JP6567794B1 - Laser processing method and laser processing machine - Google Patents
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Abstract
レーザ光によってワークを切断するために使用されるノズル(2b)から自由噴出させたアシストガス(AG)における衝撃波の発生位置が把握される。ノズル(2b)の先端とワーク(W)の表面との距離であるギャップ(G)として設定可能な全ギャップ範囲(Ga)のうち、少なくとも衝撃波の発生位置を含まない適切ギャップ範囲(G1)が設定される。ワーク(W)は、ギャップ(G)を適切ギャップ範囲(G1)内の値にして切断される。The generation position of the shock wave in the assist gas (AG) freely ejected from the nozzle (2b) used for cutting the workpiece by the laser light is grasped. Among all the gap ranges (Ga) that can be set as the gap (G) that is the distance between the tip of the nozzle (2b) and the surface of the workpiece (W), there is an appropriate gap range (G1) that does not include at least the position where the shock wave is generated. Is set. The workpiece (W) is cut with the gap (G) set to a value within the appropriate gap range (G1).
Description
本開示は、アシストガスを使用してワークを切断するレーザ加工方法及びレーザ加工機に関する。 The present disclosure relates to a laser processing method and a laser processing machine for cutting a workpiece using an assist gas.
特許文献1には、アシストガスを使用してワークをレーザによって切断するレーザ加工機が記載されている。特許文献1に記載されたレーザ加工機は、いわゆる倣い装置を備え、ワークとノズル先端との間の距離であるギャップを所定値に維持してワークを切断する。例えば、レーザ加工機が板厚1〜2mm程度のステンレスの板材を切断する場合、ギャップは、一般に0.3〜0.5mmの範囲内で設定される。
ワークの切断加工の効率化の観点から、良好な切断面の製品をワークからできるだけ短時間で切り出せることが望まれている。一方、技術の発展に伴い、レーザ光の出力は常に増大傾向にある。レーザ光によるワークの切断加工は、レーザ光が大出力であるほど高速切断が可能になって加工時間をより短くできるため、大出力レーザ光による高速切断の検討が進められている。 From the viewpoint of increasing the efficiency of workpiece cutting, it is desired that a product with a good cut surface can be cut out from the workpiece in as short a time as possible. On the other hand, with the development of technology, the output of laser light is constantly increasing. In the cutting process of a workpiece by laser light, the higher the laser beam output, the faster the cutting becomes possible, and the processing time can be further shortened.
しかしながら、高速切断のために加工ヘッドとワークとの相対速度を高速化すると、倣い装置によるギャップ維持制御が追従できなくなる不具合が発生することがある。 However, when the relative speed between the machining head and the workpiece is increased for high-speed cutting, there may be a problem that gap maintenance control by the copying apparatus cannot follow.
例えば、噴射されたアシストガスから受ける力でワークの表面が加工ヘッドに対し接近または離隔する方向に細かく振動し、ギャップの維持が困難になって加工ヘッドがワークに衝突する不具合が発生することがある。他の例として、ワークの表面に異物があると、異物を回避するための加工ヘッドの上昇が間に合わず、加工ヘッドが異物に衝突する不具合が発生することがある。 For example, the force received from the injected assist gas may cause the workpiece surface to vibrate in a direction that approaches or separates from the machining head, making it difficult to maintain the gap and causing the machining head to collide with the workpiece. is there. As another example, if there is a foreign substance on the surface of the workpiece, the machining head for avoiding the foreign substance may not rise in time, and a problem may occur in which the machining head collides with the foreign substance.
1またはそれ以上の実施形態が解決しようとする課題は、加工ヘッドを高速移動させても不具合を発生させにくく、ワークを切断加工することができるレーザ加工方法及びレーザ加工機を提供することにある。 A problem to be solved by one or more embodiments is to provide a laser processing method and a laser processing machine that are less likely to cause defects even when a processing head is moved at a high speed and can cut a workpiece. .
1またはそれ以上の実施形態の第1の態様によれば、レーザ光によってワークを切断するために使用されるノズルから自由噴出させたアシストガスにおける衝撃波の発生位置を予め把握し、前記ノズルの先端と前記ワークの表面との距離であるギャップとして設定可能な全ギャップ範囲のうち、少なくとも前記衝撃波の発生位置を含まない適切ギャップ範囲を設定し、前記ギャップを、前記適切ギャップ範囲内の値にして前記ワークを切断するレーザ加工方法が提供される。 According to the first aspect of the one or more embodiments, the generation position of the shock wave in the assist gas ejected from the nozzle used for cutting the workpiece by the laser beam is grasped in advance, and the tip of the nozzle And an appropriate gap range that does not include at least the shock wave generation position among all gap ranges that can be set as a gap that is a distance between the workpiece and the surface of the workpiece, and the gap is set to a value within the appropriate gap range. A laser processing method for cutting the workpiece is provided.
1またはそれ以上の実施形態の第2の態様によれば、レーザ光によってワークを切断するために使用されるノズルの流路形状とアシストガスのガス圧との組み合わせからなる条件組と、前記ノズルから前記ガス圧で自由噴出させた前記アシストガスにおける衝撃波発生位置との対応関係を予め把握し、前記衝撃波発生位置に応じて、前記ノズルの先端とワークの表面との距離であるギャップの適切ギャップ範囲を設定し、前記適切ギャップ範囲に応じて、前記ギャップの有効設定範囲を設定し、複数の前記条件組と前記有効設定範囲とを対応付けたテーブルを作成し、前記テーブルに設定された前記有効設定範囲に基づいて、切断加工におけるギャップを設定するレーザ加工方法が提供される。 According to the second aspect of the one or more embodiments, a condition set comprising a combination of a flow path shape of a nozzle used for cutting a workpiece with laser light and a gas pressure of an assist gas, and the nozzle The gap between the tip of the nozzle and the surface of the workpiece is appropriately determined according to the shock wave generation position in advance, and the correspondence relationship with the shock wave generation position in the assist gas freely ejected with the gas pressure from A range is set, an effective setting range of the gap is set according to the appropriate gap range, a table in which a plurality of the condition sets and the effective setting range are associated is created, and the table set in the table A laser processing method for setting a gap in cutting processing based on an effective setting range is provided.
1またはそれ以上の実施形態の第3の態様によれば、レーザ光によってワークを切断するために使用されるノズルの流路形状とアシストガスのガス圧との組み合わせからなる条件組と、前記ノズルから自由噴出させた前記アシストガスにおける衝撃波の発生位置に応じて設定した有効設定範囲とを対応付けたテーブルを格納した記憶部と、前記テーブルに設定された前記有効設定範囲に基づいて、切断加工における前記ノズルの先端とワークの表面との距離であるギャップを設定するギャップ設定部とを備えるレーザ加工機が提供される。 According to the third aspect of the one or more embodiments, a condition set comprising a combination of a flow path shape of a nozzle used for cutting a workpiece with laser light and a gas pressure of an assist gas, and the nozzle Based on the effective setting range set in the table, a storage unit storing a table in which the effective setting range set according to the shock wave generation position in the assist gas ejected freely from A laser processing machine including a gap setting unit that sets a gap that is a distance between the tip of the nozzle and the surface of the workpiece is provided.
1またはそれ以上の実施形態によれば、加工ヘッドを高速移動させても不具合を発生させにくく、ワークを切断加工することができる。 According to one or more embodiments, even if the machining head is moved at a high speed, it is difficult to cause defects, and the workpiece can be cut.
1またはそれ以上の実施形態に係るレーザ加工機及びレーザ加工方法を、実施例のレーザ加工機51及びそれを用いて行うレーザ加工方法により説明する。
A laser processing machine and a laser processing method according to one or more embodiments will be described with reference to a
図1は、レーザ加工機51の概略全体構成を示す図である。レーザ加工機51は、ワークテーブル1と、ワークテーブル1上に載置されたワークWに対しレーザ光Lsを照射する加工ヘッド2と、ワークテーブル1及び加工ヘッド2の少なくとも一方を移動させて両者の3次元的相対位置を変化させる駆動部3と、加工ヘッド2及び駆動部3の動作を制御する制御装置5とを備えている。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic overall configuration of a
また、レーザ加工機51は、加工ヘッド2にレーザ光Lsを供給するレーザ発振器6と、加工ヘッド2に窒素などのアシストガスAGを供給するアシストガス源7とを備えている。
Further, the
加工ヘッド2は、上下方向(鉛直方向)に延びる軸線CL2を軸とする筒状の本体部2aと、本体部2aの下端に着脱自在に取り付けられたノズル2bと、ノズル2bの先端部2b1とワークテーブル1上に載置されたワークWの表面Waとの距離であるノズルギャップG(以下、単にギャップGと称する)を測定するセンサ2cとを備えている。
The
図2は、ノズル2bの縦断面形状例を示している。ノズル2bは、いわゆるラバルノズルである。ラバルノズルは臨界ノズルとも称される。ノズル2bは、本体部2aの下部に対し、ねじによって着脱自在に装着可能とされている。図2では、ノズル2bを螺着した状態の本体部2aの外形を一点鎖線で示してある。
FIG. 2 shows an example of a vertical cross-sectional shape of the
ノズル2bは、本体部2aに装着された状態で、軸線CL2を中心として上下に延びるアシストガスAGの流路Raを有する。ノズル2bは、流路Raの一部として内径Daの基管部2b2を有する。基管部2b2の下流側には、スロート部2btを有するノズル流路部2b3が接続されている。
The
ノズル流路部2b3は、基管部2b2の内径Daよりも小径に形成されている。また、ノズル流路部2b3は、流路Raの上下方向の中間位置にスロート部2btを有し、スロート部2btにおいて最小直径Db、すなわち最小断面積とされている。ノズル流路部2b3は、スロート部2btから上流側及び下流側の双方に、流路断面積が拡大する流路を有している。ノズル流路部2b3の下端は、先端部2b1において開口部2b5として開口している。 The nozzle channel portion 2b3 is formed with a smaller diameter than the inner diameter Da of the base tube portion 2b2. The nozzle channel portion 2b3 has a throat portion 2bt at an intermediate position in the vertical direction of the channel Ra, and the throat portion 2bt has a minimum diameter Db, that is, a minimum cross-sectional area. The nozzle flow path part 2b3 has a flow path whose flow path cross-sectional area expands on both the upstream side and the downstream side from the throat part 2bt. The lower end of the nozzle flow path part 2b3 is opened as the opening part 2b5 in the front-end | tip part 2b1.
図1に戻り、制御装置5は、中央処理装置(CPU)11、記憶部12、倣い管理部13、及びギャップ設定部14を含んで構成されている。
Returning to FIG. 1, the control device 5 includes a central processing unit (CPU) 11, a
ワークWを切断加工するための加工プログラムPG及びギャップテーブルTgは、不図示の通信インターフェースなどを介して外部から供給され、記憶部12に格納される。ギャップテーブルTgの詳細については後述する。
The machining program PG and the gap table Tg for cutting the workpiece W are supplied from the outside via a communication interface (not shown) and stored in the
CPU11は、切断加工において、加工プログラムPGにより規定される切断経路に沿ってレーザ光LsがワークWに照射されるように、レーザ発振器6及び駆動部3の動作を制御する。レーザ光Lsは、ノズル2bの開口部2b5を通って軸線CL2上に下方へ射出される。
In the cutting process, the
アシストガスAGを使用してワークWを切断する場合、CPU11は、アシストガス源7によるアシストガスAGの供給動作も制御する。アシストガスAGは、軸線CL2を含む所定の横断面形状の流束(例えば断面円形の流束)として下方に噴射される。
When the workpiece W is cut using the assist gas AG, the
レーザ加工機51は、ギャップGが1mm以上の広ギャップ領域でもレーザ切断加工を良好に行える。そのために、レーザ加工機51では、予め取得した、広ギャップ領域において良好な切断が行える有効設定範囲Gyに基づき、ギャップGを設定するようになっている。
The
発明者による実験に基づく検討により、広ギャップ領域において、アシストガスAGの衝撃波の影響を受けて良好な切断ができないギャップ範囲が生じる場合があるという事実の存在が明らかになった。良好な切断が行えるギャップGを設定する手順及びそれを実現する構成(詳細後述)は、この事実に基づいて得られる。 The examination based on the experiment by the inventor has revealed the existence of a fact that a gap range that cannot be satisfactorily cut may occur in the wide gap region due to the influence of the shock wave of the assist gas AG. Based on this fact, a procedure for setting the gap G that can be cut satisfactorily and a configuration that realizes the procedure (detailed later) are obtained.
レーザ加工機51は、衝撃波の影響を受けずに常に良好な切断ができるギャップ範囲を有効設定範囲Gyとして予め求めておき、レーザ切断加工において、ギャップGが原則その有効設定範囲Gy内に維持されるように構成されている。
The
次に、その有効設定範囲Gyを求める方法を、有効設定範囲Gyを求めるに至った考え方(経緯)も含めて説明する。 Next, a method for obtaining the effective setting range Gy will be described including the concept (background) that led to obtaining the effective setting range Gy.
まず、鉄系材料のワークWを、ギャップGを1mm以上の広ギャップ領域に設定して切断した場合の切断性の知見を得るために、発明者は次に説明する切断実験を行った。具体的には、レーザ加工機においてギャップG以外を同一条件に設定し、ギャップGを広ギャップ領域で段階的に変えて切断加工を行った。そして、ギャップG毎の切断性を評価した。 First, in order to obtain the knowledge of the cutting ability when the workpiece W made of iron-based material is cut with the gap G set to a wide gap region of 1 mm or more, the inventor conducted a cutting experiment described below. Specifically, in the laser processing machine, the conditions other than the gap G were set to the same conditions, and the gap G was changed stepwise in the wide gap region for cutting. And the cutting property for every gap G was evaluated.
さらに詳しくは、ワークWを厚さ1.0mmのステンレス板材とし、窒素のアシストガスAGを、ノズル内圧Pnを0.6MPaとしてノズル2bから噴出させて、ワークWを切断した。
More specifically, the workpiece W was made of a stainless steel plate having a thickness of 1.0 mm, and the nitrogen assist gas AG was ejected from the
レーザ発振器6として、ギャップGが、広ギャップ領域の6.5mmにおいても、厚さ1.0mmのステンレス板材を十分切断可能な出力のレーザ光Lsを供給可能なファイバーレーザを使用した。ただし、レーザ種類はファイバーレーザに限定されるものではなく、ダイレクトダイオードレーザやCO2レーザでもよい。また、ギャップGを、0.5〜6.5mmの範囲において0.5mmピッチで段階的に変え、それぞれのギャップにおいて、最低速Va〜最高速Vhの間の異なる加工速度Vで切断加工を実行し、切断性を評価した。加工速度Vは、加工ヘッド2とワークWとの相対速度である。As the laser oscillator 6, a fiber laser capable of supplying a laser beam Ls with an output capable of sufficiently cutting a stainless steel plate having a thickness of 1.0 mm was used even when the gap G was 6.5 mm in a wide gap region. However, the laser type is not limited to the fiber laser, and may be a direct diode laser or a CO 2 laser. Further, the gap G is changed stepwise at a pitch of 0.5 mm in the range of 0.5 to 6.5 mm, and cutting is performed at different processing speeds V between the lowest speed Va and the highest speed Vh in each gap. Then, the cutting property was evaluated. The processing speed V is a relative speed between the
切断性を、ワークWの切断部分において、加工ヘッド2とは反対側の面に生じるドロス高さ(面からのドロス突出高さ)で評価した。評価段階は、切断不能を含め、高さが低い方から次の4段階とした。
◎:ドロス高さ低 : 極めて良好に切断可能
○:ドロス高さ中 : 良好に切断可能
△:ドロス高さ高 : やや不良であるが切断可能
×:切断不能
図3は、この切断加工の、切断性評価結果を示した表であって、列(横)に加工速度Vを、行(縦)にギャップGを展開したマトリックスである。The cutting performance was evaluated by the dross height (the dross protrusion height from the surface) generated on the surface opposite to the
◎: Dross height low: Very good cutting possible ○: Medium dross height: Good cutting ability △: Dross height height: Slightly bad but can be cut ×: Uncuttable Figure 3 shows the cutting process. It is the table | surface which showed the cutting property evaluation result, Comprising: It is the matrix which expand | deployed the processing speed V in the column (horizontal) and the gap G in the row (vertical).
図3に示される結果から、加工速度Vによらず概ね良好な切断が行える適切ギャップ範囲G1と、加工速度Vによらず切断は概ね可能であるが、適切ギャップ範囲G1より切断性が劣る不適切ギャップ範囲G2とが存在することが明らかになった。 From the results shown in FIG. 3, an appropriate gap range G1 that can be cut substantially satisfactorily regardless of the processing speed V, and cutting is generally possible regardless of the processing speed V, but the cutting ability is inferior to that of the appropriate gap range G1. It became clear that there was an appropriate gap range G2.
具体的には、広ギャップ領域であるギャップGが1.0〜6.5mmの範囲において、適切ギャップ範囲G1として、ギャップGが1.0〜2.5mmの範囲G1a、及び、4.0〜5.5mmの範囲G1bの2つの範囲が存在する。また、不適切ギャップ範囲G2として、ギャップGが3.0〜3.5mmの範囲G2a、及び、6.0〜6.5mmの範囲G2bの2つの範囲が存在する。 Specifically, when the gap G, which is a wide gap region, is in the range of 1.0 to 6.5 mm, the appropriate gap range G1 is the range G1a in which the gap G is 1.0 to 2.5 mm, and 4.0 to 4.0. There are two ranges with a range G1b of 5.5 mm. In addition, as the inappropriate gap range G2, there are two ranges, a range G2a in which the gap G is 3.0 to 3.5 mm and a range G2b in which the gap G is 6.0 to 6.5 mm.
この結果において、2つの不適切ギャップ範囲G2が、概ね3.25mmのピッチで出現していることが把握される。このため、ノズル2bの先端部2b1から噴出したアシストガスAGの高速噴流で生じる場合のあることが知られている衝撃波の存在が推察される。
In this result, it is understood that the two inappropriate gap ranges G2 appear with a pitch of approximately 3.25 mm. For this reason, it is inferred that there is a shock wave that is known to be generated by a high-speed jet of the assist gas AG ejected from the tip 2b1 of the
そこで、ノズル2bを用い、アシストガスAGを、ノズル内圧Pnを上記条件と同じ0.6Mpaとして、ワークWなしで自由噴出させた自由噴流AGaを、シュリーレン法で観察し、衝撃波の発生有無を確認した。以下、この試験を衝撃波発生確認試験と称する。
Therefore, using the
図4は、この衝撃波発生確認試験の観察結果を示す模式図である。図4に示されるように、アシストガスAGの自由噴流AGaにおいて、複数の衝撃波Atが観測された。ノズル2bの先端部2b1からの距離が12mmまでの範囲をみると、この例では3つの衝撃波At1〜At3が観測された。
FIG. 4 is a schematic diagram showing an observation result of the shock wave generation confirmation test. As shown in FIG. 4, a plurality of shock waves At were observed in the free jet AGa of the assist gas AG. Looking at the range of the distance from the tip 2b1 of the
各衝撃波At1〜At3は、先端部2b1から下方にそれぞれ距離Lt1、距離Lt2、及び距離Lt3の位置に生じている。また、この例では、各衝撃波At1〜At3の軸線CL2方向のピッチPtは、ほぼ一定の4mmである。すなわち、衝撃波At1〜At3は、先端部2b1から、下方に、概ね、4mm、8mm、及び12mmの位置に出現する。 Each of the shock waves At1 to At3 is generated at positions of a distance Lt1, a distance Lt2, and a distance Lt3 downward from the distal end portion 2b1. In this example, the pitch Pt in the direction of the axis CL2 of each of the shock waves At1 to At3 is substantially constant 4 mm. That is, the shock waves At1 to At3 appear downward from the front end portion 2b1 at positions of approximately 4 mm, 8 mm, and 12 mm.
図3の結果と図4の結果との照合により、ノズル2bの先端部2b1の上下方向位置を基準0(ゼロ)として、切断可能ではあるが切断性が劣る不適切ギャップ範囲G2のノズル2bの下方位置と、自由噴流AGaにおける衝撃波At1の発生位置とが、概ね対応していることが確認される。より詳しくは、衝撃波Atの発生位置からノズル2b側に数mm(1〜2mm)までの範囲が、不適切ギャップ範囲G2に対応することが把握される。
By comparing the result of FIG. 3 with the result of FIG. 4, the vertical position of the tip 2b1 of the
すなわち、ワークWの切断加工におけるアシストガスAGの衝撃波の発生有無及び発生態様は、ワークWをなしとしたアシストガスAGの自由噴流AGaでの衝撃波の発生有無及び発生態様によって推定することができることが明らかになった。 That is, the presence / absence and generation mode of the shock wave of the assist gas AG in the cutting process of the workpiece W can be estimated by the generation presence / absence and generation mode of the shock wave in the free jet AGa of the assist gas AG without the workpiece W. It was revealed.
この結果に基づけば、レーザ光Lsの出力が、切断加工が可能なギャップGの最大値Gmを1mmを超える広ギャップ領域に設定可能なほどに大きい場合、実際の加工で規定すべきギャップGの有効設定範囲Gyを次のように設定するとよいことが導かれる。基準0〜最大値Gmの範囲を全ギャップ範囲Gaとする。有効設定範囲Gyを、全ギャップ範囲Gaから不適切ギャップ範囲G2を除いた範囲、すなわち適切ギャップ範囲G1に基づいて設定するとよい。
Based on this result, when the output of the laser beam Ls is so large that the maximum value Gm of the gap G that can be cut can be set in a wide gap region exceeding 1 mm, the gap G to be specified in actual machining is determined. It is derived that the effective setting range Gy should be set as follows. The range from the
具体的には、有効設定範囲Gyを、適切ギャップ範囲G1と同じ、または適切ギャップ範囲G1に含まれるように設定する。換言すれば、有効設定範囲Gyは、高速加工においても良好な切断性が得られるために設定すべきギャップGの範囲である。 Specifically, the effective setting range Gy is set to be the same as or included in the appropriate gap range G1. In other words, the effective setting range Gy is a range of the gap G that should be set in order to obtain good cutting performance even in high-speed machining.
すなわち、実際の切断加工に供するノズル2b及びノズル内圧Pnで、アシストガスAGを自由噴出させたときの衝撃波Atの発生位置を予め把握し、有効設定範囲Gyを、その衝撃波Atの発生位置に基づいて設定することで、広ギャップ領域においても良好な切断加工を行うことができる。
That is, the generation position of the shock wave At when the assist gas AG is freely ejected is preliminarily grasped with the
この場合、ギャップGは1mm以上の広いギャップに設定されるので、加工ヘッド2とワークWの相対移動速度を高速にしても、加工ヘッド2が、上下に細かく振動するワークW、または、ワークWの表面Waに付着した異物に衝突する虞はほとんどない。従って、加工ヘッド2を高速移動させることによる不具合がほとんど発生せず、ワークWを切断性が良好で高速に切断することができる。
In this case, since the gap G is set to a wide gap of 1 mm or more, even if the relative movement speed of the
上述のように、不適切ギャップ範囲G2の上下方向位置及び範囲と、衝撃波の発生上下方向位置とに関連があることから、予め自由噴流AGaにおける衝撃波の発生態様のみを観測して把握し、把握した衝撃波の発生位置から直接に有効設定範囲Gyを設定してもよい。 As described above, since there is a relation between the vertical position and range of the inappropriate gap range G2 and the vertical direction position of the shock wave generation, only the shock wave generation mode in the free jet AGa is observed and understood in advance. The effective setting range Gy may be set directly from the generated shock wave generation position.
例えば、有効設定範囲Gyを、全ギャップ範囲Gaから衝撃波の発生する位置を含む所定の上下幅の範囲を除いた範囲に設定することができる。他の例として、有効設定範囲Gyを、衝撃波の発生する位置を遠端側とする所定の上下範囲を除いた範囲に設定するとよい。ここで、衝撃波の発生する位置そのものを遠端としてもよいし、衝撃波の発生する位置に近い位置を遠端としてもよい。 For example, the effective setting range Gy can be set to a range obtained by excluding a predetermined vertical range including a position where a shock wave is generated from the entire gap range Ga. As another example, the effective setting range Gy may be set to a range excluding a predetermined vertical range in which the position where the shock wave is generated is the far end side. Here, the position where the shock wave is generated may be the far end, or a position close to the position where the shock wave is generated may be the far end.
上記の他の例において、衝撃波発生位置を遠端とする場合を具体的に説明する。図5及び図6に示されるように、例えば不適切ギャップ範囲G2の上下方向の幅を他の実験結果からα(mm)と推定しておく。そして、ノズル2bの先端部2b1からk(kは1以上の整数)番目の衝撃波の位置までの距離をLtkとして、不適切ギャップ範囲G2とする範囲を、ノズル2bの先端部2b1を基準に、Ltk(mm)の位置を遠端とする(Ltk−α)mmの位置〜Ltk(mm)の範囲とする。
In the above other example, the case where the shock wave generation position is the far end will be specifically described. As shown in FIGS. 5 and 6, for example, the vertical width of the inappropriate gap range G2 is estimated to be α (mm) from other experimental results. Then, let Ltk be the distance from the tip 2b1 of the
この手順を、2以上のkについても実行して図5に示す不適切ギャップ範囲G2を推定し、kが2以上となる衝撃波発生位置を考慮した有効設定範囲Gyを設定する。 This procedure is also executed for two or more k to estimate the inappropriate gap range G2 shown in FIG. 5, and an effective setting range Gy considering the shock wave generation position where k is 2 or more is set.
このように、切断加工におけるギャップGの設定範囲として望ましい有効設定範囲Gyは、次のように設定するとよい。有効設定範囲Gyは、全ギャップ範囲Gaから、不適切ギャップ範囲G2である、ノズル2bの先端部2b1を基準に下方にLtk(mm)の位置から(Ltk−α)mmの位置までの範囲を除いた、適切ギャップ範囲G1に対応する範囲または適切ギャップ範囲G1に含まれた範囲とするのがよい。
Thus, the effective setting range Gy that is desirable as the setting range of the gap G in the cutting process may be set as follows. The effective setting range Gy is a range from the total gap range Ga to the inappropriate gap range G2 from the position of Ltk (mm) to the position of (Ltk−α) mm with reference to the tip 2b1 of the
上述の有効設定範囲Gyを得る具体的手順例を、図7に示されるフロー図を参照して説明する。まず、切断加工に供するノズル2bを用い、ワークWがない状態で、かつワークWの切断加工と条件を同一にして、アシストガスAGを自由噴出させる。この条件の同一とは、アシストガスAGの成分及びノズル内圧Pnを一致させることである。そして、自由噴流AGaをシュリーレン法で観察する(Step1)。
A specific procedure example for obtaining the above-described effective setting range Gy will be described with reference to a flowchart shown in FIG. First, the assist gas AG is freely ejected using the
観察において衝撃波の発生有無を判定し(Step2)、衝撃波の発生がない(NO)と判定した場合、全ギャップ範囲Gaを有効設定範囲Gyに設定する(Step3)。これは、自由噴流AGaにおいて衝撃波が発生していないことから、全ギャップ範囲Gaが適切ギャップ範囲G1に該当すると推定され、全ギャップ範囲Ga内のいずれのギャップにおいても良好な切断が可能になると判断されることによる。 Whether or not shock waves are generated in the observation is determined (Step 2). If it is determined that no shock waves are generated (NO), the entire gap range Ga is set to the effective setting range Gy (Step 3). This is because the shock wave is not generated in the free jet AGa, and therefore it is estimated that the entire gap range Ga corresponds to the appropriate gap range G1, and it is determined that good cutting is possible in any gap within the entire gap range Ga. By being done.
(Step2)で衝撃波の発生がある(YES)と判定された場合、全ギャップ範囲Ga内に衝撃波が発生したか否かを判定する(Step4)。(Step4)で否(NO)と判定した場合、(Step3)へ移行する。これは、ギャップGとして設定可能な全ギャップ範囲Gaには衝撃波が発生しないことから、(Step3)と同じ設定が可能になると判断されることによる。 When it is determined in (Step 2) that a shock wave is generated (YES), it is determined whether or not a shock wave is generated in the entire gap range Ga (Step 4). If it is determined NO (NO) in (Step 4), the process proceeds to (Step 3). This is because no shock wave is generated in the entire gap range Ga that can be set as the gap G, and it is determined that the same setting as (Step 3) is possible.
(Step4)で衝撃波の発生がある(YES)と判定された場合、全ギャップ範囲Ga内の衝撃波について、ノズル2bの先端部2b1から発生位置までの距離Ltを測定する(Step5)。衝撃波が複数存在する場合は、それぞれの距離Ltを測定する。
If it is determined in (Step 4) that a shock wave is generated (YES), the distance Lt from the tip 2b1 of the
測定した距離Ltに基づいて、不適切ギャップ範囲G2を推測して設定する(Step6)。距離Ltを含む上下範囲、または、予め設定しておいた既述の幅の値αを用いて距離Ltを遠端とする距離(Lt−α)から距離Ltまでの範囲が、不適切ギャップ範囲G2と設定される。不適切ギャップ範囲G2を、より高精度に設定するために、推測ではなく、図3を参照して説明した切断性評価の実績を得て、その実績と距離Ltとを比較して設定することが望ましい。 Based on the measured distance Lt, the inappropriate gap range G2 is estimated and set (Step 6). An upper and lower range including the distance Lt, or a range from the distance (Lt−α) to the distance Lt with the distance Lt as the far end using the preset width value α described above is an inappropriate gap range. Set to G2. In order to set the inappropriate gap range G2 with higher accuracy, not the estimation but the performance of the cutting performance described with reference to FIG. 3 is obtained, and the performance is compared with the distance Lt. Is desirable.
次に、全ギャップ範囲Gaから、(Step6)で設定した不適切ギャップ範囲G2を除いた範囲を、適切ギャップ範囲G1とする。そして、適切ギャップ範囲G1に応じて、適切ギャップ範囲G1内で有効設定範囲Gyを設定する(step7)。具体的には、有効設定範囲Gyを、適切ギャップ範囲G1と同じに設定するか、または、適切ギャップ範囲G1に含まれるように設定する。換言すれば、有効設定範囲Gyを、適切ギャップ範囲G1を超えないように設定する。 Next, a range obtained by excluding the inappropriate gap range G2 set in (Step 6) from the entire gap range Ga is set as an appropriate gap range G1. Then, the effective setting range Gy is set within the appropriate gap range G1 in accordance with the appropriate gap range G1 (step 7). Specifically, the effective setting range Gy is set to be the same as the appropriate gap range G1 or set to be included in the appropriate gap range G1. In other words, the effective setting range Gy is set so as not to exceed the appropriate gap range G1.
これにより、実際の切断加工において設定する有効設定範囲Gy内のギャップGは、必ず適切ギャップ範囲G1に含まれるので、良好な切断性が得られる。 As a result, the gap G within the effective setting range Gy set in the actual cutting process is always included in the appropriate gap range G1, so that good cutting performance can be obtained.
さらに、発明者により、上述の衝撃波発生確認試験を、異なる流路形状のノズル2b及びノズル内圧Pnで行った結果、衝撃波の発生位置及び複数発生時の発生間隔は、同一のノズル内圧Pnであっても流路形状が異なると違った態様になることが確認された。ここで、流路形状が異なるとは、少なくとも、流路断面積、流路横断面形状、流路縦断面形状、及び流路長のうちの1つが異なることを意味する。
Further, as a result of conducting the above-described shock wave generation confirmation test by the inventor with the
また、同一流路形状のノズル2bであっても、ノズル内圧Pnが異なると、概ね違った態様になることが確認された。
Further, it was confirmed that even if the
すなわち、衝撃波の発生有無及び発生態様は、少なくともノズル2bの流路形状とアシストガスAGのノズル内圧Pnとに対し、それぞれ独立に依存することが判明した。
That is, it has been found that the presence / absence and generation mode of the shock wave depend independently on at least the flow path shape of the
そこで、上述の手順で求めたギャップGの有効設定範囲Gyを、レーザ切断加工におけるノズル2bの流路形状及びアシストガスAGの条件毎に予め求めて対応付けたギャップテーブルTgが作成される。レーザ加工機51の記憶部12は、ギャップテーブルTgを記憶する。レーザ加工機51は、レーザ切断加工の条件に応じた有効設定範囲Gyを、ギャップテーブルTgから読み出し、読み出した有効設定範囲Gyに基づいて切断加工時のギャップGを制御する。
Therefore, a gap table Tg is created in which the effective setting range Gy of the gap G obtained in the above-described procedure is obtained and associated in advance for each condition of the flow path shape of the
図8は、ギャップテーブルTgの構成例を示している。ギャップテーブルTgは、ノズル2bの種類とノズル内圧Pnとの組み合わせに応じて、1つの有効設定範囲Gyが対応付けられており、有効設定範囲Gyを決めることができるテーブルである。具体的には、レーザ切断加工に用いるノズル2bの流路形状違いの3種(N1〜N3)とノズル内圧Pn1〜Pn9との9種の組み合わせが、それぞれ有効設定範囲Gy1〜Gy9と対応付けられている。
FIG. 8 shows a configuration example of the gap table Tg. The gap table Tg is a table in which one effective setting range Gy is associated according to the combination of the type of
勿論、ノズル2bの種類及びノズル内圧Pn以外のパラメータ(ワーク材質、ワーク厚さなど)とも組み合わせてテーブル化してもよい。また、図8に示されるギャップテーブルTgにおいて、ノズルN1〜N3は互いに種類(流路形状等)が異なり、同一のノズル2bに適用される複数のノズル内圧Pnは互いに異なる値である。
Of course, the table may be combined with parameters other than the type of
一方、異なるノズルN1〜N3間でのノズル内圧Pnに関しては、同じ値が存在していてもよい。例えば、ノズル内圧Pn5とノズル内圧Pn8とが等しくてもよい。また、有効設定範囲Gy1〜Gy9には、同じ範囲が存在していてもよい。 On the other hand, the same value may exist regarding the nozzle internal pressure Pn between different nozzles N1-N3. For example, the nozzle internal pressure Pn5 and the nozzle internal pressure Pn8 may be equal. Moreover, the same range may exist in the effective setting ranges Gy1 to Gy9.
図8に示されたギャップテーブルTgに基づいて、実際の切断加工でレーザ加工機51が行う有効設定範囲Gyの選択手順について、図1及び図9に示されるフロー図を参照して説明する。
Based on the gap table Tg shown in FIG. 8, the selection procedure of the effective setting range Gy performed by the
制御装置5のギャップ設定部14は、記憶部12に記憶された加工プログラムPGにより指定された切断加工の各条件の中から、ギャップテーブルTgに規定されるパラメータ組を把握する(Step11)。図8に示す例において、パラメータ組は、ノズル2bの流路形状とノズル内圧Pnとの組み合わせからなる条件組である。
The
ギャップ設定部14は、記憶部12に記憶されたギャップテーブルTgを参照し、把握したパラメータ組に対応付けられた有効設定範囲Gyを読み込む(Step12)。読み込んだ有効設定範囲Gyを、実行しようとする切断加工においてギャップGが取り得る範囲として設定する(Step13)。
The
切断加工の実行中、倣い管理部13は、ギャップGが、設定された有効設定範囲Gy内で維持されるように駆動部3による上下駆動の制御を管理する。
During the cutting process, the copying
CPU11は、上記一連の動作を制御する。また、倣い管理部13を備えていない場合、または倣い動作をオフとしている場合は、使用者の入力、または外部からの通信による指示により、ギャップGが有効設定範囲Gy内の任意の数値に設定され、CPU11は、その値を維持するよう動作を制御する。
The
以上詳述したレーザ加工機51を用いたレーザ加工方法によれば、ギャップGを広く設定しても、アシストガスAGに生じる衝撃波の影響を回避して良好な切断性が得られる範囲内に、ギャップGが設定される。これにより、加工ヘッド2を高速移動させても、加工ヘッド2とワークWまたは異物との衝突が回避され、切断性が良好な切断加工を不具合がほとんどなく実行できる。
According to the laser processing method using 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形可能である。 The present invention is not limited to the above-described one or more embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
上述のように、切断加工は、倣い制御を伴う加工に限定されない。倣い制御をオフにして行う切断加工であってもよい。レーザ加工機51は、倣い制御のオン・オフによらず、ギャップGを、従来よりも大きい例えば1mm以上に設定して切断加工可能であるから、加工ヘッド2とワークWまたは異物との衝突が回避され、高速かつ高品位な切断加工を実行できる。
As described above, the cutting process is not limited to a process involving copying control. Cutting may be performed with the copying control turned off. The
制御装置5は、レーザ加工機51に備えられていなくてもよい。例えば、制御装置5をレーザ加工機51とは別体としてレーザ加工機51の近傍または遠隔位置に配置し、レーザ加工機51に対し、無線または有線で通信可能なものとしてもよい。アシストガスAGの圧力としてノズル内圧Pnを説明しているが、アシストガスAGの圧力とはノズル2b内の圧力に限定されない。例えば、アシストガスAGの圧力を本体部2aの内部圧力で管理しても勿論よい。
The control device 5 may not be provided in the
ノズル2bのタイプ(流路形状の種類)は、ラバルノズルに限定されない。流路下流側の径がテーパ状に縮小するいわゆる先細りノズルであってもよい。また、いずれのタイプであっても、流路に沿って同じ形状で流路断面積が一定になる部分を有していてもよい。
The type of
発明者が行った、ノズル2bから自由噴出させたアシストガスAGのシュリーレン法による観察及び検討により、さらに次のことが明らかになった。ノズル2bがラバルノズルの場合、先細りノズルの場合と比較して、内圧Pnを高くするか、またはノズル流路部2b3を長くすることで、ノズル2bの先端部2b1から最初の衝撃波の発生位置までの距離Lt1及び衝撃波が複数発生した場合の2つ目以降の間隔Pt1が長くなる傾向がある。
The following was further clarified by observation and examination of the assist gas AG freely ejected from the
距離Lt1が長くなると、全ギャップ範囲Gaにおいて適切ギャップ範囲G1の占める割合が大きくなりギャップGの設定自由度が増すので好ましい。また、距離Lt1が長くなると、1つの適切ギャップ範囲G1の上下幅が大きくなるので、ギャップGの設定及び制御が容易になるので好ましい。 It is preferable that the distance Lt1 is long because the proportion of the appropriate gap range G1 in the entire gap range Ga is increased and the degree of freedom in setting the gap G is increased. Further, it is preferable that the distance Lt1 is long because the vertical width of one appropriate gap range G1 is large, so that the setting and control of the gap G is facilitated.
そこで、ノズル2bがラバルノズルであるか先細りノズルであるかなどのタイプ違いによらず、流路形状の異なる複数のノズル2bそれぞれの自由噴流AGaから衝撃波発生位置を把握する際に、全ギャップ範囲Gaに発生した衝撃波の発生数Nsを確認し、発生数Nsが複数の場合に、間隔Pt(既述のピッチPt1に相当)を高精度に測定しておくとよい。そして、ある板厚を有するワークWを良好に切断可能な複数種のノズル2bがある場合に、発生数Nsが少ないノズルを選択する。複数種のノズル2bの中に、発生数Nsが同じとなるノズル2bが複数ある場合は、間隔Ptが最も長いノズル2bを選択するとよい。
Therefore, regardless of the type difference such as whether the
これにより、所望の条件下で良好に切断を実行可能なノズル2bの中から、最も適切ギャップ範囲G1の占有割合が大きく、上下幅が広い最適なノズル2bを選択して使用できる。
As a result, the
本願の開示は、2017年10月19日に出願された特願2017−202405号に記載の主題と関連しており、それらの全ての開示内容は引用によりここに援用される。
既に述べられたもの以外に、本発明の新規かつ有利な特徴から外れることなく、上記の実施形態に様々な修正や変更を加えてもよいことに注意すべきである。従って、そのような全ての修正や変更は、添付の請求の範囲に含まれることが意図されている。The disclosure of the present application is related to the subject matter described in Japanese Patent Application No. 2017-202405 filed on Oct. 19, 2017, the entire disclosures of which are incorporated herein by reference.
It should be noted that various modifications and changes may be made to the above-described embodiments without departing from the novel and advantageous features of the present invention other than those already described. Accordingly, all such modifications and changes are intended to be included within the scope of the appended claims.
Claims (6)
前記ノズルの先端と前記ワークの表面との距離であるギャップとして設定可能な全ギャップ範囲のうち、少なくとも前記衝撃波の発生位置を含まない適切ギャップ範囲を設定し、
前記ギャップを、前記適切ギャップ範囲内の値にして前記ワークを切断する
レーザ加工方法。Preliminarily grasp the generation position of the shock wave in the assist gas ejected freely from the nozzle used to cut the workpiece by laser light,
Of all the gap ranges that can be set as a gap that is the distance between the tip of the nozzle and the surface of the workpiece, set an appropriate gap range that does not include at least the generation position of the shock wave,
A laser processing method for cutting the workpiece by setting the gap to a value within the appropriate gap range.
前記発生数が最も少ないノズルを選択して使用する
請求項1に記載のレーザ加工方法。For each of the plurality of nozzles, grasp in advance the number of shock waves generated in the entire gap range,
The laser processing method according to claim 1, wherein a nozzle that generates the smallest number is selected and used.
前記衝撃波発生位置に応じて、前記ノズルの先端とワークの表面との距離であるギャップの適切ギャップ範囲を設定し、
前記適切ギャップ範囲に応じて、前記ギャップの有効設定範囲を設定し、
複数の前記条件組と前記有効設定範囲とを対応付けたテーブルを作成し、
前記テーブルに設定された前記有効設定範囲に基づいて、切断加工におけるギャップを設定する
ことを特徴とするレーザ加工方法。A condition set consisting of a combination of the flow path shape of the nozzle used to cut the workpiece with laser light and the gas pressure of the assist gas, and a shock wave generation position in the assist gas that is freely ejected from the nozzle at the gas pressure To understand the relationship
According to the shock wave generation position, set an appropriate gap range of the gap that is the distance between the tip of the nozzle and the surface of the workpiece,
According to the appropriate gap range, set an effective setting range of the gap,
Create a table associating a plurality of the condition sets and the valid setting range,
A gap in cutting is set based on the effective setting range set in the table.
前記テーブルに設定された前記有効設定範囲に基づいて、切断加工における前記ノズルの先端とワークの表面との距離であるギャップを設定するギャップ設定部と、
を備えるレーザ加工機。According to the condition set consisting of the combination of the flow path shape of the nozzle used for cutting the workpiece with the laser beam and the gas pressure of the assist gas, and the generation position of the shock wave in the assist gas ejected freely from the nozzle A storage unit storing a table in which the set valid setting range is associated;
Based on the effective setting range set in the table, a gap setting unit that sets a gap that is a distance between the tip of the nozzle and the surface of the workpiece in cutting processing;
A laser processing machine.
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