JP4562995B2

JP4562995B2 - レーザピアシング加工方法、レーザ切断加工物の生産方法及びレーザ加工機

Info

Publication number: JP4562995B2
Application number: JP2003116999A
Authority: JP
Inventors: 航史宇野; 秀一澤井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-04-22
Filing date: 2003-04-22
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2023-04-22
Also published as: JP2004322116A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーザピアシング加工時やレーザ切断加工時に飛散するスパッタや溶融物が被切断部材に固着するのを防止するレーザピアシング加工方法、レーザ切断加工物の生産方法及びレーザ加工機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザによる鋼板の切断では、通常、ピアシング加工を実施してから目的の切断加工を行う。一般にピアシング加工は、レーザ照射ノズルからレーザビームを鋼板等の被切断部材に照射し、被切断部材を加熱溶融してピアシング孔を形成し、同時にアシストガス（酸素ガス）を噴射して、その運動エネルギによりピアシング孔から溶融物を排除するようにして行われる。
【０００３】
ピアシング加工を実施すると、溶融物の一部はピアシング孔の周囲に堆積し、また一部はピアシング孔から離れた位置に飛散し、被切断部材の表面に固着して製品品質の劣化や、その後の切断加工不良を誘発する。
【０００４】
そこで、従来のレーザピアシング加工方法として、レーザ照射ノズルの側部に隣接配置されたオイル塗布機構に、被切断部材のピアシング予定位置に向けてブローガスを噴射するブローノズルを設け、このブローノズルにブローガスを供給するブローガス配管の途中に設けられたオイル混入部にて、霧化されたオイルがブローガスに混入されるようにし、ピアシング予定位置に向けてブローガスを噴射し、ブローガスとともに混入されたオイルを被切断部材に吹き付け、塗布するものがある。
【０００５】
このオイル塗布機構は、レーザビーム照射開始前に作動して、ピアシング予定位置の周囲の被切断部材上及びレーザ照射ノズルの下端部にオイルを塗布するものであり、オイルの塗布完了後、移動機構によって、レーザ照射ノズルから離間した位置へ退避させる。レーザビーム照射によるピアシング加工の完了後、レーザ加工機が次のピアシング孔の加工動作に入ったら、移動機構によってオイル塗布機構をレーザ照射ノズルの側部のブロー位置へ再び配置する。
【０００６】
ピアシング加工前に、予め、オイルが被切断部材に塗布されるため、ピアシング加工によって生じたスパッタや、飛散した溶融物の被切断部材への固着が防止できる（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−８４６８６号公報（第６−７頁、図５）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
高速ピアシング加工では、アシストガスに用いる酸素と高出力のレーザビームによる爆発的な酸化反応のために溶融物の飛散が多くなり、また飛散距離も長くなることから、被切断部材への溶融物の固着を防止するために、被切断部材の上面の広範囲の領域もしくは全面にオイルを塗布する必要があるが、上記の従来のオイル塗布機構においては、ピアシング予定位置の周囲の限られた範囲にしかオイルを塗布することができなかった。
【０００９】
また、オイルの塗布完了後、移動機構によって、レーザ照射ノズルから離間した位置へ退避させ、レーザビーム照射によるピアシング加工の完了後、レーザ加工機が次のピアシング孔の加工動作に入ったら、移動機構によってオイル塗布機構をレーザ照射ノズルの側部のブロー位置へ再び配置するので、機構が複雑となり、また、オイル塗布機構の移動工程の分、タクトタイムが長いという問題があった。
【００１０】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、オイルの塗布範囲が広く、単純な機構で、タクトタイムが短いレーザピアシング加工方法、レーザ切断加工物の生産方法及びレーザ加工機を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、この発明に係るレーザピアシング加工方法は、被切断部材の切断予定線上にレーザビームを照射してピアシング孔を穿設するレーザピアシング加工方法において、前記被切断部材のレーザ照射前の移動動作時に前記被切断部材の上面の全面にオイルを散布する第１の工程と、前記オイル散布後に前記被切断部材の切断予定線上に前記レーザビームを照射してレーザピアシング孔を穿設する第２の工程と、を含むものである。
【００１２】
この発明によれば、被切断部材のレーザ照射前の移動動作時に被切断部材の上面の全面にオイルを散布する第１の工程と、オイル散布後に被切断部材の切断予定線上にレーザビームを照射してレーザピアシング孔を穿設する第２の工程と、を含むので、短いタクトタイムで、被切断部材の上面の全面にオイルを塗布することができ、飛散距離の長いスパッタや溶融物が被切断部材に固着するのを防止することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面を参照してこの発明に係るレーザピアシング加工方法、レーザ切断加工物の生産方法及びレーザ加工機の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
実施の形態１．
図１〜５を用いて、この発明の実施の形態１を説明する。図１はこの発明の実施の形態１のレーザ加工機の全体斜視図、図２はレーザピアシング加工の説明図、図３はオイル散布装置の構成図、図４はブローガス制御機構の構成を示すブロック図、図５はオイル散布制御機構の構成を示すブロック図である。
【００１５】
図において、レーザ加工機としての光走査型レーザ加工機７は、図示しない駆動制御装置により、図１のＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に３次元移動可能な加工ヘッド１６を有し、加工ヘッド１６には、ベッド７ａに載置された金属板等の被切断部材３に向けてレーザビーム２を照射するレーザ照射ノズル１が備えられている。
【００１６】
レーザ照射ノズル１は、第２の工程として、ＸＹ平面を走査し、酸素ガス等のアシストガス４の噴射と共にレーザビーム２を被切断部材３に照射して、被切断部材３の切断予定線上にピアシング孔５を穿設する。その後、レーザ切断加工物の生産方法として、ピアシング孔５にレーザビーム２を照射して被切断部材３に切り込みを入れて切断を開始し、その後、レーザビーム２を連続して照射して被切断部材３を指定された形状に切断する。
【００１７】
高速ピアシング加工及び高速切断加工では、アシストガス４に用いる酸素と高出力のレーザビーム２による爆発的な酸化反応のために溶融物（溶融金属）６の飛散が多くなり、また飛散距離も長くなることから、被切断部材３への溶融物６の固着を防止するために、被切断部材３の上面の広範囲の領域もしくは全面にオイルを塗布する必要がある。
【００１８】
光走査型レーザ加工機７の被切断部材搬入出口７ｂには、加工機７に被切断部材３を搬入出するパレットチェンジャ８が備えられていて、被切断部材３を載置した移動手段としてのパレット１３が図示しない搬送機構によりＸ軸方向へ搬送（移動）されて、加工機７のベッド７ａ上のレーザ照射領域へ搬入され、定位置で固定されてレーザピアシング加工及び切断加工が行われ、加工終了後、搬入出口７ｂから搬出されてパレットチェンジャ８に戻る。
【００１９】
被切断部材搬入出口７ｂの上部には、パレット１３の幅方向（Ｙ軸方向）に複数並べられたオイル散布ノズル１９を備え、被切断部材３の搬入動作中に被切断部材３の上面の広範囲の領域もしくは全面にオイルを散布するオイル散布装置１５が備えられている。オイル散布装置１５は、レーザ加工機７のフレームに取付けてもよいし、別設したスタンドに支持させてもよいが、そのＸ軸方向の設置位置は、パレット１３を最も後退させたときのパレット１３の前端位置とし、その上方に設置する。この位置に設置することにより、パレット１３が最後退位置から最前進位置まで移動する間にパレット１３上の被切断部材３の上面全面にわたってオイルを散布することができる。
【００２０】
図３に示すように、オイル散布装置１５は、窒素ガス等のブローガス供給源１７ａから複数のオイル散布ノズル１９にブローガス１７を供給して噴射させる管２１の途中にオイル供給装置２２を設け、霧化されたオイル１８がブローガス１７に混入され、被切断部材３に散布されるようになっている。オイル散布ノズル１９は、パレット１３の全幅にわたって隙間無くオイル散布が可能な数だけ備えられている。
【００２１】
また、各オイル散布ノズル１９に接続する管２１には、複数のノズル１９毎に電磁開閉弁２０が備えられ、オイル散布作動するノズル１９が選択できるようになっている。さらに、単位時間当たりのオイル散布量は、図４に示すブローガス制御機構２３により制御される。このブローガス制御機構２３は、管２１内のブローガス１７の圧力を計測する圧力検出器２４と、圧力検出器２４の計測圧力と電磁開閉弁２０の開弁数とに応じてブローガス１７の供給圧力を設定する変換器２５と、変換器２５が設定した圧力に基づいてブローガス供給圧力を調整する圧力調整器２６とを備えている。
【００２２】
すなわち、このブローガス制御機構２３は、圧力検出器２４が計測した管２１内の圧力Ｐ１の計測信号が変換器２５に入力され、電磁開閉弁２０の開弁数から適切なブローガス１７の供給圧力Ｐ２を算出して圧力調整器２６に指示信号として発信し、これにより圧力調整器２６がブローガス１７の供給圧力をＰ２に調整するものである。
【００２３】
オイルを散布する領域は、図５に示すオイル散布制御機構２７により制御される。このオイル散布制御機構２７は、被切断部材３の形状情報、すなわちパレット１３に対する被切断部材３の占有領域の位置情報を入力するための入力器２８と、被切断部材３をレーザ加工機７に搬入する際のオイル散布ノズル１９とパレット１３のＸ軸方向の相対位置を検出するための検出器３５と、被切断部材３の形状情報と被切断部材３の搬入時の位置情報（移動情報）から電磁開閉弁２０の開閉を制御することにより、被切断部材３にオイルを散布するオイル散布ノズル１９を選択し、さらに選択されたノズル１９の散布開始と終了のタイミングを制御する制御器２９とを備えている。
【００２４】
すなわち、被切断部材３のレーザ加工機７への搬入動作に同期させて、オイル散布装置１５の複数のオイル散布ノズル１９のうち、被切断部材３の幅方向の占有領域に合わせて作動させるノズル１９を選択し、パレット１３の移動位置及び被切断部材３の長さ方向の占有領域に合わせてノズル１９の塗布開始と終了のタイミングを制御する。このようにして、任意の形状の被切断部材３の上面の広範な領域もしくは全面にオイルを散布することが可能である。
【００２５】
被切断部材３の形状情報（パレット占有領域情報）は、オペレータによる入力器２８への入力に限らず、例えば図示しないＣＣＤカメラ等により被切断部材３のパレット占有領域を自動識別し、その情報が制御器２９に与えられてもよい。
【００２６】
上述のように、実施の形態１のレーザピアシング加工方法及びレーザ切断加工物の生産方法では、第１の工程として、被切断部材３のレーザ加工機７への搬入動作中に、被切断部材３上面の広範な領域もしくは全面にオイルを散布してしまうので、高速ピアシング加工及び高速切断加工等で、爆発的な酸化反応のために溶融物（溶融金属）６の飛散が多くなり、飛散距離が長くなっても、被切断部材３への溶融物６の固着を防止することができ、また、オイル塗布のための専用の工程を必要とせず、レーザ加工全体のタクトタイムを短縮することができる。
【００２７】
さらに、オイル散布装置１５は移動装置を必要とせず、固定して設置することができ、特に1ｍを超える大形の被切断部材３の場合でもオイル散布装置１５が複雑化することがなく、多品種の被切断部材３を扱う場合にも、作動させるオイル散布ノズル１９を選択するだけで、オイル散布装置１５の構成部材を交換することなく柔軟に対応することができる。
【００２８】
被切断部材３のピアシング加工による飛散溶融物６の固着防止のために必要なオイル塗膜厚さは、被切断部材３の材質及び厚さにより異なる。図５に示すオイル散布制御機構２７では、被切断部材３の材質及び厚さ情報も入力器２８から入力し、この入力信号に基づき制御器２９においてブローガス圧力指示信号をオイル散布装置１５の圧力調整器２６に発信し、ブローガス圧力をさらに調整することにより、オイル塗膜厚さを制御することができる。これにより、被切断部材３の材質および厚さに応じた適切なオイル塗膜厚さが得られる。また、余剰なオイル散布を避けることができ、経済的なオイル散布が可能となる。
【００２９】
なお、上述のオイル塗膜厚さの制御方法は、被切断部材３のレーザ加工機７への搬入速度が一定であることを前提としているが、時間当たりの散布オイル１８の噴出量を一定とし、被切断部材３の材質及び厚さに応じて搬入速度を変化させても良い。
【００３０】
実施の形態２．
図６及び図２を用いて、この発明の実施の形態２を説明する。図６はこの発明の実施の形態２を示すハイブリッド型レーザ加工機の全体斜視図である。図において、図１と同一または相当する部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００３１】
レーザ加工機としてのハイブリッド型レーザ加工機３０は、ベッド３２と、ベッド３２に組み込まれた図示しない駆動制御装置により、図６のＸ軸方向に移動可能な移動手段としての加工テーブル３１と、ベッド３２に固定され門形構造をなすコラム３４及びクロスレール３３と、クロスレール３３に組み込まれた図示しない駆動制御装置等によりＹ、Ｚ軸方向へ移動可能な加工ヘッド１６とを概ね備え、加工ヘッド１６には、加工テーブル３１に載置された金属板等の被切断部材３に向けてレーザビーム２を照射するレーザ照射ノズル１が備えられている。
【００３２】
レーザピアシング加工方法の第２の工程として、加工テーブル３１のＸ軸方向走査と加工ヘッド１６のＹ軸方向走査とを協働させて被切断部材３のＸＹ平面を走査し、酸素ガス等のアシストガス４の噴射と共にレーザビーム２を被切断部材３に照射して、被切断部材３の切断予定線上にピアシング孔５を穿設する。その後、レーザ切断加工物の生産方法として、ピアシング孔５にレーザビーム２を照射して被切断部材３に切り込みを入れて切断を開始し、その後、レーザビーム２を連続して照射して被切断部材３を指定された形状に切断する。
【００３３】
上述のハイブリッド型レーザ加工機３０では、通常、加工テーブル３１をＸ軸方向の端部まで後退させた位置（図６に示す位置）で被加工物３の載置を行う。
【００３４】
実施の形態２のレーザ加工機３０では、加工テーブル３１をＸ軸方向の端部まで後退させたときの加工テーブル３１の前端位置の上方のクロスレール３３またはクロスレール３３を支えるコラム３４等の固定部にオイル散布装置１５を設け、レーザピアシング加工方法の第１の工程として、レーザ照射前に加工テーブル３１をＸ軸方向に駆動しながらオイル１８を散布すれば、被切断部材３上面の広範な領域もしくは全面にオイル散布することが可能である。オイル散布装置１５は、別設のスタンドに支持させるようにしてもよい。オイル散布装置、ブローガス制御機構及びオイル散布制御機構は、実施の形態１のものと同じものを使用することができる。
【００３５】
この実施の形態２における加工テーブル３１の移動は、オイル散布工程において、実施の形態１のパレット１３の搬入と同等の役割を果たす。また、ハイブリッド型レーザ加工機３０においても、実施の形態１の場合と同様に、パレットチェンジャ８により被加工物３の搬入出を行う場合があるが、この場合は、実施の形態１のオイル散布方法を採用することもできる。
【００３６】
【発明の効果】
この発明のレーザピアシング加工方法によれば、被切断部材のレーザ照射前の移動動作時に被切断部材の上面の全面にオイルを散布する第１の工程と、オイル散布後に被切断部材の切断予定線上にレーザビームを照射してレーザピアシング孔を穿設する第２の工程とを含むので、加工のタクトタイムを短縮し、飛散距離の長い溶融物が被切断部材に固着するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１のレーザ加工機を示す全体斜視図である。
【図２】レーザピアシング加工の説明図である。
【図３】オイル散布装置の構成図である。
【図４】ブローガス制御機構の構成を示すブロック図である。
【図５】オイル散布制御機構の構成を示すブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態２のレーザ加工機を示す全体斜視図である。
【符号の説明】
１レーザ照射ノズル、２レーザビーム、３被切断部材、４アシストガス、５ピアシング孔、６溶融物、７光走査型レーザ加工機、７ａベッド、７ｂ被切断部材搬入出口、８パレットチェンジャ、１３パレット、１５オイル散布装置、１６加工ヘッド、１７ブローガス、１７ａブローガス供給源、１８オイル、１９オイル散布ノズル、２０電磁開閉弁、２１管、２２オイル供給装置、２３ブローガス制御機構、２４圧力検出器、２５変換器、２６圧力調整器、２７オイル散布制御機構、２８入力器、２９制御器、３０ハイブリット型レーザ加工機、３１加工テーブル、３２ベッド、３３クロスレール、３４コラム、３５検出器。

Claims

被切断部材の切断予定線上にレーザビームを照射してピアシング孔を穿設するレーザピアシング加工方法において、
前記被切断部材のレーザ照射前の移動動作時に前記被切断部材の上面の全面にオイルを散布する第１の工程と、
前記オイル散布後に前記被切断部材の切断予定線上に前記レーザビームを照射してレーザピアシング孔を穿設する第２の工程と、
を含むレーザピアシング加工方法。
前記被切断部材の材質及び厚さに応じてオイル塗膜厚さを変更することを特徴とする請求項１に記載のレーザピアシング加工方法。
請求項１又は２のいずれか一つに記載のレーザピアシング加工方法における第１の工程及び第２の工程と、
前記穿設されたピアシング孔に前記レーザビームを照射して前記被切断部材に切り込みを入れる工程と、
前記レーザビームを連続して照射して前記被切断部材を切断する工程と、
を含むレーザ切断加工物の生産方法。
被切断部材をレーザ照射前に移動させる移動手段と、
前記移動手段による前記被切断部材の移動動作時に、前記被切断部材の上面の全面にオイルを散布するオイル散布装置と、
前記移動手段と協働して、または単独で前記被切断部材の切断予定線上を走査しながらレーザビームを照射し、レーザピアシング加工及び切断加工を行うレーザ加工ヘッドと、
を含むレーザ加工機。
前記移動手段は、前記レーザ加工機に前記被切断部材を搬入出するパレットチェンジャのパレットであることを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工機。
前記移動手段は、前記被切断部材を載置して前記レーザ加工機のベッド上を移動する加工テーブルであることを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工機。
前記オイル散布装置は、前記移動手段が最も後退した時の該移動手段の前端部の上方位置に設置され、前記移動手段の幅方向に並ぶ複数のオイル散布ノズルを備えることを特徴とする請求項４〜６のいずれか一つに記載のレーザ加工機。
前記移動手段上の前記被切断部材の占有領域を検出する検出手段を備えることを特徴とする請求項４〜７のいずれか一つに記載のレーザ加工機。