JP6899047B2 - 複合加工機及びそのレーザ分光装置 - Google Patents
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Description
本発明は、加工機及びそのレーザ分光装置に関し、特にＣＮＣ工作機械に用いられる複合加工機及びそのレーザ分光装置に関する。
主に作業者の操作により機械が制御されることで伝統的な工作機械による加工が行われていたため、製品の良否は、人的要因に影響され、且つコストが高く、生産性が低い等の欠点がある。ＣＮＣ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ）工作機械は、伝統的な工作機械に比べて、高加工精度、低コスト及び高生産性等の利点を有する。
一般的なＣＮＣ工作機械は、異なるツールヘッドを切り換えることにより様々な切削加工を行うことができる。切削加工の過程において、溶接又は熱処理の場合に他の加工機を操作する必要がある。特に、レーザによる加工では、例えば、レーザにより溶融加工を行うときに、専用のレーザ加工機を用いて処理しなければならない。
しかしながら、金属加工過程においてこれらのレーザ加工機を用いるときに、ワークの搬送、固定、加工が異なる工作機械により行われ、さらに、取り外し、搬送、固定、加工が繰り返されることにより、加工に掛かる時間が大幅に増加する。また、上述のＣＮＣ工作機械によれば、レーザ加工を行おうとするときに、カッターを交換する作業及び時間が必要であり、機械的除去加工、レーザによる付加加工及びレーザによる除去加工は、同時に行えないことから、ＣＮＣ工作機械の加工機能が制限される。
そこで、従来技術の問題点を解決するために、改良された複合加工機を提供する必要がある。
本発明は、前記の事情を鑑みてなされたものであり、レーザ分光装置により複数のビームがワークに照射されるとともに、機械加工装置にツールヘッド又は材料供給ヘッドが結合されることで、ワークを複合加工する時間を有効に短縮することができる複合加工機及びそのレーザ分光装置を提供することを主な目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明の態様によれば、ワークを載置するテーブルと、座体と、前記座体に取り付けられツールヘッド及び材料供給ヘッドが選択的に結合される主軸と、を有する機械加工装置と、前記主軸の片側に設けられるものであって、レーザを少なくとも２本のビームに分光させる分光モジュールと、前記ビームをそれぞれ前記ワークに出力する少なくとも２つの光射出口と、を有するレーザ分光装置と、を含み、前記分光モジュールは、前記ビームをそれぞれ前記光射出口にガイドするための少なくとも２つの導光管を有し、前記レーザ分光装置は、さらにそれぞれ前記導光管に設けられ、各光射出口の熱影響領域を調整する２つの位置決めモジュールを有し、各位置決めモジュールは、対応する光射出口の熱影響領域を伸縮調整する伸縮部と、対応する光射出口の熱影響領域を回転調整する回転部と、を有する複合加工機が提供される。なお、前記ビームは、一般のビームであってもよいし、複数の光ビームの結合ビームであってもよい。
また、本発明の態様において、前記分光モジュールは、さらに前記レーザを集光する入射鏡と、前記レーザを前記ビームに分光させるビームスプリッタと、を有する。
また、本発明の態様において、前記分光モジュールは、さらに前記導光管に設けられ、前記ビームを対応する光射出口に反射させる複数の反射鏡を有する。
また、本発明の態様において、前記複合加工機は、前記テーブルが移動可能に結合されるＸ軸スライドレールと、前記Ｘ軸スライドレールが移動可能に結合されるＹ軸スライドレールと、を含む移動手段を有する。
また、本発明の態様において、前記移動手段は、前記機械加工装置の前記座体が移動可能に結合されるＺ軸スライドレールを有する。
上記の目的を達成するために、本発明の他の態様によれば、加工機の主軸の片側に取り付けられるレーザ分光装置であって、前記主軸を取り囲み、レーザを２本のビームに分光させるものであって、前記レーザを集光する入射鏡と、前記入射鏡の片側に設けられるビームスプリッタと、前記ビームスプリッタの両側に設けられ前記ビームをそれぞれガイドする２つの導光管と、を有する分光モジュールと、それぞれ前記導光管に設けられ、前記ビームを出力する光射出口と、を含み、前記ビームスプリッタは、前記レーザを２本のビームに分光させる回折部材と、２本の前記ビームをそれぞれ前記導光管に反射させる分光反射鏡と、を有し、前記レーザ分光装置は、さらにそれぞれ前記導光管に設けられ、各光射出口の熱影響領域を調整する２つの位置決めモジュールを有し、各位置決めモジュールは、対応する光射出口の熱影響領域を伸縮調整する伸縮部と、対応する光射出口の熱影響領域を回転調整する回転部と、を有するレーザ分光装置が提供される。
また、本発明の態様において、前記光射出口は、それぞれ前記主軸の両側に位置し、各光射出口の前方には、集光レンズが設けられる。
また、本発明の態様において、前記分光モジュールは、さらに前記レーザを集光する入射鏡と、前記レーザを前記ビームに分光させるビームスプリッタと、を有する。
また、本発明の態様において、前記分光モジュールは、さらに前記導光管に設けられ、前記ビームを対応する光射出口に反射させる複数の反射鏡を有する。
また、本発明の態様において、前記複合加工機は、前記テーブルが移動可能に結合されるＸ軸スライドレールと、前記Ｘ軸スライドレールが移動可能に結合されるＹ軸スライドレールと、を含む移動手段を有する。
また、本発明の態様において、前記移動手段は、前記機械加工装置の前記座体が移動可能に結合されるＺ軸スライドレールを有する。
上記の目的を達成するために、本発明の他の態様によれば、加工機の主軸の片側に取り付けられるレーザ分光装置であって、前記主軸を取り囲み、レーザを２本のビームに分光させるものであって、前記レーザを集光する入射鏡と、前記入射鏡の片側に設けられるビームスプリッタと、前記ビームスプリッタの両側に設けられ前記ビームをそれぞれガイドする２つの導光管と、を有する分光モジュールと、それぞれ前記導光管に設けられ、前記ビームを出力する光射出口と、を含み、前記ビームスプリッタは、前記レーザを２本のビームに分光させる回折部材と、２本の前記ビームをそれぞれ前記導光管に反射させる分光反射鏡と、を有し、前記レーザ分光装置は、さらにそれぞれ前記導光管に設けられ、各光射出口の熱影響領域を調整する２つの位置決めモジュールを有し、各位置決めモジュールは、対応する光射出口の熱影響領域を伸縮調整する伸縮部と、対応する光射出口の熱影響領域を回転調整する回転部と、を有するレーザ分光装置が提供される。
また、本発明の態様において、前記光射出口は、それぞれ前記主軸の両側に位置し、各光射出口の前方には、集光レンズが設けられる。
上述のように、前記レーザ分光装置により複数のビームを形成して前記ワークを加工するとともに、前記主軸に前記ツールヘッド又は前記材料供給ヘッドが結合されることで、機械的除去加工、レーザによる除去加工及びレーザによる付加加工を行うことができ、機械的除去加工、レーザによる除去加工及びレーザによる付加加工を組み合わせて複合加工の目的が達成されるとともに、複数の加工機械の取り付け及び取り外しが減少するため、加工時間を有効に短縮することができ、加工効率を向上させることができる。
以下の各実施例の説明は、添付の図面を参考してなされるものであり、本発明を実施するための特定実施例を例示している。また、本発明が言及した方向用語、例えば、上、下、頂、底、前、後、左、右、内、外、側面、周囲、中央、水平、横方向、鉛直、縦方向、最上層又は最下層等は、図面に示される方向に過ぎない。用いられる方向用語は、本発明を説明及び理解するためのものであり、本発明を制限するためのものではない。
図１に示されるのは、本発明に係る複合加工機１００の好適実施例である。前記複合加工機１００は、コンピュータ数値制御（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ， ＣＮＣ）工作機械に用いられるものである。前記複合加工機１００は、ワーク１０１に足し算複合加工又は引き算複合加工を行い、テーブル２、機械加工装置３、レーザ分光装置４及び移動手段５を含む。以下、本発明は、各構成の細部構造、組み立て関係及び動作原理を詳細に説明する。
図１に示すように、前記テーブル２は、前記ワーク１０１を載置するものであり、前記機械加工装置３と互いに離間するように、前記機械加工装置３の下方に設けられる。
図１に示すように、前記機械加工装置３は、座体３１及び主軸３２を有する。前記主軸３２は、前記座体３１に取り付けられ、その底部にツールヘッド１０２が結合される。前記ツールヘッド１０２には、フライス加工カッター又は旋削加工カッターが取り付けられる。
図１から図３に示すように、前記レーザ分光装置４は、前記機械加工装置３の主軸３２の片側に設けられ、分光モジュール４１、２つの光射出口４２及び２つの位置決めモジュール４３を有する。前記分光モジュール４１は、レーザ光源からのレーザ（図示せず）を２本のビーム１０４に分光させる。前記光射出口４２は、それぞれ前記主軸３２の両側に位置し、前記ビーム１０４をそれぞれ前記ワーク１０１に出力する。前記位置決めモジュール４３は、前記分光モジュール４１に設けられ、各光射出口４２の熱影響領域１０５を調整する。なお、前記ビーム１０４は、一般のビームであってもよいし、複数の光ビームの結合ビームであってもよい。
図２及び図３に示すように、具体的に、前記分光モジュール４１は、入射鏡４１１、ビームスプリッタ４１２、２つの導光管４１３及び複数の反射鏡４１４を有する。前記入射鏡４１１は、前記レーザ光源からのレーザを集光するためのものである。前記ビームスプリッタ４１２は、前記入射鏡４１１の片側に設けられ、前記レーザ光源からのレーザを前記ビーム１０４に分光させる。前記ビームスプリッタ４１２は、前記レーザを２本のビームに分光させる回折部材４１５と、前記２本のビームをそれぞれ前記導光管４１３に反射させる分光反射鏡４１６と、を有する。前記導光管４１３は、前記ビームスプリッタ４１２の両側に設けられ、前記ビーム１０４をそれぞれ前記光射出口４２にガイドする。前記反射鏡４１４は、前記導光管４１３に設けられ、前記ビーム１０４を対応する光射出口４２に反射させる。また、各光射出口４２の前方には、前記ビーム１０４を集光してから前記光射出口４２より前記熱影響領域１０５に照射する集光レンズ４１７が設けられる。
図２及び図３に示すように、各位置決めモジュール４３は、伸縮部４３１及び回転部４３２を有する。図２に示すように、前記伸縮部４３１は、矢印方向に往復移動可能に対応する導光管４１３に套設される。これにより、対応する光射出口４２の熱影響領域１０５が伸縮調整される。また、前記回転部４３２は、矢印方向に往復回転可能に前記伸縮部４３１に枢接される。かつ、他の反射鏡４１４’により対応する光射出口４２の熱影響領域１０５が調整される。
図１に示すように、前記移動手段５は、Ｘ軸スライドレール５１、Ｙ軸スライドレール５２及びＺ軸スライドレール５３を含む。前記テーブル２は、Ｘ軸方向に移動可能に前記Ｘ軸スライドレール５１に結合される。前記Ｘ軸スライドレール５１は、Ｙ軸方向に移動可能に前記Ｙ軸スライドレール５２に結合される。前記機械加工装置３の座体３１は、Ｚ軸方向に移動可能に前記Ｚ軸スライドレール５３に結合される。上述の動作によれば、前記主軸３２を前記ワーク１０１の上方の如何なる位置に移動させることができる。
上述の構造によれば、図１に示すように、まずコントローラ（図示せず）により前記移動手段５を制御することで、前記ワーク１０１の上方における前記主軸３２位置が調整される。次に、前記位置決めモジュール４３の伸縮部４３１及び回転部４３２を制御することにより、前記ビーム１０４の熱影響領域１０５を前記ワーク１０１上で移動させ、レーザにより前記ワーク１０１の一部の材料を取り除く。また、前記主軸３２に取り付けられたツールヘッド１０２は、フライス加工カッター又は旋削加工カッターにより、例えば、切断、穴空け及びフライスからなる機械的除去加工を行うことで、数多くの除去加工の目的が達成されるとともに、複数の加工機械の取り付け及び取り外しが減少する。
他の実施例において、図４に示すように、前記複合加工機１００は、前記レーザ分光装置４のみにより前記ワーク１０１を加工してもよい。すなわち、前記位置決めモジュール４３の伸縮部４３１及び回転部４３２を制御することで、前記ビーム１０４の熱影響領域１０５を前記ワーク１０１上で移動させ、前記ワーク１０１に例えば、穴空け、切割、マーキング及び表面処理からなる、レーザによる除去加工が行われる。
他の実施例において、図５及び図６に示すように、前記主軸３２の底部には材料供給ヘッド１０３が結合されてもよい。前記材料供給ヘッド１０３は、前記ワーク１０１に加工される材料を粉状、コロイド状又は線状として前記ワーク１０１に排出することができる。図５に示すように、前記コントローラにより前記位置決めモジュール４３の伸縮部４３１及び回転部４３２を制御することで、前記ビーム１０４の熱影響領域１０５を前記ワーク１０１上で移動させながら、前記材料供給ヘッド１０３からの材料１０６を熔融又は焼結することで、例えば、積層製造、溶接及び修復からなる、レーザによる付加加工が図られる。なお、前記材料１０６は、粉状、コロイド状又は線状として供給されてもよい。図６に示すように、前記ビーム１０４の熱影響領域１０５を調整することにより、前記ビーム１０４によりレーザによる除去加工及びレーザ光による付加加工がそれぞれ行われる。
上述のように、前記レーザ分光装置４により複数のビーム１０４を形成して前記ワーク１０１を加工するとともに、前記主軸３２に前記ツールヘッド１０２又は前記材料供給ヘッド１０３が結合されることで、機械的除去加工、レーザによる除去加工及びレーザによる付加加工を行うことができ、機械的除去加工、レーザによる除去加工及びレーザによる付加加工を組み合わせて複合加工の目的が達成されるとともに、複数の加工機械の取り付け及び取り外しが減少するため、加工時間を有効に短縮することができ、加工効率を向上させることができる。
本発明は、上記実施例によって説明されたが、上記実施例は、本発明を実施するための一例に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。また、特許請求の範囲に含まれる変更等は、本発明の範囲に属する。
Claims (7)
- ワークを載置するテーブルと、
座体と、前記座体に取り付けられツールヘッド及び材料供給ヘッドが選択的に結合される主軸と、を有する機械加工装置と、
前記主軸の片側に設けられるものであって、レーザを少なくとも２本のビームに分光させる分光モジュールと、前記ビームをそれぞれ前記ワークに出力する少なくとも２つの光射出口と、を有するレーザ分光装置と、を含み、
前記分光モジュールは、前記ビームをそれぞれ前記光射出口にガイドするための少なくとも２つの導光管を有し、
前記レーザ分光装置は、さらにそれぞれ前記導光管に設けられ、各光射出口の熱影響領域を調整する２つの位置決めモジュールを有し、
各位置決めモジュールは、
対応する光射出口の熱影響領域を伸縮調整する伸縮部と、
対応する光射出口の熱影響領域を回転調整する回転部と、を有する
ことを特徴とする複合加工機。 - 前記分光モジュールは、さらに
前記レーザを集光する入射鏡と、
前記レーザを前記ビームに分光させるビームスプリッタと、を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の複合加工機。 - 前記分光モジュールは、さらに前記導光管に設けられ、前記ビームを対応する光射出口に反射させる複数の反射鏡を有する
ことを特徴とする請求項２に記載の複合加工機。 - 前記複合加工機は、前記テーブルが移動可能に結合されるＸ軸スライドレールと、前記Ｘ軸スライドレールが移動可能に結合されるＹ軸スライドレールと、を含む移動手段を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の複合加工機。 - 前記移動手段は、前記機械加工装置の前記座体が移動可能に結合されるＺ軸スライドレールを有する
ことを特徴とする請求項４に記載の複合加工機。 - 加工機の主軸の片側に取り付けられるレーザ分光装置であって、
前記主軸を取り囲み、レーザを２本のビームに分光させるものであって、前記レーザを集光する入射鏡と、前記入射鏡の片側に設けられるビームスプリッタと、前記ビームスプリッタの両側に設けられ前記ビームをそれぞれガイドする２つの導光管と、を有する分光モジュールと、
それぞれ前記導光管に設けられ、前記ビームを出力する光射出口と、を含み、
前記ビームスプリッタは、前記レーザを２本のビームに分光させる回折部材と、２本の前記ビームをそれぞれ前記導光管に反射させる分光反射鏡と、を有し、
前記レーザ分光装置は、さらにそれぞれ前記導光管に設けられ、各光射出口の熱影響領域を調整する２つの位置決めモジュールを有し、
各位置決めモジュールは、
対応する光射出口の熱影響領域を伸縮調整する伸縮部と、
対応する光射出口の熱影響領域を回転調整する回転部と、を有する
ことを特徴とするレーザ分光装置。 - 前記光射出口は、それぞれ前記主軸の両側に位置し、
各光射出口の前方には、集光レンズが設けられる
ことを特徴とする請求項６に記載のレーザ分光装置。
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