JP4161177B2

JP4161177B2 - Cutting method and cutting system

Info

Publication number: JP4161177B2
Application number: JP2002266356A
Authority: JP
Inventors: 隆志長山; 茂雄西田
Original assignee: Shibuya Corp
Current assignee: Shibuya Corp
Priority date: 2002-09-12
Filing date: 2002-09-12
Publication date: 2008-10-08
Anticipated expiration: 2022-09-12
Also published as: JP2004098150A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は切断加工方法と切断加工システムに関し、より詳しくは、板状の被加工物から閉ループの輪郭を備える製品を切り出す切断加工方法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザ加工機によって板状の被加工物を所要の形状に切断加工することは周知である。そして、レーザ加工機の加工ヘッドによって被加工物に対して鉛直方向からレーザ光線を照射して閉ループの輪郭を有する製品を切り出す場合には、上記製品の輪郭となる切断線の複数箇所を切断せずに僅かに残すようにしている。これらの切断しないで僅かに残す箇所は従来からミクロジョイントと称されている。
このように、従来では、切断加工時に複数のミクロジョイントを残すことにより、製品の外方側となる残材から製品が分離して落下するのを防止している。これによって、製品が落下することによる損傷を防止するとともに、レーザ切断の際に発生する火花によって既に切断加工済みの製品が損傷しないようにしている。（例えば、特許文献１参照）
【特許文献１】
特公平７−１１７８４７号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したように、従来では被加工物から閉ループの輪郭を有する製品を切り出す際にミクロジョイントを設けていたので、次のような欠点があった。すなわち、被加工物に対して製品となる輪郭（切断線）を切断加工した後に、上記複数のミクロジョイントを切り離して製品を被加工物から分離させる作業が必要になる。また、分離させた後には、製品の輪郭に残ったミクロジョイントであった部分のバリを取り除く仕上げ作業が必要であった。
このように、従来ではミクロジョイントを設けることに伴って、切断加工後における製品の分離作業と仕上げ作業が必要になるという欠点があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
このような事情に鑑み、請求項１に記載した第１の発明は、加工ヘッドを板状の被加工物に対して相対移動させて、上記被加工物から閉ループの輪郭を有する製品を切り出す切断加工方法であって、
上記製品の閉ループとなる輪郭に上記加工ヘッドの先端のノズル部を傾斜させて上記被加工物に切断加工を施す傾斜切断領域を設けて、上記製品の閉ループとなる輪郭に沿って加工ヘッドによって被加工物に連続的に切断加工を施す際に、上記傾斜切断領域において製品側の切断面を斜め下方を向いた傾斜面に形成するとともに、残材側の切断面を斜め上方を向いた傾斜面に形成して、上記製品がその周囲の残材から落下するのを防止したものである。
また、請求項５に記載した第２の発明は、傾斜角度を変更可能に構成されるとともに板状の被加工物に対して相対移動させて該被加工物を所要の形状に切断する加工ヘッドと、上記被加工物から切り出すべき製品の図面データをもとにして上記加工ヘッドを作動させるための加工データを作成する加工データ作成手段と、この加工データ作成手段で作成した加工データに基づいて上記加工ヘッドの作動を制御する制御装置とを備えて、上記被加工物から閉ループの輪郭を有する製品を切り出す切断加工システムであって、
上記加工データ作成手段により加工データを作成する際に、加工ヘッドによる被加工物の切断面が傾斜する傾斜切断領域を設定可能に構成するとともに、上記被加工物の板厚の違いに応じて上記加工ヘッドのノズル部の傾斜角度を求め、上記加工ヘッドによる上記傾斜切断領域の切断加工の際には上記加工ヘッドのノズル部を上記傾斜角度に基づいて傾斜させるように構成したものである。
上記第１の発明によれば、製品の輪郭となる部分の全域は、上述したミクロジョイントを設けることなく連続的に切断するようにしている。そして、切断加工後においては、製品側の斜め下方を向いた傾斜面が、残材側の斜め上方を向いた傾斜面に載置されるので、製品はその外方位置の残材から下方へ落下することはない。
また、上記第２の発明によれば、上記加工ヘッドにより上記傾斜切断領域の切断加工することにより、製品の輪郭となる部分の全域は、上述したミクロジョイントを設けることなく連続的に切断するようにしている。そして、切断加工後には、傾斜切断領域であった製品側の切断面を斜め下方を向いた傾斜面にすることができるとともに、残材側の切断面を斜め上方を向いた傾斜面とすることができる。そのため、製品側の傾斜面が残材側の傾斜面に載置されるので、製品はその外方位置の残材から下方へ落下することはない。
したがって、上記本発明においては、製品に対する切断加工が終了すると、該製品を残材から単に持ち上げて取り外すだけでよい。そのため、本発明においては、従来行なっていたミクロジョイントの分離作業およびその後の仕上げ作業を省略することができる。したがって、従来と比較して、切断加工後の作業が簡単な切断加工方法と切断加工システムを提供できる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下図示実施例について本発明を説明すると、図１において１は切断加工システムであり、この切断加工システム１は板状の被加工物２に切断加工を施して所要の形状の製品３を切り出すことができる。図３に示すように、切断加工システム１によって被加工物２から切り出す製品３は、例えば『加』のように閉ループの輪郭を有する切り文字である。
切断加工システム１は、従来公知の構成を備えた３次元５軸レーザ加工機４と、製品３の図面データを作成する従来公知のＣＡＤ装置５と、ＣＡＤ装置５で作成した製品の図面データをもとにして、被加工物２から製品３を切り出すために必要な３次元５軸レーザ加工機４の加工データを作成するＣＡＭ装置６とを備えている。
ＣＡＤ装置５は従来公知のものと同じであり、このＣＡＤ装置５によって製品３の図面データを作成するようにしている。そして、このＣＡＤ装置５で作成した製品３の図面データは、ＣＡＭ装置６に送信されるようになっている。ＣＡＤ装置５で作成された製品３の図面データがＣＡＭ装置６に送信されると、それを基にして該製品３を切り出すために必要なレーザ加工機４の作動を制御する加工データが作成される。つまり、製品３の輪郭を構成する複数の線に応じた加工データがＣＡＭ装置６で作成される。
【０００６】
３次元５軸レーザ加工機４は、被加工物２を載置して水平面のＸ方向に移動可能に設けた加工テーブル７と、水平面における上記Ｘ方向と直交するＹ方向に移動可能に設けた可動ケーシング８と、レーザ光線を発振するレーザ発振器１１と、上記可動ケーシング８における下部にＺ方向（鉛直方向）に昇降自在に取付けられて被加工物２にレーザ光線を照射して切断加工を施す加工ヘッド１２とを備えている。
被加工物２は金属製で板状に形成されており、この被加工物２が加工テーブル７上に載置されると、クランプ９により被加工物２の一側が把持されて加工テーブル７の所定位置に位置決めされるようになっている。このように加工テーブル７上に載置された被加工物２は水平に支持されるようになっている。
【０００７】
図２に示すように、加工ヘッド１２は、その先端部には円錐形のノズル１２Ａを取り付けており、水平軸を回転中心とするＡ軸を正逆に回転して傾斜角度を変更できるとともに、上記Ｚ軸と平行な鉛直軸を回転中心とするＣ軸を回転できるようになっている。これにより、加工ヘッド１２は、所要の傾斜角度に傾斜できるようになっている。なお、このような構成を有する加工ヘッド１２は、例えば特公平３−５５２３４号によって公知なので詳細な説明は省略する。
さらに、図１に示すように、３次元５軸レーザ加工機４は、上記加工ヘッド１２他の作動部材の作動を制御する制御装置１３を備えている。上記ＣＡＭ装置６で作成した加工データは、この制御装置１３に送信されるようになっている。そして、この制御装置１３によって、上記加工テーブル７の駆動源、レーザ発振器１１、可動ケーシング８の駆動源、加工ヘッド１２を昇降および揺動させる駆動源の作動を制御するようにしている。
このように、制御装置１３によって上記レーザ発振器１１および上記各駆動源の作動を制御することにより、加工テーブル７上の被加工物２と加工ヘッド１２のノズル１２Ａとを相対移動させて、板状の被加工物２に所要の切断加工を施すことができるようになっている。
上述した切断加工システム１の構成および作動は従来公知のものと変わる所はない。
【０００８】
しかして、本実施例は、上述した構成を前提として、被加工物２にミクロジョイント（微小な切り残し部）を設けることなく閉ループの輪郭を有する製品３を切り出すことができるようにしたものである。
すなわち、図３に例示したように、閉ループの輪郭を備えた製品３となる『加』を切り出す場合において、閉ループの輪郭の一部について加工ヘッド１２により被加工物２を切断面が斜めになるように切断する複数の傾斜切断領域１００を設けたものである（太字で表示した箇所）。このように傾斜切断領域１００を設けることによって、閉ループとなる製品３の輪郭の全域を連続的に切断加工することができ、切断加工後において製品３がその周囲の残材（非製品部分）から下方へ落下しないようにしている。
【０００９】
本実施例では、ＣＡＤ装置５からＣＡＭ装置６に製品３の図面データが送信されると、このＣＡＭ装置６において図面データを読み込み、切断図形として画面に表示させ、その図形を構成する線のうち傾斜切断領域１００となる線をオペレータがＣＡＭ装置６の画面上で指定するようにしている。これとともに、切断開始位置、切断経路、配置等を指定することによってＣＡＭ装置において、加工データが作成されることになる。
ここで、図３に示した製品３としての切り文字『加』を被加工物２から切り出す場合を例にとって説明する。この場合には、左方側の『力』と右方側の『口』とによって切り文字である製品３が構成されるので、それら『力』と『口』とを閉ループの輪郭に沿って被加工物２に加工ヘッド１２で切断加工を施すことになる。
右方側の『口』における外方側の輪郭Ｒ１は８本の直線Ａ〜Ｈによって閉ループとして構成されており、また、『口』における内方側の輪郭Ｒ２は、４本の直線Ａ’〜Ｄ’によって閉ループとして構成されている。
また、左方側の『カ』については、この文字の外方側の輪郭Ｒ３が閉ループとなっており、この閉ループの輪郭Ｒ３は１４本の直線（Ｊ、Ｋ、Ｍ、Ｏ、Ｐ、Ｒ、Ｓ、Ｕ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ａ１，Ｂ１）と４本の曲線（Ｌ、Ｎ、Ｑ、Ｖ）とによって構成されている。
上記３つの閉ループの輪郭Ｒ１〜Ｒ３に沿って被加工物２を連続的に切断加工することで、『加』という切り文字の製品３を切り出すことができるようになっている。
【００１０】
本実施例では、右方側の『口』における外側の輪郭Ｒ１に沿って被加工物２に切断加工を施す場合には、直線Ａの一端の近くにピアッシング孔Ｐ１を穿設し、そこから切断箇所を移動させてＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄという反時計回りで、直線Ａ〜Ｈを連続的に切断加工するようにしている。また、内方側の輪郭Ｒ２に切断加工を施す場合には、その内方側の位置に先ずピアシング孔Ｐ２を穿設し、その後から切断箇所を直線Ａ’まで移動させ、その後は反時計回りでＡ’、Ｂ’、Ｃ’、Ｄ’さらにＡ’の残りの順序で切断を行なうようになっている。ここで、内方側の輪郭Ｒ２は、その内方側の部分を切り捨てることになるので、この輪郭２の一部には傾斜切断領域を設けていない。
【００１１】
また、左方側の『カ』の輪郭Ｒ３に切断加工を施す場合には、直線Ｊの近辺にピアシング孔Ｐ３を穿設した後、直線Ｊの端部まで連続的に切断位置を移動させて、以下、直線Ｊ、Ｋ、次に曲線Ｌ、さらに直線Ｍという反時計回りで輪郭Ｒ３を構成する直線と曲線を連続的に切断するようにしている。
そこで、本実施例では、ＣＡＭ装置６の画面上において、先ず、右方側の『口』における外側の輪郭Ｒ１に関して、直線Ｈの箇所およびそれから最も離隔してそれと平行な２つの直線Ｂ、Ｆの箇所を傾斜切断領域１００としてオペレータが指定する（太線の部分）。また、傾斜切断領域１００として指定した直線Ｈ、Ｂ、Ｆの隣接箇所の直線Ａ、Ｃ、Ｅ、Ｇは、接続領域１０２となり、上記傾斜切断領域１００、接続領域１０２以外の輪郭Ｒ１を構成する線の箇所は、通常切断領域となる。通常切断領域では加工ヘッド１２のノズル１２Ａを鉛直方向に支持して、被加工物２に切断加工を施すものであり、傾斜切断領域１００では加工ヘッド１２のノズル１２Ａを鉛直方向に対して所定角度傾斜させて被加工物２に切断加工を施すものである。さらに、接続領域では、加工ヘッド１２のノズル１２Ａを鉛直方向の支持状態から徐々に傾斜させ、あるいは所定角度の傾斜状態から鉛直方向に復帰させ、あるいは、復帰後において逆に傾斜させて切断加工を施すものである。
なお、上述したように内方側の輪郭Ｒ２の内側は、切り落として分離させる不要部分となるので、この輪郭Ｒ２を構成する各線には、傾斜切断領域を設けず、全て加工ヘッド１２のノズル１２Ａを鉛直方向に支持して切断加工を行う通常切断領域とする。
【００１２】
上記傾斜切断領域１００および接続領域１０２は、被加工物２に対して各輪郭Ｒ１〜Ｒ３に沿って加工ヘッド１２が切断加工を施す際に、加工ヘッド１２のノズル１２Ａを傾斜させる領域となるものである。また、通常切断領域においては、被加工物２に対して各輪郭Ｒ１〜Ｒ３に沿って加工ヘッド１２で切断加工を施す際に加工ヘッド１２のノズル１２Ａを鉛直方向に支持させるものである。このように鉛直方向に支持される加工ヘッド１２のノズル１２Ａの軸心を基準として、上記傾斜切断領域１００では、切断加工の進行方向に向かって右方側（残材となる側）に所定角度θだけ傾斜させるようにしている（図４参照）。また、傾斜切断領域１００の手前側となる接続領域１０２（例えば直線Ａ、直線Ｅ）においては、鉛直方向から上記所定角度まで徐々に加工ヘッド１２を先端が切断加工の進行方向後側に傾斜させるようにしてあり、他方、傾斜切断領域１００を過ぎた隣接箇所の接続領域１０２（例えば直線Ｃ）においては、所定角度の傾斜状態から徐々に傾斜角度を減少させて鉛直方向に復帰させるようになっている。傾斜切断領域１００に挟まれた接続領域１０２（例えば、直線Ｇ）においては、所定角度の傾斜状態から徐々に傾斜角度を減少させて、略中央部での鉛直状態を経て、反対側に所定角度まで傾斜させるようになっている。
【００１３】
このように、傾斜切断領域１００を設定することで、各輪郭Ｒ１からＲ３に対して切断加工が終了した時点において、上記傾斜切断領域１００は、製品３となる側の切断面は斜め下方を向いた傾斜面３Ａとなり、残材側の切断面は斜め上方を向いた傾斜面２Ａとなる（図５）。そして、製品３の傾斜面３Ａが残材の傾斜面２Ａに載置されることで、製品３がその周囲の残材から下方へ落下するのを防止するようにしている。
本実施例では、被加工物２の板厚の違いに応じて、上記傾斜面２Ａ，３Ａの角度、すなわち傾斜切断領域１００での加工ヘッド１２の傾斜角度θを異ならせるようにしている。
本実施例では、オペレータがＣＡＭ装置６で傾斜切断領域１００を設定すると、ＣＡＭ装置６は予め記憶した計算式によって傾斜角度θを演算して求めるようになっている。つまり、被加工物２の肉厚が薄い場合であっても、各輪郭Ｒ１〜Ｒ３を切断加工が終わった時点において、製品３の傾斜面３Ａが残材の傾斜面２Ａに確実に載置されるような傾斜角度θをＣＡＭ装置６で演算して求めるようにしている。なお、本実施例においては、ほとんどの厚さの被加工物２は、切断不良を防止するために傾斜角度θを２０度以内に設定するようにしてあり、傾斜角度θを求める計算式は次のようになっている。
図５において、加工ヘッド１２によるレーザ切断の切断幅をＷ（固定値）とし、被加工物２の板厚をｔとして、次の計算式を用いる。
傾斜角度θ＝Ｓｉｎ^−１（Ｗ÷ｔ×２）
なお、この計算式は加工テーブルが高速で移動して製品が残材に対して多少ずれても落下しないよう余裕をもたせた式であり、ずれ具合により適宜決めるようにすればよい。
また、本実施例では、鉛直方向に支持した加工ヘッド１２のノズル１２Ａを傾斜させる場合には、次のように行なうようにしている。すなわち、図２に示すように、先ずＣ軸により上記加工ヘッド１２を所要量だけ回転させて、Ａ軸の中心軸を傾斜切断領域１００に略平行にしておく。その状態で製品の輪郭に沿うようにＸＹ軸を駆動し、接続領域にさしかかると、Ａ軸のみを回転させて加工ヘッド１２のノズル１２Ａを傾斜させて、予め予定した傾斜角度と略平行に位置させることで、上記傾斜切断領域１００において加工ヘッド１２のノズル１２Ａを所定傾斜角度に支持するようにしている。
同様に、左方側の『カ』について直線Ｚと、それと平行でそれから最も離隔した直線Ｔと、直線Ｔに続く直線Ｕと、直線Ｚから最も離隔した直線Ｍについて、ＣＡＭ装置６により傾斜切断領域１００としてオペレータが指定する（太線の部分）。また、傾斜切断領域１００として指定した直線Ｚ、Ｍ、Ｔ、Ｕの隣接箇所である曲線Ｌ，Ｎ、直線Ｓ、曲線Ｖ、直線Ｙ、Ａ１は、接続領域１０２となり、上記傾斜切断領域１００、接続領域１０２以外の輪郭Ｒ３を構成する線の箇所は、通常切断領域となる。
以上のようにして、各輪郭Ｒ１からＲ３についてＣＡＭ装置６で傾斜切断領域１００、接続領域１０２、通常切断領域が設定される。そして、これらの各領域に付いて、被加工物２を加工ヘッド１２で切断加工を施すに際してのレーザ加工機４の駆動源などを作動させるための加工データがＣＡＭ装置６で作成され、それを制御装置１３へ送信する。
【００１４】
-------（作動説明）
以上の構成において、被加工物２から切り出すべき製品３の図面データがＣＡＤ装置５で作成されたら、該製品３の図面データはＣＡＭ装置６に送信される。
そして、ＣＡＭ装置６によって製品３を切断加工するためのレーザ加工機４用の加工データが作成される。また、その際、オペレータは、被加工物２の板厚ｔをＣＡＭ装置６に入力するとともに上述した傾斜切断領域１００を指定する。これにより、ＣＡＭ装置６は、上述した計算式によって傾斜切断領域１００における加工ヘッド１２の傾斜角度θを演算して求める。
ＣＡＭ装置６で作成した加工データおよび傾斜角度θに関するデータが制御装置１３に送信されると、制御装置１３は上記加工データおよび傾斜角度θのデータに基づいて、レーザ発振器１１、加工ヘッド１２の駆動源等の作動を制御して、被加工物２に対して図３に示した輪郭Ｒ１からＲ３に沿って連続的に切断加工を行なう。
そして、切断加工後においては、上記傾斜切断領域１００における製品３の斜め下方を向いた傾斜面３Ａが、残材側の斜め上方を向いた傾斜面２Ａに確実に載置されることになる。つまり、製品３の縁部となる傾斜面３Ａが、残材の傾斜面２Ａに支持されるので、製品３がその周囲の残材から下方に落下することがない。
【００１５】
そのため、被加工物２からの製品３の切り出しが（切断加工）が終了した後に製品３を移送するには、該製品３を単に持ち上げて残材から取り外すだけでよい。つまり、作業者あるいはロボットにより、残材から製品３を単に持ち上げて移動させるだけでよく、従来のようなミクロジョイントを設けないので、ミクロジョイントの分離作業、分離後のバリを除去する仕上作業が必要ない。したがって、本発明においては、従来と比較して、切断加工終了後の作業が極めて簡単な切断加工方法と切断加工システムを提供できる。
【００１６】
---------（第２実施例）
次に、図６および図７は、上記ＣＡＭ装置６によって図３に示したものとは異なる形状の製品３を被加工物から切り出す場合の傾斜切断領域１００の設定の仕方を示したものである。これら図６および図７に示す製品３も全て閉ループの輪郭を備えている。
すなわち、図６は、被加工物から切り文字『０』を切り出す場合を示したものである。この図６の製品においては、内方側と外方側に閉ループの輪郭Ｒ１、Ｒ２を備えており、内方側の輪郭Ｒ２は、その内部は不要部分となる。そのため、輪郭Ｒ２については、ＣＡＭ装置６による傾斜切断領域は指定せず、輪郭Ｒ２については加工ヘッド１２を鉛直方向に支持する通常切断領域としている。
この例では、外方側の輪郭Ｒ１の右方側にピアッシング孔Ｐを穿設して、そこから輪郭Ｒ１を時計回りで切断加工を施すようにしている。そして、外方側の輪郭Ｒ１については、上下位置の相互に最も離隔した円弧の部分を傾斜切断領域１００として設定するようにしている。円弧の切断の場合、加工ヘッド１２のＡ軸の回転中心軸を円弧の中点における接線と平行になるようにＣ軸を回転させて、その状態から傾斜切断領域１００の開始点から徐々に所定角度に傾斜角度を増していき、中点で所定角度となり、中点を過ぎると傾斜角度が徐々に減少し、傾斜切断領域の終点で鉛直状態となるようになっている。そして、輪郭Ｒ１におけるその他の箇所は通常切断領域と設定するようにしている。
このような形状の製品３を上記切断加工システム１で切断加工すると、２箇所の傾斜切断領域１００を設けた箇所の切断面が傾斜するので、製品３がその周囲の残材によって支持されて、落下するのが防止されることになる。
【００１７】
---------（第３実施例）
つぎに、図７は切り文字『ム』を切り出す場合を示している。この例では、文字の形状が概略△となっており、その△の３箇所の頂部の位置となる直線（太字で表示部分）を傾斜切断領域１００として設定するようにしている。また、ピアッシング孔Ｐは、上記△の底辺となる線の隣接位置に穿設してあり、そこから輪郭Ｒ１を構成する各線を時計回りで切断するようにしている。
このような形状の製品３を切断加工システム１で切断加工すると、３箇所の傾斜切断領域１００の切断面が傾斜面となるので、製品３がその周囲の残材によって支持されて、落下するのが防止されることになる。
なお、第１、第２実施例のような場合には、加工ヘッドをＡ軸の回転中心軸を傾斜切断領域にほぼ平行にした切断開始状態のまま、切断終了までＣ軸を回転することなく切断加工できるが、第３実施例の場合には、１つの傾斜切断領域の切断後に次の傾斜切断領域までの間でＣ軸を回転して、次の傾斜切断領域の線とほぼ平行になるように加工ヘッドの動作が必要となる。
【００１８】
また、傾斜切断領域は閉ループの輪郭全てに指定するようにしても良い。
なお、上記実施例は本発明を３次元５軸レーザ加工機４を有する切断加工システム１に適用した場合について説明したが、被加工物に切断加工を施すウォータジェット加工機やガス溶断機等にも本発明を適用することができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、従来と比較して切断加工後の作業が簡単な切断加工方法と切断加工システムを提供できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す斜視図。
【図２】図１に示した加工ヘッドの斜視図。
【図３】図１に示した製品３の図形を基にＣＡＭ装置６で傾斜切断領域１００等の設定状態を示す図。
【図４】傾斜切断領域での加工ヘッド１２の傾斜状態を示す図。
【図５】傾斜切断領域１００での切断面を示す図。
【図６】図３とは異なる形状の製品について図１に示したＣＡＭ装置６で傾斜切断領域１００を設定する場合を示す図。
【図７】図３とは異なる形状の製品について図１に示したＣＡＭ装置６で傾斜切断領域１００を設定する場合を示す図。
【符号の説明】
１…切断加工システム２…被加工物
２Ａ…傾斜面３Ａ…傾斜面
３…製品３…３次元５軸レーザ加工機
６…ＣＡＭ装置（加工データ作成手段）
１２…加工ヘッド１３…制御装置
１００…傾斜切断領域[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cutting method and a cutting system, and more particularly to a cutting method and apparatus for cutting a product having a closed loop contour from a plate-like workpiece.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, it is well known that a plate-like workpiece is cut into a required shape by a laser processing machine. When a workpiece having a closed loop contour is cut out by irradiating a workpiece with a laser beam from the vertical direction by a machining head of a laser processing machine, a plurality of cutting lines that form the contour of the product are cut. A few are left without. These portions that remain slightly without being cut are conventionally referred to as micro joints.
Thus, conventionally, by leaving a plurality of micro joints at the time of cutting, the product is prevented from separating and dropping from the remaining material on the outer side of the product. This prevents damage due to the falling of the product and prevents the already cut product from being damaged by the sparks generated during laser cutting. (For example, see Patent Document 1)
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No.7-1117847
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as described above, conventionally, since a micro joint is provided when a product having a closed loop contour is cut out from a workpiece, there are the following drawbacks. That is, after cutting a contour (cutting line) to be a product on the workpiece, it is necessary to separate the plurality of micro joints to separate the product from the workpiece. Further, after the separation, a finishing operation was necessary to remove the burrs in the micro joints remaining in the outline of the product.
As described above, conventionally, with the provision of the micro joint, there has been a drawback that a product separation work and a finishing work after the cutting work are required.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In view of such circumstances, the first invention described in claim 1 is a cutting in which a machining head is moved relative to a plate-like workpiece to cut out a product having a closed loop contour from the workpiece. A processing method,
An inclined cutting area for cutting the workpiece by inclining the nozzle portion at the tip of the machining head is provided in the contour that forms the closed loop of the product, and the workpiece is covered by the machining head along the contour that forms the closed loop of the product. When the workpiece is continuously cut, the product-side cut surface is formed in an inclined surface facing obliquely downward in the inclined cutting region, and the remaining material-side cut surface is inclined obliquely upward. formed in is obtained by preventing the above product to fall from the remaining material surrounding it.
According to a second aspect of the present invention, the machining head is configured so that the inclination angle can be changed, and the workpiece is moved relative to the plate-like workpiece to cut the workpiece into a required shape. And machining data creation means for creating machining data for operating the machining head based on the drawing data of the product to be cut out from the workpiece, and based on the machining data created by the machining data creation means A cutting processing system for cutting out a product having a closed-loop contour from the workpiece, comprising a control device for controlling the operation of the processing head,
When creating the machining data by the machining data creating means, it is possible to set an inclined cutting area where the cut surface of the workpiece by the machining head is inclined , and the above according to the difference in the plate thickness of the workpiece The inclination angle of the nozzle part of the machining head is obtained, and the nozzle part of the machining head is inclined based on the inclination angle when the machining head cuts the inclined cutting region.
According to the first aspect of the invention, the entire region of the portion that becomes the outline of the product is continuously cut without providing the above-described micro joint. After the cutting process, the inclined surface facing obliquely downward on the product side is placed on the inclined surface facing obliquely upward on the remaining material side, so that the product moves downward from the remaining material at the outer position. It will not fall.
According to the second aspect of the invention, by cutting the inclined cutting region with the processing head, the entire region that becomes the outline of the product is continuously cut without providing the above-described micro joint. I have to. After the cutting process, the cut surface on the product side that was the inclined cutting region can be an inclined surface facing obliquely downward, and the cutting surface on the remaining material side is an inclined surface facing obliquely upward Can do. Therefore, since the product-side inclined surface is placed on the remaining material-side inclined surface, the product does not drop downward from the remaining material at the outer position.
Therefore, in the present invention, when the cutting process for the product is completed, the product may be simply lifted from the remaining material and removed. Therefore, in the present invention, the separation operation of the micro joint and the subsequent finishing operation which have been conventionally performed can be omitted. Therefore, it is possible to provide a cutting processing method and a cutting processing system in which the work after the cutting process is simpler than in the past.
[0005]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the following, the present invention will be described with reference to the illustrated embodiment. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a cutting processing system. The cutting processing system 1 cuts a plate-shaped workpiece 2 to cut out a product 3 having a required shape. Can do. As shown in FIG. 3, the product 3 cut out from the workpiece 2 by the cutting processing system 1 is a cut character having a closed loop outline such as “K”.
The cutting processing system 1 includes a three-dimensional five-axis laser processing machine 4 having a conventionally known configuration, a conventionally known CAD device 5 for creating drawing data of the product 3, and drawing data of the product created by the CAD device 5. A CAM device 6 for creating machining data of a three-dimensional 5-axis laser beam machine 4 necessary for cutting out the product 3 from the workpiece 2 is provided.
The CAD device 5 is the same as a conventionally known one, and the CAD device 5 creates drawing data of the product 3. Then, the drawing data of the product 3 created by the CAD device 5 is transmitted to the CAM device 6. When the drawing data of the product 3 created by the CAD device 5 is transmitted to the CAM device 6, machining data for controlling the operation of the laser processing machine 4 necessary for cutting out the product 3 is created based on the drawing data. The That is, machining data corresponding to a plurality of lines constituting the contour of the product 3 is created by the CAM device 6.
[0006]
The three-dimensional five-axis laser beam machine 4 is provided with a processing table 7 on which the workpiece 2 is placed so as to be movable in the X direction on the horizontal plane, and movable in the Y direction orthogonal to the X direction on the horizontal plane. A movable casing 8, a laser oscillator 11 that oscillates a laser beam, and a lower part of the movable casing 8 are attached to be movable up and down in the Z direction (vertical direction), and the workpiece 2 is irradiated with the laser beam and cut. And a machining head 12.
The workpiece 2 is made of metal and formed in a plate shape. When the workpiece 2 is placed on the processing table 7, one side of the workpiece 2 is gripped by the clamp 9, and the processing table 7 It is positioned at a predetermined position. In this way, the workpiece 2 placed on the processing table 7 is supported horizontally.
[0007]
As shown in FIG. 2, the processing head 12 has a conical nozzle 12A attached to the tip thereof, and can change the tilt angle by rotating the A axis around the horizontal axis in the forward and reverse directions. The C-axis with the vertical axis parallel to the Z-axis as the center of rotation can be rotated. Thereby, the processing head 12 can be inclined at a required inclination angle. The processing head 12 having such a configuration is well known, for example, from Japanese Examined Patent Publication No. 3-55234, and will not be described in detail.
Further, as shown in FIG. 1, the three-dimensional five-axis laser beam machine 4 includes a control device 13 that controls the operation of the machining head 12 and other actuation members. The machining data created by the CAM device 6 is transmitted to the control device 13. The control device 13 controls the operation of the drive source for the machining table 7, the laser oscillator 11, the drive source for the movable casing 8, and the drive source for moving the machining head 12 up and down.
In this way, by controlling the operation of the laser oscillator 11 and each drive source by the control device 13, the workpiece 2 on the processing table 7 and the nozzle 12A of the processing head 12 are moved relative to each other to form a plate shape. A desired cutting process can be performed on the workpiece 2.
The configuration and operation of the above-described cutting system 1 are not different from those conventionally known.
[0008]
Thus, in the present embodiment, on the premise of the above-described configuration, the product 3 having a closed loop contour can be cut out without providing the workpiece 2 with a micro joint (a small uncut portion). is there.
That is, as illustrated in FIG. 3, in the case of cutting out the “addition” that becomes the product 3 having the closed loop outline, the cut surface of the workpiece 2 is inclined by the machining head 12 for a part of the closed loop outline. Thus, a plurality of inclined cutting regions 100 are provided (locations shown in bold). By providing the inclined cutting region 100 in this way, the entire contour of the product 3 that becomes a closed loop can be continuously cut, and after the cutting, the product 3 is removed from the remaining material (non-product portion) around it. I try not to fall down.
[0009]
In this embodiment, when drawing data of the product 3 is transmitted from the CAD device 5 to the CAM device 6, the drawing data is read by the CAM device 6 and displayed on the screen as a cut figure, and among the lines constituting the figure. The operator designates a line to be the inclined cutting area 100 on the screen of the CAM device 6. At the same time, the processing data is created in the CAM device by designating the cutting start position, cutting path, arrangement, and the like.
Here, the case where the cut character “KA” as the product 3 shown in FIG. 3 is cut out from the workpiece 2 will be described as an example. In this case, the product 3 which is the cut character is constituted by the left side “force” and the right side “mouth”, so that these “force” and “mouth” are arranged along the closed loop outline. The workpiece 2 is cut by the machining head 12.
The outer contour R1 of the right "mouth" is configured as a closed loop by eight straight lines A to H, and the inner contour R2 of the "mouth" is four straight lines A '. ~ D 'is configured as a closed loop.
Also, for the left side “K”, the outer contour R3 of this character is a closed loop, and this closed loop contour R3 has 14 straight lines (J, K, M, O, P, R). , S, U, W, X, Y, Z, A1, B1) and four curves (L, N, Q, V).
By continuously cutting the workpiece 2 along the contours R1 to R3 of the three closed loops, the product 3 having the cut character “K” can be cut out.
[0010]
In this embodiment, when the workpiece 2 is cut along the outer contour R1 in the “mouth” on the right side, a piercing hole P1 is formed near one end of the straight line A, and from there The cutting points are moved, and the straight lines A to H are continuously cut in the counterclockwise direction of A, B, C, and D. When cutting the inner contour R2, the piercing hole P2 is first drilled at the inner position, and then the cutting point is moved to the straight line A ', and then counterclockwise. Thus, cutting is performed in the remaining order of A ′, B ′, C ′, D ′ and A ′. Here, since the inner side contour R2 is cut off the inner side portion, a part of the contour 2 is not provided with an inclined cutting region.
[0011]
In addition, in the case of cutting the outline “R3” of the “f” on the left side, after the piercing hole P3 is formed in the vicinity of the straight line J, the cutting position is continuously moved to the end of the straight line J. In the following description, the straight line and the curve constituting the contour R3 are continuously cut in a counterclockwise direction such as the straight lines J and K, then the curved line L, and further the straight line M.
Therefore, in the present embodiment, on the screen of the CAM device 6, first, with respect to the outer contour R <b> 1 in the “mouth” on the right side, the straight line H and the two straight lines B and F that are farthest away from it and parallel to it. Is designated by the operator as the inclined cutting region 100 (the bold line portion). Further, the straight lines A, C, E, and G adjacent to the straight lines H, B, and F designated as the inclined cutting region 100 become the connection region 102, and constitute the contour R1 other than the inclined cutting region 100 and the connection region 102. The location of the line is usually a cutting area. In the normal cutting region, the nozzle 12A of the processing head 12 is supported in the vertical direction to cut the workpiece 2. In the inclined cutting region 100, the nozzle 12A of the processing head 12 is set at a predetermined angle with respect to the vertical direction. The workpiece 2 is subjected to cutting by inclining. Further, in the connection region, the nozzle 12A of the machining head 12 is gradually inclined from the vertical support state, or is returned to the vertical direction from the inclined state at a predetermined angle, or after the return, the nozzle 12A is inclined reversely for cutting. It is something to apply.
As described above, the inner side of the inner contour R2 becomes an unnecessary portion to be cut off and separated, and therefore, each line constituting the contour R2 is not provided with an inclined cutting region, and all the nozzles 12A of the machining head 12 are provided. Is a normal cutting region in which cutting is performed while supporting in the vertical direction.
[0012]
The inclined cutting region 100 and the connection region 102 are regions for inclining the nozzle 12A of the processing head 12 when the processing head 12 performs cutting processing on the workpiece 2 along the respective contours R1 to R3. It is. In the normal cutting region, the nozzle 12A of the processing head 12 is supported in the vertical direction when the processing head 12 performs cutting processing on the workpiece 2 along the contours R1 to R3. As described above, in the inclined cutting region 100, with respect to the axial center of the nozzle 12A of the processing head 12 supported in the vertical direction, a predetermined angle is formed on the right side (the remaining material side) in the progressing direction of the cutting process. It is made to incline only (theta) (refer FIG. 4). Further, in the connection region 102 (for example, straight line A, straight line E) on the front side of the inclined cutting region 100, the tip of the processing head 12 is gradually inclined from the vertical direction to the predetermined angle to the rear side in the cutting processing progress direction. On the other hand, in the adjacent connection region 102 (for example, the straight line C) past the inclined cutting region 100, the inclination angle is gradually decreased from the inclined state at a predetermined angle and returned to the vertical direction. ing. In the connection region 102 (for example, the straight line G) sandwiched between the inclined cutting regions 100, the inclination angle is gradually decreased from the inclination state at a predetermined angle, and after passing through a vertical state at a substantially central portion, a predetermined angle on the opposite side. It is designed to tilt up to.
[0013]
In this way, by setting the inclined cutting region 100, when the cutting process is finished for each of the contours R1 to R3, the inclined cutting region 100 has a cut surface on the side that becomes the product 3 facing obliquely downward. The cut surface on the remaining material side becomes the inclined surface 2A facing obliquely upward (FIG. 5). The inclined surface 3A of the product 3 is placed on the inclined surface 2A of the remaining material, so that the product 3 is prevented from falling downward from the remaining material around it.
In the present embodiment, the angle of the inclined surfaces 2A and 3A, that is, the inclination angle θ of the machining head 12 in the inclined cutting region 100 is varied according to the difference in the plate thickness of the workpiece 2.
In the present embodiment, when the operator sets the inclined cutting region 100 with the CAM device 6, the CAM device 6 calculates and calculates the inclination angle θ using a previously stored calculation formula. That is, even if the workpiece 2 is thin, the inclined surface 3A of the product 3 is reliably placed on the inclined surface 2A of the remaining material when the contours R1 to R3 are cut. Such an inclination angle θ is calculated by the CAM device 6. In the present embodiment, the workpiece 2 having the most thickness is set to have an inclination angle θ within 20 degrees in order to prevent cutting failure, and the calculation formula for calculating the inclination angle θ is as follows. It is like this.
In FIG. 5, the following calculation formula is used, where the cutting width of laser cutting by the processing head 12 is W (fixed value) and the plate thickness of the workpiece 2 is t.
Inclination angle θ = Sin ⁻¹ (W ÷ t × 2)
Note that this calculation formula is a formula that gives a margin so that the processing table moves at a high speed and does not fall even if the product is slightly displaced from the remaining material, and may be determined as appropriate depending on the degree of displacement.
Further, in this embodiment, when the nozzle 12A of the machining head 12 supported in the vertical direction is inclined, it is performed as follows. That is, as shown in FIG. 2, first, the machining head 12 is rotated by a required amount by the C axis so that the central axis of the A axis is substantially parallel to the inclined cutting region 100. In this state, the XY axes are driven so as to follow the outline of the product, and when reaching the connection area, only the A axis is rotated to incline the nozzle 12A of the machining head 12, and are positioned substantially parallel to the predetermined inclination angle. By doing so, the nozzle 12A of the machining head 12 is supported at a predetermined inclination angle in the inclined cutting region 100.
Similarly, the CAM device 6 performs an inclined cutting on the straight line Z with respect to the left side “f”, the straight line T that is parallel to and farthest from it, the straight line U that follows the straight line T, and the straight line M that is farthest from the straight line Z. The operator designates the area 100 (thick line part). Further, the curved lines L, N, the straight line S, the curved line V, the straight lines Y, and A1 that are adjacent to the straight lines Z, M, T, and U designated as the inclined cutting region 100 become the connection region 102, and the inclined cutting region 100, The portion of the line constituting the contour R3 other than the connection region 102 is a normal cutting region.
As described above, the inclined cutting region 100, the connection region 102, and the normal cutting region are set by the CAM device 6 for each of the contours R1 to R3. Then, processing data for operating the drive source of the laser processing machine 4 when the workpiece 2 is cut by the processing head 12 is created by the CAM device 6 for each of these regions. Transmit to the control device 13.
[0014]
------- (Description of operation)
In the above configuration, when drawing data of the product 3 to be cut out from the workpiece 2 is created by the CAD device 5, the drawing data of the product 3 is transmitted to the CAM device 6.
Then, machining data for the laser beam machine 4 for cutting the product 3 by the CAM device 6 is created. At that time, the operator inputs the thickness t of the workpiece 2 to the CAM device 6 and designates the above-described inclined cutting region 100. Thereby, the CAM apparatus 6 calculates and calculates | requires the inclination | tilt angle (theta) of the process head 12 in the inclination cutting area | region 100 with the calculation formula mentioned above.
When the processing data created by the CAM device 6 and the data regarding the tilt angle θ are transmitted to the control device 13, the control device 13 drives the laser oscillator 11 and the processing head 12 based on the processing data and the data of the tilt angle θ. By controlling the operation of the source or the like, the workpiece 2 is continuously cut along the contours R1 to R3 shown in FIG.
After the cutting process, the inclined surface 3A facing the obliquely lower side of the product 3 in the inclined cutting region 100 is surely placed on the inclined surface 2A facing the obliquely upward side of the remaining material. That is, since the inclined surface 3A which becomes the edge of the product 3 is supported by the inclined surface 2A of the remaining material, the product 3 does not fall downward from the surrounding remaining material.
[0015]
Therefore, in order to transfer the product 3 after the cutting of the product 3 from the workpiece 2 (cutting process) is completed, the product 3 may be simply lifted and removed from the remaining material. In other words, the product 3 need only be lifted and moved from the remaining material by an operator or a robot, and the conventional micro joint is not provided. Therefore, the separation work of the micro joint and the finishing work for removing the burr after separation are not performed. unnecessary. Therefore, in the present invention, it is possible to provide a cutting method and a cutting system in which the work after the cutting process is extremely simple as compared with the prior art.
[0016]
--------- (2nd Example)
Next, FIG. 6 and FIG. 7 show how to set the inclined cutting region 100 when the product 3 having a shape different from that shown in FIG. . 6 and 7 also all have a closed loop contour.
That is, FIG. 6 shows a case where the cut character “0” is cut out from the workpiece. The product of FIG. 6 has closed loop contours R1 and R2 on the inner side and the outer side, and the inner side contour R2 is an unnecessary portion inside. Therefore, for the contour R2, the inclined cutting region by the CAM device 6 is not specified, and the contour R2 is a normal cutting region that supports the machining head 12 in the vertical direction.
In this example, a piercing hole P is formed on the right side of the outer contour R1, and the contour R1 is cut clockwise therefrom. And about the outer side outline R1, the part of the circular arc most spaced apart from each other is set as the inclined cutting region 100. In the case of cutting an arc, the C axis is rotated so that the center axis of rotation of the A axis of the machining head 12 is parallel to the tangent at the midpoint of the arc, and gradually from the starting point of the inclined cutting region 100 in this state The inclination angle is increased to an angle, and becomes a predetermined angle at the middle point. After the middle point, the inclination angle gradually decreases, and a vertical state is reached at the end point of the inclined cutting region. And the other part in outline R1 is set as a normal cutting area.
When the product 3 having such a shape is cut by the cutting processing system 1, since the cut surface of the portion where the two inclined cutting regions 100 are provided is inclined, the product 3 is supported by the remaining material around it, It will be prevented from falling.
[0017]
--------- (Third embodiment)
Next, FIG. 7 shows a case where the cut character “M” is cut out. In this example, the shape of the character is approximately Δ, and straight lines (indicated by bold characters) that are the positions of the three apexes of Δ are set as the inclined cut region 100. Further, the piercing hole P is formed at a position adjacent to the line serving as the base of the triangle Δ, and each line constituting the contour R1 is cut clockwise therefrom.
When the product 3 having such a shape is cut by the cutting processing system 1, the cut surfaces of the three inclined cutting regions 100 become inclined surfaces, so that the product 3 is supported by the surrounding remaining material and falls. Will be prevented.
In the case of the first and second embodiments, the machining head remains in a cutting start state in which the rotation center axis of the A axis is substantially parallel to the inclined cutting region, and the C axis is not rotated until the end of cutting. Although it can be cut, in the case of the third embodiment, the C-axis is rotated between the cutting of one inclined cutting region and the next inclined cutting region so as to be substantially parallel to the line of the next inclined cutting region. Thus, the operation of the machining head is required.
[0018]
Further, the inclined cutting area may be specified for all the contours of the closed loop.
In addition, although the said Example demonstrated the case where this invention was applied to the cutting processing system 1 which has the three-dimensional 5-axis laser processing machine 4, it is applied to the water jet processing machine, gas fusing machine, etc. which cut a workpiece. The present invention can also be applied.
[0019]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide an effect that it is possible to provide a cutting processing method and a cutting processing system in which work after cutting processing is simpler than in the past.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view of the processing head shown in FIG. 1. FIG.
3 is a diagram showing a setting state of an inclined cutting area 100 and the like by the CAM device 6 based on the figure of the product 3 shown in FIG.
FIG. 4 is a view showing an inclined state of the machining head 12 in an inclined cutting region.
FIG. 5 is a view showing a cut surface in the inclined cutting region 100;
6 is a diagram showing a case where an inclined cutting region 100 is set by the CAM device 6 shown in FIG. 1 for a product having a shape different from that in FIG. 3;
7 is a diagram showing a case where an inclined cutting region 100 is set by the CAM device 6 shown in FIG. 1 for a product having a shape different from that in FIG. 3;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cutting processing system 2 ... Workpiece 2A ... Inclined surface 3A ... Inclined surface 3 ... Product 3 ... Three-dimensional 5-axis laser processing machine 6 ... CAM apparatus (processing data creation means)
12 ... Processing head 13 ... Control device 100 ... Inclined cutting area

Claims

A cutting method for cutting a product having a closed loop contour from the workpiece by moving the processing head relative to the plate-like workpiece,
An inclined cutting area for cutting the workpiece by inclining the nozzle portion at the tip of the machining head is provided in the contour that forms the closed loop of the product, and the workpiece is covered by the machining head along the contour that forms the closed loop of the product. When the workpiece is continuously cut, the product-side cut surface is formed in an inclined surface facing obliquely downward in the inclined cutting region, and the remaining material-side cut surface is inclined obliquely upward. A cutting method characterized in that the product is prevented from falling from the remaining material around it.

The cutting method according to claim 1, wherein an inclination angle for inclining the nozzle portion at the tip of the processing head is set according to a difference in plate thickness of the workpiece.

3. The cutting according to claim 1, wherein the contour of the product is constituted by a plurality of continuous lines, and the inclined cutting region is set by using one line of the plurality of lines as a unit. Processing method.

4. The cutting method according to claim 3, wherein the inclined cutting region is provided on at least two lines among the lines constituting the contour.

A machining head configured to change an inclination angle and move relative to a plate-like workpiece to cut the workpiece into a required shape, and drawing data of a product to be cut out from the workpiece A machining data creating means for creating machining data for operating the machining head based on the above, and a control device for controlling the operation of the machining head based on the machining data created by the machining data creating means. A cutting system for cutting a product having a closed-loop contour from the workpiece,
When creating the machining data by the machining data creating means, it is possible to set an inclined cutting area where the cut surface of the workpiece by the machining head is inclined , and the above according to the difference in the plate thickness of the workpiece An inclination angle of the nozzle portion of the machining head is obtained, and the nozzle portion of the machining head is inclined based on the inclination angle when the machining head cuts the inclined cutting region. Cutting processing system.

Above product contour is composed of a plurality of a continuous line, the processing data generating means, according to claim, characterized in that setting the oblique cutting area in one of the lines units constituting the contour of the product 5 The cutting system described in 1.

The processing head is a processing head of a five-axis three-dimensional laser processing machine that performs cutting by irradiating a workpiece with a laser beam, and the processing head includes a C axis having a vertical axis as a rotation center axis, and a horizontal axis. The cutting processing system according to claim 5 , wherein the cutting processing system has an A axis whose axis is a rotation center axis.

When the line to be the inclined cutting region is an arc, the C axis is rotated to rotate the A axis from the state in which the rotation center axis of the A axis is substantially parallel to the tangent at the midpoint of the arc. The cutting processing system according to claim 7 , wherein the inclined cutting region is cut so that a nozzle portion of the processing head is inclined at a predetermined angle at a midpoint.