JP5976156B2 - Laser cutting method and apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、例えば8mm〜32mm程度の厚い鋼板のレーザ切断加工を行うレーザ切断加工方法及び装置に係り、さらに詳細には、例えば、半径が0.8mm〜1.2mm程度の小径円弧部や、上記小径円弧部の半径以上であって板厚の約1/2以下の半径の円弧部を切断するときのレーザ切断加工方法及び装置に関する。 The present invention relates to a laser cutting method and apparatus for performing laser cutting of a thick steel plate of, for example, about 8 mm to 32 mm, and more specifically, for example, a small-diameter arc portion having a radius of about 0.8 mm to 1.2 mm, The present invention relates to a laser cutting processing method and apparatus for cutting an arc portion having a radius not less than the radius of the small-diameter arc portion and not more than about ½ of the plate thickness.
板状のワークのレーザ切断加工を行うとき、ワークを直線状に切断加工する場合や、比較的大きな曲率半径の円弧状などの曲線に切断加工する場合には、レーザ発振器のレーザ出力を大出力に制御すると共にレーザ切断の加工速度を高速に制御してレーザ切断加工が能率よく行われている。そして、前記直線状の切断加工線や曲線状の切断加工線が小半径の小径円弧部に接続してある場合や、急激に折れ曲がるエッジ部を形成する場合には、入熱過多によるバーニング等を防止するために、レーザ発振器の出力を小出力に制御すると共にレーザ切断加工の速度を低速に制御することが行われている(例えば特許文献1、2参照)。 When performing laser cutting of a plate-shaped workpiece, when cutting the workpiece into a straight line or cutting into a curved line such as an arc with a relatively large radius of curvature, the laser output of the laser oscillator is high. In addition, the laser cutting process is efficiently performed by controlling the processing speed of the laser cutting at a high speed. When the straight cutting line or the curved cutting line is connected to a small-diameter small-diameter arc part or when an edge part that bends sharply is formed, burning due to excessive heat input is performed. In order to prevent this, the output of the laser oscillator is controlled to a small output and the speed of the laser cutting process is controlled to be low (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
前記特許文献1には、ワークとしての鋼板のレーザ切断加工を行う場合であって、コーナ部や鋭角部のレーザ切断加工時には、バーニング現象を防止するためにパルス切断モードとしてレーザー光の周波数を制御することが記載されている。なお、特許文献1には、切断対象とするワークの厚さが記載されていないので、厚さが数mm程度の一般的な厚さのワーク(薄板)の場合である。 Patent Document 1 discloses a case where laser cutting of a steel sheet as a workpiece is performed, and the laser beam frequency is controlled as a pulse cutting mode in order to prevent a burning phenomenon during laser cutting of a corner portion or an acute angle portion. It is described to do. In addition, since the thickness of the workpiece | work made into cutting object is not described in patent document 1, it is a case of the workpiece | work (thin board) of the general thickness whose thickness is about several mm.
前記特許文献2には、ワークのコーナ部のレーザ切断加工を行う場合、特許文献2の図1に示されるように、レーザ切断加工の加工速度を低速に制御すると共にレーザー出力を低出力に制御することが記載されている。 In Patent Document 2, when laser cutting of a corner portion of a workpiece is performed, as shown in FIG. 1 of Patent Document 2, the processing speed of laser cutting is controlled at a low speed and the laser output is controlled at a low output. It is described to do.
さらに、特許文献2の[0028]、[0029]、[0030]には、次のことが記載されている。すなわち、ワーク材質SS400、ワーク厚さ16mmの厚板のワークに90°のエッジ加工を行う場合のレーザーパワー3000W、デューティ50%、アシストガス圧0.4kgf/cm2 で、コーナ部に近づくにつれて、次第にレーザーパワー、周波数、デューティ、アシストガス圧を低下させ、かつコーナ部においてレーザー発振を停止して、3秒のドウエル時間後に、再びレーザ切断加工を開始した従来のレーザ切断加工方法においては、図7に示されるように、コーナー直後の切断面に欠けが発生していた。 Furthermore, [0028], [0029], and [0030] of Patent Document 2 describe the following. In other words, with a workpiece material SS400, a workpiece with a thickness of 16 mm and a 90 ° edge machining, the laser power is 3000 W, the duty is 50%, the assist gas pressure is 0.4 kgf / cm 2, and gradually approaching the corner. In the conventional laser cutting method in which the laser power, the frequency, the duty, the assist gas pressure are reduced, the laser oscillation is stopped at the corner portion, and the laser cutting processing is started again after a dwell time of 3 seconds. As shown in FIG. 3, the cut surface immediately after the corner was chipped.
しかし、コーナ部において、レーザーパワーを1000W、周波数を10Hz 、デューティを15%に変更し、3秒のドウエル時間後に前条件に徐々に戻した場合には、図8示されるように、欠けが発生しておらず、良好の断面である。なお、特許文献2には、90°のエッジ加工を行う場合の半径が記載されていないことから、ワークの厚さ16mmに対して、例えば半径が1mm程度の小径の格別の場合をも想定しているものではない。 However, when the laser power is changed to 1000 W, the frequency is set to 10 Hz, the duty is changed to 15% at the corner, and the condition is gradually returned to the previous condition after the dwell time of 3 seconds, chipping occurs as shown in FIG. This is a good cross section. In addition, since the radius in the case of performing 90 ° edge processing is not described in Patent Document 2, it is assumed that the workpiece has a thickness of 16 mm, for example, a small diameter of about 1 mm. It is not what you have.
そして、特許文献2に記載の方法においては、3秒のドウエル時間を備えるものであるから、レーザ切断加工の能率向上を図る上において問題がある。 And since the method of patent document 2 is provided with the dwell time of 3 second, there exists a problem in aiming at the efficiency improvement of a laser cutting process.
ところで、ワークとしての鋼板がSS材であって、アシストガスとして酸素を使用し、8mm〜32mmの厚板のコーナ部を、半径が0.8mm〜1.2mm程度の小径円弧部をレーザ切断加工を行うと、前記特許文献2の図7に示されている場合と同様に、コーナ部を通過した直後の切断面の下部側に凹みやバーニングが発生することがある。また、アシストガスとしてチッソガスを使用して、ワークとしてステンレス鋼板の厚板のコーナ部を同様の小径円弧部にレーザ切断加工を行うと、コーナ部を通過した直後の下部にプラズマが発生して、当該プラズマ発生位置に対応する切断面があれて粗面になることがある。 By the way, the steel plate as the workpiece is SS material, oxygen is used as the assist gas, and the corner portion of the thick plate of 8 mm to 32 mm is laser-cut and the small-diameter arc portion having a radius of about 0.8 mm to 1.2 mm is laser-cut. In the same manner as in the case shown in FIG. 7 of Patent Document 2, a dent or burning may occur on the lower side of the cut surface immediately after passing through the corner portion. In addition, when using Chisso gas as the assist gas and performing laser cutting processing on the same small-diameter arc portion of a thick steel plate corner as a workpiece, plasma is generated in the lower part immediately after passing the corner, There may be a rough surface due to a cut surface corresponding to the plasma generation position.
なお、コーナ部を通過した直後の下部の切断面が粗面になることは、前記半径の場合には極端に生じ易いものの、粗面の程度の差はあるが、厚板における板厚の約1/2の半径の場合にも生じることがある。 It should be noted that the lower cut surface immediately after passing the corner portion becomes rough, although it is extremely likely to occur in the case of the radius, although there is a difference in the degree of the rough surface, the thickness of the thick plate is about It may also occur in the case of a radius of 1/2.
本発明は、前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、アシストガスとして酸素を使用してSS材の厚い鋼板のワークのレーザ切断加工時に、又はアシストガスとしてチッソガスを使用してSUSの厚い鋼板のワークのレーザ切断加工時に、半径が0.8mm〜1.2mmの極小範囲の小径円弧部及び/又は前記極小範囲の半径よりは大きく板厚の1/2の半径よりは小さな小範囲の半径の小径円弧部を切断するときのレーザ切断加工方法であって、レーザ切断加工方向の進行方向に見て直線部又は曲線部と前記小径円弧部との接続位置をA位置とし、当該A位置を通過して当該小径円弧部と次の直線部又は曲線部との接続位置をB位置とし、かつ当該B位置からレーザ切断加工の進行方向の所定距離の位置をC位置としたとき、前記A位置までのレーザ切断加工時のレーザ出力、レーザ切断加工速度に対して、前記A位置から前記C位置までのレーザ出力を同一出力に保持しつつレーザ切断加工速度を低速に制御してレーザ切断加工を行い、前記C位置以後のレーザ切断加工は、前記A位置までのレーザ切断加工と同一の加工条件でもってレーザ切断加工を行い、前記小径円弧部のレーザ切断加工を行うときは、ワーク上面におけるレーザ切断加工の進行位置に対するワーク下面のレーザ切断加工の進行位置の遅れ差を、直線部のレーザ切断加工時の遅れ差よりも小さくしてレーザ切断加工を行うことを特徴とするものである。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and is a steel sheet thick in SUS at the time of laser cutting of a workpiece of a steel sheet thick in SS material using oxygen as an assist gas, or using nitrogen gas as an assist gas. When laser cutting of a workpiece, a small-diameter arc portion of a minimum range of 0.8 to 1.2 mm in radius and / or a small range of radius that is larger than the radius of the minimum range and smaller than ½ radius of the plate thickness Is a laser cutting processing method when cutting a small-diameter arc portion, and a connection position between a linear portion or a curved portion and the small-diameter arc portion when viewed in the traveling direction of the laser cutting processing direction is an A position, and the A position is When the passing position of the small-diameter circular arc portion and the next straight line portion or curved portion is the B position, and the position of the predetermined distance in the laser cutting processing direction from the B position is the C position, the A position For up to With respect to the laser output at the time of laser cutting and the laser cutting processing speed, while maintaining the laser output from the A position to the C position at the same output, the laser cutting processing speed is controlled to be low, and the laser cutting processing is performed. The laser cutting processing after the C position is performed under the same processing conditions as the laser cutting processing up to the A position, and when performing the laser cutting processing of the small-diameter arc portion, the laser cutting processing on the upper surface of the workpiece is performed. The laser cutting process is performed by making the delay difference in the laser cutting process on the lower surface of the workpiece with respect to the progressing position smaller than the delay difference in the laser cutting process on the straight portion.
また、アシストガスとして酸素を使用してSS材の厚い鋼板のワークのレーザ切断加工時に、又はアシストガスとしてチッソガスを使用してSUSの厚い鋼板のワークのレーザ切断加工時に、半径が0.8mm〜1.2mmの極小範囲の小径円弧部及び/又は前記極小範囲の半径よりは大きく板厚の1/2の半径よりは小さな小範囲の半径の小径円弧部を切断するときのレーザ切断加工方法であって、レーザ切断加工方向の進行方向に見て直線部又は曲線部と前記小径円弧部との接続位置をA位置とし、当該A位置を通過して当該小径円弧部と次の直線部又は曲線部との接続位置をB位置とし、かつ当該B位置からレーザ切断加工の進行方向の所定距離の位置をC位置としたとき、前記A位置までのレーザ切断加工時のレーザ出力、レーザ切断加工速度に対して、前記A位置から前記C位置までのレーザ切断加工速度を同一速度に保持しつつレーザ出力を高出力に制御してレーザ切断加工を行い、前記C位置以後のレーザ切断加工は、前記A位置までのレーザ切断加工と同一の加工条件でもってレーザ切断加工を行い、前記小径円弧部のレーザ切断加工を行うときは、ワーク上面におけるレーザ切断加工の進行位置に対するワーク下面のレーザ切断加工の進行位置の遅れ差を、直線部のレーザ切断加工時の遅れ差よりも小さくしてレーザ切断加工を行うことを特徴とするものである。 Further, when laser cutting a workpiece of a steel plate with a thick SS material using oxygen as the assist gas, or when laser cutting a workpiece of a steel plate with a SUS thick using nitrogen gas as the assist gas, the radius is 0.8 mm to A laser cutting method for cutting a small-diameter arc portion of a minimum range of 1.2 mm and / or a small-diameter arc portion of a small range radius larger than the radius of the minimum range and smaller than ½ radius of the plate thickness. The position of connection between the straight portion or curved portion and the small-diameter arc portion when viewed in the direction of progress of the laser cutting process is A position, and passes through the A position and the small-diameter arc portion and the next straight portion or curve. The laser output at the time of laser cutting processing up to the A position, laser cutting processing, when the connection position with the part is B position and the position of a predetermined distance in the direction of laser cutting processing from the B position is C position With respect to the speed, the laser cutting processing from the A position to the C position is held at the same speed while controlling the laser output to a high output to perform the laser cutting processing. When performing laser cutting under the same processing conditions as laser cutting up to the position A and performing laser cutting of the small-diameter arc portion, laser cutting of the lower surface of the workpiece relative to the progress position of the laser cutting processing on the upper surface of the workpiece The laser cutting process is performed by making the delay difference of the traveling position smaller than the delay difference at the time of laser cutting of the straight portion.
また、アシストガスとして酸素を使用してSS材の厚い鋼板のワークのレーザ切断加工時に、又はアシストガスとしてチッソガスを使用してSUSの厚い鋼板のワークのレーザ切断加工時に、半径が0.8mm〜1.2mmの極小範囲の小径円弧部及び/又は前記極小範囲の半径よりは大きく板厚の1/2の半径よりは小さな小範囲の半径の小径円弧部を切断するときのレーザ切断加工方法であって、前記小径円弧部のレーザ切断加工を行うときは、ワーク上面におけるレーザ切断加工の進行位置に対するワーク下面のレーザ切断加工の進行位置の遅れ差を、直線部のレーザ切断加工時の遅れ差よりも小さくするために、直線部のレーザ切断加工時のレーザ出力と同一出力に保持しつつレーザ切断加工速度を低速に制御して、又は直線部のレーザ切断加工時の加工速度と同一速度に保持しつつレーザ出力を高出力に制御してレーザ切断加工を行うことを特徴とするものである。 Further, when laser cutting a workpiece of a steel plate with a thick SS material using oxygen as the assist gas, or when laser cutting a workpiece of a steel plate with a SUS thick using nitrogen gas as the assist gas, the radius is 0.8 mm to A laser cutting method for cutting a small-diameter arc portion of a minimum range of 1.2 mm and / or a small-diameter arc portion of a small range radius larger than the radius of the minimum range and smaller than ½ radius of the plate thickness. When performing laser cutting processing of the small-diameter arc portion, the difference in delay of the laser cutting processing position on the lower surface of the workpiece with respect to the position of laser cutting processing on the upper surface of the workpiece is the delay difference in laser cutting processing of the linear portion. Therefore, the laser cutting speed is controlled at a low speed while maintaining the same output as the laser output at the time of laser cutting of the straight portion, or the laser cutting of the straight portion is performed. The laser cutting process is performed by controlling the laser output to a high output while maintaining the same processing speed as the cutting process.
また、ワークとしてのSS材又はSUSの鋼板のレーザ切断加工を行うレーザ切断加工装置であって、レーザ発振器と、レーザ発振器から発振されたレーザ光を集光してワークに照射するためのレーザ加工ヘッドと、上記レーザ加工ヘッドへ供給するアシストガスとしてチッソガス又は酸素を切換自在なアシストガス供給手段と、前記レーザ発振器のレーザ出力及びワークに対する前記レーザ加工ヘッドの相対的な移動速度を制御自在な制御手段と、アシストガスとしてチッソガスを使用してSUSの厚いワークのレーザ切断加工をするときに半径が0.8mm〜1.2mmの極小範囲の小径円弧部及び/又は前記極小範囲の半径よりは大きく板厚の1/2の半径よりは小さな小範囲の半径の小径円弧部のレーザ切断加工を行うときのレーザ切断加工条件を予め格納した第1加工条件テーブルと、アシストガスとして酸素を使用してSS材の厚いワークのレーザ切断加工時に半径が0.8mm〜1.2mmの極小範囲の小径円弧部及び/又は前記極小範囲の半径よりは大きく板厚の1/2の半径よりは小さな小範囲の半径の小径円弧部のレーザ切断加工を行うときのレーザ切断加工条件を予め格納した第2加工条件テーブルと、ワークのレーザ切断加工を行うために入力手段から入力された加工用プログラムを先読みするプログラム先読手段と、当該プログラム先読手段によって先読みしたワークの材質に対応してアシストガスを選択するアシストガス選択手段と、前記プログラム先読手段によって先読みした内容に前記小径円弧部が含まれるときに先読みされたワークの材質に対応して前記第1又は第2の加工条件テーブルを選択する加工条件テーブル選択手段と、前記小径円弧部のレーザ切断加工を行うときに、前記加工条件テーブル選択手段によって選択された加工条件テーブルに格納されている加工条件でもって、前記レーザ発振器の出力及びワークに対する前記レーザ加工ヘッドの相対的な移動速度の制御を行い、かつ前記小径円弧部のレーザ切断加工を行うときにはワーク上面におけるレーザ切断加工の進行位置に対するワーク下面のレーザ切断加工の進行位置の遅れ差を、直線部のレーザ切断加工時の遅れ差よりも小さくしてレーザ切断加工を行うために、ワークに対する前記レーザ加工ヘッドの相対的な移動速度を制御するための前記制御手段と、を備えていることを特徴とするものである。 Moreover, it is a laser cutting processing apparatus that performs laser cutting processing of an SS material or SUS steel plate as a workpiece, a laser oscillator and laser processing for condensing laser light emitted from the laser oscillator and irradiating the workpiece Head, assist gas supply means capable of switching nitrogen gas or oxygen as assist gas supplied to the laser processing head, and control capable of controlling the laser output of the laser oscillator and the relative movement speed of the laser processing head with respect to the workpiece It means, larger than the radius radius of the small diameter arcuate portion and / or the minimum range of minimum range 0.8mm~1.2mm when the laser cutting of thick SUS workpiece using Chissogasu as an assist gas Laser cutting processing when performing laser cutting of small-diameter arcs with a small radius smaller than half the plate thickness A first machining condition table in which machining conditions are stored in advance, and a small-diameter arc portion having a radius of 0.8 mm to 1.2 mm and / or a small-diameter arc portion at the time of laser cutting of a workpiece with a thick SS material using oxygen as an assist gas. A second processing condition table that stores in advance laser cutting processing conditions when performing laser cutting processing of a small-diameter arc portion having a radius in a small range that is larger than the radius of the minimum range and smaller than a radius of ½ of the plate thickness; Program prefetching means for prefetching a machining program input from the input means for performing laser cutting of a workpiece, and assist gas selection for selecting an assist gas corresponding to the material of the workpiece prefetched by the program prefetching means Corresponding to the material of the work pre-read when the small-diameter arc portion is included in the content pre-read by the program pre-reading means. A machining condition table selecting means for selecting the first or second machining condition table and a machining stored in the machining condition table selected by the machining condition table selecting means when performing laser cutting of the small-diameter arc portion. The workpiece is controlled with respect to the progress position of the laser cutting process on the upper surface of the workpiece when controlling the output of the laser oscillator and the relative moving speed of the laser machining head with respect to the workpiece under the conditions and performing the laser cutting process of the small-diameter arc portion. Control the relative moving speed of the laser processing head with respect to the workpiece in order to perform laser cutting by making the delay difference of the laser cutting processing position on the lower surface smaller than the delay difference at the time of laser cutting of the straight part. And the control means for doing so.
また、ワークとしてのSS材又はSUSの鋼板のレーザ切断加工を行うレーザ切断加工装置であって、レーザ発振器と、レーザ発振器から発振されたレーザ光を集光してワークに照射するためのレーザ加工ヘッドと、SUSの鋼板のレーザ切断加工時には、上記レーザ加工ヘッドへ供給するアシストガスとしてチッソガスを供給し、SS材の鋼板のレーザ切断加工時にはアシストガスとして酸素を供給するアシストガス供給手段と、前記レーザ発振器のレーザ出力及びワークに対する前記レーザ加工ヘッドの相対的な移動速度を制御自在な制御手段と、ワークのレーザ加工を行うために入力手段から入力された加工用プログラムを先読みするプログラム先読手段と、当該プログラム先読手段によって先読みしたワークの材質に対応してアシストガスを選択するアシストガス選択手段と、前記プログラム先読手段によって先読みした内容に、半径が0.8mm〜1.2mmの極小範囲の小径円弧部及び/又は前記極小範囲の半径よりは大きく板厚の1/2の半径よりは小さな小範囲の半径の小径円弧部が含まれるときに、前記小径円弧部のレーザ切断加工を行うためのレーザ切断加工条件を入力するための前記入力手段と、当該入力手段によって入力されたレーザ切断加工条件を格納する加工条件メモリと、当該加工条件メモリに格納されている加工条件でもって、前記レーザ発振器の出力及びワークに対する前記レーザ加工ヘッドの相対的な移動速度の制御を行い、かつ前記小径円弧部のレーザ切断加工を行うときにはワーク上面におけるレーザ切断加工の進行位置に対するワーク下面のレーザ切断加工の進行位置の遅れ差を、直線部のレーザ切断加工時の遅れ差よりも小さくしてレーザ切断加工を行うために、ワークに対する前記レーザ加工ヘッドの相対的な移動速度を制御するための前記制御手段と、を備えていることを特徴とするものである。 Moreover, it is a laser cutting processing apparatus that performs laser cutting processing of an SS material or SUS steel plate as a workpiece, a laser oscillator and laser processing for condensing laser light emitted from the laser oscillator and irradiating the workpiece An assist gas supply means for supplying nitrogen as an assist gas when laser cutting the SUS steel sheet , supplying oxygen as an assist gas when laser cutting the SS steel sheet ; Control means capable of controlling the laser output of the laser oscillator and the relative movement speed of the laser machining head with respect to the workpiece, and program prefetching means for prefetching a machining program input from the input means for performing laser machining of the workpiece Corresponding to the workpiece material pre-read by the program pre-reading means. The assist gas selection means for selecting the togas and the content prefetched by the program prefetching means include a small-diameter arc portion of a minimal range having a radius of 0.8 mm to 1.2 mm and / or a plate thickness larger than the radius of the minimal range. The input means for inputting laser cutting processing conditions for performing laser cutting processing of the small-diameter arc portion when a small-diameter arc portion of a small range radius smaller than the radius of 1/2 of A machining condition memory for storing the laser cutting machining conditions input by the input means, and an output of the laser oscillator and a relative moving speed of the laser machining head with respect to the workpiece, with the machining conditions stored in the machining condition memory. And when performing the laser cutting processing of the small-diameter arc portion, In order to control the relative moving speed of the laser processing head with respect to the workpiece in order to perform laser cutting by making the delay difference of the laser cutting processing progress position smaller than the delay difference at the time of laser cutting of the straight portion. The control means is provided.
また、アシストガスとして酸素を使用してSS材の厚い鋼板のワークのレーザ切断加工時に、又はアシストガスとしてチッソガスを使用してSUSの厚い鋼板のワークのレーザ切断加工時に、半径が0.8mm〜1.2mmの極小範囲の小径円弧部及び/又は前記極小範囲の半径よりは大きく板厚の1/2の半径よりは小さな小範囲の半径の小径円弧部を切断するときのレーザ切断加工方法であって、レーザ切断加工の進行方向に見て直線部又は曲線部と前記小径円弧部との接続位置をA位置とし、当該A位置を通過して当該小径円弧部と次の直線部又は曲線部との接続位置をB位置とし、かつ当該B位置からレーザ切断加工の進行方向の所定距離の位置をC位置としたとき、前記A位置までのレーザ切断加工時のレーザ出力、レーザ切断加工速度に対して、前記A位置から前記B位置までのレーザ出力を同一出力に保持しつつレーザ切断加工速度を低速に制御してレーザ切断加工を行い、前記B位置から前記C位置まではレーザ出力を同一出力に保持しつつ前記A位置までのレーザ切断加工速度と前記B位置までのレーザ切断加工速度との間の中速度に制御してレーザ切断加工を行い、当該C位置以後のレーザ切断加工は、前記A位置までのレーザ切断加工と同一の加工条件でもってレーザ切断加工を行うことを特徴とするものである。 Further, when laser cutting a workpiece of a steel plate with a thick SS material using oxygen as the assist gas, or when laser cutting a workpiece of a steel plate with a SUS thick using nitrogen gas as the assist gas, the radius is 0.8 mm to A laser cutting method for cutting a small-diameter arc portion of a minimum range of 1.2 mm and / or a small-diameter arc portion of a small range radius larger than the radius of the minimum range and smaller than ½ radius of the plate thickness. The position of connection between the straight part or curved part and the small-diameter arc part when viewed in the direction of laser cutting is A position, and passes through the A position and the small-diameter arc part and the next straight part or curved part. The laser output at the time of laser cutting up to the A position, the laser cutting processing speed, where the connection position to the B position is the B position and the position at a predetermined distance in the direction of laser cutting processing from the B position is the C position. In contrast, the laser output from the A position to the B position is held at the same output while the laser cutting speed is controlled at a low speed to perform laser cutting, and the laser output from the B position to the C position is reduced. While maintaining the same output, the laser cutting processing is performed while controlling the laser cutting processing speed up to the A position and the laser cutting processing speed up to the B position, and the laser cutting processing after the C position is performed. The laser cutting processing is performed under the same processing conditions as the laser cutting processing up to the position A.
また、アシストガスとして酸素を使用してSS材の厚い鋼板のワークのレーザ切断加工時に、又はアシストガスとしてチッソガスを使用してSUSの厚い鋼板のワークのレーザ切断加工時に、半径が0.8mm〜1.2mmの極小範囲の小径円弧部及び/又は前記極小範囲の半径よりは大きく板厚の1/2の半径よりは小さな小範囲の半径の小径円弧部を切断するときのレーザ切断加工方法であって、レーザ切断加工の進行方向に見て直線部又は曲線部と前記小径円弧部との接続位置をA位置とし、当該A位置を通過して当該小径円弧部と次の直線部又は曲線部との接続位置をB位置とし、かつ当該B位置からレーザ切断加工の進行方向の所定距離の位置をC位置としたとき、前記A位置までのレーザ切断加工時のレーザ出力、レーザ切断加工速度に対して、前記A位置から前記B位置までのレーザ切断加工速度を同一速度に保持しつつレーザ出力を高出力に制御してレーザ切断加工を行い、前記B位置から前記C位置までのレーザ切断加工速度を同一速度に保持しつつ前記A位置までのレーザ出力と前記B位置までのレーザ出力との間の中出力にレーザ出力を制御してレーザ切断加工を行い、前記C位置以後のレーザ切断加工は、前記A位置までのレーザ切断加工と同一の加工条件でもってレーザ切断加工を行うことを特徴とするものである。 Further, when laser cutting a workpiece of a steel plate with a thick SS material using oxygen as the assist gas, or when laser cutting a workpiece of a steel plate with a SUS thick using nitrogen gas as the assist gas, the radius is 0.8 mm to A laser cutting method for cutting a small-diameter arc portion of a minimum range of 1.2 mm and / or a small-diameter arc portion of a small range radius larger than the radius of the minimum range and smaller than ½ radius of the plate thickness. The position of connection between the straight part or curved part and the small-diameter arc part when viewed in the direction of laser cutting is A position, and passes through the A position and the small-diameter arc part and the next straight part or curved part. The laser output at the time of laser cutting up to the A position, the laser cutting processing speed, where the connection position to the B position is the B position and the position at a predetermined distance in the direction of laser cutting processing from the B position is the C position. In contrast, laser cutting is performed by controlling the laser output to a high output while maintaining the laser cutting processing speed from the A position to the B position at the same speed, and laser cutting from the B position to the C position. Laser cutting is performed by controlling the laser output to a medium output between the laser output up to the A position and the laser output up to the B position while maintaining the processing speed at the same speed, and laser cutting after the C position. The processing is characterized in that laser cutting is performed under the same processing conditions as the laser cutting up to the position A.
本発明によれば、厚板に対してコーナ部に小径円弧部のレーザ切断加工を行う場合であっても、コーナ部を通過した直後の切断面の下部に凹部やバーニング、粗面が生じることを防止でき、ワークの切断面を良好な面にレーザ加工し得るものである。 According to the present invention, even when laser cutting of a small-diameter arc portion is performed on a thick plate with respect to a thick plate, a recess, burning, or rough surface is generated below the cut surface immediately after passing through the corner portion. Can be prevented, and the cut surface of the workpiece can be laser processed into a good surface.
図1に概念的、概略的に示すように、本発明の実施形態に係るレーザ切断加工装置1は、例えば8mm〜32mm程度の厚い鋼板のワークWを支持するワークテーブル3を備えると共に、前記ワークWにレーザ光LBを照射してワークWのレーザ切断加工を行うためのレーザ加工ヘッド5を備えている。前記ワークテーブル3は、前記レーザ加工ヘッド5に対してX、Y軸方向へ相対的に移動位置決め自在に備えられており、このワークテーブル3をX、Y軸方向へ相対的に移動位置決めする位置決めモータ7が備えられている。また、前記ワークWに対して前記レーザ加工ヘッド5を相対的に接近離反する方向であるZ軸方向へ移動位置決めするためのZ軸モータ9が備えられている。 As conceptually and schematically shown in FIG. 1, a laser cutting apparatus 1 according to an embodiment of the present invention includes a work table 3 that supports a work W made of a steel plate having a thickness of about 8 mm to 32 mm, for example. A laser processing head 5 for performing laser cutting processing of the workpiece W by irradiating W with laser light LB is provided. The work table 3 is provided so as to be relatively movable and positionable in the X and Y axis directions with respect to the laser processing head 5, and positioning for relatively moving and positioning the work table 3 in the X and Y axis directions. A motor 7 is provided. Further, a Z-axis motor 9 for moving and positioning the laser processing head 5 in the Z-axis direction, which is a direction in which the laser processing head 5 is relatively moved toward and away from the workpiece W, is provided.
また、前記レーザ切断加工装置1にはレーザ発振器11が備えられており、前記レーザ加工ヘッド5内には、前記レーザ発振器11から発振されたレーザ光LBを前記ワークW方向へ反射する反射鏡13が備えられると共に、レーザ光LBを集光してワークWに照射する集光レンズ15が備えられている。さらに、前記レーザ切断加工装置1には、前記ワークWがSS材等の場合には、アシストガスとして酸素を供給する酸素供給手段17が備えられていると共に、前記ワークWがSUSの場合にはアシストガスとしてチッソガスを供給するチッソガス供給手段19を備えている。そして、ワークWの材質に対応して供給するアシストガスを酸素又はチッソガスに切換え自在な切換弁21が備えられている。すなわち、前記酸素供給手段17、チッソガス供給手段19及び切換弁21は、前記レーザ加工ヘッド5へ供給するアシストガスとして酸素又はチッソガスを切換え自在な1種のアシストガス供給手段23を構成するものである。 The laser cutting device 1 is provided with a laser oscillator 11, and a reflecting mirror 13 that reflects the laser beam LB oscillated from the laser oscillator 11 in the workpiece W direction is provided in the laser processing head 5. And a condensing lens 15 that condenses the laser beam LB and irradiates the workpiece W. Further, the laser cutting apparatus 1 is provided with oxygen supply means 17 for supplying oxygen as an assist gas when the workpiece W is an SS material or the like, and when the workpiece W is SUS. A nitrogen gas supply means 19 for supplying nitrogen gas as an assist gas is provided. A switching valve 21 is provided that can switch the assist gas supplied corresponding to the material of the workpiece W to oxygen or nitrogen gas. That is, the oxygen supply means 17, the nitrogen gas supply means 19, and the switching valve 21 constitute one kind of assist gas supply means 23 that can switch between oxygen and nitrogen gas as an assist gas supplied to the laser processing head 5. .
さらに、前記レーザ切断加工装置1は、前記ワークWに対する前記レーザ加工ヘッド5の相対的な移動位置決め制御、前記レーザ発振器11におけるレーザ出力の制御及び前記アシストガス供給手段23の制御を行う制御装置25が備えられている。この制御装置25はコンピュータから構成してあり、CPU27、ROM29、RAM31、入力手段33及び出力手段35を備えている。 Further, the laser cutting device 1 is a control device 25 that controls the relative movement and positioning of the laser processing head 5 with respect to the workpiece W, controls the laser output in the laser oscillator 11, and controls the assist gas supply means 23. Is provided. The control device 25 is constituted by a computer and includes a CPU 27, a ROM 29, a RAM 31, an input means 33 and an output means 35.
また、前記制御装置25には第1加工条件テーブル37及び第2加工条件テーブル39が備えられている。前記第1,2の加工条件テーブル37,39は、図3に示すように、例えば板厚tが8mm〜32mm程度の厚いワークWのコーナ部を、例えば半径Rが0.8mm〜1.2mmの極小範囲、又は当該極小範囲の半径よりは大きく、ワークWの板厚の約1/2よりは小さな範囲、すなわち小範囲の半径の小径円弧部ARにレーザ切断加工を行うときのレーザ切断加工条件が予め格納してある。 The control device 25 includes a first machining condition table 37 and a second machining condition table 39. As shown in FIG. 3, the first and second processing condition tables 37 and 39 are formed, for example, in a corner portion of a thick workpiece W having a thickness t of about 8 mm to 32 mm, for example, a radius R of 0.8 mm to 1.2 mm. Laser cutting when laser cutting is performed on a small-diameter arc portion AR having a minimum range or a radius that is larger than the radius of the minimum range and smaller than about ½ of the plate thickness of the workpiece W, that is, a small-diameter arc portion AR having a small range radius. Conditions are stored in advance.
すなわち、ワークWのレーザ切断加工方向の進行方向(図3の矢印方向)に見て、レーザ切断加工の直進部(直線部)41又は曲率半径の大きな曲線部(直線部41と同一条件でレーザ切断加工が行われる部分であるから、レーザ切断加工条件で見ると直線部41に属するものである)と前記小径円弧部ARとの接続位置をA位置とし、当該A位置を通過して次の直線部41又は曲線部との接続位置をB位置とし、このB位置からレーザ切断加工の進行方向の所定距離の位置をC位置としたとき、前記A位置からC位置までレーザ切断加工を行うときのレーザ切断加工条件が前記第1,2の加工条件テーブル37,39に予め格納されているものである。 That is, when viewed in the traveling direction of the workpiece W in the laser cutting processing direction (the arrow direction in FIG. 3), the laser cutting processing straight traveling portion (straight portion) 41 or the curved portion having a large curvature radius (the straight portion 41 is lasered under the same conditions) Since it is a part where cutting is performed, the connection position between the small-diameter arc part AR) belonging to the straight line part 41 when viewed under the laser cutting process conditions is defined as A position, and passes through the A position and the next When the laser beam cutting process is performed from the A position to the C position, where the connection position with the straight line portion 41 or the curved line section is the B position, and the position at a predetermined distance in the direction of laser cutting processing from the B position is the C position. These laser cutting processing conditions are stored in the first and second processing condition tables 37 and 39 in advance.
前記第1加工条件テーブル37には、アシストガスとしてチッソガスを使用して厚いワークWの小径円弧部ARのレーザ切断加工を行うときのレーザ切断加工条件が格納してある。そして、第2加工条件テーブル39には、アシストガスとして酸素を使用して厚いワークWの小径円弧部ARのレーザ切断加工を行うときのレーザ切断加工条件が格納されている。 The first processing condition table 37 stores laser cutting processing conditions when performing laser cutting processing of the small-diameter arc portion AR of the thick workpiece W using nitrogen gas as the assist gas. The second processing condition table 39 stores laser cutting processing conditions when performing laser cutting processing of the small-diameter arc portion AR of the thick workpiece W using oxygen as the assist gas.
前記加工条件テーブル37,39としては、図4に示すように、一般的にレーザ切断加工を行う厚板t1,t2,t3,…毎に加工条件テーブルを備えているものである。そして、加工条件としては、コーナ部の半径が0.8mm〜1.2mmの極小範囲の半径Rを所定の大小範囲に区画設定した条件1,2があり、また、前記極小範囲の半径よりは大きく、ワークWの板厚tの約t/2よりも小さな範囲の小範囲を大,中,小の範囲に区画設定した条件3,4,5がある。なお、条件としては、1〜5の条件に限ることなく、さらに細分化することも可能である。 As shown in FIG. 4, the processing condition tables 37 and 39 are each provided with a processing condition table for each of the thick plates t1, t2, t3,. Further, as processing conditions, there are conditions 1 and 2 in which a radius R of a minimal range where the radius of the corner portion is 0.8 mm to 1.2 mm is set in a predetermined large and small range, and more than the radius of the minimal range. There are conditions 3, 4, and 5 in which a small range that is large and smaller than about t / 2 of the thickness t of the workpiece W is divided into large, medium, and small ranges. The conditions are not limited to the conditions 1 to 5, but can be further subdivided.
そして、各条件1,2,3,4,5毎に位置AB間のレーザ切断加工条件としての加工速度、レーザ出力、周波数、デューティが予め実験的に求められて設定されている。また、加工条件としては、各条件1〜5毎にBC間の距離Lが板厚毎に予め実験的に求められて設定されている。さらに、加工条件として、BC間のレーザ切断加工条件としての加工速度、レーザ出力、周波数、デューティが予め実験的に求められて設定されている。 For each of the conditions 1, 2, 3, 4 and 5, the processing speed, laser output, frequency, and duty as laser cutting processing conditions between the positions AB are experimentally obtained and set in advance. Further, as the processing conditions, the distance L between the BCs for each of the conditions 1 to 5 is experimentally obtained and set in advance for each plate thickness. Further, as processing conditions, processing speed, laser output, frequency, and duty as laser cutting processing conditions between BCs are experimentally obtained and set in advance.
したがって、レーザ切断加工を行おうとするワークWの材質がSUSの場合、SS材の場合に対応して第1加工条件テーブル37又は第2加工条件テーブル39が選択されかつワークWの板厚t1,t2,t3,…に対応して適正な加工条件テーブルが選択されるものである。そして、選択した加工テーブルに格納されている加工条件でもって小径円弧部ARのレーザ切断加工が行われ得るものである。 Therefore, when the material of the workpiece W to be laser cut is SUS, the first machining condition table 37 or the second machining condition table 39 is selected corresponding to the case of the SS material, and the plate thickness t1, An appropriate machining condition table is selected corresponding to t2, t3,. The laser cutting of the small-diameter arc portion AR can be performed under the processing conditions stored in the selected processing table.
また、前記制御装置25には、ワークWのレーザ切断加工を行うために前記入力手段33から入力された加工用プログラム(内容を変更可能なプログラム)を格納するプログラム格納用のメモリ43が備えられていると共に、当該メモリ43に格納された加工用プログラムを先読みするプログラム先読み手段45が備えられている。そして、前記プログラム先読み手段45によって読み取られたワークWの材質に対応してアシストガスとして酸素又はチッソガスを選択する前記切換弁としてのアシストガス選択手段21が備えられている。 The control device 25 is provided with a program storage memory 43 for storing a machining program (a program whose contents can be changed) input from the input means 33 in order to perform laser cutting of the workpiece W. In addition, a program prefetching means 45 for prefetching the machining program stored in the memory 43 is provided. And the assist gas selection means 21 as said switching valve which selects oxygen or nitrogen gas as assist gas corresponding to the material of the workpiece | work W read by the said program prefetching means 45 is provided.
また、前記プログラム先読み手段45によって先読みした加工用プログラムの内容に前記小径円弧部ARが含まれるか否かを判別する判別手段47が備えられている。この判別手段47は、加工用プログラムに含まれる円弧部分の半径の値が予め設定してある前記極小範囲の半径、又は前記小範囲の半径に含まれるか否かを判別するものである。前記判別手段47によって小径円弧部ARの半径が前記極小範囲又は小範囲に含まれると判別された場合には、直線部41を示す式と小径円弧部ARを示す式とに基づいて、A位置、B位置の座標位置を演算するための演算手段49が前記制御装置25に備えられている。そして、前記演算手段49によって演算された演算結果のデータを格納する第2のメモリ51が備えられている。 Further, there is provided discriminating means 47 for discriminating whether or not the small-diameter arc portion AR is included in the contents of the machining program prefetched by the program prefetching means 45. The discriminating means 47 discriminates whether or not the radius value of the arc portion included in the machining program is included in the radius of the minimum range or the radius of the small range set in advance. When it is determined by the determination means 47 that the radius of the small-diameter arc portion AR is included in the minimum range or the small range, the A position is determined based on the equation indicating the straight portion 41 and the equation indicating the small-diameter arc portion AR. The control device 25 is provided with calculation means 49 for calculating the coordinate position of the B position. A second memory 51 for storing data of the calculation result calculated by the calculation means 49 is provided.
さらに、前記制御装置25には、加工条件テーブル選択手段53が備えられている。この加工条件テーブル選択手段53は、前記プログラム先読み手段45によって加工用プログラムの先読みをしたことにより、読み込まれたワークWの材質がSUSの場合には第1加工条件テーブル37を選択し、読み込まれたワークWの材質がSS材の場合には第2加工条件テーブル39を選択する機能を有するものである。そして、第1加工条件テーブル37又は第2加工条件テーブル39が選択されると、制御装置25に備えた検索手段55によってワークWの板厚tに対応した加工条件テーブルが検索される。この検索された加工条件テーブルの加工条件のデータは、第3メモリ57に格納され、前記第2メモリ51に格納されたA位置、B位置のデータと、第3メモリ57に格納された加工条件テーブルの加工条件のデータに基づいて、制御手段59の制御の下に、前記レーザ発振器11のレーザ出力及びワークWに対する前記レーザ加工ヘッド5の相対的な移動位置決めが行われるものである。 Further, the control device 25 is provided with machining condition table selection means 53. The machining condition table selection means 53 selects and reads the first machining condition table 37 when the material of the workpiece W read is SUS because the program prefetching means 45 prefetches the machining program. When the material of the workpiece W is SS material, it has a function of selecting the second processing condition table 39. Then, when the first machining condition table 37 or the second machining condition table 39 is selected, a machining condition table corresponding to the plate thickness t of the workpiece W is retrieved by the retrieval means 55 provided in the control device 25. The searched machining condition data in the machining condition table is stored in the third memory 57, the data of the A position and B position stored in the second memory 51, and the machining conditions stored in the third memory 57. Under the control of the control means 59, relative movement positioning of the laser processing head 5 with respect to the laser output of the laser oscillator 11 and the workpiece W is performed based on the data of the processing conditions of the table.
ところで、板厚が8mm〜32mm程度の厚い鋼板であるワークのレーザ切断加工を行うとき、コーナ部の半径Rが0.8mm〜1.2mm程度の極小範囲の小さな小径円弧部のレーザ切断加工を行うことは難しいものである。そこで、小さな小径円弧部のレーザ切断加工を行ったときに、どのような問題が生じるか否かを実験した。実験用のワークとしては、厚さ10mmのSUSを使用し、アシストガスとしてチッソガスを使用した。 By the way, when performing laser cutting of a workpiece that is a thick steel plate having a thickness of about 8 mm to 32 mm, laser cutting of a small arc portion having a small radius with a radius R of the corner of about 0.8 mm to 1.2 mm is performed. It is difficult to do. Therefore, an experiment was conducted to determine what kind of problem would occur when laser cutting of a small small-diameter arc portion was performed. As an experimental work, SUS having a thickness of 10 mm was used, and nitrogen gas was used as an assist gas.
そして、レーザ実出力3000W(出力4000W,800Hz ,デューティ60%)で、レーザ切断加工速度を650mm/min で直線部のレーザ切断加工を行い、小径円弧部の半径をR=1mmに設定して、直線部と同一条件でもって小径円弧部を90°に亘ってレーザ切断加工を行った。この場合、小径円弧部を曲がった後の切断面は直線部分の切断面と同様であったが、ドロスの発生が見られた。すなわち、前記小径円弧部をレーザ切断加工したときの、レーザ切断加工に影響する外乱は小さなものである。 Then, at a laser actual output 3000 W (output 4000 W, 800 Hz, duty 60%), the laser cutting processing is performed at a laser cutting speed of 650 mm / min, and the radius of the small arc portion is set to R = 1 mm. Laser cutting was performed on the small-diameter circular arc part over 90 ° under the same conditions as the straight line part. In this case, the cut surface after bending the small-diameter arc portion was the same as the cut surface of the straight line portion, but generation of dross was observed. That is, the disturbance that affects the laser cutting process when the small-diameter arc part is laser-cut is small.
次に、レーザ出力を同一条件に保持して、レーザ切断加工速度を700mm/min に速くしたところ、前記小径円弧部を曲がった直後の下面付近(図3に示す符号61の付近)にプラズマが発生して面粗れが発生したが、レーザ切断加工が進むにつれて間も無く元のレーザ切断面に復帰した。しかし、レーザ切断加工速度をさらに高速の750mm/min にしてレーザ切断加工を行ったところ、小径円弧部を曲がった直後から面粗れが発生し、元の切断面に復帰することはなかった。すなわち、レーザ出力を一定に保持して小径円弧部のレーザ切断加工を行うと、加工速度が大きく(速く)なるほど、レーザ切断加工に影響する外乱は大きくなるものである。 Next, when the laser output was maintained under the same conditions and the laser cutting processing speed was increased to 700 mm / min, plasma was generated near the lower surface (near reference numeral 61 shown in FIG. 3) immediately after bending the small-diameter arc portion. However, as the laser cutting progressed, the original laser cut surface was restored soon. However, when laser cutting was performed at a higher laser cutting speed of 750 mm / min, surface roughness occurred immediately after the small-diameter arc portion was bent, and it did not return to the original cut surface. In other words, when laser cutting is performed on a small-diameter arc portion while keeping the laser output constant, the disturbance that affects laser cutting increases as the processing speed increases (faster).
したがって、厚い鋼板のワークのレーザ切断加工を行うときに、小径円弧部が含まれる場合には、当該小径円弧部においてレーザ出力及びレーザ切断加工速度を適正に制御する必要がある。 Therefore, when laser cutting of a thick steel plate workpiece is performed, if a small-diameter arc portion is included, it is necessary to appropriately control the laser output and the laser cutting processing speed in the small-diameter arc portion.
ところで、前記実験は、レーザ出力を一定に保持してレーザ切断加工速度を変更した場合であるが、直線部のレーザ切断加工速度と小径円弧部のレーザ切断加工速度が等速の場合であった。したがって、レーザ切断加工速度が650mm/min の場合には、加工速度が遅く、レーザ切断加工の進行方向の切断長の単位長さ当りに対するレーザ光の照射量が充分に行われ、ワーク上面の切断進行に対するワーク下面の切断進行の遅れは小さなものとなり、小径円弧部を曲がった後においても、切断面の面粗れが発生しなかったものと推測される。 By the way, the experiment was a case where the laser cutting speed was changed while keeping the laser output constant, but the laser cutting speed of the straight portion and the laser cutting speed of the small-diameter arc portion were constant. . Therefore, when the laser cutting processing speed is 650 mm / min, the processing speed is slow, and the irradiation amount of the laser beam per unit length of the cutting length in the traveling direction of the laser cutting processing is sufficiently performed, so that the work upper surface is cut. The delay of the cutting progress on the lower surface of the workpiece relative to the progress is small, and it is presumed that the surface roughness of the cutting surface did not occur even after the small-diameter arc portion was bent.
ところが、レーザ切断加工速度が700mm/min と高速になると、レーザ切断加工の進行方向の単位長さ当りに対するレーザ光の照射量が減少するので、ワーク上面の切断進行方向に対するワーク下面の切断進行方向の遅れが大きくなる。したがって、ワーク上面において小径円弧部に沿ってレーザ切断加工が行われた場合であっても、ワーク下面においては遅れに起因して上面の小径円弧部の半径に対して円弧軌路の形状が大きく崩れることになる。このように、ワークの上面に対して下面のレーザ切断加工の遅れによって円弧軌跡が崩れることにより、下面付近61にプラズマが発生して、下面付近61に面粗れが生じたものと推測される。 However, when the laser cutting processing speed is as high as 700 mm / min, the amount of laser light irradiation per unit length in the direction of laser cutting processing decreases, so the cutting progress direction of the workpiece lower surface relative to the workpiece upper cutting direction. The delay becomes larger. Therefore, even when laser cutting is performed along the small-diameter arc portion on the upper surface of the workpiece, the shape of the arc trajectory is larger than the radius of the small-diameter arc portion on the upper surface due to the delay on the lower surface of the workpiece. It will collapse. As described above, it is presumed that plasma is generated in the vicinity of the lower surface 61 and surface roughness is generated in the vicinity of the lower surface 61 due to the collapse of the circular arc locus due to the delay of the laser cutting process on the lower surface with respect to the upper surface of the workpiece. .
そして、小径円弧部を経過して再び直線部のレーザ切断加工に移行したときには、前記加工速度650mm/min の場合よりもワーク下面の遅れが大きく、この下面側の遅れに起因する外乱はあるものの、レーザ切断加工に影響を与える外乱は小さく、レーザ切断加工の進行に伴って外乱が消失し、元のレーザ切断加工の状態に復帰したものと推測される。 When the small diameter circular arc portion passes and the process shifts to the laser cutting of the straight portion again, the workpiece lower surface delay is larger than that at the processing speed of 650 mm / min, and there is disturbance due to the lower surface side delay. The disturbance affecting the laser cutting process is small, and it is estimated that the disturbance disappeared with the progress of the laser cutting process and returned to the original state of the laser cutting process.
ところが、レーザ切断加工速度が750mm/min になると、レーザ切断加工方向の単位長さ当りに対するレーザ光の照射量がより少なくなり、ワーク上面のレーザ切断加工の進行に対してワーク下面のレーザ切断加工の遅れがより大きくなる。したがって、小径円弧部のレーザ切断加工を行う場合には、ワーク上面の小径円弧部の半径に比較して、ワーク下面の円弧軌跡の崩れはより大きなものとなる。よって、小径円弧部に達するまでの直線部のレーザ切断加工は可能であったが、小径円弧部のレーザ切断加工を行ったときの下面側の遅れに起因する外乱が大きく、小径円弧部のレーザ切断加工後は、外乱が消失することなく元のレーザ切断加工状態に復帰できなかったものと推測される。 However, when the laser cutting processing speed becomes 750 mm / min, the amount of laser light irradiation per unit length in the laser cutting processing direction becomes smaller, and the laser cutting processing on the lower surface of the workpiece with respect to the progress of the laser cutting processing on the upper surface of the workpiece. The delay becomes larger. Therefore, when laser cutting of a small-diameter arc portion is performed, the collapse of the arc locus on the lower surface of the workpiece is larger than the radius of the small-diameter arc portion on the upper surface of the workpiece. Therefore, although the laser cutting process of the straight part until reaching the small-diameter arc part was possible, the disturbance due to the delay on the lower surface side when the laser cutting process of the small-diameter arc part was large, the laser of the small-diameter arc part It is presumed that after the cutting process, the original laser cutting process state could not be restored without the disturbance disappearing.
すなわち、小径円弧部のレーザ切断面に粗面が発生する外乱の大きな原因は、ワーク上面のレーザ切断加工の進行に対して、ワーク下面のレーザ切断加工が遅れを生じることにあるものである。前記外乱は、前述したように、ワークのレーザ切断加工時におけるワーク上面に対するワーク下面のレーザ切断加工の遅れに起因するものである。そして、レーザ切断加工条件としてのレーザ出力、レーザ切断加工速度を一定に保持して、例えば直線部のレーザ切断加工を行っているときの、ワーク上面に対するワーク下面のレーザ切断加工の遅れが、ワークのレーザ切断面に悪影響を与えることがなく、問題ない場合であっても、例えば半径が0.8mm〜1.2mm程度の小径円弧部のレーザ切断加工時に、上面の曲率半径と下面の曲率半径との差が許容値以上に大きくなると、ワーク上面に対するワーク下面のレーザ切断加工の遅れが、小径円弧部の切断後に継続してレーザ切断加工されるレーザ切断加工面に粗面が発生する外乱として作用するものである。 That is, the major cause of the disturbance that the rough surface is generated on the laser cut surface of the small-diameter arc portion is that the laser cutting process on the lower surface of the work is delayed with respect to the progress of the laser cutting process on the upper surface of the work. As described above, the disturbance is caused by the delay of the laser cutting process on the lower surface of the work with respect to the upper surface of the work during the laser cutting process of the work. When the laser output and the laser cutting processing speed as laser cutting processing conditions are kept constant, for example, when laser cutting of a straight portion is performed, the delay of the laser cutting processing on the lower surface of the workpiece with respect to the upper surface of the workpiece Even if there is no problem without adversely affecting the laser cutting surface, the radius of curvature of the upper surface and the radius of curvature of the lower surface are, for example, during laser cutting of a small-diameter arc portion having a radius of about 0.8 mm to 1.2 mm. Is larger than the allowable value, the delay of the laser cutting process on the lower surface of the workpiece relative to the upper surface of the workpiece is a disturbance that generates a rough surface on the laser cutting surface that is continuously laser-cut after the small-diameter arc portion is cut. It works.
なお、上記実験は、ワークがSUSでアシストガスとしてチッソガスを使用した場合であったがワークとしてSS材を用い、アシストガスとして酸素を使用してレーザ切断加工を行ったところ、同様の実験結果が得られた。なお、アシストガスとして酸素を使用するものであるから、前記下面付近61にはバーニングや凹みが発生した。 In addition, although the said experiment was a case where the workpiece | work was SUS and the nitrogen gas was used as an assist gas, when SS cutting was used as a workpiece | work and oxygen was used as an assist gas, the same experimental result was obtained. Obtained. Since oxygen is used as the assist gas, burning and dents occurred in the vicinity of the lower surface 61.
前記実験結果から理解されるように、板厚が8mm以上の厚いワークのレーザ切断加工に、例えば半径が0.8mm〜1.2mm程度の小径円弧部が含まれる場合には、レーザ出力を一定に保持してレーザ切断加工速度をより高速にすると、小径円弧部のレーザ切断加工時には、ワークの上面のレーザ加工位置に対する下面の遅れがより大きくなることに起因する外乱が次第に大きくなるという問題がある。なお、コーナ部の半径が0.8mm〜1.2mm程度の極小範囲よりも大きく、板厚tの約1/2以下の小範囲の半径における小径円弧部の場合にも、粗面の程度に差はあるものの、小径円弧部を通過した後の切断面に、同様に粗面が生じることがある。 As understood from the experimental results, when the laser cutting process of a thick workpiece having a plate thickness of 8 mm or more includes a small-diameter arc portion having a radius of about 0.8 mm to 1.2 mm, the laser output is constant. If the laser cutting processing speed is further increased by holding the workpiece, the disturbance due to the larger delay of the lower surface with respect to the laser processing position of the upper surface of the workpiece becomes larger at the time of laser cutting processing of the small-diameter arc portion. is there. Even in the case of a small-diameter arc portion having a radius in a small range that is larger than the minimum range of about 0.8 mm to 1.2 mm and less than or equal to about 1/2 of the plate thickness t, the corner portion has a rough surface. Although there is a difference, a rough surface may be similarly formed on the cut surface after passing through the small-diameter arc portion.
既に理解されるように、厚さが8mm〜32mm程度の厚い鋼板のワークのレーザ切断加工を行うときに、レーザ切断経路(レーザ切断軌跡)中に、コーナ部の半径が0.8mm〜1.2mm程度又はt/2以下の半径の小径円弧部が含まれると、ワーク上面のレーザ切断加工の進行に対してワーク下面側が遅れることに起因して、レーザ切断加工の切断面を粗面にする外乱が生じることがある。 As already understood, when performing laser cutting of a thick steel plate workpiece having a thickness of about 8 mm to 32 mm, the radius of the corner portion is 0.8 mm to 1. mm in the laser cutting path (laser cutting locus). When a small-diameter arc portion having a radius of about 2 mm or less than t / 2 is included, the work lower surface side is delayed with respect to the progress of the laser cutting process on the work upper surface, so that the cut surface of the laser cutting process is roughened. Disturbances can occur.
そこで、前述した実験に使用したワークと同様に、厚さ10mmのSUSを使用し、かつアシストガスとしてチッソガスを使用し、図5(A)に示すように、レーザ実出力3000W、レーザ切断加工速度750mm/min でもって直線部のレーザ切断加工を行い、小径円弧部でのワーク上面に対するワーク下面のレーザ切断加工の遅れを抑制するために、前記A位置でのレーザ切断加工速度を500mm/min の低速に制御し、この低速度500mm/min をC位置まで保持し、このC位置から元の加工速度750mm/minに復帰したところ、レーザ切断の切断面が前述したごとき粗面となることはなかった。なお、前記B位置からC位置までの距離は4mmであった。しかし、前記B位置からC位置までの距離を10mmまで延ばして実験を行ったところ、次第にドロスの発生が見られた。 Therefore, similarly to the workpiece used in the above-described experiment, SUS having a thickness of 10 mm is used, and nitrogen gas is used as an assist gas. As shown in FIG. In order to perform laser cutting processing of the linear portion at 750 mm / min and suppress the delay of laser cutting processing of the lower surface of the workpiece relative to the upper surface of the workpiece in the small-diameter arc portion, the laser cutting speed at the position A is set to 500 mm / min. Controlling to a low speed, holding this low speed of 500 mm / min to the C position, and returning to the original processing speed of 750 mm / min from this C position, the cut surface of laser cutting does not become the rough surface as described above. It was. The distance from the B position to the C position was 4 mm. However, when the experiment was carried out by extending the distance from the B position to the C position to 10 mm, generation of dross was gradually observed.
すなわち、板厚10mmのSUSの直線部のレーザ切断加工を行うとき、レーザ実出力3000W、レーザ切断速度750mm/minは適正なレーザ切断加工条件であり、小径円弧部のレーザ切断加工時にはレーザ出力をそのままに維持し、レーザ切断速度を500mm/minの低速に制御したことにより、小径円弧部でのレーザ切断加工時には、直線部のレーザ切断加工時の単位切断長さ当りに対するレーザ光の照射量が大きくなる。したがって、ワーク上面に対するワーク下面のレーザ切断の遅れは、小径円弧部においては直線部の遅れより小さくなる。よって、レーザ切断加工に影響する外乱は小さくなり、良好なレーザ切断面となるものである。 That is, when laser cutting of a 10 mm thick SUS straight section, the actual laser output of 3000 W and the laser cutting speed of 750 mm / min are appropriate laser cutting processing conditions. By maintaining the laser cutting speed as low as possible and controlling the laser cutting speed to a low speed of 500 mm / min, the laser beam irradiation amount per unit cutting length at the time of laser cutting processing of the linear portion can be reduced at the time of laser cutting processing at the small-diameter arc portion. growing. Therefore, the delay in laser cutting of the lower surface of the workpiece relative to the upper surface of the workpiece is smaller than the delay of the linear portion in the small-diameter arc portion. Therefore, the disturbance affecting the laser cutting process is reduced, and a good laser cut surface is obtained.
ところで、前記B位置からC位置までの距離を例えば10mmに延ばすと、前記4mm以上の部分が直線部のレーザ切断加工となり、レーザ実出力3000W、レーザ切断速度750mm/minとする適正なレーザ切断加工条件から外れたレーザ切断加工が行われることとなってドロスの発生が見られたものである。 By the way, if the distance from the B position to the C position is increased to, for example, 10 mm, the portion of 4 mm or more becomes a laser cutting process of a straight part, and an appropriate laser cutting process with a laser actual output of 3000 W and a laser cutting speed of 750 mm / min. The generation of dross was observed due to the laser cutting process being performed out of the conditions.
次に、小径円弧部でのレーザ切断加工時に、直線部のレーザ切断加工時よりも、単位切断長さ当りのレーザ光の照射量を大きくして、ワーク上面のレーザ切断加工位置に対するワーク下面のレーザ切断加工位置の遅れを小さくして、ワーク上面と下面との遅れの差を小さくするために、図5(B)に示すように、全体に亘ってレーザ切断加工速度を750mm/min の一定速度に保持し、A位置からC位置に到るレーザ切断加工時のレーザ実出力を3700Wに大きくしたところ、小径円弧部のレーザ切断加工後のレーザ切断面が粗面になることはなかった。 Next, at the time of laser cutting processing at the small-diameter arc portion, the amount of laser light irradiation per unit cutting length is made larger than at the time of laser cutting processing at the straight portion, and In order to reduce the delay in the laser cutting position and reduce the difference in the delay between the upper surface and the lower surface of the workpiece, as shown in FIG. 5B, the laser cutting speed is constant at 750 mm / min throughout. When the laser actual power at the time of laser cutting processing from the A position to the C position was increased to 3700 W while maintaining the speed, the laser cutting surface after the laser cutting processing of the small-diameter arc portion did not become rough.
次に、ワークとして板厚が19mmのSS材を用い、アシストガスとして酸素を使用し、レーザ実出力3000W、切断速度800mm/min のレーザ切断加工条件でもって、小径円弧部を含むレーザ切断加工を、図5(A)に示す条件と同様に、A位置からC位置までの速度を1/2の400mm/min の切断速度に制御してレーザ切断加工を行ったところ、小径円弧部を曲がった直後に、ワークのレーザ切断面における下面付近にバーニングが発生した。そこで、図6(A)に示すように、B位置からC位置までのレーザ加工切断速度を、前記切断速度800mm/min と400mm/min の中間速度である600mm/min の切断速度に制御してレーザ切断加工を行ったところ、レーザ切断面に粗面を生じることなく、良好の切断面であった。 Next, using a SS material with a plate thickness of 19 mm as the workpiece, using oxygen as the assist gas, laser cutting processing including a small-diameter arc portion under laser cutting conditions with a laser output of 3000 W and a cutting speed of 800 mm / min. Similarly to the conditions shown in FIG. 5A, when the laser cutting process was performed by controlling the speed from the A position to the C position to a cutting speed of 400 mm / min which is 1/2, the small-diameter arc portion was bent. Immediately after, burning occurred near the lower surface of the laser cut surface of the workpiece. Therefore, as shown in FIG. 6A, the laser processing cutting speed from the B position to the C position is controlled to a cutting speed of 600 mm / min, which is an intermediate speed between the cutting speeds of 800 mm / min and 400 mm / min. When laser cutting was performed, the laser cut surface was a good cut surface without producing a rough surface.
この場合、ワークがSS材であってアシストガスが酸素であることにより、ワークのレーザ切断加工部には、レーザ光の照射によるレーザエネルギーのみならず、ワークと酸素との酸化反応熱がワークの溶断に寄与することになる。したがって、小径円弧部のレーザ切断加工時には、ワーク上面のレーザ切断加工に対するワーク下面の遅れが抑制されて、ワーク上面に対するワーク下面の遅れの差が小さくなり、上記差が大きくなることに起因して切断を粗面にする外乱は小さくなるものである。 In this case, since the workpiece is an SS material and the assist gas is oxygen, not only the laser energy generated by the laser beam irradiation but also the heat of oxidation reaction between the workpiece and oxygen is applied to the laser cutting portion of the workpiece. This will contribute to fusing. Therefore, at the time of laser cutting of the small-diameter arc portion, the delay of the work lower surface with respect to the laser cutting of the work upper surface is suppressed, the difference in the delay of the work lower surface with respect to the work upper surface is reduced, and the difference is increased. The disturbance that roughens the cut is small.
しかし、小径円弧部の切断直後の位置Bにおいても400mm/min の低速に維持すると、前記酸化反応熱の寄与が大きくなり、切断面に粗面を生じるものと推測される。そこで、小径円弧部の切断直後のB位置において前記中間速度である600mm/min に速度を大きくすると、前記酸化反応熱の寄与が抑制されると共に、前記外乱が次第に消失する。そして、外乱が消失したC位置から元の切断速度800mm/min に復帰しての高速のレーザ切断加工が可能になるものである。 However, if the low-speed arc of 400 mm / min is maintained even at the position B immediately after cutting the small-diameter arc portion, the contribution of the oxidation reaction heat increases, and it is assumed that the cut surface becomes rough. Therefore, when the speed is increased to the intermediate speed of 600 mm / min at the B position immediately after cutting the small-diameter arc portion, the contribution of the oxidation reaction heat is suppressed and the disturbance is gradually lost. Then, high-speed laser cutting can be performed by returning to the original cutting speed of 800 mm / min from the position C where the disturbance has disappeared.
なお、前記図5、図6に示したレーザ切断加工条件のデータは、それぞれ前記第1加工条件テーブル37、第2加工条件テーブル39に格納されているものである。そして、第1、第2の加工条件データテーブル37,39には、各ワークの板厚毎に、またレーザ加工条件が異なる毎にそれぞれ格納されているものである。 The data of the laser cutting processing conditions shown in FIGS. 5 and 6 are stored in the first processing condition table 37 and the second processing condition table 39, respectively. The first and second machining condition data tables 37 and 39 are stored for each plate thickness of each workpiece and for each different laser machining condition.
既に理解されるように、ワークとしてSS材等の炭素鋼の鋼板のレーザ切断加工を行うときに、アシストガスとして酸素を使用すると、鋼板の溶断に酸化反応熱も寄与することとなるので、小径円弧部のレーザ切断加工を行う場合には、レーザ光の照射エネルギーのみならず前記酸化反応熱の寄与も考慮する必要がある。そこで、板厚19mmのSS材のレーザ切断加工を行うときに、レーザ切断加工速度を800mm/min の一定速度に保持して、小径円弧部を含むレーザ切断加工を行うに当り、図6(A)に示したレーザ切断加工条件に準じて、図6(B)に示すように、A位置からB位置までのレーザ切断加工時のレーザ出力を最大出力に制御し、B位置からC位置までのレーザ切断加工時のレーザ出力を、前記最大出力と直線部のレーザ切断加工時の小出力との間の中出力に制御してレーザ切断加工を行ったところ、小径円弧部を経過した後のレーザ切断加工面には、粗面の発生は見られず、良好な切断面であった。 As already understood, when performing laser cutting of a steel plate made of carbon steel such as SS material as a workpiece, if oxygen is used as an assist gas, the oxidation reaction heat will also contribute to the fusing of the steel plate, so that the small diameter When performing laser cutting of the arc portion, it is necessary to consider not only the laser beam irradiation energy but also the contribution of the oxidation reaction heat. Therefore, when performing laser cutting of an SS material having a thickness of 19 mm, the laser cutting speed is maintained at a constant speed of 800 mm / min and laser cutting including a small-diameter arc portion is performed. In accordance with the laser cutting processing conditions shown in FIG. 6B, as shown in FIG. 6B, the laser output during laser cutting processing from the A position to the B position is controlled to the maximum output, and from the B position to the C position. When laser cutting is performed by controlling the laser output at the time of laser cutting to a medium output between the maximum output and the small output at the time of laser cutting of the linear portion, the laser after passing through the small-diameter arc portion A rough surface was not observed on the cut surface, and the cut surface was a good cut surface.
以上のごとき説明から理解されるように、板厚が例えば8mm〜32mmの厚い鋼板のレーザ切断加工経路中のコーナ部に、半径が例えば0.8mm〜1.2mmの小径円弧部が含まれる場合には、ワーク上面におけるレーザ切断加工の進行位置に対するワーク下面のレーザ切断加工の進行位置の遅れの差を、直線部のレーザ切断加工時の遅れの差より小さく抑制することにより、前記小径円弧部の経過後のレーザ切断面に粗面が発生することを抑制することができるものである。レーザ切断面に前記粗面が発生する要因は、小径円弧部のレーザ切断加工を行うときに、ワーク上面に対するワーク下面の切断遅れが大きいことに起因するものであるから、小径円弧部のレーザ切断加工時には、ワーク上面に対するワーク下面の切断遅れを小さくすべく、レーザ切断加工条件を制御すればよいことになる。 As will be understood from the above description, when the corner portion in the laser cutting path of a thick steel plate having a thickness of, for example, 8 mm to 32 mm includes a small-diameter arc portion having a radius of, for example, 0.8 mm to 1.2 mm. The small-diameter arc portion is obtained by suppressing the difference in the delay in the laser cutting process on the lower surface of the workpiece relative to the progress position in the laser cutting process on the upper surface of the workpiece to be smaller than the difference in the delay in the laser cutting process on the linear portion. It is possible to suppress the generation of a rough surface on the laser cut surface after the elapse of. The reason why the rough surface is generated on the laser cutting surface is caused by a large cutting delay of the work lower surface with respect to the work upper surface when performing laser cutting of the small diameter arc portion. At the time of processing, the laser cutting processing conditions may be controlled in order to reduce the cutting delay of the work lower surface relative to the work upper surface.
既に理解されるように、SUS又はSS材等の炭素鋼板の厚板のレーザ切断加工を行うべく、入力手段33から必要な加工用プログラムが入力されて第1メモリ43に格納されると、プログラム先読み手段45によって前記加工用プログラムの先読みが行われる。そして、レーザ切断加工の対応となるワークがSUSの場合には、アシストガス選択手段21によってチッソガス供給手段19が選択されることとなり、ワークがSS材の場合には酸素供給手段17が選択されることになる。 As already understood, when a necessary processing program is input from the input means 33 and stored in the first memory 43 in order to perform laser cutting of a carbon steel plate such as SUS or SS, the program Pre-reading means 45 pre-reads the machining program. When the work corresponding to the laser cutting process is SUS, the assist gas selection means 21 selects the nitrogen gas supply means 19, and when the work is an SS material, the oxygen supply means 17 is selected. It will be.
また、前記プログラム先読み手段45によって先読みされた加工用プログラムにおけるレーザ切断加工経路に小径円弧部が含まれる場合には、ワークの材質に対応して第1加工条件テーブル37又は第2加工条件テーブル39が選択される。そして、選択した加工条件テーブル37又は39において読み取られた加工用プログラムに指定されているワークの板厚tに対応した加工条件テーブル及び小径円弧部の半径に対応した条件1〜5の1つが選択され、この選択された加工条件テーブルの加工条件のデータが第3メモリ57に格納される。また、先読みされた小径円弧部の半径R及び当該小径円弧部の前後の直線部又は曲線部との接続位置A,Bが演算手段49によって演算される。そして、演算結果のデータは第2メモリ51に格納される。 When the laser cutting machining path in the machining program prefetched by the program prefetching means 45 includes a small-diameter arc portion, the first machining condition table 37 or the second machining condition table 39 corresponding to the material of the workpiece. Is selected. Then, the machining condition table corresponding to the workpiece thickness t specified in the machining program read in the selected machining condition table 37 or 39 and one of the conditions 1 to 5 corresponding to the radius of the small-diameter arc portion are selected. Then, the processing condition data of the selected processing condition table is stored in the third memory 57. Further, the radius R of the pre-read small-diameter arc part and the connection positions A and B with the straight line part or the curved part before and after the small-diameter arc part are calculated by the calculating means 49. The calculation result data is stored in the second memory 51.
上述のように、第2メモリ51にA位置、B位置の位置データが格納され、第3メモリ57に選択された加工条件データが格納されると、この第2、第3メモリ51,57に格納されているデータに基づいて、制御手段59の制御の下にレーザ発振器11のレーザ出力及びワークWに対するレーザ加工ヘッド5の相対的な移動位置決めが行われて、ワークWのレーザ切断加工が行われるものである。 As described above, when the position data of the A position and the B position is stored in the second memory 51 and the selected processing condition data is stored in the third memory 57, the second and third memories 51 and 57 store the selected processing condition data. Based on the stored data, the laser output of the laser oscillator 11 and the relative movement and positioning of the laser processing head 5 with respect to the workpiece W are performed under the control of the control means 59 to perform laser cutting processing of the workpiece W. It is what is said.
すなわち、ワークWの材質、板厚及び小径円弧部に対応して予め実験的に求めたレーザ切断加工条件の加工条件テーブル37,39を備え、この加工条件テーブル37,39のレーザ切断加工条件に基づいて、小径円弧部のレーザ切断加工を行うものであるから、小径円弧部のレーザ切断加工直後のレーザ切断面に粗面が発生することを効果的に抑制することができるものである。 That is, processing condition tables 37 and 39 of laser cutting processing conditions obtained experimentally in advance corresponding to the material, plate thickness, and small-diameter arc portion of the workpiece W are provided, and the laser cutting processing conditions of the processing condition tables 37 and 39 are set as the laser cutting processing conditions. Based on this, since the laser cutting process is performed on the small-diameter arc part, it is possible to effectively suppress the occurrence of a rough surface on the laser cutting surface immediately after the laser cutting process on the small-diameter arc part.
ところで、前記説明より理解されるように、厚いワークの小径円弧部のレーザ切断加工を行うときには、レーザ出力又はレーザ切断加工速度の適宜一方を制御するものであるから、適正な加工条件を得るための実験が容易である。そして、ワークの材質、板厚に対応しての小径円弧部の適正な加工条件のデータの収集が容易なものである。 By the way, as understood from the above description, when performing laser cutting processing of a small-diameter arc portion of a thick workpiece, one of the laser output and the laser cutting processing speed is controlled appropriately, so that an appropriate processing condition is obtained. The experiment is easy. In addition, it is easy to collect data on appropriate machining conditions for the small-diameter arc portion corresponding to the workpiece material and plate thickness.
1 レーザ切断加工装置
5 レーザ加工ヘッド
11 レーザ発振器
17 酸素供給手段
19 チッソガス供給手段
21 切換弁(アシストガス選択手段)
23 アシストガス供給手段
25 制御装置
37 第1加工条件テーブル
39 第2加工条件テーブル
43 第1メモリ
45 プログラム先読み手段
49 演算手段
51 第2メモリ
53 加工条件テーブル選択手段
55 検索手段
57 第3メモリ
59 制御手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser cutting processing apparatus 5 Laser processing head 11 Laser oscillator 17 Oxygen supply means 19 Chisso gas supply means 21 Switching valve (assist gas selection means)
23 assist gas supply means 25 control device 37 first processing condition table 39 second processing condition table 43 first memory 45 program pre-reading means 49 arithmetic means 51 second memory 53 processing condition table selection means 55 search means 57 third memory 59 control means
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