JP4271696B2 - レーザ加工機の自動工具交換装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ加工機に装備されるトーチとノズルの自動交換装置に関する。

レーザ加工機にトーチやノズル等のツールを自動交換する装置を装備したものは、例えば、本出願人に係る下記の特許文献１，特許文献２に開示されている。
この特許文献１，２のレーザ加工機は、レーザ加工ヘッドがＸ，Ｙ，Ｚの３軸上のパスライン上を移動する、いわゆるフライングオプティックスと称する構造を備えるものである。
特開２００５−３３４９２０号公報 特開２００５−３３４９２１号公報

本発明の目的は、前述した特許文献１，２に開示したような構造を有するレーザ加工機にあって、より多くの交換用のトーチとノズル等のツールを装備できるマガジンを備え、しかも小さなスペースに設置することができる自動工具装置を提供するものである。

上記目的を達成するために、本発明のレーザ加工機は、ベッドの端部の加工エリア外に配設されるトーチ交換ユニットと、トーチ交換ユニットに隣接して配設されるトーチ格納装置と、トーチ格納装置とトーチ交換ユニットの間でトーチホルダを移送するトーチホルダシフタとを備えるものである。
そして、トーチ格納装置は、１対のスプロケットに張架されるチェーンと、チェーンの外側に設けられて、トーチホルダを支持する複数のフォークを備える。
また、トーチ交換ユニットは、トーチホルダを支持する２基のベースと、２基のベースをＹ軸方向に駆動するポジションシリンダと、トーチホルダをＺ軸方向に昇降させる昇降用シリンダを備える。
さらに、トーチ格納装置は、フォークを設けたチェーンの長さ寸法を伸長することにより格納するトーチの本数を任意に増加することができる構成を備えるものである。

上述した構成を備えることにより、本発明のレーザ加工機は、限られたスペース内に多くのトーチとノズルを格納し、効率よく自動交換することができる。

図１は本発明を実施するレーザ加工機の斜視図である。
全体を符号１で示すレーザ加工機は、ベッド１０上にテーブル１５を有し、パレット２０が配設される。パレット２０上には加工中のワークＷ_１が載置されている。このレーザ加工機は、交換用のパレット２０ａを備え、加工前のワークＷ_０を載置して待機する。

テーブル１５の両側には、ガイドが設けられ、コラム３０がＸ軸方向に移動自在に装備される。コラム３０は、例えばリニアモータにより駆動される。コラム３０上にはサドル４０がＹ軸方向に移動自在に装備される。サドル４０は、例えばリニアモータで駆動される。サドル４０には加工ヘッド５０がＺ軸方向に移動自在に装備される。
テーブル１５の側部には、レーザ発振器６０や強電盤６２が配置される。レーザ発振器６０から出射されたレーザビームは光路７０を介して加工ヘッド５０に導かれる。

このレーザ加工機は、加工ヘッド５０がＸ，Ｙ，Ｚの３軸方向に移動する、いわゆるフライングオプティックス構造を有するので、レーザ発振器との間の光路長は常に変化する。そこでＸ軸に平行な軸（Ｕ軸と称する）を移動する折り返しミラー７２を備えて、光路７０内のレーザビームを折り返すことで光路長を一定に保つ機構を備える。
ベッド１０の端部にはＮＣ装置８０や外部との通信機能を有する管理装置８２等が装備される。

テーブル１５のＸ軸方向の端部の加工エリア外には、段取りステーション９０が配設される。段取りステーションは、自動工具交換装置と加工ヘッドの間でトーチを交換する機構やノズル交換装置、交換されたトーチの焦点位置調整装置等を備える。
そして、段取りステーション９０に対向してトーチ格納装置１００が配設される。

図２は、レーザ加工機本体とトーチ格納装置１００及びトーチホルダシフタ２００の配置を示す平面図である。
テーブル１５上には、ワークを載置したパレットが用意され、加工ヘッド５０は、テーブル１５に対してＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の３軸方向に移動して、レーザ加工を行う。
テーブル１５のＸ軸方向の端部に設けられた段取りステーション９０には、トーチ交換ユニット３００が装備される。このトーチ交換ユニット３００は、図２に示すように、Ａ，Ｂ，Ｃの３つのポジションの間をＹ軸に平行なＹ_１軸に沿って移動することができる。

トーチ格納装置１００は、スプロケットホイール１１０，１２０に支持されたチェーン１３０の周囲に複数のトーチホルダ１５０を格納するものである。

図３は、トーチ格納装置１００の詳細な構造を示す平面図である。図の実施例ではチェーン１３０の外周に１０基のトーチホルダ１５０を収納するフォーク１６０が装備される。各トーチホルダ１５０にはトーチが格納され、１０本のトーチを格納することが可能である。チェーンの全長を長くして２０本のトーチ用のトーチ格納装置等、必要な本数に対応したトーチ格納装置を構成することができる。

トーチ格納装置１００のトーチホルダ１５０は、トーチ交換ユニット３００に対向するシフトポジションＳＰに割出しが可能である。トーチ格納装置１００に設けられるトーチホルダシフタ２００は、このシフトポジションＳＰにあるトーチホルダをトーチ交換ユニット３００側へ送り出したり、又はトーチ交換ユニット３００側のトーチホルダを空いたフォーク１６０へ引き戻す機能を備える。

図４は、トーチ交換ユニット３００とトーチホルダシフタ２００の構成を示す説明図である。
トーチ交換ユニット３００は、全体を覆うカバー３１０を有し、カバー３１０はシリンダ３１２により開閉される。
トーチホルダシフタ２００は、シフトシリンダ２１０により駆動されるヘッド２１２を有し、ヘッド２１２に設けたジョー２２０は、シリンダ２２２により駆動される。

トーチ交換ユニット３００は、２基のベース３２０，３２２を有し、ポジションシリンダ３４０により紙面に垂直なＹ軸方向に駆動される。この駆動によりベース３２０，３２２は、図２におけるポジションＡとポジションＣの間を往復動する。
ベース３２０，３２２には、それぞれトーチホルダ１５０のトーチカバー１５４を開閉するシリンダ３３０，３３２が設けられる。トーチホルダ１５０を載置したベース３２０，３２２は、昇降用シリンダ３５０でＺ軸方向に昇降される。
図５乃至図１０は、本発明のトーチの自動交換の操作を示す説明図である。
図５乃至図６は、レーザ加工が実行されている間の操作を示す。

図５の（ａ）は、トーチ交換ポジションＡに使用済みのトーチＴ_１を格納したトーチホルダ１５０を移動させる操作を示す。この操作はトーチ交換ユニット３００のポジションシリンダ３４０を駆動して行う。トーチホルダシフタ２００は空いたフォーク１６０がシフトポジションＳＰに待機する。
図５の（ｂ）では、シフトシリンダ２１０を駆動してヘッド２１２を伸長する。図５の（ｃ）では、ジョー２２０を操作して使用済みのトーチＴ_１を格納したトーチホルダ１５０を把持し、（ｄ）でシフトシリンダ２１０を収縮して、トーチホルダ１５０をトーチマガジンの空いているフォーク１６０上に引き戻す。

図６の（ｅ）に移行し、ジョー２２０を開いてトーチホルダ１５０を開放する。
図６の（ｆ）では、トーチ格納装置１００のチェーン１３０を駆動して、次に使用するトーチＴ_２を格納したトーチホルダ１５０をシフトポジションＳＰに割り出す。
図６の（ｇ）では、シフトシリンダ２１０を伸長し、トーチホルダ１５０をトーチ交換ポジションＡにセットする。（ｈ）では、シフトシリンダ２１０を待機位置に戻し、ポジションシリンダ３４０により、次回使用のトーチＴ_２を格納したトーチホルダ１５０をポジションＣに移動させて待機するこの状態では、ポジションＡには空いたトーチホルダが待機する。

図７乃至図１０は、レーザ加工を停止し、加工ヘッドに装着するトーチを交換する操作を示す。
図７の（ｉ）は、トーチ交換の指令を受けて、昇降用のシリンダ３５０が作動して、ポジションＡにある空のトーチホルダ１５０が上昇した状態を示す。使用済みのトーチＴ_３を装着した加工ヘッド５０は、このトーチ交換位置まで移動してくる。
図７の（ｊ）では、トーチホルダ１５０のカバー１５４を半開してトーチＴ_３との干渉を避け、（ｋ）ではカバー１５４を全開する。図の（ｌ）では、加工ヘッド５０がトーチホルダ１５０の上方へ移動し、使用済みのトーチＴ_３を受け取る。

図８の（ｍ）では、トーチホルダ１５０のカバー１５４を半開状態に閉じ、（ｎ）でカバー１５４を全閉する。（ｏ）で、シリンダ３５０を作動してトーチホルダ１５０を下降させる。
図８の（ｐ）では、ポジションシリンダ３４０を作動して、次回使用のトーチＴ_２を格納したトーチホルダ１５０をポジションＡに移動させる。

図９の（ｑ）では、次回使用のトーチＴ_２を格納したトーチホルダ１５０を上昇させ、（ｒ）でトーチカバー１５４を半開する。（ｓ）でトーチカバー１５４を全開して、（ｔ）で加工ヘッド５０が下降してトーチＴ_２を受け取る。

図１０の（ｕ）では、新しいトーチＴ_２を装着した加工ヘッド５０は加工位置に移動し、（ｖ）ではトーチカバーを半開状態に閉める。（ｗ）でトーチカバー１５４を全閉し、（ｘ）でトーチホルダ１５０を下降させて、初期状態に戻る。

図１１は、本発明の自動トーチ交換装置の操作手段を示すフロー図である。
ステップＳ１０からステップＳ１８までは、レーザ加工中の操作を示し、ステップＳ２０からステップＳ２６まではレーザ加工停止中の操作を示す。

本発明を実施するレーザ加工機の斜視図。 レーザ加工機本体とトーチ格納装置及びトーチホルダシフタの配置を示す平面図。 トーチ格納装置の詳細な構造を示す平面図。 トーチ交換ユニットとトーチホルダシフタの構成を示す説明図。 本発明のトーチの自動交換の操作を示す説明図。 本発明のトーチの自動交換の操作を示す説明図。 本発明のトーチの自動交換の操作を示す説明図。 本発明のトーチの自動交換の操作を示す説明図。 本発明のトーチの自動交換の操作を示す説明図。 本発明のトーチの自動交換の操作を示す説明図。 本発明の自動トーチ交換装置の操作手段を示すフロー図。

符号の説明

１ レーザ加工機
１０ ベッド
１５ テーブル
２０ パレット
３０ コラム
４０ サドル
５０ 加工ヘッド
１００ トーチ格納装置
１５０ トーチホルダ
１６０ フォーク
２００ トーチホルダシフタ
３００ トーチ交換ユニット

Claims (1)

1. ベッド上に摺動自在に配置されてＸ軸に沿って移動するコラムと、コラムに支持されてＹ軸に沿って移動するサドルと、サドルに支持されてＺ軸に沿って移動する工具であるトーチが交換自在に装着されるレーザ加工ヘッドを備えたレーザ加工機の自動工具交換装置であって、
   ベッドの端部の加工エリア外に配設されるトーチ交換ユニットと、トーチ交換ユニットに隣接して配設されるトーチ格納装置と、トーチ格納装置とトーチ交換ユニットの間でトーチホルダを移送するトーチホルダシフタを備え、トーチ格納装置は、１対のスプロケットに張架されるチェーンと、チェーンの外側に設けられて、トーチを格納したトーチホルダを支持する複数のフォークを備え、トーチ交換ユニットは、トーチホルダを支持する２基のベースと、２基のベースをＹ軸方向に駆動して３つのポジションに位置決めするポジションシリンダと、トーチホルダをＺ軸方向に昇降させる昇降用シリンダを備え、トーチホルダシフタはＸ軸方向に往復動してトーチホルダを移送し、トーチ交換ユニットはトーチの交換時にトーチホルダ上部のカバーを開閉する手段を備えるレーザ加工機の自動工具交換装置。

Images