JP6435427B2 - 複合加工機及びレーザ切断加工方法 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば樹脂からなる保護フィルム等の被覆材を裏面に被覆したワーク(被覆材付き板金)の被切断部に対してレーザ切断加工を行う複合加工機及びレーザ切断加工方法に関する。
近年、板金加工の分野においては、板状のワーク(板金)の被切断部に対してレーザ切断加工を行うレーザ加工機が広く普及している。一般的なレーザ加工機の概要について説明すると、次の通りである。
一般的なレーザ加工機は、加工機ベース(加工機本体)を具備しており、加工機ベースは、ワークを水平方向へ移動可能に支持するテーブルユニット(テーブル部)を備えている。また、レーザ加工機は、テーブルユニットの上方に、ワークの被切断部の表面側に向かってレーザ光を照射するレーザ照射ユニット(レーザ照射部)を具備している。更に、レーザ加工機は、ワークをレーザ照射部の照射位置に対して相対的に水平方向へ移動させるワーク移動ユニット(ワーク移動部)を具備している。
従って、レーザ加工機に供給されたワークをテーブルユニットによって水平方向へ移動可能に支持する。そして、ワーク移動ユニットによってワークをレーザ照射ユニットの照射位置に対して相対的に水平方向へ移動させつつ、レーザ照射ユニットによってワークの被切断部に向かってレーザ光を照射する。これにより、ワークの被切断部に対してレーザ切断加工を行うことができる。
なお、本発明に関連する先行技術として特許文献1及び特許文献2に示すものがある。
国際公開第2007/000915号公報 国際公開第2011/158617号公報
ところで、ワーク(板金)の裏面に傷が付くことを防止する等の理由から、ワークの裏面に被覆材の一例として樹脂からなる保護フィルムを被覆する(貼り付ける)ことがある。また、保護フィルムを裏面に被覆したワーク(被覆材付き板金)の被切断部に対してレーザ切断加工を行うと、ワークの裏面側及び切断面等にドロスが発生するため、ワークのレーザ切断加工後の後処理としてドロスの除去が必要になり、作業の煩雑化を招くことになる。
一方、切断速度を遅くすることで、ワーク(被覆材付き板金)の裏面側及び切断面等にドロスが発生することをある程度抑えることはできるが、完全に発生しないようにすることはできない。また、切断速度を遅くすることで、ワークのレーザ切断加工の生産性の低下を招くことになる。
なお、特許文献1に記載の技術は、特定の材質の保護フィルムでドロスを抑制するものであり、保護フィルムの材質に依存することなく、ドロスを抑制するものではない。また、特許文献2に記載の技術においては、ワークに対して略同じ移動経路(加工経路)で2回のレーザ切断加工(粗加工と仕上げ加工)を行っており、加工コストの増大につながる。特許文献2の記載の技術は、特許文献1に記載の技術と同様に、保護フィルムの材質に依存することなく、ドロスを抑制するものではない。
前述の問題は、保護フィルムに代えて、黒皮又はメッキ膜等の他の被覆材を裏面に被覆したワーク(被覆材付き板金)の被切断部に対してレーザ切断加工を行う場合にも、同様に生じるものである。
そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成の複合加工機及びレーザ切断加工方法を提供することを目的とする。
本願の発明者は、前述の問題を解決するために、試行錯誤を繰り返した結果、保護フィルムを裏面に被覆したワーク(被覆材付き板金)の被切断部に向かってレーザ光を照射する前に、ワークの被切断部の裏面側に切込みを形成して、ワークの母材部分を被覆材から露出させておくことにより、切断速度を遅くしたり又は特定の材質の被覆材を用いたりすることなく、ワークの裏面側及び切断面等にドロスが発生することを防止できるという、新規な知見を得ることができ、本発明を完成するに至った(後述の実施例参照)。
本発明の第1の態様は、被覆材を裏面に被覆した被膜付き板金であるワークの被切断部に対してレーザ切断加工を行う複合加工機であって、ワークの被切断部の表面側に向かって上方向からレーザ光を照射するレーザ照射部(レーザ照射ユニット)と、ワークの被切断部の裏面側に下方向から切込みを形成する切込み形成部(切込み形成ユニット)と、クランパによってワークの端部を把持した状態で、ワークを前記レーザ照射部の照射位置及び前記切込み形成部の形成位置に対して相対的に水平方向へ移動させるワーク移動部(ワーク移動ユニット)と、ワークの被切断部の表面側に向かって上方向からレーザ光を照射する前に、前記クランパによってワークの端部を把持した状態のまま、前記切込み形成部によってワークの被切断部の裏面側に下方向から切込みを形成してワークの母材部分を被覆材から露出させるように、前記切込み形成部及び前記ワーク移動部の動作を制御する制御部(制御ユニット)と、を具備したことである。
本発明の第1の態様によると、ワークの被切断部の表面側に向かってレーザ光を照射する前に、前記制御部によって前記切込み形成部及び前記ワーク移動部の動作を前述のように制御する。すると、前記ワーク移動部によってワークを前記切込み形成部の形成位置に対して相対的に水平方向へ移動させつつ、前記切込み形成部によってワークの被切断部の裏面側に切込みを形成して、ワークの被切断部の裏面側において母材部分を被覆材から露出させることができる。
続いて、前記ワーク移動部によってワークを前記レーザ照射部の照射位置に対して相対的に水平方向へ移動させつつ、前記レーザ照射部によってワークの被切断部に向かってレーザ光を照射することができる。これにより、ワークの被切断部に対してレーザ切断加工を行うことができる。
前述のように、ワークの被切断部の裏面側の母材部分を被覆材から露出させた後に、ワークの被切断部に向かってレーザ光を照射している。そのため、切断速度を遅くしなくても、ワークの裏面側及び切断面等にドロスが発生することを防止しながら、ワークの被切断部に対してレーザ切断加工を行うことができる。
本発明の第2の態様は、被覆材を裏面に被覆した被膜付き板金であるワークの被切断部に対してレーザ切断加工を行うレーザ切断加工方法であって、クランパによってワークの端部を把持した状態で、ワークを被切断部に沿う方向に応じて切込み形成部の形成位置に対して相対的に水平方向へ移動させつつ、前記切込み形成部によってワークの被切断部の裏面側に下方向から切込みを形成することにより、ワークの被切断部の裏面側においてワークの母材部分を被覆材から露出させ、前記クランパによってワークの端部を把持した状態のまま、ワークを被切断部に沿う方向に応じてレーザ照射部の照射位置に対して相対的に水平方向へ移動させつつ、前記レーザ照射部からワークの被切断部の表面側に向かって上方向からレーザ光を照射することである。
本発明の第2の態様によると、ワークの被切断部の裏面側においてワークの母材部分を被覆材から露出させた後に、ワークの被切断部に向かってレーザ光を照射している。そのため、切断速度を遅くしなくても、被覆材の材質に拘わらず、ワークの裏面側及び切断面等にドロスが発生することを防止しながら、ワークの被切断部に対してレーザ切断加工を行うことができる。
本発明によれば、レーザ切断加工によってワークの裏面側及び切断面等にドロスが発生することを防止して、ワークの加工品質を向上させることができる。また、本発明によれば、ワークの切断加工の生産性を高めつつ、ワークのレーザ切断加工後の後処理を減らして、作業能率の向上を図ることができる。更に、本発明によれば、特定の材質の被覆材を用いる必要がなく、レーザ切断加工の加工コストの削減を図ることができる。
図1は、本発明の第1実施形態及び第2実施形態に係る複合加工機の側面図であって、支持フレームの一部を破断している。 図2は、図1におけるII-II線に沿った図である。 図3(a)は、ワーク(被覆材付き板金)を表面側から見た図、図3(b)は、ワークを裏面側から見た図である。 図4は、本発明の第1実施形態に係る複合加工機における切込み形成ユニットの金型セット周辺のY軸方向に沿った断面図であり、切込み形成用の上部金型については外観によって表している。 図5は、本発明の第1実施形態に係る複合加工機における切込み形成ユニットの金型セット周辺のX軸方向に沿った断面図であり、切込み形成用の上部金型については外観によって表している。 図6(a)は、ワーク(被覆材付き板金)の被切断部の裏面側において母材部分を被覆材から露出させた状態を示す図、図6(b)は、図6(a)における矢視部VIBの拡大図、図6(c)は、図6(b)におけるVIC-VICに沿った図である。 図7は、本発明の第1実施形態及び第2実施形態に係る制御ユニットを示す制御ブロック図である。 図8(a)(b)(c)(d)(e)は、切込み形成ユニットにおける金型セットの動作を示す模式図であり、切込み形成用の上部金型については外観によって表している。 図9は、本発明の第1実施形態及び第2実施形態に係るレーザ切断加工方法を説明するフローチャートである。 図10は、本発明の第2実施形態に係る複合加工機における切込み形成ユニットの金型セット周辺のY軸方向に沿った断面図であり、切込み形成用の上部金型については外観によって表している。 図11は、本発明の第2実施形態に係る複合加工機における切込み形成ユニットの金型セット周辺のX軸方向に沿った断面図であり、切込み形成用の上部金型については外観によって表している。 図12は、本発明の第2実施形態の特徴部分を示す模式図である。 図13は、本発明の第2実施形態の変形例1の特徴部分を示す模式図である。 図14は、本発明の第2実施形態の変形例2の特徴部分を示す模式図である。 図15は、本発明の第2実施形態の変形例3の特徴部分として、ワーク(被覆材付き板金)の被切断部の裏面側の終点位置又はその手前の位置に事前切込みを形成した様子を示す図である。 図16は、実施例(実施例1から実施例5)及び比較例の結果を示す表図である。
本発明の第1実施形態、第2実施形態(変形例1から変形例3を含む)、及び実施例について、図面を参照しながら順次説明する。
なお、本願の明細書及び特許請求の範囲において、「設けられる」とは、直接的に設けられることの他に、別部材を介して間接的に設けられることを含む意であって、「備えられる」と同義である。「備える」とは、直接的に備えることの他に、別部材を介して間接的に備えることを含む意であって、「設ける」と同義である。「複合加工システム」とは、単体の複合加工機、及び複数の加工機からなる加工システムのいずれも含む意である。「X軸方向」とは、水平方向の1つである左右方向のことである。「Y軸方向」とは、水平方向の1つである前後方向のことである。また、図面中、「FF」は、前方向、「FR」は、後方向、「L」は、左方向、「R」は、右方向、「U」は、上方向、「D」は、下方向をそれぞれ指している。
(本発明の第1実施形態)
本発明の第1実施形態について、図1から図9を参照しながら説明する。
図1から図3(a)(b)に示すように、本発明の実施形態に係る複合加工機(複合加工システム)1は、被覆材の一例として樹脂からなる保護フィルムWfを裏面に被覆した板状のワーク(被覆材付き板金)Wの複数の被切断部Waに対してレーザ切断加工を行うものである。ワークWの複数の被切断部Waは、例えば、ワークWから取り出す製品M及び製品Mの一部分Maの輪郭を構成する直線部である。図示は省略するが、ワークWの被切断部Waが製品M又は製品Mの一部分Maの輪郭を構成する曲線部である場合もある。なお、複合加工機1は、ワークWの他に、保護フィルムWfを有してない通常のワーク(図示省略)のレーザ切断加工にも使用可能である。図3(a)は、ワークWを表面側から見た様子を示しており、図3(b)は、ワークWを裏面側から見た様子を示している。
複合加工機1は、加工機ベース(加工機本体)3を具備しており、加工機ベース3は、Y軸方向へ延びたブリッジフレーム(ブリッジ型の本体フレーム)5と、ブリッジフレーム5のX軸方向の両側(左右両側)にそれぞれ設けられた支持フレーム7と有している。また、ブリッジフレーム5は、Y軸方向へ延びた下部フレーム9と、下部フレーム9に上下に対向して設けられかつY軸方向へ延びた上部フレーム11とを有している。
複合加工機1は、ワークWをX軸方向及びY軸方向へ移動可能に支持するテーブルユニット(テーブル部)13を備えている。そして、テーブルユニット13の具体的な構成は、次の通りである。
下部フレーム9は、その上側に、ワークWをX軸方向及びY軸方向へ移動可能に支持する固定テーブル15を備えている。また、各支持フレーム7は、その上側に、ワークWをX軸方向へ移動可能に支持する可動テーブル17をY軸方向へ移動可能に備えている。換言すれば、加工機ベース3は、固定テーブル15のX軸方向の両側に、可動テーブル17をY軸方向へ移動可能に備えている。なお、固定テーブル15及び各可動テーブル17は、それらの上面に、ワークWを支持するための多数のブラシ(図示省略)及び複数のフリーボールベアリング(図示省略)をそれぞれ有している。
複合加工機1は、ワークWの被切断部の表面側に向かってレーザ光を照射するレーザ照射ユニット(レーザ照射部)19を具備している。そして、レーザ照射ユニット19の具体的な構成は、次の通りである。
上部フレーム11は、固定テーブル15の上方に、Y軸スライダ21をY軸方向へ移動可能に備えている。上部フレーム11は、Y軸スライダ21をY軸方向へ移動させる第1Y軸モータ23を備えている。また、Y軸スライダ21は、その側部に、ワークWの被切断部に向かってアシストガスを噴射しながらレーザ光を照射するためのレーザ照射ヘッド25を備えている。レーザ照射ヘッド25、換言すれば、レーザ照射ユニット19(レーザ照射ヘッド25)の照射位置BPは、第1Y軸モータ23の駆動によりY軸スライダ21と一体的にY軸方向へ移動するようになっている。レーザ照射ヘッド25のZ軸方向(上下方向)の高さ位置は、調節可能になっている。
レーザ照射ヘッド25は、1μm帯の波長のレーザ光を発振するファイバレーザ発振器27に光学的に接続されている。また、レーザ照射ヘッド25の内部は、アシストガスを供給するためのアシストガス供給源(図示省略)に接続されている。なお、レーザ照射ヘッド25は、ファイバレーザ発振器27に代えて、YAGレーザ発振器、CO2レーザ発振器、ディスクレーザ発振器、又はダイレクトダイオードレーザ発振器等の他のレーザ発振器(図示省略)に光学的に接続されてもよい。
固定テーブル15は、レーザ照射ヘッド25のY軸方向の移動領域に上下に対向する箇所に、Y軸方向へ延びた長穴15hを備えている。また、長穴15hは、レーザ光及びアシストガスを通過させるように構成されている。長穴15hは、スクラップ等を回収する回収ユニット(図示省略)に接続されている。
複合加工機1は、ワークWに対してパンチ加工を行うパンチ加工ユニット29を具備している。そして、パンチ加工ユニット29の具体的な構成は、次の通りである。
上部フレーム11は、その前部に、複数の上部金型(パンチ金型)31を着脱可能に支持する円形状の上部タレット33を回転可能に備えている。上部タレット33には、上部金型31を保持するための複数の金型保持孔33h(図4参照)が形成されている。上部タレット33は、その回転によって任意の上部金型31をパンチ加工位置PPに割り出し可能(位置決め可能)に構成されている。また、下部フレーム9は、上部タレット33に上下に対向する位置に、複数の下部金型(ダイ金型)35を着脱可能に支持する円形状の下部タレット37を回転可能に備えている。下部タレット37には、下部金型35を保持するための金型保持孔37h(図4参照)が形成されている。下部タレット37は、その回転によって任意の下部金型35をパンチ加工位置PPに割り出し可能(位置決め可能)に構成されている。上部タレット33及び下部タレット37は、ブリッジフレーム5の適宜位置に設けられたタレット用回転モータ(図示省略)の駆動により同期して回転するようになっている。
上部フレーム11は、上部タレット33の上方に、ラム39を昇降可能(上下方向へ移動可能)に備えている。ラム39は、上部フレーム11の適宜位置に設けられたラム用昇降モータ(図示省略)又はラム用昇降シリンダ(図示省略)の駆動により昇降するようになっている。また、ラム39は、その下側に、パンチ加工位置PPに割り出した所定の上部金型31を上方向から押圧(打圧)するストライカ41を備えている。
図4から図7に示すように、パンチ加工ユニット29は、ワークWの被切断部Waの裏面側に切込みS(図6(a)参照)を形成するための金型セット43を有している。金型セット43は、上部金型31の1つである切込み形成用の上部金型31Aと、下部金型35の1つである切込み形成用の下部金型35Aからなっている。そして、切込み形成用の上部金型31A及び切込み形成用の下部金型35Aの具体的な構成は、次の通りである。
切込み形成用の上部金型31Aは、上部タレット33の適宜の金型保持孔33hに昇降可能に設けられたパンチ本体(パンチボディ)45を有している。パンチ本体45の一部(中間部)は、リフタスプリング47を介して上部タレット33に支持されている。また、パンチ本体45は、その上端部に、ストライカ41によって押圧されるパンチヘッド49を一体的に備えている。パンチ本体45は、その下端部に、ワークWの被切断部Wa(図6(a)参照)の一部分を上方向から押圧する押圧部材としてフリーローラ51を備えており、フリーローラ51は、その水平な軸心51s周りに回転自在になっている。なお、押圧部材としてフリーローラ51の代わりに、フリーボールベアリング(図示省略)を用いてもよい。複数のフリーローラ51によってワークWの被切断部Waの一部分の近傍(被切断部Waの一部分の両側を含む)を押圧してもよい。
切込み形成用の下部金型35Aは、下部タレット37の適宜の金型保持孔37hに設けられたダイ本体(ダイボディ)53を有している。ダイ本体53の中央部から一方側には、凹部53dが形成されている。ダイ本体53の中央部から他方側には、切屑C(図8(b)(c)(d)参照)を排出するための排出孔53hが形成されており、排出孔53hは、ダイ本体53を貫通している。また、ダイ本体53は、凹部53d内に、チップホルダ55を止めねじ57によって着脱可能に備えている。チップホルダ55は、その側部に、ワークWの被切断部Waの裏面側を切削するためのカッターとしての切削チップ59を止めねじ61によって着脱可能に備えている。切削チップ59は、その上端側に、刃部59cを有しており、刃部59cは、ダイ本体53の上面に対して上方向へ突出している。
なお、切削チップ59の代わりに、例えば、ボールエンドミルのような刃先を有した他のカッター(図示省略)を用いてもよい。
なお、パンチ本体45及びダイ本体53は、図示は省略するが、例えば特開2007−75889号公報及び特開2004−268101号公報等に示すような金型回転機構(インデックス機構)によって回転可能に構成してもよい。
ここで、金型セット43を含むパンチ加工ユニット29は、ワークWの被切断部Waの裏面側に切込みSを形成することによってワークWの母材部分Wbを保護フィルムWfから露出させる切込み形成ユニット(切込み切込み形成部)に相当する。パンチ加工ユニット29のパンチ加工位置PPは、切込み形成ユニットの形成位置に相当する。
図1及び図2に示すように、複合加工機1は、ワークWをレーザ照射ユニット19の照射位置BP及び切込み形成ユニット29の形成位置(パンチ加工ユニット29のパンチ加工位置)PPに対して相対的にX軸方向及びY軸方向へ移動させるワーク移動ユニット(ワーク移動部)63を具備している。そして、ワーク移動ユニット63の具体的な構成は、次の通りである。
一対の可動テーブル17は、それらの後部に亘って、キャリッジベース65をY軸方向へ移動可能に備えている。キャリッジベース65は、X軸方向へ延びており、一対の可動テーブル17の後部に一体的に連結されている。上部フレーム11は、キャリッジベース65を一対の可動テーブル17と一体的にY軸方向へ移動させる第2Y軸モータ67を備えている。また、キャリッジベース65は、その前側に、キャリッジ69をX軸方向へ移動可能に備えている。キャリッジベース65は、キャリッジ69をX軸方向へ移動させるX軸モータ71を備えている。更に、キャリッジ69は、その前側に、ワークWの端部を把持(クランプ)する複数のクランパ73を備えている。
前述のように、レーザ照射ユニット19の照射位置BPは、第1Y軸モータ23の駆動によりY軸方向へ移動するようになっている。換言すれば、第1Y軸モータ23は、ワークWをレーザ照射ユニット19の照射位置BPに対して相対的にY軸方向へ移動させており、ワーク移動ユニット63の一部を構成している。
図1、図2、図6(a)(b)(c)、及び図7に示すように、複合加工機1は、レーザ照射ユニット19の動作、パンチ加工ユニット29の動作、及びワーク移動ユニット63の動作を制御する制御ユニット(制御部)75を具備している。制御ユニット75は、1つ又は複数のコンピュータによって構成されており、切込み用加工プログラム及びレーザ切断用加工プログラム等を記憶するメモリと、切込み用加工プログラム等を解釈して実行するCPUとを備えている。切込み用加工プログラムとは、ワークWの被切断部Waの裏面側に切込みS(図6(a)参照)を形成するための加工プログラムのことである。レーザ切断用加工プログラムとは、ワークWの被切断部Waに対してレーザ切断加工を行うための加工プログラムのことである。切込み用加工プログラム及びレーザ切断用加工プログラムは、自動プログラム作成装置(図示省略)によって作成される。
制御ユニット75は、ワークWの被切断部Waの表面側に向かってレーザ光を照射する前に、ワークWの被切断部Waの裏面側に切込みSを形成してワークWの母材部分Wbを保護フィルムWfから露出させるように、ラム用昇降モータ等を含む切込み形成ユニット29の動作、及びX軸モータ71と第2Y軸モータ67を含むワーク移動ユニット63の動作を制御する。
制御ユニット75は、ワークWの被切断部Waの裏面側における保護フィルムWfから露出させる母材部分Wbの露出幅j(図6(a)(b)参照)をレーザ光のスポット径よりも大きくするように、ラム用昇降モータ等を含む切込み形成ユニット29の動作を制御する。レーザ光のスポット径とは、例えば、ファイバレーザの場合には、0.1〜0.2mmであり、CO2レーザの場合にはm0.2〜0.4mmである。なお、ワークWの裏面側における母材部分Wbの露出幅jは、切込みSの切込み幅k(図6(b)参照)よりも小さくなっている。
制御ユニット75は、ワークWの被切断部Waの裏面側に母材部分Wbにまで達する切込みSを形成するように、ラム用昇降モータ等を含む切込み形成ユニット29の動作を制御する。換言すれば、制御ユニット75は、ワークWの被切断部Waの裏面側の母材部分Wbに断面V字形状の切込み溝Wg(図6(b)(c)参照)を形成するように、ラム用昇降モータ等を含む切込み形成ユニット29の動作を制御する。なお、切込み溝Wgの断面形状をV字形状にする代わりに、U字形状又は矩形状等にしてもよい。
制御ユニット75は、ワークWの相対的なレーザ切断用移動経路(レーザ切断用加工経路)がワークWの相対的な切込み用移動経路(切込み用加工経路)と同じになるように、X軸モータ71と第2Y軸モータ67を含むワーク移動ユニット63の動作を制御する。ワークWの相対的なレーザ切断用移動経路とは、ワークWの被切断部Waの表面側に向かってレーザ光を照射する際におけるレーザ照射ユニット19の照射位置BPに対するワークWの相対的な移動経路(加工経路)のことである。換言すれば、ワークWの相対的なレーザ切断用移動経路とは、レーザ照射ユニット19の照射位置BPのワークWに対する相対的な移動経路(レーザ光の照射の軌跡)のことである。ワークWの相対的な切込み用移動経路とは、ワークWの被切断部Waの裏面側に切込みSを形成する際における切込み形成ユニット29の形成位置PPに対するワークWの相対的な移動経路(加工経路)のことである。換言すれば、ワークWの相対的な切込み用移動経路とは、切込み形成ユニット29の形成位置PPのワークWに対する移動経路(切込みSの軌跡)のことである。
続いて、本発明の第1実施形態に係るレーザ切断加工方法について説明する。
本発明の実施形態に係るレーザ切断加工方法は、被覆材の一例として樹脂からなる保護フィルムWfを裏面に被覆した板状のワークWの複数の被切断部Waに対してレーザ切断加工を行う方法である。本発明の実施形態に係るレーザ切断加工方法は、図9に示すように、切込み形成工程ST1と、レーザ照射工程ST2とを具備している。そして、本発明の実施形態に係るレーザ切断加工方法における各工程の具体的な内容は、次の通りである。
切込み形成工程ST1
図1、図2、図7、及び図9に示すように、複合加工機1に供給されたワークWをテーブルユニット13によってワークWをX軸方向及びY軸方向へ移動可能に支持し、複数のクランパ73によってワークWの端部を把持する。また、制御ユニット75によってタレット用回転モータを制御して上部タレット33及び下部タレット37を同期して回転させて、切込み形成用の上部金型31A及び下部金型35Aを切込み形成ユニット29の形成位置PPに割り出す(位置決めする)。これにより、ワークWの被切断部Waの裏面側に切込みSを形成するための切込み形成用の準備を行うことができる。
切込み形成用の準備を行った後、図4、図5、図7、及び図9に示すように、制御ユニット75によってX軸モータ71を制御してキャリッジ69をX軸方向へ移動させると共に、制御ユニット75によって第2Y軸モータ67を制御してキャリッジベース65を一対の可動テーブル17と一体的にY軸方向へ移動させる。すると、ワークWを切込み形成ユニット29の形成位置PPに対してX軸方向及びY軸方向へ移動させて、ワークWの被切断部Waの裏面側の始点位置を切削チップ59の刃部59cの上側に位置させることができる。なお、制御ユニット75によってX軸モータ71及び第2Y軸モータ67のうちのいずれかのモータのみを制御して、ワークWを切込み形成ユニット29の形成位置PPに対してX軸方向及びY軸方向のうちのいずれかの方向へ移動させてもよい。
その後、図4から図9に示すように、制御ユニット75によってラム用昇降モータ等を制御してラム39を下降させることにより、ストライカ41によってパンチヘッド49を上方向から押圧する。すると、上部金型31Aがリフタスプリング47の付勢力に抗して下降して、フリーローラ51によってワークWの被切断部Waの一部分を押圧する。そして、制御ユニット75によって前述のようにワーク移動ユニット63の動作を制御して、ワークWを被切断部Waに沿う方向に応じて切込み形成ユニット29の形成位置PPに対して相対的に移動させる。換言すれば、切込み形成ユニット29の形成位置PPをワークWの被切断部Waに沿う方向にワークWに対して相対的に移動させる。すると、切削チップ59の刃部59cによってワークWの被切断部Waの裏面側に切込みSを形成することができる(図8(a)から図8(d)参照)。これにより、ワークWの被切断部Waの裏面側において母材部分Wbを保護フィルムWfから露出させることができる。
なお、ワークWの被切断部Waの裏面側に切込みSを形成した後に、制御ユニット75によってラム用昇降モータ等を制御してラム39を上昇させることにより、上部金型31Aをリフタスプリング47の付勢力によって上昇させておく(図8(e)参照)。
同様に、制御ユニット75によって切込み形成ユニット29の動作及びワーク移動ユニット63の動作を制御することにより、ワークWを切込み形成ユニット29の形成位置PPに対して移動させつつ、ワークWの他の全ての被切断部Waの裏面側に切込みSを順次形成する。これにより、ワークWの全ての被切断部Waの裏面側において母材部分Wbを保護フィルムWfから露出させることができる。
ここで、切込み形成工程ST1では、制御ユニット75によって切込み形成ユニット29の動作を制御して、ワークWの裏面側における保護フィルムWfから露出させる母材部分Wbの露出幅jをレーザ光のスポット径よりも大きくしている。また、制御ユニット75によって切込み形成ユニット29の動作を制御して、ワークWの被切断部Waの裏面側に母材部分Wbにまで達する切込みSを形成している。換言すれば、ワークWの被切断部Waの裏面側の母材部分Wbに断面V字形状の切込み溝Wgを形成している。なお、切込みSの形成中に生じる切屑Cは、排出孔53hを経由して切込み形成ユニット29の外部に排出(回収)される。
レーザ照射工程ST2
切込み形成工程ST1の終了後に、図1、図2、図7、及び図9に示すように、制御ユニット75によってX軸モータ71を制御してキャリッジ69をX軸方向へ移動させると共に、制御ユニット75によって第1Y軸モータ23を制御してレーザ照射ユニット19の照射位置BPをY軸方向へ移動させる。すると、ワークWを被切断部Waに沿う方向に応じてレーザ照射ユニット19の照射位置BPに対して相対的にX軸方向及びY軸方向へ移動させることができる。換言すれば、レーザ照射ユニット19の照射位置BPをワークWの被切断部Waに沿う方向にワークWに対して相対的にX軸方向及びY軸方向へ移動させることができる。なお、制御ユニット75によってX軸モータ71及び第1Y軸モータ23のうちのいずれかのモータのみを制御して、ワークWをレーザ照射ユニット19の照射位置BPに対して相対的にX軸方向及びY軸方向のうちのいずれかの方向へ移動させてもよい。
前述のように、ワークWをレーザ照射ユニット19の照射位置BPに対して相対的に移動させつつ、制御ユニット75によってレーザ照射ユニット19の動作を制御してレーザ照射ヘッド25の先端部からワークWの被切断部Waの表面側に向かってアシストガスを噴射しながらレーザ光を照射する。このとき、制御ユニット75によってワーク移動ユニット63の動作を制御して、ワークWの相対的なレーザ切断用移動経路がワークWの相対的な切込み用移動経路と同じになるようにする。これにより、ワークWの被切断部Waを溶融させかつその溶融物を除去しながら、ワークWの被切断部Waに対してレーザ切断加工を行うことができる。
同様に、ワークWをレーザ照射ユニット19の照射位置BPに対して相対的に移動させつつ、制御ユニット75によってレーザ照射ユニット19の動作を制御してワークWの他の全ての被切断部Waの表面側に向かってアシストガスを噴射しながらレーザ光を順次照射する。これにより、ワークWの全ての被切断部Waに対してレーザ切断加工を行うことができる。このとき、製品Mは、複数のジョイント部(図示省略)によってワークWに切り離し可能に連結しているか、或いは製品排出ユニット(図示省略)によって複合加工機1の外側へ排出されている。
なお、本発明の実施形態に係るレーザ切断加工方法においては、切込み形成ユニット29の代わりに、切込み形成用の加工機(図示省略)又は切込み形成用の工具(図示省略)を用いて、ワークWの被切断部Waの裏面側に切込みSを形成して、母材部分Wbを保護フィルムWfから露出させてもよい。また、母材部分Wbを保護フィルムWfから露出させることができれば、ワークWの被切断部Waの裏面側の母材部分Wbに切込み溝Wgを形成しなくてもよい。
続いて、本発明の第1実施形態の作用及び効果について説明する。
ワークWの被切断部Waの裏面側において母材部分Wbを保護フィルムWfから露出させた後に、ワークWの被切断部Waの表面側に向かってレーザ光を照射している。そのため、切断速度を遅くしなくても、ワークWの裏面側及び切断面等にドロスが発生することを防止しながら、ワークWの被切断部Waに対してレーザ切断加工を行うことができる。また、保護フィルムWfとしてファイバレーザ専用の保護フィルムを用いなくても、ワークWに対してファイバレーザ発振器27を用いたレーザ切断加工を行うことができる。特に、ワークWにおける保護フィルムWfから露出させる母材部分Wbの露出幅jをレーザ光のスポット径よりも大きくしているため、ワークWの裏面側及び切断面等にドロスが発生することを確実に防止することができる。
ワークWの被切断部Waの裏面側に母材部分Wbにまで達する切込みSを形成しているため、切込みSの形成中に生じる切屑CがワークWの母材部分Wbの成分を含むことなる。
従って、本発明の第1実施形態によれば、前述のように、切断速度を遅くしなくても、ワークWの裏面側及び切断面等にドロスが発生することを確実に防止しながら、ワークWの被切断部Waに対してレーザ切断加工を行うことができる。よって、本発明の第1実施形態によれば、ワークWの切断加工の生産性を高めつつ、ワークWのレーザ切断加工後の後処理を減らして、作業能率の向上を図ることができる。
また、本発明の第1実施形態によれば、前述のように、保護フィルムWfとしてファイバレーザ専用の保護フィルムを用いなくても、ワークWに対してファイバレーザ発振器27を用いたレーザ切断加工を行うことができる。よって、本発明の第1実施形態によれば、ファイバレーザ発振器27を用いたレーザ切断加工の加工コストの削減を図ることができる。
更に、本発明の第1実施形態によれば、前述のように、切込みSの形成中に生じる切屑CがワークWの母材部分Wbの成分を含んでいる。よって、本発明の第1実施形態によれば、切屑Cをダイ本体53の排出孔53hから外部に効率良く排出することができる。
また、本発明の第1実施形態によれば、前述のように、ワークWの相対的なレーザ切断用移動経路がワークWの相対的な切込み用移動経路と同じになるようにしている。よって、本発明の第1実施形態によれば、切込み用加工プログラム及びレーザ切断用加工プログラムのうちの一方の加工プログラムを作成する際に、他方の加工プログラムの移動経路のデータを利用することができ、全体としての加工プログラムの作成時間を短縮することができる。また、ワークWの相対的な移動経路を1つ指定することによって、切込み用加工プログラム及びレーザ切断用加工プログラムを作成することもできる。
(本発明の第2実施形態)
本発明の第2実施形態について、図1、図2、図7、図9から図12を参照しながら説明する。
図1、図2、図10、及び図11に示すように、本発明の第2実施形態に係る複合加工機(複合加工システム)1Aは、本発明の実施形態に係る複合加工機1と同様の構成を有しており、複合加工機1Aの構成のうち、複合加工機1と異なる構成についてのみ説明する。なお、複合加工機1Aにおける複数の構成要素のうち、複合加工機1における構成要素と対応するものについては、図面中に同一符号を付してある。
図10及び図11に示すように、切込み形成ユニット29は、その形成位置PPに割り出した切込み形成用の上部金型31Aを回転させる上部金型回転機構(上部インデックス機構)77を有している。そして、上部金型回転機構77の具体的な構成等は、次の通りである。
上部タレット33は、適宜の金型保持孔33hに、筒状(環状)の上部回転ホルダ79をベアリング(ブッシュ)81によって回転可能に備えている。上部回転ホルダ79は、上部金型31Aを昇降可能かつ回止めキー(図示省略)等によって回転不能に支持するようになっている。換言すれば、上部金型31Aは、上部タレット33の適宜の金型保持孔33hに上部回転ホルダ79等を介して昇降可能に設けられ、かつ上部回転ホルダ79と一体的に回転するようになっている。また、上部フレーム11は、切込み形成ユニット29の形成位置PPの近傍に、上部回転ホルダ79を回転させるための上部回転モータ(上部インデックスモータ)83を備えている。上部回転モータ83の出力軸83sは、切込み形成ユニット29の形成位置PPに割り出した上部回転ホルダ79に接続遮断可能になっている。上部回転モータ83の出力軸83sを上部回転ホルダ79に接続遮断するための構成は、例えば特開2007−75889号公報及び特開2004−268101号公報等の公知の構成からなる。
なお、押圧部材としてフリーローラ51の代わりに、フリーボールベアリング(図示省略)を用いた場合には、切込み形成ユニット29の構成要素から上部金型回転機構77を省略してもよい。
切込み形成ユニット29は、その形成位置PPに割り出した切込み形成用の下部金型35Aを回転させる下部金型回転機構(下部インデックス機構)85を有している。そして、下部金型回転機構85の具体的な構成等は、次の通りである。
下部タレット37は、適宜の金型保持孔37hに、環状の下部回転ホルダ87をベアリング(ブッシュ)89によって回転可能に備えている。下部回転ホルダ87は、回止めキー(図示省略)等によって下部金型35Aを回転不能に支持するようになっている。換言すれば、下部金型35Aは、下部タレット37の適宜の金型保持孔37hに下部回転ホルダ87等を介して設けられ、かつ下部回転ホルダ87と一体的に回転するようになっている。下部フレーム9は、切込み形成ユニット29の形成位置PPの近傍に、下部回転ホルダ87を回転させるための下部回転モータ(下部インデックスモータ)91を備えている。下部回転モータ91の出力軸91sは、切込み形成ユニット29の形成位置PPに割り出した下部回転ホルダ87に接続遮断可能になっている。下部回転モータ91の出力軸91sを下部回転ホルダ87に接続遮断するための構成は、例えば特開2007−75889号公報及び特開2004−268101号公報等の公知の構成からなる。
切込み形成ユニット29は、ダイ本体53の排出孔53hから切屑C(図8参照)を吸引力によって回収する切屑回収機構93を有している。そして、切屑回収機構93の具体的な構成は、次の通りである。
下部フレーム9は、下部タレット37の下側に、切屑Cを回収するための回収ボックス95を備えている。また、下部フレーム9は、回収ボックス95の近傍に、回収ボックス95内に吸引力を発生させる真空ポンプ等の吸引源97を備えており、吸引源97は、配管99を介して回収ボックス95に接続されている。
図7、図10、及び図11に示すように、制御ユニット75は、フリーローラ51の軸心51sをワークWの被切断部Waに沿う方向(切込みSに沿う方向)に対して直交した状態に保持するように、上部金型回転機構77を含む切込み形成ユニット29の動作を制御する。また、制御ユニット75は、切削チップ59の刃部59cのすくい面59fをワークWの被切断部Waに沿う方向(切込みSに沿う方向)を向いた状態に保持するように、下部金型回転機構85を含む切込み形成ユニット29の動作を制御する。更に、制御ユニット75は、ワークWの被切断部Waの裏面側に切込みSを形成する際に、回収ボックス95内に吸引力を発生させるように、切屑回収機構93を含む切込み形成ユニット29の動作を制御する。
図7、図10から図12に示すように、制御ユニット75は、ワークWの被切断部Waの裏面側の終点位置EP側に描かれる(形成される)切込みSの軌跡(切込み経路)Tが所定の円軌跡Tcになるように、ラム用昇降モータ等を含む切込み形成ユニット29の動作、及びX軸モータ71と第2Y軸モータ67を含むワーク移動ユニット63の動作を制御する。所定の円軌跡Tcとは、終点位置EPを中心としかつ切込みSの切込み幅k(図6(b)参照)よりも小さい半径の円軌跡(円の軌跡)のことである。
なお、所定の円軌跡Tcは、終点位置EPを中心とする代わりに、終端位置EPの手前の位置(終点位置EPの近傍の位置)を中心にしてもよい。所定の円軌跡Tcは、同心の複数の円軌跡であってもよく、複数の円軌跡は、同一半径の複数の円軌跡、又は半径を少しずつ大きくした複数の円軌跡のいずれでもよい。また、切込みSの切込み幅k(図6(b)参照)よりも小さい半径の円軌跡(円の軌跡)であれば、除去する切屑C(図8(b)(c)(d)参照)も少なくて済むが、確実に切屑Cを除去するためには切込みSの切込み幅kよりも大きい半径であってもよい。所定の円軌跡Tcが複数の円軌跡である場合には、複数の円軌跡の一部が切込みSの切込み幅kよりも大きい半径であってもよい。
ここで、図12には、ワークWの被切断部Waの裏面側の中間側(始点位置と終点位置EPとの中間側)から終点位置EP側にかけて描かれる切込みSの軌跡T(所定の円軌跡Tcを含む)が示されている。図12には、切込み形成ユニット29の動作が動作状態(N1)から動作状態(N4)まで模式的に図示されている。図12において、説明の便宜上、切込み形成ユニット29が重ならないように、動作状態(N3)、(N4)は、動作状態(N2)からずらして図示されている。
制御ユニット75は、終点位置EP側に切込みSの軌跡T(所定の円軌跡Tc)を描く(形成する)際に、フリーローラ51の軸心51sを切込みSに沿う方向に対して直交した状態に保持するように、上部金型回転機構77を含む切込み形成ユニット29の動作を制御する。また、制御ユニット75は、終点位置EP側に切込みSの軌跡を描く際に、切削チップ59の刃部59cのすくい面59fを切込みSに沿う方向を向いた状態に保持するように、下部金型回転機構85を含む切込み形成ユニット29の動作を制御する。
続いて、本発明の第2実施形態に係るレーザ切断加工方法の構成のうち、本発明の実施形態に係るレーザ加工方法と異なる構成についてのみ説明する。
図7、図9から図11に示すように、切込み形成工程ST1では、切削チップ59の刃部59cによってワークWの被切断部Waの裏面側に切込みSを形成する際に、制御ユニット75によって上部金型回転機構77の動作を制御してフリーローラ51の軸心51sをワークWの被切断部Waに沿う方向に対して直交した状態に保持する。また、制御ユニット75によって下部金型回転機構85の動作を制御して切削チップ59の刃部59cのすくい面59fをワークWの被切断部Waに沿う方向を向いた状態に保持する。更に、制御ユニット75によって切屑回収機構93(吸引源97)を制御して回収ボックス95内に吸引力を発生させることにより、ダイ本体53の排出孔53hから切屑Cを回収ボックス95内に回収する。
図7、図9から図12に示すように、切込み形成工程ST1では、ワークWの被切断部Waの裏面側の中間側から終点位置EPに切込みSを形成した後に(図12における動作状態(N1)、(N2)参照)、制御ユニット75によってラム用昇降モータ等を制御してラム39を終点位置EPで一旦上昇させる(図12における動作状態(N3)参照)。次に、切込み形成ユニット29の形成位置PPが終点位置EPに位置した状態から、制御ユニット75によってワーク移動ユニット63の動作を制御してワークWを前記小さい半径の長さ分だけ切込み形成ユニット29の形成位置PPに対して相対的に移動させる。換言すれば、切込み形成ユニット29の形成位置PPをワークWの例えば被切断部Waに沿う方向に前記小さい半径の長さ分だけワークWに対して相対的に移動させる。更に、制御ユニット75によって上部金型回転機構77の動作及び下部金型回転機構85の動作を制御して上部金型31A及び下部金型35Aを90度回転させて、制御ユニット75によってラム用昇降モータ等を制御してラム39を下降させる(図12における動作状態(N4)参照)。そして、制御ユニット75によって切込み形成ユニット29の動作及びワーク移動ユニット63の動作を制御して、ワークWの被切断部Waの裏面側の終点位置EP側に描かれる切込みSの軌跡Tが所定の円軌跡Tcになるようにする。
ワークWの被切断部Waの裏面側の終点位置EP側に切込みSの軌跡T(所定の円軌跡Tc)を描く際に、制御ユニット75によって上部金型回転機構77の動作を制御してフリーローラ51の軸心51sを切込みSに沿う方向に対して直交した状態に保持する。また、制御ユニット75によって下部金型回転機構85の動作を制御して切削チップ59の刃部59cのすくい面59fを切込みSに沿う方向を向いた状態に保持する。
なお、切込みSの軌跡が長い場合には、所定の円軌跡Tcは、ワークWの被切断部Waの裏面側の終点位置EP側だけでなく、ワークWの被切断部Waの裏面側の複数箇所において描かれるようにしてもよい。
そして、本発明の第2実施形態においては、前述の本発明の第1実施形態と同様の作用及び効果を奏する他に、次のような作用及び効果を奏する。
前述のように、切削チップ59の刃部59cによってワークWの被切断部Waの裏面側に切込みSを形成する際に、ダイ本体53の排出孔53hから切屑Cを回収ボックス95内に回収している。そのため、保護フィルムWfの一部が切屑CとしてワークWの母材部分Wbに残存することを抑えることができる。
また、前述のように、ワークWの被切断部Waの裏面側の終点位置EP側に描かれる切込みSの軌跡Tが所定の円軌跡Tcになるようにしている。そのため、ワークWの被切断部Waの裏面側の終点位置EP側において、保護フィルムWfの一部がワークWの母材部分Wbから切り離され易くなり、保護フィルムWfの一部が切屑CとしてワークWの母材部分Wbに残存することをより十分に抑えることができる。
従って、本発明の第2実施形態によれば、ワークWのレーザ切断加工後の後処理を極力減らして、作業能率の向上をより一層図ることができる。
(第2実施形態の変形例1)
本発明の第2実施形態の変形例1について、前述の本発明の第2実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
図7、図10、図11、及び図13に示すように、制御ユニット75は、ワークWの被切断部Waの裏面側の終点位置EP側に描かれる切込みSの軌跡(切込み経路)Tが所定の反転軌跡Trになるように、ラム用昇降モータ等を含む切込み形成ユニット29の動作、及びX軸モータ71と第2Y軸モータ67を含むワーク移動ユニット63の動作を制御する。所定の反転軌跡Trとは、終点位置EP側から反転しかつ終点位置EPの手前の位置FPを通る反転軌跡のことである。
ここで、図13には、ワークWの被切断部Waの裏面側の中間側から終点位置EP側にかけて描かれる切込みSの軌跡T(所定の反転軌跡Trを含む)が示されている。図13において、説明の便宜上、所定の反転軌跡Trと、それを除いた部分の軌跡Tが重ならないように図示されている。図13には、切込み形成ユニット29の動作が動作状態(K1)から動作状態(K5)まで模式的に図示されている。図13において、説明の便宜上、切込み形成ユニット29が重ならないように、動作状態(K3)は、動作状態(K4)からずらして図示されている。
制御ユニット75は、終点位置EP側に切込みSの軌跡T(所定の反転軌跡Tr)を描く際に、フリーローラ51の軸心51sが切込みSに沿う方向に対して直交した状態を保持するように、上部金型回転機構77を含む切込み形成ユニット29の動作を制御する。また、制御ユニット75は、終点位置EP側に切込みSの軌跡Tを描く際に、切削チップ59の刃部59cのすくい面59fが切込みSに沿う方向を向いた状態を保持するように、下部金型回転機構85を含む切込み形成ユニット29の動作を制御する。
続いて、本発明の第2実施形態の変形例1に係るレーザ切断加工方法の構成のうち、本発明の第2実施形態に係るレーザ加工方法と異なる構成についてのみ説明する。
図7、図9から図11、及び図13に示すように、切込み形成工程ST1では、ワークWの被切断部Waの裏面側の中間側から終点位置EPの手前の位置FPまで切込みSを形成した後に(図13における動作状態(K1)、(K2)参照)、制御ユニット75によってラム用昇降モータ等を制御してラム39を手前の位置FPで一旦上昇させる。次に、制御ユニット75によってワーク移動ユニット63の動作を制御してワークWを被切断部Waに沿う方向に応じて切込み形成ユニット29の形成位置PPに対して相対的に移動させて、終点位置EPを切込み形成ユニット29の形成位置PPに位置させる。換言すれば、切込み形成ユニット29の形成位置PPを手前の位置FPから終点位置EPまでワークWに対して相対的に移動させる(図13における動作状態(K3)参照)。更に、制御ユニット75によって上部金型回転機構77の動作及び下部金型回転機構85の動作を制御して上部金型31A及び下部金型35Aを180度回転させて、制御ユニット75によってラム用昇降モータ等を制御してラム39を終点位置EPで下降させる(図13における動作状態(K4)参照)。そして、制御ユニット75によってワーク移動ユニット63の動作を制御してワークWの相対的な移動方向を反転させて、ワークWを切込み形成ユニット29の形成位置PPに対して相対的に移動させる。換言すれば、切込み形成ユニット29の形成位置PPの相対的な移動方向を反転させて、切込み形成ユニット29の形成位置PPをワークWに対して相対的に移動させる(図13における動作状態(K5)参照)。つまり、制御ユニット75よって切込み形成ユニット29の動作及びワーク移動ユニット63の動作を制御して、ワークWの被切断部Waの裏面側の終点位置EP側に描かれる切込みSの軌跡が所定の反転軌跡Trになるようする。
なお、切込みSの軌跡が長い場合には、所定の円軌跡Tcは、ワークWの被切断部Waの裏面側の終点位置EP側だけでなく、ワークWの被切断部Waの裏面側の複数箇所において描かれるようにしてもよい。
そして、本発明の第2実施形態の変形例1においては、前述のように、ワークWの被切断部Waの裏面側の終点位置EP側に描かれる切込みSの軌跡Tが所定の反転軌跡Trになるようにしている。そのため、ワークWの被切断部Waの裏面側の終点位置EP側において、保護フィルムWfの一部がワークWの母材部分Wbから切り離され易くなり、保護フィルムWfの一部が切屑CとしてワークWの母材部分Wbに残存することをより十分に抑えることができる。
従って、本発明の第2実施形態の変形例1によれば、前述の本発明の第2実施形態と同様の効果を奏するものである。
(第2実施形態の変形例2)
本発明の第2実施形態の変形例2について、前述の本発明の第2実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
図7、図10、図11、及び図14に示すように、制御ユニット75は、ワークWの被切断部Waの裏面側の終点位置EP側に描かれる切込みSの軌跡(切込み経路)Tが終点位置EPの手前の位置FPから一旦後退して(戻って)再開(継続)されるように、ラム用昇降モータ等を含む切込み形成ユニット29の動作、及びX軸モータ71と第2Y軸モータ67を含むワーク移動ユニット63の動作を制御する。なお、終点位置EP側に描かれる切込みSの軌跡は、終点位置EPの手前の位置FPから一旦後退する代わりに、終点位置EPから一旦後退してもよい。
ここで、図14には、ワークWの被切断部Waの裏面側の中間側から終点位置EP側にかけて描かれる切込みSの軌跡Tが示されている。図14において、説明の便宜上、再開部分の軌跡Tと、それを除いた部分の軌跡Tが重ならないように図示されている。図14には、切込み形成ユニット29の動作が動作状態(M1)から動作状態(M5)まで模式的に図示されている。図14において、説明の便宜上、切込み形成ユニット29が重ならないように、動作状態(M3)は、動作状態(M4)からずらして図示されている。
続いて、本発明の第2実施形態の変形例2に係るレーザ切断加工方法の構成のうち、本発明の第2実施形態に係るレーザ加工方法と異なる構成についてのみ説明する。
切込み形成工程ST1では、ワークWの被切断部Waの裏面側の終点位置EP側に切込みSを形成した後に(図14における動作状態(M1)、(M2)参照)、制御ユニット75によってラム用昇降モータ等を制御してラム39を一旦上昇させる。次に、制御ユニット75によって切込み形成ユニット29の動作及びワーク移動ユニット63の動作を制御して終点位置EP側に描かれる切込みSの軌跡Tが終点位置EPの手前の位置FPから一旦後退させる(図14における動作状態(M3)参照)。そして、制御ユニット75によってワーク移動ユニット63の動作を制御してワークWを被切断部Waに沿う方向に応じて切込み形成ユニット29の形成位置PPに対して相対的に移動させて、終点位置EPを切込み形成ユニット29の形成位置PPに位置させる。換言すれば、切込み形成ユニット29の形成位置PPを終点位置EPまでワークWに対して相対的に移動させる(図14における動作状態(M4)、(M5)参照)。つまり、制御ユニット75よって切込み形成ユニット29の動作及びワーク移動ユニット63の動作を制御して、終点位置EP側における切込みSの軌跡Tが終点位置EPの手前の位置FPから一旦後退して、再開(継続)されるようにする。
なお、切込みSの軌跡が長い場合には、終点位置EP側だけでなく、ワークWの被切断部Waの裏面側の複数箇所において、切込みSの軌跡Tが一旦後退して再開されるようにしてもよい。
そして、本発明の第2実施形態の変形例2においては、ワークWの被切断部Waの裏面側の終点位置EP側において、保護フィルムWfの一部がワークWの母材部分Wbから切り離され易くなり、保護フィルムWfの一部が切屑CとしてワークWの母材部分Wbに残存することをより十分に抑えることができる。
従って、本発明の第2実施形態の変形例2によれば、前述の本発明の第2実施形態と同様の効果を奏するものである。
(第2実施形態の変形例3)
本発明の第2実施形態の変形例3について、前述の本発明の第2実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
図7、図10、図11、及び図15に示すように、制御ユニット75は、ワークWの被切断部Waの裏面側に切込みSを形成する前に、ワークWの被切断部Waの裏面側の終点位置EP又はその手前の位置に事前切込みS'を形成するように、ラム用昇降モータ等を含む切込み形成ユニット29の動作、及びX軸モータ71と第2Y軸モータ67を含むワーク移動ユニット63の動作を制御する。事前切込みS'とは、ワークWの被切断部Waに沿う方向に対して直交する切込み(交差する切込みの1つ)のことである。なお、事前切込みS'がワークWの被切断部Waの一部に重なるように形成してもよく、又はワークWの被切断部Waに接するように形成してもよい。
制御ユニット75は、終点位置EP等に事前切込みS'を形成する際に、フリーローラ51の軸心51sが事前切込みS'に沿う方向(被切断部Waに沿う方向)に対して直交した状態を保持するように、上部金型回転機構77を含む切込み形成ユニット29の動作を制御する。また、制御ユニット75は、終点位置EP等に事前切込みS'を形成する際に、切削チップ59の刃部59cのすくい面59fが事前切込みS'に沿う方向を向いた状態を保持するように、下部金型回転機構85を含む切込み形成ユニット29の動作を制御する。
続いて、本発明の第2実施形態の変形例3に係るレーザ切断加工方法の構成のうち、本発明の第2実施形態に係るレーザ加工方法と異なる構成についてのみ説明する。
図7、図9から図11、及び図15に示すように、切込み形成工程ST1では、ワークWの被切断部Waの裏面側に切込みSを形成する前に、制御ユニット75によって切込み形成ユニット29の動作及びワーク移動ユニット63の動作を制御してワークWの各被切断部Waの裏面側の終点位置EP又はその手前の位置に事前切込みS'を形成する。ワークWの各被切断部Waの裏面側の終点位置EP等に事前切込みS'を形成する際に、制御ユニット75によって上部金型回転機構77の動作を制御してフリーローラ51の軸心51sを事前切込みS'に沿う方向に対して直交した状態に保持する。制御ユニット75によって下部金型回転機構85の動作を制御して切削チップ59の刃部59cのすくい面59fを事前切込みS'に沿う方向を向いた状態に保持する。
なお、切込みSの軌跡が長い場合には、終点位置EP又はその手前の位置だけでなく、ワークWの被切断部Waの裏面側の複数箇所において、事前切込みS'を形成してもよい。
そして、本発明の第2実施形態の変形例3においては、前述のように、ワークWの各被切断部Waの裏面側に切込みSを形成する前に、ワークWの各被切断部Waの裏面側の終点位置EP等に事前切込みS'を形成している。そのため、ワークWの各被切断部Waの裏面側の終点位置EP側において、保護フィルムWfの一部がワークWの母材部分Wbから切り離され易くなり、保護フィルムWfの一部が切屑CとしてワークWの母材部分Wbに残存することをより十分に抑えることができる。
なお、ワークWの各被切断部Waの裏面側の終点位置EP等に事前切込みS'を形成する際に、上部金型31Aと下部金型35Aとからなる金型セット43に代えて、マイナス刻印用の金型セット(図示省略)を用いてもよい。
従って、本発明の第2実施形態の変形例3によれば、前述の本発明の第2実施形態と同様の効果を奏するものである。
なお、本発明の第2実施形態(変形例1から変形例3を含む)においては、次のように構成を採用してもよい。
ワークWの被切断部Waの裏面側に切込みS(又は事前切込みS')を形成する際に、ワークWの被切断部Waの裏面側の母材部分Wbに切込み溝Wgを形成してもよい。この場合には、保護フィルムWfの一部がワークWの母材部分Wbからより切り離され易くなり、保護フィルムWfの一部をダイ本体53の排出孔53hから外部に効率良く排出することができる。また、ワークWの被切断部Waの裏面側の母材部分Wbに切込み溝Wgを形成しなくてもよい。この場合には、切削チップ59の刃部59cの摩耗を低減して、切削チップ59の寿命を向上させることができる。
前述のように、切込み用加工プログラム及びレーザ切断用加工プログラムは、自動プログラム作成装置(図示省略)によって作成される。その際に、ワークWの被切断部Waの裏面側の終点位置EP側等の処理として、本発明の第2実施形態(変形例1から変形例3を含む)のいずれかによる処理を選択すると、自動プログラム作成装置が切込み用加工プログラム及びレーザ切断用加工プログラムを出力するようになっている。
なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、例えば、次のように種々の態様で実施可能である。
単体の複合加工機1からなる複合加工システムの代わりに、複数の加工機からなる複合加工システムに本発明の技術的思想を適用してもよい。また、保護フィルムWfの代わりに、被覆材の一例としてメッキ膜(図示省略)又は黒皮(図示省略)を裏面に被覆したワーク(図示省略)のレーザ切断加工に本発明の技術的思想を適用してもよい。更に、保護フィルムWf等の被覆材を裏面及び表面にそれぞれ被覆したワーク(図示省略)に対してレーザ切断加工を行う場合にも、本発明の技術的思想を適用してもよい。また、レーザ照射ユニット19をテーブルユニット13の下側に配設しかつ切込み形成ユニット29を上下逆に構成してもよく、この場合には、ワークWに反転させた状態でレーザ切断加工を行う必要がある。そして、本発明に包含される権利範囲は、前述の実施形態に限定されないものである。
(実施例)
本願発明者は、実施例(実施例1から実施例5)として、複合加工機を用いて、ワーク(厚み:1.50mm)の母材部分の切込み溝の深さを変えつつ、複数のワークの被切断部の裏面側に切込みを形成した。次に、CNC画像測定器を用いて、複数のワークの切込み周辺を撮像し、複数の画像に基づいて切込みの切込み幅及び母材部分の露出幅を測定した。更に、複合加工機を用いて、複数のワークの被切断部に対してレーザ切断加工を行い、ドロスの発生状況を確認した。
また、本願発明者は、比較例として、市販のカッターを用いて、ワーク(厚み:1.50mm)の母材部分に傷が付く程度に、ワークの被切断部の裏面側に切込みを形成した。
次に、CNC画像測定器を用いて、ワークの切込み周辺を撮像し、その画像に基づいて切込みの切込み幅及び母材部分の露出幅を測定した。更に、複合加工機を用いて、ワークの被切断部に対してレーザ切断加工を行い、ドロスの発生状況を確認した。
実施例(実施例1から実施例5)及び比較例の結果をまとめると、図16に示すようになる。つまり、ワークの被切断部の裏面側に切込みを形成して、母材部分を被覆材から露出させておくことにより、ワークの裏面側及び切断面等にドロスが発生することを防止できることが判明した。なお、実施例及び比較例において使用したレーザ光のスポット径は、0.2〜0.4mmである。
1 複合加工機(複合加工システム)
1A 複合加工機(複合加工システム)
3 加工機ベース
5 ブリッジフレーム
9 下部フレーム
11 上部フレーム
13 テーブルユニット(テーブル部)
15 固定テーブル
15h 長穴
17 可動テーブル
19 レーザ照射ユニット(レーザ照射部)
21 Y軸スライダ
23 第1Y軸モータ
25 レーザ照射ヘッド
27 ファイバレーザ発振器(レーザ発振器)
29 パンチ加工ユニット
29 切込み形成ユニット(切込み形成部)
31 上部金型
31A 切込み形成用の上部金型
33 上部タレット
35 下部金型
35A 切込み形成用の下部金型
37 下部タレット
39 ラム
41 ストライカ
43 金型セット
45 パンチ本体
47 リフタスプリング
49 パンチヘッド
51 フリーローラ
51s 軸心
53 ダイ本体
53d 凹部
53h 排出孔
55 チップホルダ
59 切削チップ(カッター)
59c 刃部
59f すくい面
63 ワーク移動ユニット(ワーク移動部)
65 キャリッジベース
67 第2Y軸モータ
69 キャリッジ
71 X軸モータ
73 クランパ
75 制御ユニット(制御部)
77 上部金型回転機構(上部インデックス機構)
79 上部回転ホルダ
83 上部回転モータ(上部インデックスモータ)
83s 出力軸
85 下部金型回転機構(下部インデックス機構)
87 下部回転ホルダ
91 下部回転モータ(下部インデックスモータ)
91s 出力軸
93 切屑回収機構
95 回収ボックス
97 吸引源
W ワーク(被覆材付き板金)
Wa 被切断部
Wb 母材部分
Wf 保護フィルム
Wg 切込み溝
M 製品
BP レーザ照射ユニットの照射位置
PP パンチ加工ユニットのパンチ加工位置
PP 切込み形成ユニットの形成位置
S 切込み
ST1 切込み形成工程
ST2 レーザ照射工程

Claims (6)

  1. 被覆材を裏面に被覆した被膜付き板金であるワークの被切断部に対してレーザ切断加工を行う複合加工機であって、
    ワークの被切断部の表面側に向かって上方向からレーザ光を照射するレーザ照射部と、
    ワークの被切断部の裏面側に下方向から切込みを形成する切込み形成部と、
    クランパによってワークの端部を把持した状態で、ワークを前記レーザ照射部の照射位置及び前記切込み形成部の形成位置に対して相対的に水平方向へ移動させるワーク移動部と、
    ワークの被切断部の表面側に向かって上方向からレーザ光を照射する前に、前記クランパによってワークの端部を把持した状態のまま、前記切込み形成部によってワークの被切断部の裏面側に下方向から切込みを形成してワークの母材部分を被覆材から露出させるように、前記切込み形成部及び前記ワーク移動部の動作を制御する制御部と、を具備したことを特徴とする複合加工機。
  2. ワークの被切断部の表面側に向かってレーザ光を照射する際における前記レーザ照射部の照射位置に対するワークの相対的な移動経路が、ワークの被切断部の裏面側に切込みを形成する際における前記切込み形成部の形成位置に対するワークの相対的な移動経路と同じになるように、前記ワーク移動部の動作を制御する制御部と、を具備したことを特徴とする請求項1に記載の複合加工機。
  3. 前記制御部は、ワークの被切断部の裏面側における被覆材から露出させる母材部分の露出幅をレーザ光のスポット径よりも大きくするように、前記切込み形成部の動作を制御することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の複合加工機。
  4. 被覆材を裏面に被覆した被膜付き板金であるワークの被切断部に対してレーザ切断加工を行うレーザ切断加工方法であって、
    クランパによってワークの端部を把持した状態で、ワークを被切断部に沿う方向に応じて切込み形成部の形成位置に対して相対的に水平方向へ移動させつつ、前記切込み形成部によってワークの被切断部の裏面側に下方向から切込みを形成することにより、ワークの被切断部の裏面側においてワークの母材部分を被覆材から露出させ、
    前記クランパによってワークの端部を把持した状態のまま、ワークを被切断部に沿う方向に応じてレーザ照射部の照射位置に対して相対的に水平方向へ移動させつつ、前記レーザ照射部からワークの被切断部の表面側に向かって上方向からレーザ光を照射することを特徴とするレーザ切断加工方法。
  5. ワークの裏面側における被覆材から露出させる母材部分の露出幅をレーザ光のスポット径よりも大きくしていることを特徴とする請求項4に記載のレーザ切断加工方法。
  6. 被覆材は、保護フィルム、メッキ膜、又は黒皮のうちのいずれかであることを特徴とする請求項4又は請求項5に記載のレーザ切断加工方法。
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