JP6393603B2 - タッピング加工方法及びレーザ加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ加工によってワークに小孔加工を行った後に、上記小孔にタッピング加工を行うタッピング加工方法及び上記タッピング加工方法を行うためのレーザ加工装置に係り、さらに詳細には、レーザ加工ヘッドをＹ軸方向及びＺ軸方向に移動位置決めする構成を、タッピング加工ヘッドをＹ軸方向、Ｚ軸方向に移動位置決めする構成に兼用したタッピング加工方法及びレーザ加工装置に関する。

レーザ加工装置には、ワークのレーザ加工を行うためのレーザ加工ヘッドと、上記レーザ加工ヘッドによってワークに小孔の加工を行った後に、上記小孔にタッピング加工を行うタッピング加工ヘッドとを備えた構成のレーザ加工装置がある。この種の構成においては、レーザ加工ヘッドとタッピング加工ヘッドとを一体的に備えた構成が一般的である。したがって、ワークのレーザ加工を行う場合、不用なタッピング加工ヘッドをもレーザ加工ヘッドと一体的に移動する無駄があった。

そこで、レーザ加工ヘッドとタッピング加工ヘッドとを分離自在に備え、ワークのレーザ加工を行う際には、ワークに対してレーザ加工ヘッドのみを移動制御し、ワークにタッピング加工を行う際には、レーザ加工ヘッドとタッピング加工ヘッドとを一体化して、レーザ加工ヘッドの移動制御を行うことが提案されている（例えば特許文献１参照）。

特許第３６９９１９９号公報

特許文献１に記載の構成は、レーザ加工ヘッドとタッピング加工ヘッド（特許文献１においてはＷ軸ユニット２１が相当する）は、タッピング加工ヘッドをＹ軸方向に移動位置決めする場合にのみ一体化されるものである。したがって、ワークのレーザ加工を行うときには、レーザ加工ヘッドのみを移動位置決めすればよく、レーザ加工ヘッドの移動位置決めを軽快に行い得ることになる。

しかし、ワークにタッピング加工を行うときには、レーザ加工ヘッドとタッピング加工ヘッドとを一体的に連結して、Ｙ軸方向に移動位置決めするにすぎないものである。すなわち、タッピング加工ヘッドを上下動するための駆動源は、レーザ加工ヘッドを上下動する駆動源とは別個に備えた構成である。したがって、レーザ加工ヘッドを上下動するための構成によってタッピング加工ヘッドを上下動する構成として、構成の簡素化を図ることが望まれていた。

本発明は、前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、レーザ加工によってワークに小孔加工を行った後に、前記小孔にタッピング加工を行うタッピング加工方法であって、ワークホルダに支持されたワークに対して相対的にＸ軸方向へ移動自在なＹ軸ガイドにサーボモータの駆動によってＹ軸方向へ移動位置決め自在に備えられた第１のＹ軸スライダに、別個のサーボモータの駆動によって上下方向であるＺ軸方向へ移動自在なレーザ加工ヘッドを備え、このレーザ加工ヘッドから前記ワークへレーザ光を照射して小孔の加工を行った後、前記Ｙ軸方向へ移動自在かつＹ軸方向の退避位置に位置決め自在な第２のＹ軸スライダに上下動自在に備えられたタッピング加工ヘッドと前記レーザ加工ヘッドとを一体的に連結し、前記レーザ加工ヘッドのＹ軸方向及びＺ軸方向への移動と一体的に前記タッピング加工ヘッドを移動して、前記タッピング加工ヘッドに備えたタップによって前記小孔にタッピング加工を行うことを特徴とするものである。

また、ワークホルダに支持されたワークに対して相対的にＸ軸方向へ移動自在なＹ軸ガイドに、サーボモータの駆動によってレーザ加工ヘッドをＹ軸方向へ移動自在かつ別個のサーボモータの駆動によって前記レーザ加工ヘッドを上下方向であるＺ軸方向へ移動自在に備え、かつ前記Ｙ軸ガイドにタッピング加工ヘッドをＹ軸方向へ移動自在かつ上下動自在に備えたレーザ加工装置であって、前記タッピング加工ヘッドを、前記レーザ加工ヘッドと一体的にＹ軸方向及びＺ軸方向に移動位置決めするために、前記レーザ加工ヘッドと前記タッピング加工ヘッドとを一体的に連結自在に備えていることを特徴とするものである。

また、前記レーザ加工装置において、レーザ加工ヘッドとタッピング加工ヘッドとを連結遮断手段によって一体的に連結自在かつ連結を解除自在に設け、レーザ加工ヘッドをＹ軸方向及びＺ軸方向へ移動位置決めする構成は、レーザ加工ヘッドとタッピングヘッドとを連結した状態において前記タッピング加工ヘッドをＹ軸方向及びＺ軸方向へ移動位置決めする構成を兼用した構成であることを特徴とするものである。

本発明によれば、レーザ加工ヘッドをＹ軸方向、Ｚ軸方向に移動位置決めする構成を利用して、タッピング加工ヘッドをＹ軸方向、Ｚ軸方向に移動位置決めすることができるものであり、構成の簡素化を図ることができるものである。

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置の全体的構成を概念的、概略的に示した斜視説明図である。 上記レーザ加工装置の正面説明図である。 上記レーザ加工装置の右側面説明図である。 連結遮断手段の構成を示す説明図である。 タッピング加工ヘッドをフレームに固定する固定手段の構成を示す斜視説明図である。

図１を参照するに、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置１は、概念的、概略的に示すように、ベースフレーム３を備えており、このベースフレーム３における左右方向（Ｙ軸方向）の両側には左右のコラム５Ｌ，５Ｒが立設してある。すなわち前記レーザ加工装置１のフレーム７はほぼＵ字形状に構成してある。そして、前記左右のコラム５Ｌ，５Ｒの上部には、左右方向に長い上部フレーム９の左右両端側が一体的に支持されている。

前記ベースフレーム３には、前後方向（Ｘ軸方向）のガイドレール１１に沿って例えばパイプ材や形鋼などの長尺のワークＷの端部を挟持してＸ軸方向に移動位置決め自在かつサーボモータなどの回転用アクチュエータで回転割出し自在のメインチャック装置（図示省略）を備える。

また、前記ベースフレーム３には、前記メインチャック装置とＸ軸方向に離反してローラチャック（図示省略）が備えられている。すなわち、前記ガイドレール１１には、ベース部材１３が、前記上部フレーム９に対して移動不可的に支持されている。

そして、前記ベース部材１３には、例えばパイプ材や形鋼などの長尺のワークＷを摺動自在に把持する前記ローラチャックを備えたリング状の回転体１５を回転自在に支持したワークホルダの１例としての回転体ホルダ１６が一体的に備えられている。前記回転体１５は、例えばサーボモータなどの回転用アクチュエータ（図示省略）によって、前記メインチャック装置と同期してＸ軸方向の軸心回りに回転されるもので、前記サーボモータの回転を制御することにより、正回転方向（時計回り方向）及び反時計回り方向に回転割出し自在なものである。

またワークＷを挟持したメインチャック装置をガイドレール１１に沿ってＸ軸方向に移動することにより、前記回転体ホルダ１６および前記ワークＷのレーザ加工を行うレーザ加工ヘッド１７に対して相対的にワークをＸ軸方向に移動することができる。

前記上部フレーム９には、前記ワークＷのレーザ加工を行う前記レーザ加工ヘッド１７が左右方向及び上下方向（Ｚ軸方向）に移動自在に備えられている。すなわち、前記上部フレーム９にはＹ軸ガイドとしての左右方向のガイドレール１９が備えられており、このガイドレール１９には第１スライダとしての左右スライダ２１が左右方向へ移動自在に支承されている。そして、この左右スライダ２１には、上下方向のガイド部材（図示省略）が備えられており、このガイド部材に、前記レーザ加工ヘッド１７が上下動自在に案内支持されているものである。

なお、前記左右スライダ２１は、前記上部フレーム９に装着したサーボモータ２３によって回転される左右方向のボールねじ（図示省略）を備えたボールねじ機構によって左右方向に移動位置決めされるものである。そして、前記レーザ加工ヘッド１７は、前記左右スライダ２１に備えたサーボモータ２５によって回転される上下方向のボールねじを備えたボールねじ機構によって上下方向に移動位置決めされるものである。

ところで、例えば板状のワークやパイプ材などの長尺材のワークに対してレーザ加工を行うレーザ加工機においては、ワークに対してレーザ加工ヘッドを相対的に左右方向、上下方向に移動位置決めする構成は、既によく知られた構成であるから、前記レーザ加工ヘッド１７を、ワークＷに対して相対的に左右方向、上下方向に移動位置決めするための構成についての詳細な説明は省略する。

前記上部フレーム９には、前記レーザ加工ヘッド１７によってワークＷにピアス加工による小孔の加工を行った後に、上記小孔にタッピング加工を行うためのタッピング加工ヘッド２７が左右方向へ移動位置決め自在に備えられている。すなわち、図２に示すように、前記ガイドレール１９には、タッピング加工ヘッド２７における第２スライダとしての左右スライダ２９が左右方向に移動自在に備えられており、この左右スライダ２９には、複数のタップ３１を備えたタップホルダユニット３３が上下動自在に備えられている。

なお、前記タップホルダユニット３３は、前記左右スライダ２９の一部に装着したバランスシリンダ３５に支持されている。したがって、前記タップホルダユニット３３は、軽快に上下動することができるものである。

前記タップホルダユニット３３を左右方向及び上下方向に移動位置決めするために、前記レーザ加工ヘッド１７とタップホルダユニット３３は一体的に連結自在かつ連結を解除自在に設けられている。すなわち、前記レーザ加工ヘッド１７と前記タップホルダユニット３３には連結遮断手段３７が備えられている。上記連結遮断手段３７はショットピン３９（図４参照）と、当該ショットピン３９と係合自在なテーパ孔４１を備えたショットピン受け４３とを備えている。

より詳細には、前記タップホルダユニット３３には、ショットピンシリンダ４５（図１，２参照）を備えた支持ブラケット４７が備えられている。そして、前記ショットピン受け４３は、前記レーザ加工ヘッド１７におけるタッピング加工ヘッド２７側に備えられている。すなわち、ショットピン受け４３は、所定位置に固定してあるタッピング加工ヘッド２７に対して前記レーザ加工ヘッド１７を移動近接したときに、前記ショットピンシリンダ４５に対向した位置に位置するように、前記レーザ加工ヘッド１７に備えられているものである。

上記構成から理解されるように、タップホルダユニット３３に備えたショットピンシリンダ４５にショットピン受け４３が対向するように、レーザ加工ヘッド１７を位置決めする（図４参照）。そして、ショットピンシリンダ４５を作動して、ショットピン３９をショットピン受け４３のテーパ孔４１に係合すると、レーザ加工ヘッド１７とタッピングホルダユニット３３は一体的に連結される。

したがって、制御装置（図示省略）の制御の下にレーザ加工ヘッド１７を左右方向及び上下方向に移動位置決めすると、タッピング加工ヘッド３７におけるタップホルダユニット３３は、前記レーザ加工ヘッド１７と一体的に左右方向及び上下方向に移動位置決めされることになる。すなわち、レーザ加工ヘッド１７を左右方向、上下方向に移動位置決めするための位置決め手段は、前記タップホルダユニット３３を左右方向、上下方向に移動位置決めするための位置決め手段を兼ねることになる。よって、タップホルダユニット３３の位置決め機構の構成の簡素化を図ることができるものである。

なお、前記ショットピン３９とショットピン受け４３との係合を解除することにより、レーザ加工ヘッド１７のみを左右方向、上下方向に移動位置決めできることになる。したがって、レーザ加工ヘッド１７のみを移動位置決めする際には、タップホルダユニット３３を一体的に移動位置決めする場合に比較して前記位置決め手段の負荷を小さくすることができる。よって、ワークのレーザ加工の高速化、精度向上を図ることができるものである。

上述のように、レーザ加工ヘッド１７のみを左右方向、上下方向へ移動してワークのレーザ加工を行うとき、前記タッピング加工ヘッド２７を前記フレーム７に不動状態に固定するための固定手段４９（図３参照）が備えられている。より詳細には、図５に示すように、フレーム７（図５においては図示省略）には支持ブラケット５１が備えられており、この支持ブラケット５１には、ショットピン（図示省略）を前側へ突出自在に備えたショットピンシリンダ５３が装着してある。そして、前記タップホルダユニット３３の背面には、前記ショットピンシリンダ５３に備えたショットピンと係合自在なテーパ孔（図示省略）を備えたショットピン受け５５が一体的に備えられている。

したがって、前記ショットピンシリンダ５３のショットピンを、タップホルダユニット３３に備えたショットピン受け５５のテーパ孔に係合することにより、タップホルダユニット３３を所定位置に固定することができるものである。よって、前述したように、レーザ加工ヘッド１７を移動してワークＷのレーザ加工を行うとき、タップホルダユニット３３は、レーザ加工ヘッド１７がレーザ加工のために移動している移動領域に移動するようなことはないものである。すなわち、レーザ加工時のレーザ加工ヘッド１７とタップホルダユニット３３が干渉するようなことがなく、レーザ加工ヘッド１７によるレーザ加工時に、タップホルダユニット３３が障害になるようなことはないものである。

前記レーザ加工ヘッド１７により、ワークＷに小孔のレーザ加工を行った後に、前記タップホルダユニット３３に備えたタップ３１によって前記小孔にタッピング加工を行う場合には、次のように行うものである。すなわち、レーザ加工ヘッド１７に備えたショットピン受け４３を、所定位置に固定した状態にあるタップホルダユニット３３に備えたショットピンシリンダ４５に対応した位置に位置決めする。その後、前記ショットピンシリンダ４５を作動して、当該ショットピンシリンダ４５に備えたショットピン３９を前記ショットピン受け４３のテーパ孔４１に係合する。

上述のように、ショットピン３９をショットピン受け４３のテーパ孔４１に係合して、レーザ加工ヘッド１７とタップホルダユニット３３とを一体的に連結する。その後に、フレーム７側に備えた前記ショットピンシリンダ５３を作動して、フレーム７に対するタップホルダユニット３３の固定状態を解除する。そして、タップホルダユニット３３を移動自在な状態にする。

その後、制御装置の制御の下に、メインチャック装置を前後動してワークＷの前後方向の位置決めを行う。そして、レーザ加工ヘッド１７を介してタップホルダユニット３３を、ワークＷに対して左右方向へ移動すると共に、ワークＷに加工した小孔の位置の上方位置にタップ３１を位置決めする。その後、前記レーザ加工ヘッド１７を介してタップホルダユニット３３を下降しつつ、タッピング加工ヘッド２７に備えたモータ（図示省略）によってタップ３１を正回転し、タップ３１を前記小孔に係合することにより、小孔にタッピング加工が行われる。その後、タップ３１を逆回転し上昇することにより、前記小孔に対するタッピング加工が終了することになる。

以上のごとき説明より理解されるように、タッピング加工ヘッド２７におけるタップホルダユニット３３の左右方向、上下方向への移動は、レーザ加工ヘッド１７を左右方向、上下方向へ移動する移動位置決め手段によって行われ得るものである。したがって、タップホルダユニット３３の移動位置決め手段を省略することができ、構成の簡素化を図ることができるものである。

そして、レーザ加工ヘッド１７によるレーザ加工時には、前記タッピング加工ヘッド２７は、Ｙ軸方向の退避位置に位置決め固定しておくことができるので、レーザ加工ヘッド１７のみを移動してレーザ加工を行うことができる。したがって、レーザ加工時における負荷は小さく、レーザ加工を高速で高精度に行うことができるものである。

なお、本発明は、前述したごとき実施形態のみに限ることなく、適宜の変更を行うことにより、その他の形態でもって実施可能なものである。すなわち、前記レーザ加工ヘッド１７とタップホルダユニット３３との連結、遮断は、ショットピン３９とショットピン受け４３とを係合、離脱することによって行っている。しかし、レーザ加工ヘッド１７又はタップホルダユニット３３の一方にクランプ手段を備え、他方に、上記クランプ手段によってクランプされる非クランプ部材を備えて、クランプ手段によって非クランプ部材をクランプして一体的に連結する構成とすることも可能である。すなわち、レーザ加工ヘッド１７とタップホルダユニット３３とを一体的に連結する構成は種々の構成を採用することができるものである。

１ レーザ加工装置
７ フレーム
１３ ベース部材
１５ 回転体
１７ レーザ加工ヘッド
２７ タッピング加工ヘッド
３１ タップ
３３ タップホルダユニット
３７ 連結遮断手段
３９ ショットピン
４１ テーパ孔
４３ ショットピン受け
４５ ショットピンシリンダ
４９ 固定手段
５３ ショットピンシリンダ
５５ ショットピン受け

Claims (3)

1. レーザ加工によってワークに小孔加工を行った後に、前記小孔にタッピング加工を行うタッピング加工方法であって、ワークホルダに支持されたワークに対して相対的にＸ軸方向へ移動自在なＹ軸ガイドにサーボモータの駆動によってＹ軸方向へ移動位置決め自在に備えられた第１のＹ軸スライダに、別個のサーボモータの駆動によって上下方向であるＺ軸方向へ移動自在なレーザ加工ヘッドを備え、このレーザ加工ヘッドから前記ワークへレーザ光を照射して小孔の加工を行った後、前記Ｙ軸方向へ移動自在かつＹ軸方向の退避位置に位置決め自在な第２のＹ軸スライダに上下動自在に備えられたタッピング加工ヘッドと前記レーザ加工ヘッドとを一体的に連結し、前記レーザ加工ヘッドのＹ軸方向及びＺ軸方向への移動と一体的に前記タッピング加工ヘッドを移動して、前記タッピング加工ヘッドに備えたタップによって前記小孔にタッピング加工を行うことを特徴とするタッピング加工方法。
2. ワークホルダに支持されたワークに対して相対的にＸ軸方向へ移動自在なＹ軸ガイドに、サーボモータの駆動によってレーザ加工ヘッドをＹ軸方向へ移動自在かつ別個のサーボモータの駆動によって前記レーザ加工ヘッドを上下方向であるＺ軸方向へ移動自在に備え、かつ前記Ｙ軸ガイドにタッピング加工ヘッドをＹ軸方向へ移動自在かつ上下動自在に備えたレーザ加工装置であって、前記タッピング加工ヘッドを、前記レーザ加工ヘッドと一体的にＹ軸方向及びＺ軸方向に移動位置決めするために、前記レーザ加工ヘッドと前記タッピング加工ヘッドとを一体的に連結自在に備えていることを特徴とするレーザ加工装置。
3. 請求項２に記載のレーザ加工装置において、レーザ加工ヘッドとタッピング加工ヘッドとを連結遮断手段によって一体的に連結自在かつ連結を解除自在に設け、レーザ加工ヘッドをＹ軸方向及びＺ軸方向へ移動位置決めする構成は、レーザ加工ヘッドとタッピングヘッドとを連結した状態において前記タッピング加工ヘッドをＹ軸方向及びＺ軸方向へ移動位置決めする構成を兼用した構成であることを特徴とするレーザ加工装置。