JP6738355B2 - プロフィールのレーザ加工用機械およびその加工機によるプロフィールに対する傾斜切削加工を実施するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、プロフィールのレーザ加工のための機械に関し、特には、独立請求項１のプレアンブルに記載されているようなプロフィールのレーザ切削のための機械に関する。本発明の別形態によれば、本発明は、上記の機械を使用してプロフィールに対して傾斜切削加工を施す方法にも関する。

本明細書および請求項において、用語“プロフィール（加工対象物；ｐｒｏｆｉｌｅ）”とは、長形に作製された製品であって、（製造公差を除いて）その長手軸に沿って均一な断面を有し、その断面が偏ることなく閉じた中空断面（例えば、円形、長方形、正方形）または開いた断面（例えば、平坦断面、またはＬ形状、Ｃ形状、Ｕ形状などの形状の断面）であり得る任意の長形に作製された製品を特定するのに使用されている。さらに、用語“長手（方向）”および“横断（方向）”とは、それぞれプロフィールの長手軸の方向および長手方向に垂直な方向を特定するのに使用されている。さらに、表現“傾斜切削加工”とは、加工ヘッドと、加工ヘッドによって放射され、加工対象のピース（加工物）の表面に垂直にならないように配向されているレーザビームとで実行される切削加工を意味する。

本発明は、添付図面の図１に関して以下で説明するような、プロフィールのレーザ加工の機械による、例えば平坦なプロフィールなどの比較的フレキシブルな（曲がりやすい）プロフィール、すなわち例えば曲げにおいて比較的低剛性であるプロフィールに対する斜切切削加工を実行する方法を改善する必要性から発想されている。

図１で示すように、この機械は、プロフィールＰに対してレーザ加工（特に切削加工）を実行するようにプログラムされている加工ヘッド１０と、プロフィールが供給装置（図示せず）によって長手軸に沿って供給されているときにプロフィールＰを支持してガイドするための、通常は“安定用載置台”として知られる支持ガイド装置１２とを含んでいる。この支持ガイド装置１２は典型的には、水平で、互いに平行に配向されているそれぞれの回転軸の周りで自由回転するように取り付けられた第１の対ローラ１６と、垂直で、互いに平行に配向されているそれぞれの回転軸の周りで自由回転するように取り付けられた第２の対ローラ１８とを含んでいる。それぞれの対ローラ１６と１８は互いに向かって、あるいは互いから離れるように動作でき、加工対象のプロフィールＰの断面の形状および寸法に適合し、プロフィール自体のための好適な支持を提供する。典型的には、図１に関して簡単に上述したようなプロフィールのレーザ加工のための機械においては、機械の様々な構成要素の自由度は次の通りである。加工ヘッド１０は垂直方向と横断方向の両方で動作が可能であり、横断垂直面において、すなわちプロフィールＰの長手軸ｘに垂直な平面において２自由度で動作することができる。さらに、加工ヘッド１０は揺動の横断軸（図１のｔ）の周りで回転できる。供給装置はプロフィールＰを長手軸ｘに沿って移動させ（供給動作）、プロフィールＰを長手軸ｘの周りで回転させることができる。最後に、支持ガイド装置１２はローラ１６と１８の対と共に長手軸ｘに沿って可動であり、さらに長手軸ｘの周りで回転でき、プロフィールＰと共にこの長手軸の周りで回転することができる。

従来技術によれば、面取り加工、例えば、フレア穴Ｈの加工は、まず加工中に加工ヘッド１０を妨害しないような位置に支持ガイド装置１２を配置して、この支持ガイド装置１２をこの位置に静止状態に維持し、（供給装置により）プロフィールＰと加工ヘッド１０を適切に移動させることで実行される。このように、加工中にプロフィールＰは支持ガイド装置１２から加工ヘッド１０へ程度を変えながら延出（突出）する。さらに正確には、支持ガイド装置１２からのプロフィールＰの延出程度（すなわち、プロフィールＰの加工領域の中心と、支持ガイド装置１２の対ローラ１６の各軸を結ぶ線と、の間で長手軸ｘに沿って測定された距離）は、図１に示すように、加工ヘッド１０が支持ガイド装置１２から反対方向に最大角で傾斜したときの最大値Ａと、加工ヘッド１０が支持ガイド装置１２に向かって最大角で傾斜したときの最小値Ｂとの間で変動するであろう。フレキシブルなプロフィールに対して加工を施す場合には、支持ガイド装置１２からの延出程度に応じてフレキシブルなプロフィールは加工中に大きく、または小さく曲るであろう。従って、得られた形状（１例が図２Ａと図２Ｂに示されている）は意図した形状とは異なるであろうし、特に、フレア穴Ｈの軸（ｚ）に対して対称形状にはならないであろう。なぜなら、フレアの傾斜は、加工されているプロフィールＰの曲げ変形が小さいとき、すなわち、プロフィールＰの支持ガイド装置１２からの延出が小さいときには大きくなり、加工されているプロフィールＰの曲げ変形が大きいとき、すなわち、支持ガイド装置１２からのプロフィールＰの延出が大きいときには小さくなるであろうという理由による。

従って、本発明の１目的は、レーザ加工機によるフレキシブルなプロフィールの傾斜切削加工を実行する精度を向上させることで上述の従来技術の弱点を克服することである。

この目的およびその他の目的は、添付の独立請求項１に記載されている特徴を有したプロフィールのレーザ加工のための機械により、本発明の第１の態様に従って完全に達成され、本発明の別な態様によれば、添付の独立請求項３に記載の工程を含んだレーザ加工機によるプロフィールへの傾斜切削加工を実行する方法によって完全に達成される。

本発明の有利な実施態様は従属請求項の主題であり、その内容は以下の説明と一体的であり、一体化される部分を形成するものであると理解されるべきである。

端的に言えば、本発明は、最初に支持ガイド装置を長手軸に沿って加工ヘッドに対して所定の始動位置に配置し、続いて、全体の加工中に、支持ガイド装置を供給装置と一体的に長手軸に沿って移動し（支持ガイド装置の供給装置との一体的な移動は、揺動軸の周りでの加工ヘッドの傾斜動作を補整（補償）するのに必要な供給装置のその移動距離分に制限されている）、すなわち加工されているプロフィールと一体的に長手軸に沿って移動し、それによって、加工中に支持ガイド装置からのプロフィールの延出程度を維持して傾斜切削加工を実行するという概念に基づいている。支持ガイド装置が供給装置と一体的に移動する結果として、すなわちプロフィールと一体的に移動する結果として、加工されているプロフィールの支持ガイド装置からの延出程度が、加工中（むしろ、揺動軸の周りでの加工ヘッドの傾斜動作を補整するために供給装置が長手軸に沿って移動される加工段階中）には一定であるため、加工ヘッドが作用する加工領域でプロフィールの曲げの程度は加工中に一定に保たれる。これで、前もって曲げの程度を測定しておき、その曲げを補整し、さらに正確な加工を得ること、特にフレア穴を設ける場合には穴の軸に対して対称なフレア（広がり）を得ることが可能になる。

本発明のさらなる特徴と利点は、添付の図面を活用した純粋に非限定的である実施例を利用した以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

図１は、平坦なプロフィールのフレア穴が従来技術のレーザ加工機によってどのように加工されるかを概略的に示す斜視図である。 図２Ａと図２Ｂはそれぞれ、従来技術により加工された平坦なプロフィールのフレア穴の例の平面図と側面図である。 図３と図４はそれぞれ、本発明によるレーザ加工機によって平坦なプロフィールのフレア穴がどのように加工されるかを概略的に示す側面図と斜視図である。 図５は、本発明の機械と方法によって加工された平坦なプロフィールのフレア穴の例を示す側面図である。

本発明の機械と方法は、平坦なプロフィールにフレア穴を形成することへのそれらの適用に関してここに説明され、図示されているが、本発明は、傾斜切削工程を必要とする他のタイプの加工を実行する場合、及び／又はそれら加工を異なる形状のプロフィールで実行する場合にも利用できる。

図３から図５にかけて、図１の構成部材及び構成要素と同一又は対応する構成部材及び構成要素には同一番号が付与されており、本発明の１実施例によるプロフィールのレーザ加工のための機械は、それ自体は知られているように、長手軸ｘの方向に延出するプロフィールＰに対して加工（特に切削加工）を実行するための集光（集束）レーザビームを発生させるよう構成された加工ヘッド１０と、その加工ヘッド１０が取り付けられているヘッド運搬構造体１１と、長手軸ｘに沿った平行移動（並進移動）によって及び／又は長手軸周りの回転によってプロフィールＰを移動させる供給装置１４と、プロフィールＰが供給装置１４によって加工ヘッド１０に向けて供給されるときにプロフィールＰを支持してガイドする支持ガイド装置１２とを含んでいる。図示された実施例では、支持ガイド装置１２は、水平で、互いに平行に配向されたそれぞれの回転軸の周りを自由回転するように取り付けられている第１の対ローラ１６と、垂直で、互いに平行に配向されたそれぞれの回転軸の周りを自由回転するように取り付けられている第２の対ローラ１８とを含んでいる。それぞれの対ローラ１６と１８は、互いに向けて、または互いから離れるように動作でき、加工されているプロフィールＰの断面の形状と寸法に対応するように設計されており、プロフィール自体に適切な支持を提供する。しかしながら、上記の機械構成要素の構造、すなわち加工ヘッド１０、支持ガイド装置１２および供給装置１４の構造は本発明の主題ではなく、本発明はここに記載されている上述の構成要素の特定構造に限定されるものと理解されるべきではないことは強調しておかねばならない。

加工ヘッド１０は垂直方向と横断方向の両方で移動でき、横断垂直面、すなわち、プロフィールＰの長手軸ｘに垂直な平面を２自由度で移動できる。加工ヘッド１０は、支持ガイド装置１２に向かう最大傾斜位置（図３の観察者の視点では時計回り回転）と、支持ガイド装置１２から離れる方向の最大傾斜位置（図３の観察者の視点では反時計回り回転）との間で揺動の横断軸（図１のｔ）周りを回転することもできる。１実施例によれば、加工ヘッド１０は揺動軸ｔに垂直な別の揺動軸（図示せず）周りを回転することもできる。

上述したように、供給装置１４は、プロフィールＰの長手軸ｘに沿った移動と（供給動作）、プロフィールＰの長手軸ｘ周りでの回転との両方を可能にする。最終的に、支持ガイド装置１２は長手軸ｘに沿って移動でき、この長手軸の周りをプロフィールＰと共に回転するように長手軸ｘの周りで回転可能である。

加工ヘッド１０、支持ガイド装置１２、および供給装置１４（および加工されるプロフィールＰ）の動きは、機械の動作を管理する電子制御装置（非図示）によって制御される。実行される加工サイクルに応じて、電子制御装置は上記の構成要素の動きを予め設定されているロジックに従って制御する。

この機械がフレア穴ＨをプロフィールＰに加工しなければならない場合には、あるいは、さらに一般的に、傾斜切削部の作製を必要とする任意の加工を実行する場合には、電子制御装置は、加工ヘッド１０と、支持ガイド装置１２と、供給装置１４との動きを以下記載のように制御する。

まず、支持ガイド装置１２が長手軸ｘに沿って移動し、加工ヘッド１０に対する所定の位置に到達するが、その位置は以下で詳細に説明されている基準に基づいて決定される。そこで加工ヘッド１０と供給装置１４（および、それと共に加工対象のプロフィールＰ）は加工サイクルによって提供される、本願の場合にはフレア穴Ｈの加工を実行するよう適切に動かされる。特に、供給装置１４、およびしたがって加工されるプロフィールＰは、一つには、揺動軸ｔの周りで加工ヘッドの傾斜動作を補整するために、一つには、加工のための所望の形状を獲得するために、長手軸ｘに沿って適切に移動される。この点に関して、図３の△ｘは加工中の長手軸ｘに沿った供給装置１４のストローク（移動距離）を示す。本発明によれば、加工中に、電子制御装置は供給装置１４の移動と一体的な、長手軸ｘに沿った支持ガイド装置１２の移動も制御し、支持ガイド装置１２の供給装置１４とのこの一体化された移動は、揺動軸ｔ周りの加工ヘッド１０の傾斜動作を補整するのに必要な供給装置１４のその移動距離に限定されている。供給装置１４、およびしたがって加工されるプロフィールＰが、揺動軸ｔ周りの加工ヘッド１０の傾斜動作を補整するために長手軸ｘに沿って移動される加工段階の最中には、供給装置１４に対して長手方向に固定されている加工対象のプロフィールＰと支持ガイド装置１２との間の長手軸ｘに沿った相対移動は存在しない。従って、加工対象であるプロフィールＰの、支持ガイド装置１２からの延出程度（図４のＡ）は、加工のこれら段階中には一定に保たれる。図３には、加工中の長手軸ｘに沿った支持ガイド装置１２のストロークが△ｘ_１で表わされ、このストロークは供給装置１４のストローク△ｘと一致する。しかし、加工の所望の形状を得るために供給装置１４が長手軸ｘに沿って移動すると、加工対象のプロフィールＰと支持ガイド装置１２との間には必然的に相対移動が発生する。

本明細書の冒頭で説明したように、加工されるプロフィールの支持ガイド装置からの延出は加工中には一定に保たれるため、比較的フレキシブルなプロフィールの場合には、前述した従来技術とは異なり、加工ヘッドが作用している加工領域でのプロフィールの曲げ変形（たわみ）の程度を一定に保つことができ、よって穴の軸に対して対称である（図５に示すように）フレアを得ることができる。さらに、穴が加工されるべきプロフィールの曲げ変形の程度を測定することで、加工時のこの変形を適切に補整することが可能であり、意図された（デザインされた）形状に可能な限り正確に対応した最終形状を得ることができる。

支持ガイド装置１２の初期位置（すなわち、適切な加工の開始前の位置）に関して、加工ヘッド１０との衝突のリスクを回避するために、加工中、支持ガイド装置１２は、供給装置１４の長手方向への平行移動と一体化したその長手方向への平行移動において、加工ヘッド１０からの距離が常に所定の安全距離（図３のＬ）よりも大きいままであるよう、例えば少なくとも５０ｍｍの距離が保たれるよう、初期位置は規定されなければならない。従って、長手軸ｘに沿った供給装置１４の始動位置、および安全距離Ｌの値に応じて、この機械の電子制御装置は、加工工程の開始時に支持ガイド装置１２の長手方向位置を決定するであろう。

当然、本発明の原理は変更されない条件で、これら実施例および構造的細部は、付随する請求の範囲で定義されている本発明の範囲から逸脱せずに、純粋に非限定的な例として説明され、図示されているものから大きく変更することができる。

Claims (4)

1. プロフィール（Ｐ）のレーザ加工のための機械であって、
   長手軸（ｘ）に沿って延びる加工対象のプロフィール（Ｐ）に対して加工、特に切削加工を実行するために集光レーザビームを放射するための加工ヘッド（１０）であって、前記加工ヘッド（１０）は、前記長手軸（ｘ）に垂直な平面内を平行移動でき、且つ前記長手軸（ｘ）に垂直な揺動軸（ｔ）周りで傾斜することもできる、加工ヘッド（１０）と、
   加工対象の前記プロフィール（Ｐ）を前記長手軸（ｘ）に沿って移動させるための供給装置（１４）と、
   加工中に前記供給装置（１４）によって前記プロフィール（Ｐ）が前記加工ヘッド（１０）に向けて供給されているとき、加工対象の前記プロフィール（Ｐ）を支持してガイドするための支持ガイド装置（１２）であって、前記長手軸（ｘ）に沿って平行移動が可能である支持ガイド装置（１２）と、
   予め設定されているロジックに従って、前記加工ヘッド（１０）、前記供給装置（１４）および前記支持ガイド装置（１２）の動きを制御するための電子制御装置と、を含み、
   加工の開始前に、前記支持ガイド装置（１２）が、前記加工ヘッド（１０）に対し前記長手軸（ｘ）に沿った所定の始動位置に配置され、続いて、加工中に、前記支持ガイド装置（１２）が前記供給装置（１４）と一体的に、よって前記プロフィール（Ｐ）と一体的に、前記長手軸（ｘ）に沿って移動され、前記支持ガイド装置（１２）の前記供給装置（１４）との一体的な移動が、前記揺動軸（ｔ）周りの前記加工ヘッド（１０）の傾斜動作を補整するのに必要な前記供給装置（１４）の移動距離に制限されるよう、特にフレア穴（Ｈ）の加工などの傾斜切削加工が前記プロフィール（Ｐ）に実行されている間、前記電子制御装置は、前記供給装置（１４）および前記支持ガイド装置（１２）の前記長手軸（ｘ）に沿った移動を制御するよう構成されていることを特徴とするプロフィール（Ｐ）のレーザ加工のための機械。
2. 前記電子制御装置は、前記支持ガイド装置（１２）が、加工中に、前記供給装置（１４）の長手方向の平行移動と一体的なその長手方向の平行移動の際に、常に、前記加工ヘッド（１０）から所定の安全距離（Ｌ）を超える距離で存在するように、前記支持ガイド装置（１２）の始動位置を計算するよう構成されている、請求項１記載の機械。
3. 長手軸（ｘ）に沿って延出するプロフィール（Ｐ）にレーザ加工機械によって傾斜切削加工、特にフレア穴の加工などを実行する方法であって、
   前記レーザ加工機械は、
   加工対象の前記プロフィール（Ｐ）上に集光レーザビームを放射する加工ヘッド（１０）であって、前記加工ヘッド（１０）は前記長手軸（ｘ）に垂直な平面内を平行移動でき、且つ前記長手軸（ｘ）に垂直な揺動軸（ｔ）周りで傾斜することもできる、加工ヘッド（１０）と、
   加工対象の前記プロフィール（Ｐ）を前記長手軸（ｘ）に沿って移動させるための供給装置（１４）と、
   加工中に前記供給装置（１４）によって前記プロフィール（Ｐ）が前記加工ヘッド（１０）に向けて供給されているとき、加工対象の前記プロフィール（Ｐ）を支持してガイドする支持ガイド装置（１２）であって、前記長手軸（ｘ）に沿って平行移動が可能である支持ガイド装置（１２）と、
   予め設定されているロジックに従って、前記加工ヘッド（１０）、前記供給装置（１４）および前記支持ガイド装置（１２）の動きを制御するための電子制御装置と、を含み、
   前記方法は、
   ａ）加工の開始前に、前記支持ガイド装置（１２）を、前記加工ヘッド（１０）に対して前記長手軸（ｘ）に沿った所定の始動位置に配置する工程と、
   ｂ）加工中に、前記支持ガイド装置（１２）を、前記供給装置（１４）と一体的に、よって前記プロフィール（Ｐ）と一体的に前記長手軸（ｘ）に沿って移動させる工程であって、前記支持ガイド装置（１２）の前記供給装置（１４）との一体的な移動が、前記揺動軸（ｔ）周りでの前記加工ヘッド（１０）の傾斜動作を補整するのに必要な前記供給装置（１４）の移動距離に制限される工程と、
   を含んでいることを特徴とする方法。
4. 前記支持ガイド装置（１２）の始動位置は、加工中に、前記支持ガイド装置（１２）が、前記供給装置（１４）の長手方向の平行移動と一体的なその長手方向の平行移動の際に、常に、前記加工ヘッド（１０）から所定の安全距離（Ｌ）を超える距離で存在するように決定される、請求項３記載の方法。

Images