JP3715183B2 - 3次元線状加工装置及び3次元線状加工装置を用いたパイプ組立体の構築方法及びパイプ組立体 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、パイプ部材やアングル材などの所謂長尺部材に対して、プラズマ切断、ガス切断、レーザ切断などによる自由曲面形状の線状切断が可能な、3次元線状加工装置に関する。
【0002】
また本発明は、上記3次元線状加工装置によりパイプ部材を加工することにより構築するパイプ組立体の構築方法及び、その構築されるパイプ組立体に関する。
【0003】
【従来の技術】
最近、筒状ワークに対する切断加工が可能な線状加工装置が提案されている。
【0004】
また、上記のような線状加工装置を用いて金属パイプ等のパイプ部材を加工することにより、例えばパイプハウスなどのパイプ組立体を構築することが可能になるのではないかと考えられていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
パイプ部材やアングル材などの長尺部材に対して自由曲面加工が可能となると、建築用その他に多様な用途が生まれるが、従来は長尺部材に対してレーザ切断などを連続的に行うことの出来る装置がなく、量産加工が困難であった。
【0006】
従って、上述したようなパイプ組立体を、高品質で量産することは困難であった。
【0007】
本発明は上記事情に鑑み、長尺部材に対して自由曲面切断加工などを連続的に行うことが出来、量産加工が容易な3次元線状加工装置を提供することを目的とする。
【0008】
また本発明は上記事情に鑑み、パイプ組立体を高品質で量産することができる、3次元線状加工装置を用いたパイプ組立体の構築方法及び、該方法により構築されたパイプ組立体を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
即ち本発明のうち第1の発明は、長尺部材(53)を自由曲面形状に沿って線状加工することの出来る加工ヘッド(36)の設けられた加工ヘッド部(32)を有し、
前記加工ヘッド部(32)に対して長尺部材を第1の方向(X軸方向)に送る第1の素材送り装置を設け、
前記第1の素材送り装置により加工ヘッド部に供給された長尺部材に対して、加工プログラムに基づいて3次元の線状加工を行う3次元線状加工装置(1)において、
前記第1の素材送り装置は、第1及び第2の長尺部材把持手段(13、39)を有し、
前記第1の長尺部材把持手段(13)には、前記長尺部材を前記第1の方向に固定可能に把持する把持部(27b、30b)が設けられており、
前記第2の長尺部材把持手段(39)は、前記第1の長尺部材把持手段(13)よりも前記加工ヘッド部側に設けられており、
前記第2の長尺部材把持手段(39)には前記長尺部材(53)が貫通可能な貫通孔(14c)が形成されていると共に、前記長尺部材を前記第1の方向に移動可能に把持する把持部(27c、30c)が設けられており、
前記第1及び第2の長尺部材把持手段は、前記第1の方向に相対的に接近離反自在に設けられていることを特徴として構成される。
【0010】
請求項2の発明は、請求項1記載の3次元線状加工装置において、
前記加工ヘッド部の、前記第1の素材送り装置の反対側に、第2の素材送り装置を設け、
前記第2の素材送り装置は、第3及び第4の長尺部材把持手段(43、47)を有し、
前記第3の長尺部材把持手段(43)は、前記第4の長尺部材把持手段(47)よりも前記加工ヘッド部側に設けられており、
前記第3の長尺部材把持手段には前記長尺部材が貫通可能な貫通孔(14c)が形成されていると共に、前記長尺部材を前記第1の方向に移動可能に把持する把持部(27c、30c)が設けられており、
前記第4の長尺部材把持手段(47)には、前記長尺部材を前記第1の方向に固定可能に把持する把持部(27b、30b)が設けられており、
前記第3及び第4の長尺部材把持手段は、前記第1の方向に相対的に接近離反自在に設けられていることを特徴として構成される。
【0011】
請求項3の発明は、請求項1又は2記載の3次元線状加工装置において、前記長尺部材把持手段は、把持部(27b、30b)が回転角度制御可能な状態で回転駆動自在に設けられ、該把持部により前記長尺部材を把持した状態で回転駆動することが出来るようにして構成される。
【0012】
請求項4の発明は、請求項3記載の3次元線状加工装置において、前記把持部は他の長尺部材把持手段の把持部と同期する形で回転駆動し得るように設けられて構成される。
【0013】
請求項5の発明は、請求項1又は2記載の3次元線状加工装置において、前記把持部には、部材センタリング手段が設けられていることを特徴として構成される。
【0014】
請求項6の発明は、請求項1又は2記載の3次元線状加工装置において、前記第1の長尺部材把持手段は、前記第1の方向に移動駆動位置決め自在に設けられており、
前記第2の長尺部材把持手段は前記加工ヘッド部(32)に対して固定されて構成される。
【0015】
請求項7の発明は、請求項1記載の3次元線状加工装置において、前記3次元線状加工装置は、レーザ加工装置で構成される。
【0016】
請求項8の発明は、請求項1記載の3次元線状加工装置において、前記3次元線状加工装置は、プラズマ切断装置で構成される。
【0017】
請求項9の発明は、請求項1記載の3次元線状加工装置におて、前記3次元線状加工装置は、ガス切断装置で構成される。
【0018】
請求項10の発明は、請求項2記載の3次元線状加工装置において、前記第2及び第3の長尺部材把持手段(39,43)は、第1の方向に相対的に接近離反自在に設けられており、両者は最接近時において、両者の把持部(30c)が当接することが出来ることを特徴として構成される。
【0019】
請求項11の発明は、請求項1又は2記載の3次元線状加工装置において、第1の長尺部材把持手段(13)の把持部(27b、30b)が、前記第2の長尺部材把持手段(39)の貫通孔(14c)に嵌入し得るように形成して構成される。
【0020】
請求項12の発明は、請求項2記載の3次元線状加工装置において、第4の長尺部材把持手段(47)の把持部(27b、30b)が、前記第3の長尺部材把持手段(43)の貫通孔(14c)に嵌入し得るように形成して構成される。
【0021】
請求項13の発明は、請求項2記載の3次元線状加工装置において、前記第1及び第4の長尺部材把持手段(13、47)は、前記第1の方向に同期的に移動駆動自在に設けられて構成される。
【0022】
請求項14の発明は、請求項1又は2記載の3次元線状加工装置において、前記第1及び第2の長尺部材把持手段(13、39)は、前記第1の方向にそれぞれ移動駆動位置決め自在に設けられて構成される。
【0023】
また本発明のうち請求項15の発明は、請求項1乃至14のいずれか1項に記載の3次元線状加工装置を用いて、長尺部材であるパイプ部材(53R)を自由曲面形状に沿って線状加工することにより、係合部(53a)の形成されたパイプ部品(53P)を製作し、前記複数のパイプ部品(53P)を、前記係合部(53a)を介して互いに係合接続してパイプ組立体(60)を組立て構築する、ことを特徴とする。
【0024】
請求項16の発明は、請求項15記載の3次元線状加工装置を用いたパイプ組立体の構築方法により構築されたことを特徴とするパイプ組立体(60)である。
【0025】
請求項17の発明は、請求項16記載のパイプ組立体において、前記パイプ組立体(60)は、建物用の骨組であることを特徴とする。
【0026】
【発明の効果】
請求項1の発明は、第1の長尺部材把持手段(13)により長尺部材(53)を把持しつつ、第2の長尺部材把持手段(39)方向に接近移動させることにより、長尺部材(53)は第2の長尺部材把持手段(39)から加工ヘッド部(32)側に任意の量だけ突出させることが出来、加工ヘッド(36)により円滑に長尺部材(53)に対して3次元線状加工を実行することが出来る。
【0027】
また、第1の長尺部材把持手段(13)を、加工ヘッド(36)による加工の度毎に、第1の方向に相対移動させることにより、長尺部材(53)に対する3次元線状加工を、連続的に実行することが出来、量産加工が容易な3次元線状加工装置の提供が可能となる。
【0028】
請求項2の発明は、第3及び第4の長尺部材把持手段(43、47)により、長尺部材(53)を加工ヘッド部(32)を挟んだ形で把持しつつ加工を行うことか可能となるので、加工に際した長尺部材(53)の撓みなどの発生を防止しする事が出来、精度の良い加工が可能となる。
【0029】
また、第1及び第2の長尺部材把持手段(13、39)と連動して第1の方向に同期的に移動駆動させることにより、長尺部材(53)に対する多様な加工が可能となり、高度の加工能力を発揮することが出来るようになる。
【0030】
請求項3の発明によると、把持部(27b、30b)を回転角度制御しつつ回転させることにより、長尺部材(53)の3次元加工を容易に行うことが出来る。
【0031】
請求項4の発明によると、把持部が他の長尺部材把持手段の把持部と同期する形で回転駆動することにより、長尺部材(53)の回転角度制御を伴う加工を正確かつ容易に行うことが出来る。
【0032】
請求項5の発明によると、部材センタリング手段により、長尺部材(53)把持することにより自動的にセンタリングする事が出来る。
【0033】
請求項6の発明によると、第2の長尺部材把持手段(39)を加工が行われる加工ヘッド部(32)に近接した位置に配置することが出来るので、長尺部材(53)の加工部位をその近傍で確実に保持することが出来、加工精度の向上に寄与することが出来る。
【0034】
請求項7、8、9の発明によると、3次元線状加工装置として各種の装置を採用することが出来る。
【0035】
請求項10の発明によると、第2及び第3の長尺部材把持手段(39、43)の把持部(30c)が当接することにより、第2の長尺部材把持手段(39)側に把持された長尺部材(53)の先端部を、第3の長尺部材把持手段(43)により最小の突出長さで把持することが出来、長尺部材(53)を第1の方向に短かく切断する場合で、更に第3の長尺部材把持手段(43)側で切断済みワークを把持して端部加工などを行う場合でも、確実にワークを把持することが出来る。
【0036】
請求項11及び12の発明によると、第1及び第2、第3及び第4の長尺部材把持手段(13、39、43、47)が、第1及び第4の長尺部材把持手段(13、47)の把持部(27b、30b)に干渉されることなく極力互いに接近することが出来るので、加工のための把持代を最小にすることが出来、無駄な切り残し量を極力抑えたた形での加工が可能となり、材料の歩留まりの向上させることが出来る。
【0037】
請求項13の発明によると、第1及び第4の長尺部材把持手段(13、47)に長尺部材を把持した状態で、同期的に第1の方向に移動させながらの加工が可能となり、長尺部材を撓むことなく保持しつつ正確な加工が可能となる。
【0038】
請求項14の発明によると、第1及び第2の長尺部材把持手段(13、39)は、第1の方向にそれぞれ移動駆動位置決め自在に設けられているので、それら第1及び第2の長尺部材把持手段(13、39)を独立的に移動駆動することによりより高度で複雑な加工が可能となる。
【0039】
請求項15の発明によると、3次元線状加工装置を用いてパイプ部材(53R)を加工することができるので、パイプ組立体(60)を高品質で量産することができる。また、金属製のパイプ部材により組立体を構築するので、木材を使用しなくても済み、森林資源の保護が促進される。更に、係合部(53a)の加工を高精度で行うことができるので、溶接を必要とせず、或いはボルト等の締結手段を必要とせず、パイプ部品(53P)どうしの係合のみによりパイプ組立体(60)を構築可能である。これによりパイプ組立体(60)の組立と共に解体が簡単である。
【0040】
請求項16の発明によると、高品質で量産可能なパイプ組立体(60)が提供される。
【0041】
請求項17の発明によると、パイプハウス等のような建物が高品質で量産可能となり好都合である。
【0042】
なお、括弧内の番号等は、図面における対応する要素を示す便宜的なものであり、従って、本記述は図面上の記載に限定拘束されるものではない。
【0043】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
【0044】
<レーザ加工装置の構成>
図1は、3次元線状加工装置の一例であるレーザ加工装置の全体を示した正面図、図2は、図1のレーザ加工装置における平面図、図3は、図1のレーザ加工装置における第1チャック装置付近を示す側面図、図4は、図1のレーザ加工装置における第2チャック装置付近を示す側面図、図5は、図1のレーザ加工装置における第3チャック装置付近を示す側面図、図6は、図1のレーザ加工装置における第4チャック装置付近を示す側面図、図7は、図1のレーザ加工装置における搬入コンベア部分の側面図、図8乃至図10は、ワーク受け装置の動作態様の一例を示す側面図、図11は、第1乃至第4チャック装置が最大限接近した場合の状態を示す平面図、図12は、図11の正面図、図13は、第2及び第3チャック装置の正面図、図14は、第2及び第3チャック装置の側面図、図15は、チャック装置の爪開閉駆動部を示す正面図、図16は、図15の側面図、図17は、第1及び第3チャック装置の正面図、図18は、図17の側面図、図19は、各種の長尺ワークを搭載するためのワークサポートの例を示す側面図である。
【0045】
3次元線状加工装置であるレーザ加工装置1は、図1及び図2に示すように、図中左右方向に伸延した形の機体2を有しており、機体2は、図中右方から順にフロントワークフィーダ3、加工部5及びリアワークフィーダ6が配置されている。フロントワークフィーダ3は、パイプやアングル材などの、同一断面が材の軸心方向に連続する所謂長尺部材をストックし、1本づつ供給するワークストック装置7を有しており、ワークストック装置7には、図2及び図7に示すように、機体2に設けられた複数のコンベア装置10を有している。コンベア装置10には、無端状に巻き掛けられたチェーン10bが各コンベア装置10間で同期的に回転自在にそれぞれ設けられており、各チェーン10bには複数のワークサポート10aが所定の間隔で配置されている。
【0046】
ワークサポート10aは、図19に示すように、レーザ加工装置1で加工が可能な各種の長尺部材の断面形状に応じて複数種類用意されており、それらワークサポート10aは、チェーン10bに着脱交換自在に設けられている。ワークサポート10aには、図19に示すように、円形、四角形、H形、L形、C形など各種の断面形状を有する長尺部材を、搭載できるように、各部材に対応した部材搭載部10cがぞれぞれ形成されており、レーザ加工装置1で加工する部材に応じてそれらワークサポート10aをチェーン10bに装着し、当該装着されたワークサポート10a上に対応する長尺部材を搭載する。
【0047】
ワークストック装置7の、図7右方には、複数の移動架台9が、機体2上を図7矢印A、B方向に同期的に移動駆動自在に設けられており、各移動架台9の図中左端部にはワーク受け渡し装置11がそれぞれ設けられている。ワーク受け渡し装置11には、着脱自在に設けられたワーク搭載部11aが、各ワーク受け渡し装置11間で同期的に昇降駆動自在に設けられている。
【0048】
フロントワークフィーダ3の、ワークストック装置7の、図2上方の機体2には、ガイドレール12、12が、X軸方向である矢印C、D方向に敷設されており、ガイドレール12、12には第1チャック装置13がガイドレール12、12に沿って機体2上を矢印C、D方向に移動駆動自在に設けられている。
【0049】
第1チャック装置13は、図3に示すように、ガイドレール12に懸架された本体15を有しており、本体15には、図15に示すように、ギヤ16aの装着された駆動モータ16が設けられている。駆動モータ16には、本体15に中心軸CT1を中心に回転駆動自在に支持された回転ヘッド17が、該回転ヘッド17の外周部に、図15及び図18に示すように、配置されたギヤ17aを介して噛合している。
【0050】
回転ヘッド17は、図16に示すように、ベアリング19により本体15に対して回転自在に支持されたヘッド本体14を有しており、ヘッド本体14の中央部には、枠体14bが、全体が四角形状の枠を形成する形で設けられている。枠体14bの各辺には、図16に示すように、ガイドレール14a、14aが枠体14bを取り囲む形で図15矢印E、F方向設けられており、各辺のガイドレール14a、14aには、スライドプレート22、23がそれぞれ直動案内装置などの公知の直線軸受け手段を介して矢印E、F方向に摺動自在に設けられている。
【0051】
スライドプレート22には、ブラケット22aが設けられており、ブラケット22aには、ヘッド本体14に設けられた駆動シリンダ25が、矢印E、F方向に移動駆動自在に設けられたロッド25aを介して接続されている。各スライドプレート22、23には、図14及び図16に示すように、ラック22b、23bが互いに対向する形で形成されており、ラック22b、23bには、枠体14bの各辺の中央部に回転自在に支持されたギヤ21aが噛合している。
【0052】
各辺のスライドプレート22、23のうち、図15のG、H側の対向するスライドプレート22、23の対には、図17に示すように、略T字型に形成された接続プレート26、26が、G、H側でそれぞれ対向する2対のスライドプレート22と23を腕26a、26aを介してそれぞれ接続する形で設けられており、各接続プレート26には、爪部材27が装着部27aを介してそれぞれ装着されている。爪部材27は、図18に示すように、先端が図中左方向に突出する形で形成されており、爪部材27の先端部にはヘッド本体14の内側に屈曲した把持部27bが形成されている。なお、対向する1対の爪部材27の把持部27bは、図17に示すように、互いに対向する形で形成されている。
【0053】
また、各辺のスライドプレート22、23のうち、図15のI、J側の対向するスライドプレート22、23の対には、図17に示すように、略C字型に形成された接続プレート29、29が、I、J側でそれぞれ対向する2対のスライドプレート22と23をそれぞれ接続する形で設けられており、各接続プレート29は、図18に示すように、接続プレート26の図中左側を該接続プレート26と干渉することなく図中左右方向に重なり合う形で設けられている。各接続プレート29には、爪部材30が装着部30aを介してそれぞれ装着されている。爪部材30には、図18に示すように、先端が図中左方向に突出する形で形成されており、爪部材27の先端にはヘッド本体14の内側に屈曲した把持部30bが形成されている。対向する1対の爪部材30の把持部30bは、図17に示すように、互いに対向する形で形成されており、爪部材30の把持部30bは、図18に示すように、爪部材27の把持部27bに対して図中左方向にずれた形で形成されている。これにより、図17に示すように、爪部材27、30をヘッド本体14の中央部に接近させた場合でも両爪部材27、30の把持部27b、30bが互いに干渉しないように形成されている。
【0054】
また、第1チャック装置13のヘッド本体14には、図18に示すように、枠体14bの内側に孔14cが形成されており、孔14cにはブラケット14dを介してアクチュエータ14fが、ロッド14gをX軸方向である図中矢印C、D方向に突出駆動自在にした形で設けられている。ロッド14gの先端にはキックアウトプレート14hが装着されている。
【0055】
ところで、図1の加工部5は、レーザ発振器31を有しており、レーザ発振器31の左方には、加工ヘッド部32が設けられている。加工ヘッド部32にはサドル33がY軸方向である矢印K、L方向に移動駆動位置決め自在に設けられており、サドル33とレーザ発振器31との間にはレーザ光路管35が、レーザ発振器31から出力されたレーザ光をサドル33に供給自在なる形で伸縮自在に接続されている。
【0056】
サドル33の図1下端には、加工ヘッド36が、Z軸方向である矢印M、N方向に移動駆動位置決め自在に設けられており、加工ヘッド36には、図12に示すように、トーチ37がA軸方向である矢印O、P方向及びB軸方向である矢印QB、RB方向に回転駆動位置決め自在に設けられている。
【0057】
加工ヘッド部32には、図4に示すように、第2チャック装置39が、前述の第1チャック装置13とX軸方向である矢印C、D方向に同心で整合する形で固定的に設けられており、第2チャック装置39は、第1チャック装置13と略同等の構成を有している。従って、第1チャック装置13と同一の部分には同一の符号を付して当該部分の説明を省略する。第2チャック装置39と第1チャック装置13の相違点は、図14に示すように、ヘッド本体14の孔14cが貫通しており、アクチュエータ14fが設けられていない点と、接続プレート26、29に装着される爪部材27、30の把持部が回転自在なローラ把持部27c、30cとなっている点である。なお、ローラ把持部27c、30cも、図14に示すように、互いに干渉しないように、図中左右方向、即ちC、D方向にその装着位置がずれた形で設けられている。
【0058】
加工ヘッド部32の、第2チャック装置39の図1左方には、図4に示すように、切断ワーク排出部32aが形成されており、切断ワーク排出部32aと第2チャック装置39の間には、第1ワーク受け装置40が、第2チャック装置39で保持切断されたワークを受け取り自在な形で設けられている。第1ワーク受け装置40は、図4に示すように、加工ヘッド部32に矢印M、N方向に昇降自在に設けられたアクチュエータ41及び、該アクチュエータ41によりシャフト44を介して、第2チャック装置39と切断ワーク排出部32aとの間で揺動駆動自在に設けられた受け取りアーム42を有しており、受け取りアーム42は、先端にL字型のワーク収納部42aが形成されている。
【0059】
加工ヘッド部32における第2チャック装置39の図1左方には、ガイドレール32b、32bがX軸方向である矢印C、D方向に平行に形成されており、ガイドレール32b、32bには、第3チャック装置43がガイドレール32b、32b上を、移動駆動位置決め自在に設けられている。第3チャック装置43は、第1及び第2チャック装置13、39と同心で設けられており、そのチャック部分の構成は、第2チャック装置39と同一であるが、その配置が図12に示すように、第2チャック装置39に対して対称配置となっている。
【0060】
第3チャック装置43の本体15には、図5及び図8に示すように、第2ワーク受け装置45が設けられており、第2ワーク受け装置45も、第1ワーク受け装置40とアクチュエータ41の取り付け位置が相違するだけで略同一の構成を有している。従って、第1ワーク受け装置40と同一の部分には、同一の符号を付して当該部分の説明を省略する。
【0061】
一方、リアワークフィーダ6には、図1及び図2に示すように、第1ワーク受け装置40と同一構成の第4ワーク受け装置55が、図9に示すように、設けられており、更にリアワークフィーダ6には、機体2にガイドレール46、46がX軸方向である矢印C、D方向に平行に設けられている。ガイドレール46、46には、第4チャック装置47がガイドレール46,46に沿ってX軸方向である矢印C、D方向に移動駆動位置決め自在に設けられている。第4チャック装置47は、第1乃至第3チャック装置13、39、43とX軸方向に同心で整合する形で設けられており、第4チャック装置47は、そのチャック部分の構成は、第1チャック装置13と同一であるが、その配置が図12に示すように、第1チャック装置13に対して対称配置となっている。
【0062】
第4チャック装置47の本体15には、図6及び図16に示すように、第3チャック装置43の第2ワーク受け装置45と同様の第3ワーク受け装置50が設けられており、第2ワーク受け装置45と同一の部分には、同一の符号を付して当該部分の説明を省略する。
【0063】
リアワークフィーダ6の図2下方には、ワーク搬出装置51が設けられており、ワーク搬出装置51は図2、5及び6に示すように、複数のコンベア装置52を有している。
【0064】
<レーザ加工装置による加工>
レーザ加工装置1は、以上のような構成を有するので、該レーザ加工装置1を用いてパイプ、アングル材、形鋼などの、同一断面が材軸方向に連続する所謂長尺部材を加工する場合には、加工すべき長尺部材を、ワークストック装置7のコンベア装置10に搭載する。コンベア装置10には、加工すべき長尺部材53の断面形状に対応した形で図19に示すように、対応した部材搭載部10cの形成されたワークサポート10aが設けられているので、対応するワークサポート10a上に加工すべき長尺部材53を搭載する。
【0065】
次に、コンベア装置10を駆動して、図7に示すように、各ワークサポート10a上に搭載された長尺部材53を矢印A方向に移送すると共に、移動架台9をB方向に移動させて、ワーク受け渡し装置11をコンベア装置10側に移動させる。コンベア装置10をA方向に移動させていくうちに、図中最右方のワークサポート10aに搭載された長尺部材53が、ワーク受け渡し装置11のワーク搭載部11a上に移載される。なお、ワーク搭載部11aの形状も、図19に示すように、長尺部材53の断面形状に適合させたものを装着して用いる。
【0066】
この状態で、ワーク受け渡し装置11を、矢印A方向に移動させると共に、図7上方に移動させ、ワーク受け渡し装置11に搭載された長尺部材53を第1チャック装置13と第2チャック装置39との間に位置決めする。次に、第1及び第2チャック装置13の駆動モータ16をそれぞれ回転駆動して、ギヤ16a、17aを介して回転ヘッド17を本体15に対して中心軸CT1を中心に回転させ、所定のオリエント位置(回転ヘッド17を用いた加工上の基準となる中心軸CT1周りの基準角度位置)に位置決めする。次に、各回転ヘッド17の全ての駆動シリンダ25を駆動してロッド25aを矢印E方向に後退させる。すると、ロッド25aにブラケット22aを介して接続された全てのスライドプレート22もガイドレール14aを介してE方向に移動すると共に、スライドプレート22、23のラック22b、23b及びギヤ21aを介してスライドプレート23も、スライドプレート22と同期する形で矢印F方向に移動を開始する。
【0067】
すると、第1チャック装置13の互いに対向する2対のスライドプレート22、23に接続プレート26、29を介して装着された2対の爪部材27、30が、図18の矢印R方向、即ち、中心軸CT1に対して放射方向外側に移動し、各爪部材27、30の把持部27b、30bが解放され、第1チャック装置13は解放状態となる。
【0068】
同様に、第2チャック装置39も、爪部材27、30のローラ把持部27c、30cが、図14の矢印R方向、即ち、中心軸CT1対して放射方向外側に移動し、各爪部材27、30のローラ把持部27c、30cが解放され、第2チャック装置13は解放状態となる。
【0069】
この状態で、第1チャック装置13を図1矢印C方向にガイドレール12に沿って移動させると、ワーク受け渡し装置11のワーク搭載部11aに搭載された長尺部材53の左端部はC方向に移動駆動される第1チャック装置13の、図17に示すように解放状態の4個の爪部材27、30の間に挿入される。
【0070】
次に、この状態で、第1チャック装置13の駆動シリンダ25を先程とは逆方向に駆動してロッド25aを矢印F方向に突出させる。すると、互いに対向する2対のスライドプレート22、23に接続プレート26、29を介して装着された2対の爪部材27、30が、図18の矢印Q方向、即ち、中心軸CT1対して放射方向内側に移動し、各爪部材27、30の把持部27b、30bも矢印Q方向に移動する。
【0071】
この移動は、各スライドプレート22、23がラック22b、23b、ギヤ21aを介して同期的に矢印Q方向に移動駆動されることから、図17に示すように、第1チャック装置13全体としては各スライドプレート22、23に装着された爪部材27、30が同時に中心軸CT1方向に、各爪部材27、30の把持部27b、30bと中心軸CT1との間の距離L1が常に等しくなる形で、同速度で移動することとなる。各把持部27b、30bは、図17に示すように、互いに90°をなす形で直線的に形成されているので、四方を各爪部材27、30の把持部27b、30bに取り囲まれた形でヘッド本体14a内に挿入された長尺部材53は、各把持部27b、30bにより、中心軸CT1に対してその寸法中心が自動的にセンタリングされる形で把持されることとなる。このセンタリング動作は、長尺部材53の断面形に外接する四角形の中心位置を中心軸CT1に一致させる形で行われる。
【0072】
なお、互いに対向する各爪部材27、30の対は、それら爪部材27、30に長尺部材53側から作用する把持に伴う反力が所定の値に達した際には、対応する駆動シリンダ25の駆動が停止されるので、長尺部材53が長方形断面などのように各爪部材27、30の対の矢印Q方向への移動量が異なっていても、適正な把持力で長尺部材53を把持することが出来る。
【0073】
こうして、長尺部材53の端部が第1チャック装置13により把持されたところで、第1チャック装置13を図1矢印C方向に移動させ、今度は、長尺部材53の図中左方の先端部を、解放状態にあるローラ把持部27c、30cを有する第2チャック装置39の孔14c内に、挿入貫通させ、加工ヘッド部32の加工ヘッド36の下方に、配置する。
【0074】
この状態で、第1チャック装置13と同様に、第2チャック装置39の駆動シリンダ25を図15矢印F方向に移動駆動して、ローラ把持部27c、30cを、同様に図13矢印Q方向に同期的に等速度で移動させ、長尺部材53の先端部をセンタリングする形で把持する。
【0075】
こうして、長尺部材53が第1及び第2チャック装置13、39によりセンタリングされた形で把持したところで、図7のワーク受け渡し装置11のワーク搭載部11aを降下させると共に、移動架台9を矢印B方向に退避させる。次に、第1チャック装置39を図1矢印C方向に適宜移動駆動して、第1及び第2チャック装置13、39によって把持された状態の長尺部材53を加工ヘッド部32側に送り出し、長尺部材53の加工すべき部位を加工ヘッド36の下方の、所定の加工位置に位置決めする。
【0076】
この際、長尺部材53は、第2チャック装置39のローラ把持部27c、30cにより、軸心CT1に対しては回転不能であるが、X軸方向である矢印C、D方向には移動自在に支持されているので、第1チャック装置13を矢印C方向に移動駆動することにより、長尺部材53をX軸方向に、センタリング状態を保持したままで容易に移動させることが出来る。
【0077】
こうして長尺部材53の加工すべき部位が加工ヘッド36の下方の、所定の加工位置に位置決めされたところで、レーザ発振器31、レーザ光路管35を介してレーザ光を加工ヘッド36に供給し、トーチ37から長尺部材53に対してレーザを射出し、切断加工を開始する。加工は、所定の加工プログラムに基づいて、図示しない数値制御装置を介して第1及び第2チャック装置13、39の回転ヘッド17、17を、駆動モータ16により、中心軸CT1周りに同期的に回転駆動させて長尺部材53をX軸周り(即ち、C軸)に任意の位置に角度保持自在な形で回転駆動させると共に、第1チャック装置13を矢印C、D方向に移動駆動させて、長尺部材53を矢印C、D方向及びC軸方向に任意の位置で位置決め保持自在に移動駆動させることにより行う。
【0078】
また、トーチ37は、既に述べたように、矢印K、L方向であるY軸方向、矢印M、N方向であるZ軸方向、矢印O、P方向であるA軸方向、矢印QB、RB方向であるB軸方向に移動駆動位置決め自在となっているので、前述の長尺部材53の移動駆動動作と相まって、長尺部材53に対して3次元立体加工を容易に行うことが出来る。
【0079】
長尺部材53のトーチ37による切断加工が終了すると、該切断されたワークは第1ワーク受け装置40のワーク収納部42aにより、図4に示すように、切断ワーク排出部32aへ排出される。切断ワークがワーク排出部32aへ排出されたところで、第1チャック装置13が再度矢印C方向、即ち加工ヘッド36方向に所定量移動駆動され、長尺部材53の未加工部分が第2チャック装置39から矢印C方向、即ち加工ヘッド36側に再度送出され、トーチ37により加工プログラムに基づく所定の加工が連続的に行われる。
【0080】
上述の場合には、長尺部材53を第1及び第2チャック装置13、39により片持ち状態で支持した状態で、長尺部材53の先端部分を切断し、加工済みワークを加工ヘッド36の下方に設けられたワーク排出部32aに排出した場合について述べたが、レーザ加工装置1では、上述した加工法のほかに、第3チャック装置43、更には必要に応じて第4チャック装置47により、長尺部材53を保持し、加工装置両側のチャック装置13、39、43、47により長尺部材53を支持し、その状態でチャック装置39と43の間で長尺部材53をトーチ37により切断加工することも可能である。
【0081】
この場合、第3チャック装置43は矢印C、D方向に所定距離範囲にわたり移動駆動位置決めが可能であり、第4チャック装置47は、リアワークフィーダ6のX軸の略全長にわたり移動駆動位置決めが可能なので、長尺部材53の保持に際しては、長尺部材53から切断加工すべきワークの長さに応じて第3チャック装置43又は第4チャック装置47をX軸方向に移動させ、その状態で第1チャック装置13を矢印C方向に移動駆動して長尺部材53を矢印C方向に、前述の片持ち状態による加工の場合よりも長く突出させ、そこで長尺部材53を第3チャック装置43、必要ならば第4チャック装置47にも保持させる。すると、長尺部材53は、トーチ37を挟んで加工部の両側で保持されるので、長尺部材53が自重により撓んでしまうことがなく、精度の良い加工が可能となる。
【0082】
なお、第3チャック装置43も、第2チャック装置39と同様に長尺部材53をローラ把持部27c、30cで把持することから、長尺部材53を矢印C、D方向に自由に移動させつつ保持することが可能であり、任意長さのワークの切断加工を簡単に行うことが出来る。
【0083】
更に、長尺部材53を中心軸CT1周りに任意の角度位置に回転位置決めして加工したり、また所定の角速度で回転させつつ加工することも、第1、第2、第3、第4チャック装置13、39、43、47の各回転ヘッド17を同期的に回転駆動させることにより、簡単に行うことが出来る。
【0084】
また、第1及び第4チャック装置13、47で長尺部材をその両端で把持しつつ、第1及び第4チャック装置13、47をX軸方向に同期的に移動駆動させることにより、長尺部材を第2及び第3チャック装置39、43で摺動支持させながら加工することも当然可能である。
【0085】
また、比較的長いワークを切り出す場合には、トーチ37により切断されたワークは、第3チャック装置43を解放した状態で第4チャック装置47を切断済みワークを保持した状態で矢印C方向に移動させ、切り出されワークの端部が第3チャック装置43から矢印C方向に外れたところで、予め中心軸CT1方向に揺動駆動された状態の第2、第3、第4ワーク受け装置45、50、55上に切断済みワークを移動させる。
【0086】
更に、その状態で第4チャック装置47の把持部27b、30bを解放すると共に、第4チャック装置47のアクチュエータ14fを駆動してキックアウトプレート14hを突出させて、ワークを第2、第3、第4ワーク受け装置45、50、55上に移載させる。そして、第2、第3、第4ワーク受け装置45、50、55を図5及び図6に示すように下方に揺動させて、切断済みのワークをワーク搬出装置51のコンベア装置52上に移載する。コンベア装置52上に移載された切断済みワークは、該コンベア装置52及び人力により適宜外部に搬出される。
【0087】
なお、長尺部材53の加工ヘッド部32に対する移送は、第1及び第2チャック装置13、39が行い、切断済みワークの加工ヘッド部32からの搬出は第3及び第4チャック装置43、47が主として行うが、加工ヘッド部32側の第2及び第3チャック装置39、43は、図11及び図12に示すように、第3チャック装置43を図中最も右方に移動させた状態で互いのローラ把持部30c、30cが当接接触する状態とすることが出来るので、第2チャック装置39側に把持された長尺部材53の先端部を、第3チャック装置43より最小の突出長さで把持することが出来、長尺部材53をX軸方向に短く切断する場合で、更に第3チャック装置43側で切断済みワークを把持して端部加工などを行う場合でも、確実にワークを把持することが出来る。
【0088】
また、第1及び第3チャック装置13、47は、図11及び図12に示すように、その爪部材27,30が、第2及び第3チャック装置39、43の回転ヘッド17の孔14c内に嵌入し、その先端部の把持部27b、30bは第2及び第3チャック装置39、43のローラ把持部27c、30c近傍にまで達することが出来るので、第1及び第4チャック装置13、47で把持しながら加工ヘッド36による加工を行った場合に、加工のための把持代を最小にすることが出来、無駄な切り残し量を極力抑えた形での加工が可能となり、材料の歩留まりの向上させることが出来る。
【0089】
なお、第1チャック装置13又は第4チャック装置47側に最後に残留した長尺部材53の残材は、爪部材27、30を解放状態にしてアクチュエータ14fを駆動してキックアウトプレート14hを図17矢印C又はD方向に突出させることにより円滑にチャック装置13、47外部に排出することが出来る。
【0090】
また、上述の実施例は、3次元線状加工装置としてレーザ加工装置について説明したが、3次元線状加工装置としては、レーザ加工装置に限らず、線状に部材を切断加工することが可能であれば、プラズマ切断装置やガス切断装置など各種の3次元線状加工装置を用いることが出来る。
【0091】
更に、上述のレーザ加工装置1の制御軸構成は、加工ヘッド36のトーチ37が、Y軸、Z軸、A軸、B軸の4制御軸構成で、第1チャック装置13、第3チャック装置43及び第4チャック装置47をX軸及びC軸制御の2制御軸構成とし、第2チャック装置39をC軸制御の1軸構成としたが、装置全体としての制御軸構成は加工ヘッド36による自由曲面形状の加工が可能な限りどのような構成でも良い。
【0092】
<パイプ組立体>
上述したように本実施形態のレーザ加工装置1を用いると、例えば長尺部材53であるパイプ部材を高品質かつ大量に加工することができる。こうして加工されたパイプ部品により、高品質のパイプ組立体が大量生産可能となる。以下、このパイプ組立体について説明する。図20はパイプ組立体の一例を示した正面図、図21は図20のX1矢視図、図22は図20のX2矢視図である。
【0093】
パイプ組立体60は、図20乃至図22に示すように、複数のパイプ部品53Pを組み合わせて構築された骨組構造体である。骨組構造体であるパイプ組立体60は、基本的にパイプ部品53Pのみによりできている。例えば、構築後のパイプ組立体60に、床材、壁材、屋根材などを適宜設置することで、家屋、倉庫、小屋などの建物であるパイプハウスが完成される。
【0094】
図23はパイプ組立体に使用する2タイプのパイプ部材を示した図であり、(a)は角型タイプのパイプを示す図、(b)はその端面を示す図、(c)は丸型タイプのパイプを示す図、(d)はその端面を示す図である。上記パイプ組立体60を構成する各パイプ部品53Pは、図23に示す2タイプのパイプ部材53Rを加工して作製されたものである。端面形状はこの角型及び丸型だけであるが、パイプ長さや端面の寸法などは、様々な大きさのものが使用されている。
【0095】
既に述べたようにレーザ加工装置1のワークサポート10aには、図19に示すように、円形、四角形、H形、L形、C形など各種の断面形状を有する長尺部材を搭載できるように、各部材に対応した部材搭載部10cがぞれぞれ形成されているので、上記2タイプのパイプ部材53Rはいずれもワークサポート10a上に搭載可能である。また、チャック装置13、39、43、47においては、パイプ部材53Rを把持する際に、把持部27b、30b(ローラ把持部27c、30c)が同時に中心軸CT1方向に、各把持部と中心軸CT1との間の距離L1が常に等しくなる形で、同速度で移動するので、パイプ部材53Rの断面形に外接する四角形の中心位置を中心軸CT1に一致させる形でセンタリングされる。また、互いに対向する各把持部の対は、それら対に作用する把持に伴う反力が所定の値に達した際には、対応する駆動シリンダ25の駆動が停止されるので、パイプ部材53Rが長方形断面などのように前記各対の内側方向(矢印Q方向)への移動量が異なっていても、適正な把持力でパイプ部材53Rを把持することが出来る。つまり上述した様々なタイプと大きさからなるパイプ部材53Rがレーザ加工装置1で適切に加工される。
【0096】
図24及び図25はパイプ部品の加工例を示した図である。図24では角型タイプのパイプ部品53Pに関する7つの加工パターン例を、(a)と(b)、(c)と(d)、(e)と(f)、(g)と(h)、(i)と(j)、(k)と(l)、(m)と(n)、の各平面図及び側面図の組により示している。このうち(a)と(b)、(c)と(d)、(e)と(f)、(g)と(h)、(i)と(j)、で示す加工パターンの場合は、パイプ部品53Pの端部或いは端部近傍に他のパイプ部品53Pと係合接続させるための係合部53aを加工するものなので、チャック装置13、39によりパイプ部材53Rを片持ち状に把持して加工すればよい。
【0097】
また、(k)と(l)、(m)と(n)、で示す加工パターンの場合は、パイプ部品53Pの中央部等に係合部53aを加工するものであるので、チャック装置13、39、43、47によりパイプ部材53Rを両側で把持して加工すればよい。既に述べたように、トーチ37はY軸、Z軸、A軸、B軸方向に移動駆動位置決め自在となっているので、パイプ部材53Rに対する図24に示すような3次元立体加工が容易に実現される。図24に示す例以外の加工パターンも可能であることは言うまでも無い。更に丸型タイプのパイプ部材53Rを加工して図25((a)は平面図、(b)は側面図、(c)は端面を示す図)のようなパイプ部品53Pを作製する場合にも、図24のものと同様に加工が可能である。
【0098】
以上のように様々な加工を施したパイプ部品53Pどうしを上記係合部53aを介して係合接続して前記パイプ組立体60を組立て構築する。図26はパイプ部品どうしの接続箇所を示した図である。図26(a)は図21におけるB1−B2断面図であり、同図(b)は(a)のC1−C2断面図である。屋根側のパイプ部品53Pに形成されたスリット状の溝65a(係合部53a)に、梁側のパイプ部品53Pの板部65b(係合部53a)が挿入されることで2つのパイプ部品53P、53Pが係合接続されている。また図26(c)は図21における符号D1箇所の拡大図である。上下方向の柱となるパイプ部品53Pと、水平2方向の梁となるパイプ部品53P、53Pと、がパイプ部品53Pに形成したスリット等からなる係合部53aを利用して一箇所で接合するように組み合わせている。
【0099】
その他にも図24及び図25で示したような加工を施したパイプ部品53Pどうしを適宜係合接合させることによりパイプ組立体60が構築される。本実施形態のレーザ加工装置1によりパイプ部品53Pの加工は高精度で行われているので、係合接合されるパイプ部品53P、53Pどうしは、ガタがなくぴったりと組み合わされる。これにより、パイプ部品53P、53P間における溶接やボルト締めなどを行わなくても高品質のパイプ組立体60が実現する。このためパイプ組立体60の組立と共に解体が簡単に行える。勿論、溶接やボルト締めなどを行うことも可能である。またボルト締めのためのフランジ等をパイプに設けておくことも可能である。
【0100】
以上のように、3次元線状加工装置であるレーザ加工装置1を用いてパイプ部材53Rを加工したので、パイプ組立体60を高品質で量産することができた。また、金属製のパイプ部材により組立体を構築するので、木材を使用しなくても済み、森林資源の保護が促進される。上述した例ではパイプ組立体60としてパイプハウスの骨組となるものを示したが、パイプ組立体はそれ以外の建物用の骨組、或いは建物以外のものでも構わない。
【0101】
なおパイプ組立体を構築する際にパイプどうしを溶接しても構わないとしたが、上述したレーザ加工装置に、長尺部材(パイプ部品)どうしの溶接を行う機能を付加することも可能である。溶接を行う場合もトーチ37からのレーザにより行うことが可能であり、この場合には切断時のレーザ出力よりも低い出力で行えばよい。また通常、このような溶接では、長尺部材の切り口に沿って実施されることが多い。従って、長尺部材を切断加工する際に使用した加工パスを、溶接のための加工パスとし利用することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図1】3次元線状加工装置の一例であるレーザ加工装置の全体を示した正面図。
【図2】図1のレーザ加工装置における平面図。
【図3】図1のレーザ加工装置における第1チャック装置付近を示す側面図。
【図4】図1のレーザ加工装置における第2チャック装置付近を示す側面図。
【図5】図1のレーザ加工装置における第3チャック装置付近を示す側面図。
【図6】図1のレーザ加工装置における第4チャック装置付近を示す側面図。
【図7】図1のレーザ加工装置における搬入コンベア部分の側面図。
【図8】ワーク受け装置の動作態様の一例を示す側面図。
【図9】ワーク受け装置の動作態様の一例を示す側面図。
【図10】ワーク受け装置の動作態様の一例を示す側面図。
【図11】第1乃至第4チャック装置が最大限接近した場合の状態を示す平面図。
【図12】図11の正面図。
【図13】第2及び第3チャック装置の正面図。
【図14】第2及び第3チャック装置の側面図。
【図15】チャック装置の爪開閉駆動部を示す正面図。
【図16】図15の側面図。
【図17】第1及び第3チャック装置の正面図。
【図18】図17の側面図。
【図19】各種の長尺ワークを搭載するためのワークサポートの例を示す側面図。
【図20】パイプ組立体の一例を示した正面図。
【図21】図20のX1矢視図。
【図22】図20のX2矢視図。
【図23】パイプ組立体に使用する2タイプのパイプ部材を示した図。
【図24】パイプ部品の加工例を示した図。
【図25】パイプ部品の加工例を示した図。
【図26】(a)は図21におけるB1−B2断面図、同図(b)は(a)のC1−C2断面図、(c)は図21における符号D1箇所の拡大図。
【符号の説明】
1……3次元線状加工装置(レーザ加工装置)
13……第1の長尺部材把持手段(第1チャック装置)
14c……貫通孔(孔)
27b、30b……把持部
32……加工ヘッド部
36……加工ヘッド
39……第2の長尺部材把持手段(第2チャック装置)
43……第3の長尺部材把持手段(第3チャック装置)
47……第4の長尺部材把持手段(第4チャック装置)
53……長尺部材
53P……パイプ部品
53R……パイプ部材
53a……係合部
60……パイプ組立体
Claims (17)
- 長尺部材を自由曲面形状に沿って線状加工することの出来る加工ヘッドの設けられた加工ヘッド部を有し、
前記加工ヘッド部に対して長尺部材を第1の方向に送る第1の素材送り装置を設け、
前記第1の素材送り装置により加工ヘッド部に供給された長尺部材に対して、加工プログラムに基づいて3次元の線状加工を行う3次元線状加工装置において、
前記第1の素材送り装置は、第1及び第2の長尺部材把持手段を有し、
前記第1の長尺部材把持手段には、前記長尺部材を前記第1の方向に固定可能に把持する把持部が設けられており、
前記第2の長尺部材把持手段は、前記第1の長尺部材把持手段よりも前記加工ヘッド部側に設けられており、
前記第2の長尺部材把持手段には前記長尺部材が貫通可能な貫通孔が形成されていると共に、前記長尺部材を前記第1の方向に移動可能に把持する把持部が設けられており、
前記第1及び第2の長尺部材把持手段は、前記第1の方向に相対的に接近離反自在に設けられていることを特徴とする、3次元線状加工装置。 - 請求項1記載の3次元線状加工装置において、
前記加工ヘッド部の、前記第1の素材送り装置の反対側に、第2の素材送り装置を設け、
前記第2の素材送り装置は、第3及び第4の長尺部材把持手段有し、
前記第3の長尺部材把持手段は、前記第4の長尺部材把持手段よりも前記加工ヘッド部側に設けられており、
前記第3の長尺部材把持手段には前記長尺部材が貫通可能な貫通孔が形成されていると共に、前記長尺部材を前記第1の方向に移動可能に把持する把持部が設けられており、
前記第4の長尺部材把持手段には、前記長尺部材を前記第1の方向に固定可能に把持する把持部が設けられており、
前記第3及び第4の長尺部材把持手段は、前記第1の方向に相対的に接近離反自在に設けられていることを特徴として構成される。 - 前記長尺部材把持手段は、把持部が回転角度制御可能な状態で回転駆動自在に設けられ、該把持部により前記長尺部材を把持した状態で回転駆動することが出来るようにして構成した、請求項1又は2記載の3次元線状加工装置。
- 前記把持部は他の長尺部材把持手段の把持部と同期する形で回転駆動し得るように設けられている、請求項3記載の3次元線状加工装置。
- 前記把持部には、部材センタリング手段が設けられていることを特徴とする請求項1又は2記載の3次元線状加工装置。
- 前記第1の長尺部材把持手段は、前記第1の方向に移動駆動位置決め自在に設けられており、
前記第2の長尺部材把持手段は前記加工ヘッドに対して固定されている、請求項1又は2記載の3次元線状加工装置。 - 前記3次元線状加工装置は、レーザ加工装置である、請求項1又は2記載の3次元線状加工装置。
- 前記3次元線状加工装置は、プラズマ切断装置である、請求項1又は2記載の3次元線状加工装置。
- 前記3次元線状加工装置は、ガス切断装置である、請求項1又は2記載の3次元線状加工装置。
- 前記第2及び第3の長尺部材把持手段は、第1の方向に相対的に接近離反自在に設けられており、両者は最接近時において、両者の把持部が当接することが出来ることを特徴とする、請求項2記載の3次元線状加工装置。
- 第1の長尺部材把持手段の把持部が、前記第2の長尺部材把持手段の貫通孔に嵌入し得るように形成された、請求項1又は2記載の3次元線状加工装置。
- 第4の長尺部材把持手段の把持部が、前記第3の長尺部材把持手段の貫通孔に嵌入し得るように形成された、請求項2記載の3次元線状加工装置。
- 前記第1及び第4の長尺部材把持手段は、前記第1の方向に同期的に移動駆動自在に設けられている、請求項2記載の3次元線状加工装置。
- 前記第1及び第2の長尺部材把持手段は、前記第1の方向にそれぞれ移動駆動位置決め自在に設けられている、請求項1又は2記載の3次元線状加工装置。
- 請求項1乃至14のいずれか1項に記載の3次元線状加工装置を用いて、長尺部材であるパイプ部材を自由曲面形状に沿って線状加工することにより、係合部の形成されたパイプ部品を製作し、
前記複数のパイプ部品を、前記係合部を介して互いに係合接続してパイプ組立体を組立て構築する、ことを特徴とする3次元線状加工装置を用いたパイプ組立体の構築方法。 - 請求項15記載の3次元線状加工装置を用いたパイプ組立体の構築方法により構築されたことを特徴とするパイプ組立体。
- 前記パイプ組立体は、建物用の骨組であることを特徴とする請求項16記載のパイプ組立体。
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