JP4588422B2

JP4588422B2 - レーザ加工機

Info

Publication number: JP4588422B2
Application number: JP2004344170A
Authority: JP
Inventors: 恒彦山崎; 直臣宮川
Original assignee: Yamazaki Mazak Corp
Current assignee: Yamazaki Mazak Corp
Priority date: 2004-09-07
Filing date: 2004-11-29
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2024-11-29
Also published as: JP2006102812A

Description

本発明は、レーザ加工機において、加工ヘッドに対してレーザ加工工具と機械加工工具を交換自在に装着することができるレーザ加工機に関する。

下記の特許文献１，特許文献２は、本発明者の提案に関し、レーザ加工機において、レーザ加工ヘッドとは別体に、パンチ加工，タップ加工，ドリル加工等の機械加工工具を備えたものを開示している。
又、特許文献３は、トーチの交換装置を開示している。
特開平４−２０１１４２号公報特開平５−５７５４９号公報特開平６−３０４７５５号公報

本発明の目的は、レーザ加工ヘッドに対して、レーザ加工工具とリーマ加工，ドリル加工，ヘアライン加工，研削加工等の機械加工工具を自動交換することができるレーザ加工機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、基本的手段として、ベッドと、ベッド上に配設されてワークを支持するパレットと、ベッドの長手方向の軸線であるＸ軸に沿って移動制御されるコラムと、コラムに支持されてＸ軸に直交するＹ軸に沿って移動制御されるサドルと、サドルに支持されてＸ軸とＹ軸が形成する平面に対して垂直なＺ軸に沿って移動制御される加工ヘッドと、加工ヘッドに対して交換自在に装着される加工工具とを備えるレーザ加工機において、加工エリアの外側に用意される自動工具交換位置に配設されるレーザ加工工具及び機械加工工具のツールチェンジマガジンを備える。
そして、加工ヘッドは、レーザ加工工具と機械加工工具を交換自在に装備するクランプ装置とレーザ加工工具と機械加工工具にエアとアシストガスを送る回路を備え、レーザ加工工具は、本体と、本体内に摺動自在に挿入される集光レンズを有するロッド部材と、ロッド部材を本体に対して固定するクランプ装置を備える。
また、機械加工工具は、本体と、本体内に摺動自在に装備されるピストン部材と、ピストン部材に支持されるエアモータと、エアモータにより駆動される工具チャックを備え、工具チャックに装備されるドリル，リーマ，タップ，ヘアライン工具又は研削工具を備えるものである。
さらに、レーザ加工による開口部の壁面の加工工具又はワーク表面荒し加工工具を備えるものである。

本発明のレーザ加工機は以上のように、加工ヘッドに対してレーザ加工工具と機械加工工具を自動交換することができるから、レーザ加工に加えて、ドリル加工，リーマ加工，タップ立て加工，ヘアライン加工又は研削加工等の機械加工を施すことができる。

図１は、本発明のレーザ加工機の全体構成を示す斜視図、図２は平面図、図３は正面図、図４は要部の斜視図、図５は側面図である。
全体を符号１で示すレーザ加工機は、ベッド１０上に配設されるパレット（テーブル）２０を有し、板状のワークＷ_１が載置される。ベッド１０の長手方向の延長線上にはパレット交換装置１２が配置され、次加工用のワークＷ_２を載置したパレット２０ａが用意されている。

ベッド１０上の両側には、長手方向に沿って一対のガイドレール３４が取付けられており、ガイドレール３４上には、コラム３０がＸ軸方向に移動自在に装備される。

コラム３０のＸ軸上の駆動手段は、例えば、リニアモータが使用されており、ガイドレール３４に設けた固定子と直動ガイド３２に設けた移動子との間でリニアモータが形成される。

コラム３０には、Ｘ軸に直交するＹ軸に沿ってガイドレール４４が設けてあり、サドル４０がＹ軸上で移動自在に装備される。サドル４０は、ガイドレール４４に係合する直動ガイド４２を備え、ガイドレール４４と直動ガイド４２との間でリニアモータが形成される。

サドル４０は、Ｘ軸、Ｙ軸が形成する平面に垂直なＺ軸方向にガイドレールが設けあり、加工ヘッド５０がＺ軸に沿って移動自在に装備される。加工ヘッド５０は、レーザ発振装置８７から送られてくるレーザ光が導入される光学系を備える。

加工ヘッド５０には、図４の符号Ｔ_１で示すレーザ加工工具又は機械加工工具が交換自在に装備される。加工エリアは、カバー９０で覆われ、安全が確保される。ベッド１０に隣接して強電盤８５やレーザ発振装置８７が配設される。オペレータが様々な駆動を指示する操作盤８０は、ベッド１０上の長手方向の端部に配設される。ベッド１０上の操作盤８０に近い方の端部には、レーザ加工工具の段取りステーション１００が装備される。

図６は、レーザ加工工具の段取りステーション１００をテーブル側からみた正面図、図７は平面図である。
レーザ加工工具の段取りステーション１００は、トーチとノズルを備えたレーザ加工工具及び機械加工工具のツールチェンジマガジンを備えた工具ステーション２００とレーザ加工工具のノズルのノズルチェンジマガジンを備えたノズルステーション３００を備える。

図８は、加工ヘッド５０の下端部の構造を示す説明図である。
加工ヘッド５０の下端部には、加工工具が交換自在に装着される取付部５１０を有する。取付部５１０の両側には、１対のクランプ装置５２０が配設される。各クランプ装置５２０は、ピストン５２２と、ピストン５２２により操作されるクサビ爪５２４を有する。

図の（ａ）は、レーザ加工工具６０の頂部に設けられる爪６１０を示し、この爪６１０が加工ヘッド５０の取付部５１０のキャビテイ５１２に垂直方向に挿入，離脱するように制御される。
ピストン５２２の両側は、工具アンクランプ側の空気通路５３０と、工具クランプ側の空気通路５３２に連通される。
図の（ｂ）は、工具クランプ側の通路５３２にエアが供給され、クサビ爪５２４が引き込まれて、レーザ加工工具６０の爪６１０に係合し、工具６０をクランプした状態を示す。
図の（ｃ）は、工具アンクランプ側の空気通路５３０にエアが供給され、ピストン５２２が押し出されて、クサビ爪５２４が工具６０の爪６１０を離した状態を示す。２個のクサビ爪５２４が均等な力で工具の爪６１０に圧接されるように、バランス用のスプリング５２６が挿入されている。

この加工ヘッド５０にあっては、取付部５１０の下面には、レーザ加工工具の集光レンズを有するロッド部材のクランプ用の空気通路５５１，アンクランプ用の空気通路５５２，レンズ下降用の空気通路５５３，及びアシストガス用の通路５５４が配設されている。その他にもセンサテーブルのコネクタ５５５等も配設される。

本発明の加工ヘッド５０は、上述した複数の空気通路とアシストガス通路を備えて、後述するレーザ加工レンズの自動焦点合わせを実行することができる。
本発明は、この機構を活用して、加工ヘッドに機械加工工具を交換自在に装着し、エアタービンを用いて回転工具を駆動することができるものである。
したがって、機械加工工具の上端部にも、レーザ加工工具の上端部の爪と同様の機構が設けられる。

図９乃至図１４は、レーザ加工機の加工ヘッドにレーザ加工工具６０を装着したときの作用を示す。

図９において、レーザ加工工具６０は、工具本体６２０と、本体６２０内に上下動可能に装着されるロッド６３０を有し、ロッド６３０内に集光レンズ６３２がとりつけられる。ロッド６３０の円筒部６３２の外周部には、ピストン６５０が配設され、このピストン６５０がロッド６３０側のクサビ６４０に離接することで、ロッド６３０のクランプ，アンクランプを達成する。
加工ヘッド側に設けられるストッパシリンダ５６０は、ピストン５６２を有し、ピストン５６２はシリンダ５６０に対して伸縮する。
図９は、加工ヘッド５０をＺ軸方向に下降させて、レーザ加工工具６０を加工ヘッド５０の取付部５１０にとりつける作用を示す。

図１０は、レーザ加工工具６０が加工ヘッドの取付部５１０に装着され、クランプ用空気通路５５１に対して、空気源５５１ｂから切換弁５５１ａを介してエアが供給された状態を示す。エアは、レーザ加工工具６０内のピストン６５０を押し上げ、クサビ６４０に圧接されてロッド６３０をクランプする。このクランプエアは、ライン５５１ｃに分岐されてストッパシリンダ５６０に送られ、ストッパピストン５６２を後退させる。
この状態にあっては、レーザ加工工具６０は、通常のレーザ加工を行うことができる。この際に、アシストガス源５５４ｂのアシストガスをＮＣ制御電空レギュレータ５５４ａを介して、アシストガス通路５５４からレーザ加工工具６０内へ供給する。

次に図１１乃至図１３を用いて、レーザ加工工具の自動焦点調整の作用を説明する。

図１１において、空気源５５１ｂから切換弁５５１ａを介してアンクランプ用空気通路５５２へエアが供給された状態を示す。ピストン６５０は下方へ押し下げられてクサビ６４０から離れ、本体６２０に対してロッド６３０をアンクランプする。このエアは、ライン５５２ｃを介してストッパシリンダ５６０へ送られる。ストッパピストン５６２は押し出される。

図１２の作用に移行し、空気源５５３ｂのエアチェック弁５５３ａを介してレンズダウン用の空気通路５５３へ送る。このエアは、本体６２０とロッド６３０の間の室６３４内に送り込まれ、ロッド６３０とレンズ６３２をＺ軸に沿って最下点まで下降させる。

図１３において、加工ヘッド５０をＮＣ指令によりＺ軸に沿って任意の座標位置まで下降させる。この操作により、レンズ６３２と本体６２０に対する焦点調整距離Ｇが設定される。
この作用により、集光レンズ６３２の自動焦点調整が達成される。

その後は、図１０の状態に戻り、クランプ回路５５１にエアを送り、ロッド６３０を本体６２０にクランプするとともに、ストッパピストンを戻す。この状態でアシストガスを供給して、レーザ加工を再開することができる。

図１４は、本発明に使用する機械加工工具の構造を示す説明図である。
全体を符号７０で示す機械加工工具は、本体７２０の中央外側にマガジンに格納される際に使用されるフック７２２を有する。また、本体７２０の上端部には、加工ヘッドの工具交換装置のクランプ爪に係合する４本の爪７１０が設けてある。

本体７２０の内部には、ピストン部材７３０が挿入される。このピストン部材７３０は、本体７２０の上面７２４との間で圧力室７８４を形成する。
ピストン部材７３０の内部にはエアモータ７４０が装備される。エアモータ７４０の出力は、減速装置７５０で減速され、工具チャック７６０を駆動する。工具チャック７６０には、例えばねじ穴加工用のタップ７６２がチャッキングされる。

ピストン部材７３０の外周部の上下にはピストンシール７３４がとりつけてある。また、ピストン部材７３０の頂部には、ダンパー７３２がとりつけてある。さらに、ピストン部材７３０の下部と本体７２０の間には、スプリング７７０が設けてあり、ピストン部材７３０を上方へ向けて付勢する。ピストン部材７３０の最下端位置にはダンパー７７４をとりつけて緩衝を図る。
また、エアモータ７４０の上部には、切換弁７８５が設けてあり、エアモータ７４０の正転用のエア回路と逆転用のエア回路を切換える。

本体７２０の上面７２４には、レーザ加工工具の際のロッドのクランプ用の空気通路に連通されるエアモータの正転用の空気通路７８１と、ロッドのアンクランプ用の空気通路に連通されるエアモータの逆転用の空気通路７８２が開口する。
アシストガスの供給通路は、本体７２０の通路７８３に接続され、圧力室７８４内に導入される。

図１５は、圧力室７８４内にＮＣ制御される電空レギュレータを介して圧力が調整されたアシストガスを送り込んで、ピストン部材７３０をスプリング７７０に抗して下降させた状態を示す。エアモータ７４０で駆動されるタップ７６２は、本体７２０から突き出され、ワークに対してタッピング加工を施すことができる。

図１６以下で、機械加工工具７０を加工ヘッド５０に装着して機械加工を実行する作用を説明する。

図１６において、加工ヘッド５０の構成は、先のレーザ加工工具のときに説明したものと同様であるので同一の符号を付して説明を省略する。
工具交換位置に用意された機械加工工具７０に対して、加工ヘッド５０をＺ軸方向に下降させて、機械加工工具７０をクランプする。

図１７において、加工ヘッドの取付部５１０に設けられた空気通路のうちで、レーザ加工工具のレンズをとりつけたロッドのクランプ用回路５５１とアンクランプ用回路５５２が使用され、レンズ下降用回路５５３は使用されない。アシストガス供給回路５５４はシリンダ部材７３０の操作用に使用される。

図１８において、クランプ用回路５５１に空気源５５１ｂから切換弁５５１ａを介してエアを供給する。
機械加工工具７０の回路７８１を通るエアは、切換弁７８５を切換えてエアモータ７４０に送られ、減速装置７５０を介してタップ７６２を正方向Ｒ_１に回転させる。

この状態で図１９に示すように、アシストガス回路５５４にアシストガス源５５４ｂからＮＣ制御電空レギュレータ５５４ａを介して調圧されたアシストガスを供給する。このアシストガスは圧力室７８４に送られ、シリンダ部材７３０をスプリング７７０に抗して下降させる。
タップ７６２は、正回転しつつワークＷ_１に当接され、タップ立て加工を開始する。タッピングが開始されると、タップ７６２は、自己のリードによりワークＷ_１にねじ込まれ、タップ立てが完了する。

タップ立て完了後は、図２０に示すように、アンクランプ回路５５２にエアを供給する。このエアは、切換弁７８５を切換え、エアモータ７４０を逆方向Ｒ_２に回転させる。
タップ７６２は、逆回転しワークＷ_１から抜け出す。この際に圧力室７８４のアシストガスを調圧して、タップ７６２に余計な推力を与えないようにバランスさせる。

タップ７６２がワークＷ_１のタップ穴Ｔ_１より抜けた後は、図２１に示すように圧力室へのアシストガスの供給を停止し、スプリング７７０の作用により、ピストン部材は上限位置まで上昇し、初期状態に戻る。

図２２は、本発明の他の実施例を示す説明図である。
本実施例にあっては、機械加工工具７０の工具チャック７６０に対して、ミーリング工具又は研削工具７６４が装備される支持部材Ｋ_１上に支持されたワークＷ_１には、レーザ加工により開口部Ｈ_１等が加工される。レーザ加工時に発生するドロスＤ_１はこの開口部Ｈ_１の壁面に付着して固化し、開口部Ｈ_１の加工精度の劣化の原因となる。
本実施例にあっては、ミーリング工具又は研削工具７６４によって、開口部Ｈ_１内に付着したドロスＤ_１を切削又は研削除去し、開口部Ｈ_１の加工精度の向上を図ることができる。
図２３は本発明の更に他の実施例を示す説明図である。
ワークＷ_１の種類によっては、表面Ｓ_１が鏡面状のものがある。この鏡面にあっては、レーザ光ＬＢは、鏡面で反射してしまいレーザ加工が困難な場合もある。そこで本装置にあっては、機械加工工具７０のチャック７６０にフェースミルや表面研削工具７６６等の表面荒し加工工具をとりつけて、鏡面Ｓ_１に対して表面粗度を高める表面荒し加工を施す。表面粗度が高い表面Ｓ_２は、レーザ光ＬＢの反射率も低くなり、ピアシング穴ＰＨの加工等も容易となり、レーザ加工能率を向上させることができる

本発明は以上のように、レーザ加工ヘッドにレーザ加工工具と機械加工工具を自動交換してレーザ加工及び機械加工を行うことができるので、加工の種類も増加され、生産能率を向上することができる。

なお、上述した実施例にあっては、ツールチェンジマガジンはベッド１０の端部に配設した工具段取りステーション１００に単列に並べた構成を備えるものである。
しかしながら、ツールチェンジマガジンの配置は、上述した場所に限定されず、複数列、マトリックス列に配置することもできる。
また、Ｘ軸とＹ軸により形成される平面内に配置することに加えて、Ｘ軸とＹ軸により形成される平面に交差する平面内（例えば、Ｚ軸）に立体的に配置することができる。
その他、加工と干渉しない適宜位置に配置することも可能である。

さらに、上述した実施例にあっては、Ｘ軸とＹ軸上の駆動手段には、リニアモータの例を説明したが、ボールねじを用いても本発明を適用することができる。

本発明のレーザ加工機の全体の斜視図。本発明のレーザ加工機の平面図。本発明のレーザ加工機の要部の正面図。本発明のレーザ加工機の要部の斜視図。本発明のレーザ加工機の要部の側面図。レーザ加工工具の段取りステーションの正面図。レーザ加工工具の段取りステーションの平面図。加工ヘッド５０の下端部の構造を示す説明図。レーザ加工機の加工ヘッドにレーザ加工工具６０を装着したときの作用を示す説明図。レーザ加工機の加工ヘッドにレーザ加工工具６０を装着したときの作用を示す説明図。レーザ加工機の加工ヘッドにレーザ加工工具６０を装着したときの作用を示す説明図。レーザ加工機の加工ヘッドにレーザ加工工具６０を装着したときの作用を示す説明図。レーザ加工機の加工ヘッドにレーザ加工工具６０を装着したときの作用を示す説明図。本発明に使用する機械加工工具の構造を示す説明図。本発明に使用する機械加工工具の構造を示す説明図。機械加工工具７０を加工ヘッド５０に装着して機械加工を実行する作用を示す説明図。機械加工工具７０を加工ヘッド５０に装着して機械加工を実行する作用を示す説明図。機械加工工具７０を加工ヘッド５０に装着して機械加工を実行する作用を示す説明図。機械加工工具７０を加工ヘッド５０に装着して機械加工を実行する作用を示す説明図。機械加工工具７０を加工ヘッド５０に装着して機械加工を実行する作用を示す説明図。機械加工工具７０を加工ヘッド５０に装着して機械加工を実行する作用を示す説明図。本発明の機械加工の他の実施例を示す説明図。本発明の機械加工の他の実施例を示す説明図。

符号の説明

１レーザ加工機
１０ベッド
２０パレット
３０コラム
４０サドル
５０加工ヘッド
６０レーザ加工工具
７０機械加工工具
８０制御盤
８５強電盤
８７レーザ発振装置
９０カバー
１００レーザ加工工具の段取りステーション
２００レーザ加工機の工具ステーション

Claims

ベッドと、ベッド上に配設されてワークを支持するパレットと、ベッドの長手方向の軸線であるＸ軸に沿って移動制御されるコラムと、コラムに支持されてＸ軸に直交するＹ軸に沿って移動制御されるサドルと、サドルに支持されてＸ軸とＹ軸が形成する平面に対して垂直なＺ軸に沿って移動制御される加工ヘッドと、加工ヘッドに対して交換自在に装着される加工工具とを備えるレーザ加工機において、加工エリアの外側に用意される自動工具交換位置に配設されるレーザ加工工具及び機械加工工具のツールチェンジマガジンを備えるレーザ加工機であって、
加工ヘッドは、レーザ加工工具と機械加工工具を交換自在に装備するクランプ装置を備え、
該クランプ装置はレーザ加工工具と機械加工工具にエアとアシストガスを送る回路を備え、
クランプ装置に装備されるレーザ加工工具は、本体と、本体内に摺動自在に挿入される集光レンズを有するロッド部材と、エア回路とクサビを用いてロッド部材を本体に対して固定するクランプ、アンクランプする機構と、を備え、機械加工工具は、本体と、本体内に摺動自在に装備されるピストン部材と、ピストン部材に支持されるエアモータと、エアモータにより駆動される工具チャックを備え、エアモータはエア回路により正逆回転駆動され、ピストン部材は、アシストガスの圧力により下降することを特徴とするレーザ加工機。