JP6538910B1 - Laser processing machine and laser processing method - Google Patents
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Abstract
【課題】ピアシング加工時にピアス周囲の製品側に付着する溶融金属の量を低減させることができ、板金を切断して製品を製作するときのアシストガスの消費量を少なくして、製品の製造コストを低減させることができるレーザ加工機を提供する。
【解決手段】ビーム変位機構は、ノズル36の開口36aより射出されるレーザビームの開口36a内での位置を変位させる。アシストガス供給装置80は、板金Wの加工時にアシストガスを加工ヘッド35に供給する。制御装置(NC装置50)は、製品の外部にピアシング加工を施すときには、レーザビームの開口36a内の位置を、開口36aの中心から製品より離れる方向の位置へと変位させるようビーム変位機構を制御する。制御装置は、製品の外形を切断するときには、レーザビームの開口36a内の位置を、開口36aの中心から切断進行方向の前方側に変位させるようビーム変位機構を制御する。
【選択図】図1An object of the present invention is to reduce the amount of molten metal adhering to the product side around a piercing at the time of piercing processing, reduce the consumption of assist gas when manufacturing a product by cutting a sheet metal, and reduce the manufacturing cost of the product. To provide a laser processing machine capable of reducing the
A beam displacement mechanism displaces the position of a laser beam emitted from an opening a of a nozzle within the opening a. The assist gas supply device 80 supplies an assist gas to the processing head 35 when processing the sheet metal W. The control device (NC device 50) controls the beam displacement mechanism so as to displace the position within the opening 36a of the laser beam from the center of the opening 36a to a position away from the product when performing piercing processing outside the product. Do. The controller controls the beam displacement mechanism so as to displace the position in the opening 36a of the laser beam from the center of the opening 36a to the front side in the cutting advancing direction when cutting the outer shape of the product.
[Selected figure] Figure 1
Description
本開示は、レーザビームによって板金を加工するレーザ加工機及びレーザ加工方法に関する。 The present disclosure relates to a laser processing machine and a laser processing method for processing a sheet metal by a laser beam.
レーザ発振器より射出されたレーザビームによって板金を切断して、所定の形状を有する製品を製作するレーザ加工機が普及している。レーザ加工機は、ノズルよりレーザビームを射出して板金を切断するときに、ノズルより板金にアシストガスを吹き付けて、カーフ幅内の溶融金属を排出するように構成されている(特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art A laser processing machine is widely used which cuts a sheet metal with a laser beam emitted from a laser oscillator to produce a product having a predetermined shape. The laser processing machine is configured to spray the assist gas onto the sheet metal from the nozzle and discharge the molten metal within the kerf width when the laser beam is emitted from the nozzle to cut the sheet metal (see Patent Document 1). ).
レーザ加工機がレーザビームによって板金を切断して所定の形状を有する製品を製作する際には、レーザ加工機は板金の製品の外部となる位置にレーザビームによってピアスと称される穴を開ける。レーザ加工機はレーザビームによって板金にピアスを開けるピアシング加工に続けて製品外形の所定の位置まで切断するアプローチ加工を施した後に、製品外形に沿って板金を切断する。 When a laser processing machine cuts a sheet metal with a laser beam to produce a product having a predetermined shape, the laser processing machine drills a hole called "piercing" by a laser beam at a position outside the product of the sheet metal. The laser beam machine cuts the sheet metal along the product outline, after performing an piercing process to pierce the sheet metal with a laser beam, followed by cutting to a predetermined position of the product outline.
レーザ加工機は、板金の材料に応じたアシストガスを板金に吹き付けながら、板金にレーザビームを照射することによってピアシング加工を施したり、板金を切断したりする。アプローチ加工または製品外形に沿った切断の際には、レーザビームの熱によって溶融した溶融金属は、アシストガスによって、既に切断された溝より板金の裏面側へと吹き飛ばされる。しかしながら、ピアシング加工時には、溝または孔が形成されていないことから、溶融金属はアシストガスによって板金の表面へと吹き飛ばされてピアスの周囲に付着する。 The laser processing machine performs piercing processing or cuts the sheet metal by irradiating the sheet metal with a laser beam while spraying an assist gas according to the material of the sheet metal to the sheet metal. During approach processing or cutting along the product profile, the molten metal melted by the heat of the laser beam is blown away by the assist gas from the grooves already cut to the back side of the sheet metal. However, at the time of piercing, since the groove or the hole is not formed, the molten metal is blown off to the surface of the sheet metal by the assist gas and adheres to the periphery of the piercing.
ピアシング加工時に飛散する溶融金属は、ピアスの周囲の製品側に付着しない方がよい。アシストガスを板金に吹き付けながら板金にピアスを開けるピアシング加工を施す際に、ピアス周囲の製品側に付着する溶融金属の量を低減させることが望まれる。 Molten metal splashed during piercing should not adhere to the product side around the piercing. When performing piercing processing which pierces the sheet metal while spraying the assist gas onto the sheet metal, it is desirable to reduce the amount of molten metal adhering to the product side around the piercing.
アシストガスの消費量が多いほど、製品の製造コストが高くなる。そこで、レーザ加工機が板金を切断して製品を製作するときのアシストガスの消費量を少なくして、製品の製造コストを低減させることが望まれる。 The greater the consumption of assist gas, the higher the manufacturing cost of the product. Therefore, it is desirable to reduce the manufacturing cost of the product by reducing the consumption of assist gas when the laser processing machine cuts the sheet metal to manufacture the product.
1またはそれ以上の実施形態は、ピアシング加工時にピアス周囲の製品側に付着する溶融金属の量を低減させることができ、板金を切断して製品を製作するときのアシストガスの消費量を少なくして、製品の製造コストを低減させることができるレーザ加工機及びレーザ加工方法を提供することを目的とする。 One or more embodiments can reduce the amount of molten metal adhering to the product side around the piercing during piercing, and reduce the consumption of assist gas when cutting a sheet metal to make a product It is an object of the present invention to provide a laser processing machine and a laser processing method that can reduce the manufacturing cost of a product.
1またはそれ以上の実施形態の第1の態様によれば、レーザビームを開口より射出するノズルが先端に取り付けられた加工ヘッドと、板金の面に対して前記加工ヘッドを相対的に移動させる移動機構と、前記開口より射出されるレーザビームの前記開口内での位置を変位させるビーム変位機構と、前記板金の加工時に、前記開口より前記板金に吹き付けるためのアシストガスを前記加工ヘッドに供給するアシストガス供給装置と、前記板金の加工としてレーザビームによって前記板金より切断する製品の外部にピアスを開けるピアシング加工を施すときには、前記開口から射出されるレーザビームの前記開口内の位置を、前記開口の中心から前記製品より離れる方向の位置へと変位させ、前記板金の加工としてレーザビームによって前記製品の外形を切断するときには、前記開口から射出されるレーザビームの前記開口内の位置を、前記開口の中心よりも切断進行方向の前方側に変位させるよう前記ビーム変位機構を制御する制御装置とを備えることを特徴とするレーザ加工機が提供される。 According to a first aspect of one or more embodiments, relatively a processing head nozzles for emitting the opening of the laser beam is attached to the distal end, the machining head against the surface of the sheet metal mobile Moving mechanism, a beam displacement mechanism for displacing the position of the laser beam emitted from the opening in the opening, and an assist gas for blowing the opening to the sheet metal from the opening when the sheet metal is processed An assist gas supply device for supplying, and a piercing process for piercing the outside of a product to be cut from the sheet metal by the laser beam as processing for the sheet metal, the position within the opening of the laser beam emitted from the opening is The product is displaced from the center of the opening to a position away from the product, and the product is processed by a laser beam as processing of the sheet metal. A controller for controlling the beam displacement mechanism so as to displace the position within the opening of the laser beam emitted from the opening forward of the center of the opening when cutting the outer shape; There is provided a laser processing machine characterized by
1またはそれ以上の実施形態の第2の態様によれば、レーザビームによって板金より製品を切断するために前記製品の外部にピアスを開けるピアシング加工を施すときには、加工ヘッドの先端に取り付けられたノズルの開口から射出されるレーザビームの前記開口内の位置を、前記開口の中心から前記製品より離れる方向の位置へと変位させ、前記ピアシング加工時に、前記開口より前記板金へとアシストガスを吹き付けて、前記レーザビームによる熱によって溶融した前記板金の溶融金属を前記ピアス周囲の前記製品より離れる方向へと吹き飛ばし、レーザビームによって前記製品の外形を切断するときには、前記開口から射出されるレーザビームの前記開口内の位置を、前記開口の中心よりも切断進行方向の前方側に変位させ、前記製品の外形切断時に、前記開口より前記板金へとアシストガスを吹き付けて、レーザビームによる熱によって溶融した前記板金の溶融金属を、前記製品の外形周囲に形成された溝より排出することを特徴とするレーザ加工方法が提供される。 According to a second aspect of one or more embodiments, the nozzle attached to the tip of the processing head when piercing is performed to pierce the exterior of the product to cut the product from the sheet metal by the laser beam The position in the opening of the laser beam emitted from the opening is displaced from the center of the opening to a position away from the product, and an assist gas is sprayed from the opening to the sheet metal during the piercing process. When the molten metal of the sheet metal melted by heat by the laser beam is blown away from the product around the piercing and the outer shape of the product is cut by the laser beam, the laser beam emitted from the opening Displacing the position in the opening to the front side in the cutting advancing direction than the center of the opening; At the time of outer shape cutting, an assist gas is blown from the opening to the sheet metal, and the molten metal of the sheet metal melted by heat from the laser beam is discharged from a groove formed around the outer shape of the product. A processing method is provided.
1またはそれ以上の実施形態のレーザ加工機及びレーザ加工方法によれば、ピアシング加工時にピアス周囲の製品側に付着する溶融金属の量を低減させることができる。また、板金を切断して製品を製作するとき、アシストガスの消費量を少なくして、製品の製造コストを低減させることができる。 According to the laser processing machine and the laser processing method of one or more embodiments, it is possible to reduce the amount of molten metal adhering to the product side around the piercing at the time of piercing processing. Moreover, when manufacturing a product by cutting a sheet metal, the consumption of assist gas can be reduced, and the manufacturing cost of the product can be reduced.
以下、1またはそれ以上の実施形態のレーザ加工機及びレーザ加工方法について、添付図面を参照して説明する。図1において、レーザ加工機100は、レーザビームを生成して射出するレーザ発振器10と、レーザ加工ユニット20と、レーザ発振器10より射出されたレーザビームをレーザ加工ユニット20へと伝送するプロセスファイバ12とを備える。
One or more embodiments of a laser processing machine and a laser processing method will be described below with reference to the attached drawings. In FIG. 1, a
また、レーザ加工機100は、操作部40と、NC装置50と、加工プログラムデータベース60と、加工条件データベース70と、アシストガス供給装置80とを備える。NC装置50は、レーザ加工機100の各部を制御する制御装置の一例である。
The
レーザ発振器10としては、レーザダイオードより発せられる励起光を増幅して所定の波長のレーザビームを射出するレーザ発振器、またはレーザダイオードより発せられるレーザビームを直接利用するレーザ発振器が好適である。レーザ発振器10は、例えば、固体レーザ発振器、ファイバレーザ発振器、ディスクレーザ発振器、ダイレクトダイオードレーザ発振器(DDL発振器)である。
The
レーザ発振器10は、波長900nm〜1100nmの1μm帯のレーザビームを射出する。ファイバレーザ発振器及びDDL発振器を例とすると、ファイバレーザ発振器は、波長1060nm〜1080nmのレーザビームを射出し、DDL発振器は、波長910nm〜950nmのレーザビームを射出する。
The
レーザ加工ユニット20は、加工対象の板金Wを載せる加工テーブル21と、門型のX軸キャリッジ22と、Y軸キャリッジ23と、Y軸キャリッジ23に固定されたコリメータユニット30と、加工ヘッド35とを有する。板金Wはステンレス鋼であっても、軟鋼であってもよく、材料は限定されない。
The
X軸キャリッジ22は、加工テーブル21上でX軸方向に移動自在に構成されている。Y軸キャリッジ23は、X軸キャリッジ22上でX軸に垂直なY軸方向に移動自在に構成されている。X軸キャリッジ22及びY軸キャリッジ23は、加工ヘッド35を板金Wの面に沿って、X軸方向、Y軸方向、または、X軸とY軸との任意の合成方向に移動させる移動機構として機能する。
The
加工ヘッド35を板金Wの面に沿って移動させる代わりに、加工ヘッド35は位置が固定されていて、板金Wが移動するように構成されていてもよい。レーザ加工機100は、板金Wの面に対して加工ヘッド35を相対的に移動させる移動機構を備えていればよい。
Instead of moving the
加工ヘッド35には、先端部に円形の開口36aを有し、開口36aよりレーザビームを射出するノズル36が取り付けられている。ノズル36の開口36aより射出されたレーザビームは板金Wに照射される。アシストガス供給装置80は、アシストガスとして、板金Wがステンレス鋼であれば窒素を、板金Wが軟鋼であれば酸素を加工ヘッド35に供給する。板金Wの加工時に、アシストガスは開口36aより板金Wへと吹き付けられる。なお、いずれの鋼種においても、加工意図に応じて窒素と酸素とを成分に含む混合ガスをアシストガスとして用いることができる。
The
ピアシング加工時には、アシストガスは板金Wが溶融した溶融金属を吹き飛ばし、アプローチ加工または製品外形の切断時には、アシストガスはカーフ幅内の溶融金属を排出する。製品外形の切断とは、製品の外周を切断する場合と、製品の内部に開口を形成するために製品の内周を切断する場合とを含む。以下、製品外形が製品外周である場合を例とする。 At the time of piercing processing, the assist gas blows away the molten metal in which the sheet metal W is melted, and at the time of approach processing or cutting of the product outer shape, the assist gas discharges the molten metal within the kerf width. Cutting the product profile includes cutting the outer periphery of the product and cutting the inner periphery of the product to form an opening in the interior of the product. Hereinafter, the case where the product outer shape is the product outer periphery is taken as an example.
図2に示すように、コリメータユニット30は、プロセスファイバ12より射出された発散光のレーザビームを平行光(コリメート光)に変換するコリメーションレンズ31を備える。また、コリメータユニット30は、ガルバノスキャナユニット32と、ガルバノスキャナユニット32より射出されたレーザビームをX軸及びY軸に垂直なZ軸方向下方に向けて反射させるベンドミラー33を備える。加工ヘッド35は、ベンドミラー33で反射したレーザビームを集束して、板金Wに照射する集束レンズ34を備える。
As shown in FIG. 2, the
集束レンズ34は、光軸方向の位置を調整可能とされている。集束レンズ34は、板金Wに照射されるレーザビームの集束点を調整する集束点調整機構として機能する。
The focusing
レーザ加工機100は、ノズル36の開口36aより射出されるレーザビームが開口36aの中心に位置するように芯出しされている。基準の状態では、レーザビームは、開口36aの中心より射出する。ガルバノスキャナユニット32は、加工ヘッド35内を進行して開口36aより射出されるレーザビームの開口36a内での位置を変位させるビーム変位機構として機能する。結果として、ガルバノスキャナユニット32は、レーザビームを板金Wに照射する位置を、開口36aの中心直下の位置から所定距離だけ離隔した位置へと変位させる。
The
ガルバノスキャナユニット32は、コリメーションレンズ31より射出されたレーザビームを反射するスキャンミラー321と、スキャンミラー321を所定の角度となるように回転させる駆動部322とを有する。また、ガルバノスキャナユニット32は、スキャンミラー321より射出されたレーザビームを反射するスキャンミラー323と、スキャンミラー323を所定の角度となるように回転させる駆動部324とを有する。
The
駆動部322及び324は、NC装置50による制御に基づき、それぞれ、スキャンミラー321及び323を所定の角度範囲で往復振動させることもできる。スキャンミラー321とスキャンミラー323とのいずれか一方または双方を往復振動させることによって、ガルバノスキャナユニット32は、板金Wに照射されるレーザビームを振動させることができる。即ち、NC装置50は、ガルバノスキャナユニット32を、加工ヘッド35内を進行して開口36aより射出されるレーザビームを、開口36a内で振動させるビーム振動機構として機能させることもできる。
The
ガルバノスキャナユニット32はビーム変位機構及びビーム振動機構の一例であり、ビーム変位機構及びビーム振動機構はガルバノスキャナユニット32に限定されない。
The
図3は、スキャンミラー321とスキャンミラー323とのいずれか一方または双方が傾けられて、板金Wに照射されるレーザビームの位置が変位した状態を示している。図3において、ベンドミラー33で折り曲げられて集束レンズ34を通過する細実線は、レーザ加工機100が基準の状態であるときのレーザビームの光軸を示している。
FIG. 3 shows a state in which one or both of the
なお、詳細には、ベンドミラー33の手前に位置しているガルバノスキャナユニット32の作動により、ベンドミラー33に入射するレーザビームの光軸の角度が変化し、光軸がベンドミラー33の中心から外れる。図3では、簡略化のため、ガルバノスキャナユニット32の作動前後でベンドミラー33へのレーザビームの入射位置を同じ位置としている。
In detail, the operation of the
ガルバノスキャナユニット32による作用によって、レーザビームの光軸が細実線で示す位置から太実線で示す位置へと変位したとする。ベンドミラー33で反射するレーザビームが角度θで傾斜したとすると、板金Wへのレーザビームの照射位置は距離Δsだけ変位する。集束レンズ34の焦点距離をEFL(Effective Focal Length)とすると、距離Δsは、EFL×sinθで計算される。
It is assumed that the optical axis of the laser beam is displaced from the position shown by a thin solid line to the position shown by a thick solid line by the action of the
ガルバノスキャナユニット32がレーザビームを図3に示す方向とは逆方向に角度θだけ傾ければ、板金Wへのレーザビームの照射位置を図3に示す方向とは逆方向に距離Δsだけ変位させることができる。距離Δsは開口36aの半径未満の距離であり、好ましくは、開口36aの半径から所定の余裕量だけ引いた距離を最大距離とした最大距離以下の距離である。
If the
NC装置50は、ガルバノスキャナユニット32の駆動部322及び324を制御することによって、レーザビームを板金Wに照射する位置を変位させることができる。また、NC装置50は、レーザビームを板金Wの面内の所定の方向に振動させることもできる。レーザビームを振動させることによって、板金Wの面上に形成されるビームスポットを振動させることができる。
The
図4に示すように、板金Wに複数の矩形状の製品200が板取りされていて、レーザ加工機100が各製品200を切断する場合を考える。図4に示す位置にピアシング加工を施してピアス201を開け、ピアス201を開けたらアプローチ202を切断し、アプローチ202の製品200側の端部から製品200の外周に沿って板金Wを切断する加工プログラムが作成されているとする。加工プログラムは、加工プログラムデータベース60に記憶されている。
As shown in FIG. 4, it is assumed that a plurality of
NC装置50は、加工プログラムデータベース60より加工プログラムを読み出し、加工条件データベース70に記憶されている複数の加工条件のいずれかを選択する。NC装置50は、読み出した加工プログラム及び選択した加工条件に基づいて板金Wを加工するよう、レーザ加工機100を制御する。
The
図5Aに示すように、加工プログラムによって、ピアシング加工を施してピアス201を開ける位置は板金W上の座標(X1,Y1)に設定されている。レーザビームが開口36aの中心より射出されるとすれば、NC装置50は、開口36aの中心が座標(X1,Y1)に位置するように加工ヘッド35を位置させればよい。開口36aの中心が座標(X1,Y1)に位置すれば、開口36aの中心はピアス201を開ける位置の直上に位置する。
As shown in FIG. 5A, the position where the piercing 201 is to be opened by piercing is set at the coordinates (X1, Y1) on the sheet metal W by the processing program. Assuming that the laser beam is emitted from the center of the
板金Wの板厚が厚いと、ピアス201が形成されるまでの時間が長くなり、開口36aの中心直下の溶融箇所が面方向に微小に移動する現象が発生することがある。すると、溶融金属の量が周方向に均等でなくなって所定の方向に偏る。
If the thickness of the sheet metal W is large, the time until the piercing 201 is formed may be long, and a phenomenon may occur in which the melted portion immediately below the center of the
図5Aに示すように、開口36aの中心を、ピアス201を開ける位置の直上に位置させて、アシストガスを板金Wに吹き付けると、溶融金属の量が偏った方向により多くの溶融金属が飛散する。飛散する溶融金属と、板金Wに付着して固化した堆積金属塊との双方をスパッタと称することがあるが、1またはそれ以上の実施形態においては堆積金属塊をスパッタと称することとする。溶融金属の量が偏る方向はランダムであるので、溶融金属が多く飛散してスパッタが多く付着する方向はランダムとなる。
As shown in FIG. 5A, when the center of the
1またはそれ以上の実施形態においては、溶融金属Wmeltが飛散してスパッタが付着する方向を制御するために、図5Bに示す第1の変位方法、または、図5Cに示す第2の変位方法を採用することによって、レーザビームの開口36a内の位置を、開口36aの中心から製品200より離れる方向の位置へと変位させる。
In one or more embodiments, the first displacement method shown in FIG. 5B or the second displacement method shown in FIG. By adopting, the position in the
第1の変位方法においては、図5Bに示すように、NC装置50は、開口36aの中心が座標(X1,Y1)よりもアプローチ202上の製品200側に変位させた位置の直上に位置するように、加工ヘッド35をアプローチ202に沿って製品200側に変位させる。これに加えて、NC装置50は、レーザビームが板金Wに照射される位置が座標(X1,Y1)となるように、ガルバノスキャナユニット32におけるスキャンミラー321または323の角度を変更する。結果として、レーザビームが板金Wに照射される位置は開口36aの中心直下ではなく、製品200から離れた側に変位する。
In the first displacement method, as shown in FIG. 5B, the
第2の変位方法においては、図5Cに示すように、NC装置50は、開口36aの中心が座標(X1,Y1)に位置するように加工ヘッド35を位置させる。これに加えて、NC装置50は、レーザビームが板金Wに照射される位置が、アプローチ202の延長線上で座標(X1,Y1)よりも製品200から離れた側に位置するように、ガルバノスキャナユニット32におけるスキャンミラー321または323の角度を変更する。結果として、レーザビームが板金Wに照射される位置は開口36aの中心直下ではなく、製品200から離れた側に変位する。
In the second displacement method, as shown in FIG. 5C, the
図5Cに示す第2の変位方法を採用すると、NC装置50が、ピアス201を開ける位置を変更し、アプローチ202を延長するよう加工プログラムを修正する必要がある。場合によっては、隣り合う製品の外周切断線とピアシング加工位置との干渉を考慮しなくてはならず、処理を複雑化させることがある。よって、第2の変位方法よりも第1の変位方法の方が好ましい。
If the second displacement method shown in FIG. 5C is adopted, it is necessary for the
図6は、加工ヘッド35の側面方向から見て、開口36aの中心36ctrから外側へと変位させたレーザビームによって板金Wにピアスを開ける動作を概念的に示し、図7は、板金Wの上方から板金Wを見た状態を概念的に示している。板金Wにピアシング加工を施す際には、NC装置50は、ノズル36を板金Wから離すように加工ヘッド35を上昇させる。従って、図6に示すように、一点鎖線で示すレーザビームのビームウエストは板金Wから離れた上方に位置している。
6 conceptually shows an operation of piercing the sheet metal W with the laser beam displaced outward from the
図6及び図7に示すように、アシストガスAGは板金Wへと周方向に均等に吹き付けられるものの、板金Wに照射されるレーザビームが変位しているため、溶融金属Wmeltはレーザビームが変位した方向に飛散する。溶融金属Wmeltの量が仮に製品200側に偏ったとしても、板金W上でレーザビームを変位させる距離Δsは溶融金属Wmeltの量が偏る距離よりも格段に大きいため、溶融金属Wmeltはレーザビームが変位した方向に飛散する。
As shown in FIG. 6 and FIG. 7, although the assist gas AG is uniformly sprayed to the sheet metal W in the circumferential direction, the laser beam irradiated to the sheet metal W is displaced, so the molten metal Wmelt is a displacement of the laser beam Splash in the direction you Even if the amount of molten metal Wmelt is biased toward the
レーザビームが板金Wに照射される位置を開口36aの中心36ctrの直下から製品200より離れる方向の位置へと変位させれば、溶融金属Wmeltはレーザビームが変位した方向に飛散するから、溶融金属Wmeltは製品200より離れる方向に飛散する。
If the position at which the laser beam is irradiated to the sheet metal W is displaced from immediately below the center 36ctr of the
よって、1またはそれ以上の実施形態のレーザ加工機100及びレーザ加工機100で実行されるレーザ加工方法によれば、図8に示すように、板金Wに、ピアス201の周囲の製品200とは反対側にスパッタSpを付着させ、製品200側にはスパッタSpをほとんど付着させないように制御することができる。従って、製品200の近くにピアス201を開けることができるので、図4に示す隣接する製品200の間隔Dを狭くすることができる。その結果、1またはそれ以上の実施形態のレーザ加工機100及びレーザ加工方法によれば、歩留まりを向上させることが可能となる。
Therefore, according to the
また、1またはそれ以上の実施形態のレーザ加工機100及びレーザ加工方法によれば、スパッタSpがアプローチ202にほとんど付着しないので、アプローチ加工が安定し、加工不良を発生させるおそれを低減させることができる。
In addition, according to the
図5B及び図5Cにおいては、板金Wに照射するレーザビームの位置を変位させる方向をアプローチ202に沿って製品200から離れる方向としているが、アプローチ202に沿った方向に限定されるものではない。製品200から離れる方向であれば、アプローチ202に沿った方向でなくてもよい。
In FIGS. 5B and 5C, the direction of displacing the position of the laser beam irradiated to the sheet metal W is a direction away from the
次に、レーザ加工機100において、アシストガスの消費量を少なくして、製品の製造コストを低減させるための方法を説明する。レーザ加工機100が上記のようにピアシング加工を施してピアス201を開けたら、レーザ加工機100は次のようにアプローチ202を切断し、アプローチ202の製品200側の端部から製品200の外周に沿って板金Wを切断する。
Next, in the
図9または図10に示すように、アプローチ加工または製品外周の切断時には、NC装置50は、ガルバノスキャナユニット32によって、レーザビーム(図10に示すビームスポットBs)を開口36aの中心36ctrよりも切断進行方向の前方側に変位させる。NC装置50は、レーザビームを切断進行方向の前方側に変位させた状態で、移動機構によって加工ヘッド35の相対的な位置を移動させて板金Wを切断する。
As shown in FIG. 9 or FIG. 10, at the time of approach processing or cutting of the product outer periphery, the
図9は、ビームウエストの位置を板金Wの表面よりも下方に位置させたデフォーカスの状態で板金Wを切断する状態を示している。図9においては、ビームウエスト(レーザビームの集束点)は板金Wの板厚方向の中央またはその近傍に位置している。NC装置50は、ビームウエストが、板金Wの板厚方向の中央もしくはその近傍、または、板金Wの表面よりも下方であって、板厚方向の中央よりも上方に位置するように、集束レンズ34の光軸方向の位置を調整することが好ましい。ビームウエストの位置を、集束レンズ34の光軸方向の位置を調整する方法以外の方法で調整してもよい。
FIG. 9 shows a state in which the sheet metal W is cut in a defocused state in which the position of the beam waist is located below the surface of the sheet metal W. In FIG. 9, the beam waist (the focal point of the laser beam) is located at or near the center of the sheet metal W in the thickness direction. The
なお、酸素をアシストガスとして用いて板金Wを加工する場合、ビームウエストが板金Wの表面または表面より上方に位置するように、集束レンズ34の光軸方向の位置を調整してもよい。
When the sheet metal W is processed using oxygen as the assist gas, the position of the focusing
さらに、図9に示すように、NC装置50は、開口36aの中心36ctrが、カッティングフロントCFにおける板金Wの板厚方向の中央よりも下方側に位置するように、加工ヘッド35を位置させるのがよい。
Furthermore, as shown in FIG. 9, the
図9及び図10において、アシストガス供給装置80によって加工ヘッド35へと供給されたアシストガスAGは、開口36aを通って板金Wに吹き付けられる。レーザビームを切断進行方向の前方側に変位させると、切断進行方向の後方側に生成される溶融金属Wmeltに作用するアシストガスAGの量を増やすことができる。
In FIGS. 9 and 10, the assist gas AG supplied to the
加工条件データベース70には、アプローチ加工または製品外周の切断時の加工条件の1つとして、レーザビームを切断進行方向の前方側に変位させるオフセット距離が記憶されている。NC装置50は、ガルバノスキャナユニット32によって、レーザビームをオフセット距離だけ切断進行方向の前方側に変位させる。
The
ノズル36から噴出するアシストガスの時間当たりの噴出量は、開口36aの面積に比例する。従って、アシストガスの消費量を少なくするには、開口36aの直径(ノズル径)を小さくことが考えられる。しかしながら、ノズル径を小さくするとアシストガスの流量が少なくなるから、溶融金属Wmeltの排出性が悪化して加工不良を引き起こす。
The amount of assist gas ejected from the
1またはそれ以上の実施形態のレーザ加工機100及びレーザ加工方法によれば、溶融金属Wmeltに作用するアシストガスの量を増やすことができるから、ノズル径を小さくしても溶融金属Wmeltに作用する実質的なアシストガスの流量がさほど少なくならない。よって、1またはそれ以上の実施形態のレーザ加工機100及びレーザ加工方法によれば、溶融金属Wmeltの排出性が悪化して加工不良を引き起こすことがほとんどないので、従来よりもノズル径の小さいノズル36を用いることが可能となる。
According to the
一例として、ノズル径4mmのノズル36を用いたときのアシストガスの消費量を100%とすると、ノズル径3mmのノズル36を用いたときのアシストガスの消費量は75%となる。1またはそれ以上の実施形態のレーザ加工機100及びレーザ加工方法によれば、ノズル径3mmのノズル36を用いてアシストガスの消費量を56%とすることができる。
As an example, assuming that the consumption of assist gas when using a
1またはそれ以上の実施形態のレーザ加工機100及びレーザ加工方法によれば、上記の例においてはアシストガスの消費量を44%削減することができるので、製品の製造コストを低減させることができる。
According to the
NC装置50は、アプローチ加工または製品外周の切断時に、ガルバノスキャナユニット32によって、レーザビームを切断進行方向の前方側に変位させた状態で所定の振動パターンで振動させてもよい。
The
図11及び図12は、レーザビームを振動させる振動パターンの例を示している。板金Wの切断進行方向をx方向、板金Wの面内でx方向と直交する方向をy方向とする。図11及び図12は、振動パターンを理解しやすいよう、加工ヘッド35をx方向に移動させない状態での振動パターンを示している。
11 and 12 show an example of a vibration pattern for vibrating a laser beam. The cutting advancing direction of the sheet metal W is the x direction, and the direction orthogonal to the x direction in the plane of the sheet metal W is the y direction. 11 and 12 show a vibration pattern in a state in which the
図11に示すように、ガルバノスキャナユニット32は、NC装置50による制御に基づいて、振動パターンの第1の例として、ビームスポットBsをビームスポットBsの進行によって形成された溝Wk内でx方向に振動させる。この振動パターンを平行振動パターンと称することとする。
As shown in FIG. 11, the
レーザビームを振動させない状態で板金Wに形成される溝Wkはカーフ幅K1を有する。レーザビームを平行振動パターンで振動させると、ビームスポットBsは溝Wk内で振動するので、カーフ幅K1は変化しない。 The groove Wk formed in the sheet metal W in a state in which the laser beam is not vibrated has a kerf width K1. When the laser beam is oscillated in a parallel oscillation pattern, the beam spot Bs oscillates in the groove Wk, so the kerf width K1 does not change.
図12に示すように、ガルバノスキャナユニット32は、NC装置50による制御に基づいて、振動パターンの第2の例として、ビームスポットBsをy方向に振動させる。この振動パターンを直交振動パターンと称することとする。直交振動パターンを用いると、溝Wkはカーフ幅K1よりも広いカーフ幅K2となる。
As shown in FIG. 12, the
なお、図11に示す平行振動パターン、図12に示す直交振動パターンのいずれも、実際には、加工ヘッド35が切断進行方向に移動しながらレーザビームが振動するので、図11または図12に示す振動パターンに切断進行方向(x方向)の変位を加えた振動パターンとなる。
In either of the parallel vibration pattern shown in FIG. 11 and the orthogonal vibration pattern shown in FIG. 12, since the laser beam vibrates while the
本発明は以上説明した1またはそれ以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。 The present invention is not limited to the one or more embodiments described above, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
10 レーザ発振器
12 プロセスファイバ
20 レーザ加工ユニット
30 コリメータユニット
31 コリメーションレンズ
32 ガルバノスキャナユニット
33 ベンドミラー
34 集束レンズ
35 加工ヘッド
36 ノズル
36a 開口
40 操作部
50 NC装置(制御装置)
60 加工プログラムデータベース
70 加工条件データベース
80 アシストガス供給装置
100 レーザ加工機
321,323 スキャンミラー
322,324 駆動部
W 板金
DESCRIPTION OF
60
Claims (6)
板金の面に対して前記加工ヘッドを相対的に移動させる移動機構と、
前記開口より射出されるレーザビームの前記開口内での位置を変位させるビーム変位機構と、
前記板金の加工時に、前記開口より前記板金に吹き付けるためのアシストガスを前記加工ヘッドに供給するアシストガス供給装置と、
前記板金の加工としてレーザビームによって前記板金より切断する製品の外部にピアスを開けるピアシング加工を施すときには、前記開口から射出されるレーザビームの前記開口内の位置を、前記開口の中心から前記製品より離れる方向の位置へと変位させ、前記板金の加工としてレーザビームによって前記製品の外形を切断するときには、前記開口から射出されるレーザビームの前記開口内の位置を、前記開口の中心から切断進行方向の前方側に変位させるよう前記ビーム変位機構を制御する制御装置と、
を備えることを特徴とするレーザ加工機。 A processing head having a nozzle attached at its tip for emitting a laser beam from the opening;
A moving mechanism for relatively moving the machining head against the surface of the sheet metal,
A beam displacement mechanism for displacing the position of the laser beam emitted from the aperture within the aperture;
An assist gas supply device for supplying an assist gas for blowing to the sheet metal from the opening to the processing head at the time of processing the sheet metal;
When a piercing process is performed to pierce the outside of a product to be cut from the sheet metal by a laser beam as processing of the sheet metal, the position within the opening of the laser beam emitted from the opening is from the product from the center of the opening When displacing the position of the away direction and cutting the outer shape of the product with a laser beam as processing of the sheet metal, the position in the opening of the laser beam emitted from the opening is cut from the center of the opening A controller for controlling the beam displacement mechanism to displace the beam forward of the
A laser processing machine comprising:
前記制御装置は、前記製品の外形を切断するときに、レーザビームの集束点を前記板金の表面よりも下方であって、前記板金の板厚の中央または中央よりも上方に位置させるよう、前記集束点調整機構を制御する
ことを特徴とする請求項1に記載のレーザ加工機。 A focusing point adjusting mechanism for adjusting a focusing point of a laser beam irradiated to the sheet metal;
The control device is configured to position the focal point of the laser beam below the surface of the sheet metal and above the center or the center of the thickness of the sheet metal when cutting the outer shape of the product. The laser beam machine according to claim 1, which controls a focusing point adjustment mechanism.
前記制御装置は、前記製品の外形を切断するときに、レーザビームを所定の振動パターンで振動させるよう前記ビーム振動機構を制御する
ことを特徴とする請求項1または2に記載のレーザ加工機。 The beam displacement mechanism also functions as a beam vibration mechanism for vibrating the laser beam,
The laser beam machine according to claim 1 or 2, wherein the control device controls the beam vibration mechanism to vibrate the laser beam in a predetermined vibration pattern when cutting the outer shape of the product.
前記ピアシング加工時に、前記開口より前記板金へとアシストガスを吹き付けて、前記レーザビームによる熱によって溶融した前記板金の溶融金属を前記ピアス周囲の前記製品より離れる方向へと吹き飛ばし、
レーザビームによって前記製品の外形を切断するときには、前記開口から射出されるレーザビームの前記開口内の位置を、前記開口の中心から切断進行方向の前方側に変位させ、
前記製品の外形切断時に、前記開口より前記板金へとアシストガスを吹き付けて、レーザビームによる熱によって溶融した前記板金の溶融金属を、前記製品の外形周囲に形成された溝より排出する
ことを特徴とするレーザ加工方法。 When a piercing process is performed to pierce the outside of the product in order to cut a product from a sheet metal by a laser beam, the position within the aperture of the laser beam emitted from the aperture of a nozzle attached to the tip of the processing head is Displacing from the center of the opening to a position away from the product,
At the time of the piercing process, an assist gas is sprayed from the opening to the sheet metal to blow away the molten metal of the sheet metal melted by heat by the laser beam in a direction away from the product around the piercing.
When the outline of the product is cut by a laser beam, the position within the opening of the laser beam emitted from the opening is displaced from the center of the opening to the front side in the cutting advancing direction;
At the time of cutting the outer shape of the product, an assist gas is blown from the opening to the sheet metal, and the molten metal of the sheet metal melted by heat by the laser beam is discharged from a groove formed around the outer shape of the product. Laser processing method.
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