図示省略)によりガイドされている。また前記2本の第2軸ガイドレール(21A,21B)のほぼ中間には、第2軸キャリッジ駆動モータ(図示省略)により回転駆動される第2軸ボールスクリュウ(図示省略)が設けられており、前記第2軸キャリッジ23には、この第2軸ボールスクリュウ(図示省略)と螺合する第2軸ボールナット(図示省略)が設けられている。さらにこの第2軸キャリッジ23には適宜な手段によりレーザ加工ヘッド25が固定されている。
【0018】
上記構成において、前記第2軸駆動モータ(図示省略)を適宜に回転駆動すれば前記第2軸キャリッジ23は第2軸方向に適宜に移動位置決めすることができる。よって、前記第1軸キャリッジ駆動モータ17と第2軸駆動モータ(図示省略)とを適宜に回転駆動すれば、第1軸キャリッジ13と第2軸キャリッジ(図示省略)とはXY平面の任意の位置に位置決めすることができる。すなわち第1軸キャリッジ13と第2軸キャリッジ(図示省略)とからなるこの位置決め装置により前記レーザ加工ヘッド25をXY平面の任意の位置に位置決めすることができる。
【0019】
前記第1門型フレーム3の上には、この第1門型フレーム3と平面的の外形寸がほぼ等しい長方形状の第2門型フレーム27が固定設置してある。この第2門型フレーム27の第2梁部材29の四隅には4本のフレーム脚部(31A,31B,31C,31D)が設けてあり、この4本のフレーム脚部(31A,31B,31C,31D)のうち左のフレーム脚部(31A,31B)は、前記第1門型フレーム3の左支柱(7)の上方の位置の第2梁部材29上に、右のフレーム脚部(31C,31D)は前記第1門型フレーム3の右支柱(9)の上方の位置の第2梁部材29上に設置固定されている。なお左のフレーム脚部(31A,31B)と右のフレーム脚部(31C,31D)はそれぞれ一体的に構成しても良い。 この第2門型フレーム27の第2梁部材29上には、レーザ発振器33とレーザ発振器用の電源装置35とが隣接して載置固定してある。なおレーザ発振器33は板金加工用の場合には、高出力の炭酸ガスレーザ発振器が主に使用されているが固体レーザのYAGレーザを用いることもできる。
【0020】
前記第1門型フレーム3の左支柱7または右支柱9には、前記第2門型フレーム27の左右のフレーム脚部を介しての圧縮荷重Pと第1梁部材5を介しての圧縮荷重と、前記第1軸キャリッジ13が水平方向に移動停止するときの動荷重による曲げモーメントとが作用する。そこで第1門型フレーム3の左支柱7の幅Aを右支柱9より増加させて上記の曲げモーメントに対抗させる様にしてある。周知のように上記の水平方向の断面2次モーメントは左支柱7の幅Aの3乗に比例して増加するので、増加させる支柱の幅を両方に分散させるよりも片方の支柱の幅を増加させるほうが非常に効率が良い。なお実施例では左支柱7の幅を大きくしているが左支柱7または右支柱9のどちらをその様に設定してもよい。
【0021】
レーザ発振器33からのレーザビーム37はベンドミラ39と図示しない幾つかのベンドミラを経由してレーザ加工ヘッド25の最終段のベンドミラ(図示省略)に至り、このレーザ加工ヘッド25の集光レンズ(図示省略)で集光されて加工テーブル41上に載置固定されている被加工材Wに照射されるように構成されている。
【0022】
上記構成により、前記第2門型フレーム27の第2梁部材29上に載置されたレーザ発振器33とレーザ発振器の電源装置35の荷重は、前記4本のフレーム脚部(31A,31B,31C,31D)を介して、前記第1門型フレーム3の左支柱(7)と右支柱(9)とに分散してかかり、第1門型フレーム3の第1梁部材5のたわみにたいしては全く影響しない。また第1軸キャリッジ13が移動するときの動荷重の第1門型フレーム3に対する影響は、第1門型フレーム3の一方の支柱(実施例では左支柱7)の強度を予想される動荷重による変形を考慮して大きく設定してあるので動荷重による変形がキャンセルされる。
【0023】
さて図2において、前記第1門型フレーム3の第1梁部材5から手前にオーバーハングした前記第1軸キャリッジ13の手前側先端部の右側垂直面には、第1回転体43を回転自在に設けると共に、第1軸キャリッジ13の他端部の右側垂直面には第2回転体45を回転自在に設けてある。この第1回転体43および第2回転体45には、例えば溝付きプーリ、スプロケットギヤ、または歯付きプーリなどを使用することができる。前記第1回転体43と第2回転体45には、第1回転伝達部材47が卷回してあり、該第1回転伝達部材47には、例えばワイヤー、チェイン、歯付きベルトなどを用いることが出来る。そしてこの第1回転伝達部材47の上側走行部が前記第1軸キャリッジ13の先端部に位置する第2軸キャリッジ23の垂直部に固定してある。なおこの第2軸キャリッジ23の垂直部には前記第1回転伝達部材47が通過できるような第1回転伝達部材通過溝49が設けられている。
【0024】
上記第2回転体45の回転軸上には小径の第3回転体51が一体的に設けられている。また前記ガイドレール11Aの上方位置の第1軸キャリッジ13右側垂直面に上記第3回転体51と同径の第4回転体53が回転自在に設けられており、この第3回転体51と第4回転体53との間に第2回転伝達部材55が卷回してある。そしてこの第2回転伝達部材55の下側走行部が第1軸キャリッジ13の他端部の右側垂直面に位置するバランサー57に固定してある。なおこのバランサー57は第1軸キャリッジ13の右側垂直面に設けた図示しない周知のガイド手段により第2軸方向に移動自在に設けられていると共に、前記第2回転伝達部材55が通過可能な第2回転伝達部材通過溝59が設けてある。なおまた第3、第4回転体としては前記第1、第2回転体と同様な部材が使用出来ると共に、上記第2回転伝達部材も同様に上記第1回転伝達部材と同一の部材が使用出来る。
【0025】
上記の構成において、第2軸キャリッジ23が図2に示す矢印Aの方向に移動すれば、上記第1回転伝達部材も矢印Aの方向に移動し、第2回転体45が時計方向に回転することになる。従って第2回転体45と同軸に固定されている小径の第3回転体51も同時に時計方向に回転することになる。よって第3回転体51の下側走行部に固定されているバランサー57は、矢印Aと逆方向の矢印Bの方向に移動することになる。当然ながら第2軸キャリッジ23が矢印Bの方向に戻ればバランサー57は矢印Aの方向に戻ることになる。
【0026】
図3を参照するに、第2軸キャリッジ23とバランサー57の前記第1軸ガイドレール11Aを中心とする水平方向のモーメント関係図が示してある。いま第2軸キャリッジ23の質量をm1 、バランサー57の質量をm2 として、第2軸キャリッジ23が前記第1軸ガイドレール11Aの中心Cから最も離れた位置に在るときの中心Cからの距離をl1 、最も接近した位置に在るときの中心Cからの距離をl2 とし、バランサー57が最も離れた位置に在るときの中心Cからの距離をl3 、最も接近した位置に在るときの中心Cからの距離をl4 とするとき、第2軸キャリッジ23とバランサー57のモーメント関係は次のようになる。
m1 ×l1 =m2 ×l3 ………(1)
m1 ×l2 =m2 ×l4 ………(2)
【0027】
また前記第1回転体43および第2回転体45の直径をD、第3回転体51および第4回転体53の直径をdとするとき、第2回転体45の直径Dと第3回転体51の直径dとの関係は次のように設定されている。
D/d=l1/l3=l2/l4………(3)
【0028】
上記の関係式から本発明のバランサー機構は、例えば第1回転体43がn1 回転して第2軸キャリッジ23が、π×D×n1 =l1 移動したとすれば、第3回転体51もn1 回転するので、バランサー57は逆方向に、π×d×n1 =π×l3 /l1 ×D×n1 =l3 移動する。同様してに第2軸キャリッジ23がl2 に移動すればバランサー57はl4 に移動しモーメントは常に均衡することになる。
【0029】
【発明の効果】
第1軸キャリッジを第1軸方向に移動して位置決めする場合、第1軸キャリッジ上を第2軸方向に移動自在の第2軸キャリッジが、第1軸キャリッジのどの位置に在っても第1軸ガイドレ−ルを中心とする水平方向のモーメントは常にバランスされるので、第1軸ガイド部材(15A,15B)にかかる側方向荷重がキャンセルされ、加工ヘッド先端の第1軸方向(X軸方向)の変位量を最小にすることができる。その結果位置決め装置の精度がよくなりレーザ加工精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施したレーザ加工装置の全体概要を示す斜視図。
【図2】図1から第2門型フレームを取除いて第1軸キャリッジの全体を示した斜視図。
【図3】本発明に実施されているバランサー機構のモーメント関係を説明する図面。
【図4】従来のレーザ加工装置の全体概要を示す斜視図。
【図5】従来のレーザ加工装置における位置決め装置機構の説明図。
【符号の説明】
1 レーザ加工装置
3 第1門型フレーム
5 第1梁部材
7 左支柱
9 右支柱
11A,11B 第1軸ガイドレール
13 第1軸キャリッジ
15A,15B,15C 第1軸ガイド部材
17 第1軸キャリッジ駆動モータ
19 第1軸ボールスクリュウ
21A,21B 第2軸ガイドレール
23 第2軸キャリッジ
25 レーザ加工ヘッド
33 レーザ発振器
35 電源装置
37 レーザビーム
41 加工テーブル
43 第1回転体
45 第2回転体
47 第1回転体伝達部材
51 第3回転体
53 第4回転体
55 第2回転体伝達部材
57 バランサー
C 第1軸ガイドレール11Aの中心
l1 ,l2 ,l3 ,l4 第1軸ガイドレール11Aの中心Cからの距離
m1 第2軸キャリッジの質量
m2 バランサーの質量
W 被加工材[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a laser processing apparatus provided with a balancer in a positioning apparatus for positioning a laser processing head.
[0002]
[Prior art]
An outline of a conventional optical axis moving type laser beam machine is shown in FIG. In a laser beam machine equipped with this type of positioning device, a
[0003]
The first-
[0004]
As shown in the guide mechanism of the first axis carriage shown in FIG. 5, the
[0005]
The
[0006]
Below the
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional optical axis moving type laser beam machine is configured as described above. When the
[0008]
Further by reducing the load on the bearing (117A, 117B), to improve the positioning accuracy of the
[0009]
The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide an overhang from the laser processing apparatus main body and change the position of the second axis carriage on the first axis carriage. However, it is to provide a laser processing apparatus in which the moment of the first axis carriage does not change and the positioning accuracy of the laser processing head does not change.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the laser machining apparatus of the present invention is provided with a first axis guide rail substantially parallel to the longitudinal direction of the frame of the laser machining apparatus, and a first axis carriage guided by the first axis guide rail. The second shaft is provided with a laser processing head on the first shaft carriage which is provided so as to protrude in both directions orthogonal to the first shaft guide rail around the first shaft guide rail and overhangs from the first shaft guide rail. with the axis carriage provided movably in the second axial direction orthogonal to the moving direction of the first axis Kyaritsuji, the second axial to the first axis carriage overhanging on the other side of the first axis guide rails A balancer provided with a movable balancer and balancing the balancer and the moment of the second shaft carriage with respect to the center of the first shaft guide rail Provided in the laser processing apparatus having a mechanism, and a first rotor and the second rotor to the side of the other end portion of the distal end portion side and the first portal frame side of the first axis carriage respectively, said first The first rotation transmission member is wound around the second rotating body, the upper running portion of the first rotation transmission member is fixed to the second shaft carriage, and is provided integrally with the second rotating body. A fourth rotating body is provided on a side surface of the first shaft carriage above the third rotating body and the first shaft guide rail, and a second rotation transmission member is wound around the third and fourth rotating bodies, A lower traveling portion of the second rotation transmission member is fixed to the balancer, and the second shaft carriage is located at a position farthest or closest to the center of the first shaft guide rail. The distances from the center of the single-axis guide rail are l 1 and l , respectively. 2 , when the distance from the center of the first axis guide rail when the balancer is at a position farthest or closest from the center of the first axis guide rail is l 3 and l 4 , respectively , The ratio D / d between the diameter D of the first and second rotating bodies and the diameter d of the third and fourth rotating bodies is l 1 / l 3 and It is set equal to l 2 / l 4 .
[0011]
In the laser processing apparatus , the first rotating body and the second rotating body, and the third rotating body and the fourth rotating body include a toothed pulley, a sprocket gear, a grooved pulley, or the like, and the first rotation transmission member The second rotation transmission member is formed of a toothed belt, a chain, a wire, or the like .
[0012]
[Action]
With the above-described configuration, when the first-axis carriage is moved and positioned in the first-axis direction, the first-axis guide rail (where the second-axis carriage moves to any position of the first-axis carriage) The horizontal moment around 11A) is always balanced.
[0013]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing an overall outline of an embodiment of a
[0014]
FIG. 2 is a perspective view showing a state in which the
[0015]
On the first shaft guide rails (11A, 11B), a
[0016]
The
[0017]
In addition, a pair of second shaft guide rails (21A, 21B) are provided on the lower surface of the
[0018]
In the above configuration, the
[0019]
On the first gate-
[0020]
The left support column 7 or the
[0021]
A
[0022]
With the above configuration, the load of the
[0023]
In FIG. 2, the first rotating body 43 is freely rotatable on the right vertical surface of the front end portion of the
[0024]
A small-diameter third
[0025]
In the above configuration, if the
[0026]
Referring to FIG. 3, a horizontal moment relationship diagram of the
m 1 × l 1 = m 2 × l 3 (1)
m 1 × l 2 = m 2 × l 4 (2)
[0027]
Further, when the diameter of the first rotating body 43 and the second
D / d = l 1 / l 3 = l 2 / l 4 (3)
[0028]
From the above relational expression, for example, if the first rotating body 43 rotates n 1 and the
[0029]
【The invention's effect】
When the first axis carriage is moved and positioned in the first axis direction, the second axis carriage that is movable in the second axis direction on the first axis carriage is positioned at any position of the first axis carriage. Since the moment in the horizontal direction around the single axis guide rail is always balanced, the lateral load applied to the first axis guide member (15A, 15B) is canceled, and the first axis direction (X axis) at the tip of the machining head is canceled. Direction) displacement can be minimized. As a result, the accuracy of the positioning device is improved and the laser processing accuracy is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an overall outline of a laser processing apparatus embodying the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing the entire first-axis carriage with the second portal frame removed from FIG. 1;
FIG. 3 is a view for explaining a moment relation of a balancer mechanism implemented in the present invention.
FIG. 4 is a perspective view showing an overall outline of a conventional laser processing apparatus.
FIG. 5 is an explanatory view of a positioning device mechanism in a conventional laser processing apparatus.
[Explanation of symbols]
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