JPH03226390A - レーザ加工方法およびレーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、レーザ光を用いて切断および穴あけ等を行な
うレーザ加工方法およびレーザ加工装置に関する。

従来の技術 レーザ光を集光して加工材料の表面に照射して切断加工
を行なう場合、初めに切断開始点に貫通した穴をあけ、
その穴を開始点として切断を進めて行く。この穴あけ加
工をピアッシングと呼び、レーザ切断加工における加工
時間の多くを占めている。特に、加工材料の板厚が厚く
なるとピアッシングに要する時間が長くなり、この加工
時間を短縮することが、切断加工時間を短縮する上で大
きな比重を占めることにムる。

発明が解決しようとする課題 ビアッシンク時間を短縮するために、照射レーザ光の強
度を高くすることが考えられる。しかしながら、レーザ
光の強度を高めた場合、加工材料のレーザ光照射部分の
温度が上昇し過ぎ、レーザ光による溶融や燃焼に加え、
材料自身が酸素等のアシストガスによって燃焼するセル
フバーニング現象が発生し、加工時間を短縮する上で障
害となっていた。

本発明は、このような従来の問題を解決するものであり
、ピアッシング時間を短縮することのできる優れたレー
ザ加工方法およびレーザ加工装置を提供することを目的
とする。

課題を解決するための手段 本発明は、前記目的を達成するために、ピアッシング中
にアシストガスの圧力を変化させるようにしたものであ
る。すなわち、ピアッシンク開始時には高い圧力のアシ
ストガスを用い、ピアッシンクの進行に伴ってアシスト
ガスの圧力を減少させる工程および手段を備えている。

作用 したがって、本発明によれば、ピアッシンクすなわち穴
あけ開始時には、高い圧力のアシストガスを用いるので
、レーサ光ｌパルス当たりの穴あけ深さが深くなり、ビ
アッシング時間の短縮を図ることができる。また穴あけ
の進行に伴ってアシストガスの圧力を減少させるので、
セルフバーニングの発生を抑えて穴径を適切に保つこと
ができる。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。第
１図は本発明の一実施例を示すレーザ加工装置の概略構
成図である。第１図において、１はレーザ光、２は集光
レンズ、３は加工材料、４はレーザ光１を発生するレー
ザ発振器、５はレーザ光１を集光レンズ２へ導くための
ビームベンダー　６は集光レンズ２を保持してレーザ光
１を加工材料３へ向けて照射するためのビームノズル、
７はアシストガス供給装置、８はアシストガス供給装置
７からビームノズル６へ向けてアシストガスを供給する
アシストガス供給管、９はアシストガス供給管８の途中
に設けられた圧力調整器、１０は加工材料３を保持して
Ｘ−Ｙ方向に移動させるためのＸ−Ｙテーブル、１１は
Ｘ−Ｙテーブル１ｏを駆動するためのサーボモータ、１
２は圧力調整器９およびサーボモータ１１を制御する数
値制御装置、１３は数値制御装置１２を制御するＣ　Ａ
　Ｄ　、’　ＣＡ　Ｍシステムである。

次に、前記レーザ加工装置の動作について説明する。レ
ーザ発振器４から発せられたパルス状のレーザ光１は、
ビームベンダー５を経て集光レンズ２によりスポット状
に集光され、アシストガス供給装置７からアシストガス
の供給を受けながら加工材料３０表面を照射する。加工
材料３は、集光されたレーザ光１の熱エネルギおよび酸
素等のアシストガスにより加熱溶融されて穴をあけられ
る。ビームノズル６内に供給されるアシストガスの圧力
は、穴あけの初期には切断時の圧力よりも高く、穴あけ
が進行するに従って徐々に低くなり、穴あけが完了した
ときには切断時の圧力に戻るように、圧力調整器９によ
って調整される。加工材料３の表面に焦点を合わされた
レーザ光ｌは、その焦点位置で最もエネルギ密度が高く
、そのエネルギはレーザ光１のスポット径の２乗に比タ
ノする。

加工材料３に穴があけられると、切断図形パターンに従
ってＸ−Ｙテーブル１０が移動し、切断が行なわれる。

この制御は、ＣＡ　Ｄ　／　ＣＡ　Ｍシステム１３内に
格納された切断図形パターンに基づき、数値制御装置１
２を介してサーボモータ１１を駆動することにより行な
われる。また、アシストガスの圧力調整は、同じ＜ＣＡ
Ｄ／ＣＡＭシステム１３内に格納されたテーブルに従っ
て、数値制御装置１２を介して圧力調整器９を動作させ
る二とにより行なわれる。二のようにして、ピアッシン
グ時間を短縮された切断加工が行なわれる。

このようなレーザ加工装置において、アシストガスの圧
力を高めてゆくと、第２図に示すように、レーザ光１パ
ルス当たりの穴あけ深さが深くなってゆく。このため、
アシストガスの圧力を高めることは、ビッシング時間を
短縮させる効果がある。しかしながら、アシストガス、
特に酸素を含んだガスの圧力を高くした場合、レーザ光
１を照射した加工材料３の部分の酸化が促進されてセル
フバーニングが発生しやすくなる。しかも、アシストガ
スの圧力が高い場合、集光ビームのエネルギ密度が高い
部分による加工材料の除去が多くなり、その除去された
材料によりピアッシング穴の直径が小さくなる。この結
果、切断開始時にアシストガスの加工材料３に裏面への
抜けが不十分となり、加工不良を発生させることがある
。

このため、前記実施例においては、第３図に示すように
、アシストガスの設定圧力Ｐをビアッシング開始時に高
くして加工時間を短縮するとともに、ビアッシング後半
に圧力を低減させてセルフバーニングの発生を防圧し、
かつ切断開始に必要な大きさのピアッシング穴が得られ
るようにしている。すなわち、ビアッシンク穴が貫通し
た時間ｉ＋においては、既に切断開始に必要なピアツシ
ング穴径ψ１が得られるようになっている。

本発明の第１の実施例によると、アシストガスの初期圧
力を５〜８　ｌＣｇ／ｃｒｌ、アシストガス最終圧力を
０．５〜１　ｋｇ／ｃｆ／に設定することにより、軟鋼
板６門厚の材料のビアッシング時間を３０〜４０％短縮
することができる。さらに、切断時のアシストガス圧力
は、切断面を滑らかにするために通常は０．５〜１．５
ｋｇ／ａ７程度の低い圧力に設定されるが、圧力を徐々
に減少させるこの実施例では、切断時のアシストガス圧
力への切り換えに時間を必要とせず、加工能率を高める
ことができる。

本発明の第２の実施例を第４図に示す。横軸は加工時間
であり、縦軸はアシストガス設定圧力Ｐ１ピアッシング
深さＨおよびピアッシ〉グ穴径りである。材料は軟鋼板
９市厚である。アシストガスの初期設定圧力は５〜６　
ｋｇ／ａｌ、最終切断開始時の圧力は０　、４〜０　、
５ｋｇ／ｃｒｌであり、前述した軟鋼板６柑厚の場合よ
り低目に設定しである。ビアッシンク貫通時間ｔ１は４
〜５秒、必要穴径ψ１は材料表面で０．６〜０．８．ｆ
ｆ１程度である。

前記した各実施例では、アシストガスの圧力を連続的に
減少させているが、第５図はアシストガスの圧力を段階
状に変化させた例である。この場合においてもビアッシ
ング時間を大幅に短縮でき、特に板厚の厚い材料の場合
に効果が大きい。

発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明のレーザ加工方
法およびレーザ加工装置によれば、切断開始点に穴あけ
を行ない、穴あけの初期にはアシストガスの圧力を高く
設定し、穴あけが進行するに従ってアシストガスの圧力
を低くして穴あけ加工を行なうので、ピアッシング時間
の短縮を図ることができ、レーザ切断加工全体の時間を
著しく短縮できるとともに、生産性を飛躍的に高めるこ
とができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施タノを示すレーザ加工装置の概
略構成図、第２図はレーザ加工方法における穴あけ加工
深さとアシストガス圧力との関係を示すグラフ、第３図
は本発明の一実施例におけるアシストガス設定圧力およ
びビアッシング穴径の加工時間に対する変化を示すグラ
フ、第４図は本発明の第１の実施例におけるアシストガ
ス設定圧力、ピアッシング深さおよびピアッシング穴径
の加工時間に対する変化を示すグラフ、第５図は本発明
の第２の実施例におけるアシストガス設定圧力の加工時
間に対する変化を示すグラフである。 １・・・レーザ光、２・・・集光レンズ、３・・・加工
材料、４・・・レーザ発振器、５・・・ビームベンダー
、６・・・ビームノズル、７・・・アシストガス供給装
置、８・・・アシストガス供給管、９・・・圧力調整器
、１０・・・Ｘ　／’　Ｙテーブル、１１・・・サーボ
モータ、１２・・・数値制御装置、１３・・・ＣＡ　Ｄ
　／　ＣＡ　Ｍシステム。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザ発振器からのレーザ光を集光し、加工材料
   に照射して切断加工を行なう切断工程を有し、前記切断
   工程が切断開始点に穴あけを行ない、穴あけの初期には
   アシストガスの圧力を高く設定し、穴あけが進行するに
   従ってアシストガスの圧力を低くして穴あけ加工を行な
   うことを含むレーザ加工方法。
2. （２）穴あけ初期のアシストガスの圧力を切断時の圧力
   よりも高くし、穴あけが完了するときには切断時の圧力
   に戻すことを特徴とする請求項（１）記載のレーザ加工
   方法。
3. （３）レーザ発振器からのレーザ光を加工材料の表面に
   集光してアシストガスを噴射しながら穴をあけ、次いで
   切断を行なう切断加工手段と、前記アシストガスの圧力
   を穴あけ初期には高くし、穴あけが進行するに従って低
   くするアシストガス圧力調整手段とを備えたレーザ加工
   装置。
4. （４）アシストガス圧力調整手段が、穴あけ初期のアシ
   ストガスの圧力を切断時の圧力よりも高くし、穴あけが
   完了するときには切断時の圧力に戻すことを特徴とする
   請求項（３）記載のレーザ加工装置。