JPH07284974A - レーザ加工方法及びその装置 - Google Patents

レーザ加工方法及びその装置

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JPH07284974A
JPH07284974A JP7026619A JP2661995A JPH07284974A JP H07284974 A JPH07284974 A JP H07284974A JP 7026619 A JP7026619 A JP 7026619A JP 2661995 A JP2661995 A JP 2661995A JP H07284974 A JPH07284974 A JP H07284974A
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laser
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Masaru Kaneoka
Shigehiro Yoshiyasu
重宏 吉安
優 金岡
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
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    • B23K26/36Removing material
    • B23K26/38Removing material by boring or cutting
    • B23K26/382Removing material by boring or cutting by boring
    • B23K26/389Removing material by boring or cutting by boring of fluid openings, e.g. nozzles, jets

Abstract

(57)【要約】 【目的】 板厚が3.2mm以上の軟鋼材料のレーザ切
断において、加工終端部で発生する過大な酸化反応の影
響で、切断面に溶損が発生し加工品質が大幅に低下する
ことを防止する加工方法と加工装置を提供する。 【構成】 穴加工の加工条件において、穴加工の大部分
は加工品質と加工効率を優先した切断条件を使用し、加
工形状の終端部近傍のある範囲で溶損を防止するための
切断条件に切り換て加工を行う。さらに加工条件の切り
換えを数値制御装置等が加工軌跡の情報から条件の割り
付けを自動的に行う。 【効果】 3.2mm以上の軟鋼材料の穴加工での、終
端部で溶損が簡単に防止できるため、従来の加工後に溶
損を修復するための工程を省略することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【産業上の利用分野】この発明は、比較的板厚の大きな
金属材料からなる被加工物を、円、四角、三角等の所望
する穴の形状に沿ってレーザ切断することにより被加工
物に所望形状の穴を形成する際、穴周上の加工終点とこ
の加工終点より所定距離手前の点との間を切断するため
の第2のレーザ切断条件を、穴周上の加工終点より所定
距離手前の点までを切断するための第1のレーザ切断条
件とは異なるレーザ切断条件に設定してレーザ切断する
レーザ加工方法及びその装置に係り、特に第1のレーザ
切断条件から第2のレーザ切断条件への切換えに関する
ものである。

【0002】

【従来の技術】例えば板厚3.2mm以上の比較的板厚の
大きな鋼鈑のレーザによる穴明け加工を実施する場合に
おいて、加工ライン中の加工終点部、つまり加工が開始
した後、最後に加工始点に戻ってきた瞬間における加工
不良の問題や、また、それを回避するための方法とし
て、加工ライン中の加工終点のわずか手前で加工を中止
することによりジョイントを残すという切断法を用いて
いるのが現状である。しかしこの方法は、最終的にジョ
イントを取り除く工程が必要という問題があり、この問
題に対する対処法として、例えば図14及び図15に示
すもの(特開平4−33788号公報参照)が提案され
ている。

【0003】なお図15は、図14における切断経路で
示される各切断位置(a,b,c,d)において、レー
ザビームの出力条件パラメータであるレーザ出力とパル
スデューティ、及び加工条件パラメータである切断速度
と加工ガス圧力を、どのように制御しているかを示す図
である。

【0004】即ち、図14及び図15に示すものは、図
14におけるコーナRの小さな箇所(a→b)では、前
記コーナRを加工した直後に母材に残留する蓄熱量が多
いため、レーザ出力、パルスデューティ、切断速度を小
さく設定して加工を行い、円周上に沿って加工終点部近
傍までの区間(b→c)ではレーザ出力、パルスデュー
ティ、切断速度を大きく設定して加工を行い、加工終点
部近傍の区間(c→d)では、区間a→bと同じ理由か
らレーザ出力、パルスデューティ、切断速度を再度小さ
く設定し、かつ、加工ガス圧力も低下させて加工するこ
とにより、加工終点dに戻った瞬間、つまり、レーザビ
ームが円周上の始点bに戻った位置で生ずる加工不良を
是正するようにしている。

【0005】

【発明が解決しようとする課題】図16は、母材として
軟鋼材SS400、板厚12mmに対し、図14及び図15
に示された従来の技術によりφ30mmの穴加工をした場
合の切断結果である。ここで使用したレーザ切断条件
は、円周加工でレーザ出力:1750W、パルスピーク出
力:2800W、パルス周波数:1300Hz、デューティ:65
%、切断速度:1000mm/min、焦点位置:+1.5mm、加工
ガス圧:0.7kg/cm2とし、加工終点部近傍でレーザ出
力:500W、パルスピーク出力:1500W、パルス周波数:
100Hz、デューティ:30%、切断速度:100mm/min、焦
点位置:±0、加工ガス圧:0.2kg/cm2とした。図16
から明らかなように、レーザビームが加工終点に戻った
位置dで生ずる加工不良を是正することはできるが、そ
の反面、加工終点部近傍でのレーザ切断条件の切換位置
cにおいて大きな欠落が発生し、この時生じた欠落現象
が製品側へ大きな損傷を及ぼしているという問題があっ
た。

【0006】更に、特開平4−339588号公報並び
に特開平3−210981公報では、加工終点部近傍に
おいて乾燥空気または窒素ガス等に代表される、酸化反
応を抑制する加工ガスを用いる切断法を提案している
が、この従来例にあっても、レーザ切断条件切換前後、
つまり加工ガス種類の切換位置において、欠落現象が発
生しやすくなるという欠点があった。

【0007】この発明は上述した問題点を解決するため
になされたもので、比較的板厚の大きな金属材料からな
る被加工物を、所望する穴の形状に沿ってレーザ切断す
ることにより被加工物に所望形状の穴を形成する際、そ
の加工終点及び加工終点部近傍での欠落を解消し、常時
安定した高品質な穴明け加工を行えるレーザ加工方法及
びその装置を提供することを目的とする。

【0008】

【課題を解決するための手段】第1の発明に係わるレー
ザ加工方法は、金属材料からなる被加工物をレーザ切断
することにより被加工物に所望形状の穴を形成する際、
穴周上の加工終点とこの加工終点より所定距離手前の点
との間を切断するための第2のレーザ切断条件を、穴周
上の加工終点より所定距離手前の点までを切断するため
の第1のレーザ切断条件とは異なるレーザ切断条件に設
定してレーザ切断するレーザ加工方法において、前記第
2のレーザ切断条件中の焦点位置を、前記第1の切断条
件中の焦点位置と同一に設定してレーザ切断するもので
ある。

【0009】また第2の発明に係わるレーザ加工方法
は、金属材料からなる被加工物をレーザ切断することに
より被加工物に所望形状の穴を形成する際、穴周上の加
工終点とこの加工終点より所定距離手前の点との間を切
断するための第2のレーザ切断条件を、穴周上の加工終
点より所定距離手前の点までを切断するための第1のレ
ーザ切断条件とは異なるレーザ切断条件に設定してレー
ザ切断するレーザ加工方法において、前記第2のレーザ
切断条件中のパルスピーク出力、加工ガス圧力及び焦点
位置を、前記第1の切断条件中のパルスピーク出力、加
工ガス圧力及び焦点位置と同一に設定してレーザ切断す
るものである。

【0010】また第3の発明に係わるレーザ加工方法
は、前記第1の発明または第2の発明に係わるレーザ加
工方法において、前記第1のレーザ切断条件中のレーザ
出力、パルス周波数、デューティ及び加工速度の少なく
とも一つを、前記第2のレーザ切断条件への切替時点
で、前記第2のレーザ切断条件中のレーザ出力、パルス
周波数、デューティ及び加工速度の少なくとも一つと同
一となるよう、リニア状または階段状に減少させるもの
である。

【0011】また第4の発明に係わるレーザ加工方法
は、前記第1〜第3の何れかの発明に係わるレーザ加工
方法において、レーザ切断により形成される穴の周と半
径1mm以上の半径(R)を有する円弧で接するピアスラ
インを設け、このピアスラインから穴加工を開始する
際、穴周上の加工終点から周上距離で実質的に4×R手
前の点で、前記第1のレーザ切断条件から前記第2のレ
ーザ切断条件に切り換えるものである。

【0012】また第5の発明に係わるレーザ加工方法
は、前記第1〜第3の何れかの発明に係わるレーザ加工
方法において、レーザ切断により形成される穴の周と半
径1mm未満の半径を有する円弧で接するピアスライン、
またはレーザ切断により形成される穴の周と接続される
部分が直線状であって前記穴の周と所定角度をもって接
続されるピアスラインを設け、このピアスラインから穴
加工を開始する際、または穴の周上から穴加工を開始す
る際、穴周上の加工終点から周上距離で実質的に4mm手
前の点で、前記第1のレーザ切断条件から前記第2のレ
ーザ切断条件に切り換えるものである。

【0013】また第6の発明に係わるレーザ加工方法
は、前記第1〜第5の何れかの発明に係わるレーザ加工
方法において、レーザ切断により形成される穴の最小寸
法値が、実質的に被加工物の板厚以下である場合におい
て、前記第2のレーザ切断条件中のパルス周波数を実質
的に20Hz以下とするとともに、前記第2のレーザ切断
条件中の加工速度を次式を満足する加工速度とするもの
である。 F≦w/T=w/(1/fp)=w・fp F:切断速度(mm/sec) w:レーザビームによる開孔径(mm) T:パルス周期(sec) fp:パルス周波数(Hz)

【0014】また第7の発明に係わるレーザ加工装置
は、切断軌跡情報を解析し、この切断軌跡情報中に、レ
ーザ切断により形成される穴の周と半径1mm以上の半径
(R)を有する円弧で接するピアスラインがある場合、
穴周上の加工終点から周上距離で実質的に4×R手前の
点を、前記第1のレーザ切断条件から第2のレーザ切断
条件への切換え点となるよう演算する演算手段と、この
演算した切換え点を境にして前記第1のレーザ切断条件
と第2のレーザ切断条件の割り付けを自動的に行う手段
を設けたものである。

【0015】更にまた、第8の発明に係わるレーザ加工
装置は、切断軌跡情報を解析し、この切断軌跡情報中
に、レーザ切断により形成される穴の周と半径1mm未満
の半径を有する円弧で接するピアスライン、またはレー
ザ切断により形成される穴の周と接続される部分が直線
状であって前記穴の周と所定角度をもって接続されるピ
アスラインがある場合、または穴の周上から穴加工を開
始する場合、穴周上の加工終点から周上距離で実質的に
4mm手前の点を、前記第1のレーザ切断条件から前記第
2のレーザ切断条件への切換え点となるよう演算する演
算手段と、この演算した切換え点を境にして前記第1の
レーザ切断条件と第2のレーザ切断条件の割り付けを自
動的に行う手段を設けたものである。

【0016】

【作用】第1、第2の発明に係わるレーザ加工方法は、
レーザ切断条件切換位置の前後の切断溝幅に変化が生じ
難くなる。

【0017】また第3の発明に係わるレーザ加工方法
は、レーザ切断条件切換が第1の発明に係わるレーザ加
工方法より更にスムーズに行われ、ひいては第1の発明
に係わるレーザ加工方法より更にレーザ切断条件切換位
置の前後の切断溝幅に変化が生じ難くなる。

【0018】また第4の発明に係わるレーザ加工方法
は、レーザ切断により形成される穴の周と半径1mm以上
の半径(R)を有する円弧で接するピアスラインを設
け、このピアスラインから穴加工を開始する際、最短の
穴加工時間で、レーザ切断条件切換位置の前後の切断溝
幅に変化が生じ難くなる。

【0019】また第5の発明に係わるレーザ加工方法
は、レーザ切断により形成される穴の周と半径1mm未満
の半径を有する円弧で接するピアスライン、またはレー
ザ切断により形成される穴の周と接続される部分が直線
状であって前記穴の周と所定角度をもって接続されるピ
アスラインを設け、このピアスラインから穴加工を開始
する際、または穴の周上から穴加工を開始する際、最短
の穴加工時間で、レーザ切断条件切換位置の前後の切断
溝幅に変化が生じ難くなる。

【0020】また第6の発明に係わるレーザ加工方法
は、レーザ切断により形成される穴の最小寸法値が、被
加工物の板厚以下である場合、加工終点部近傍での入熱
過多を極力抑えることができる。

【0021】また、第7の発明に係わるレーザ加工装置
は、第4の発明を実施するに際し、その加工プログラム
の生成が容易となる。

【0022】また、第8の発明に係わるレーザ加工装置
は、第5の発明を実施するに際し、その加工プログラム
の生成が容易となる。

【0023】

【実施例】

実施例1.以下、この発明の第1の実施例を図1〜図4
を用いて説明する。なお図1はこの実施例によるレーザ
加工方法を説明するための図で、レーザ切断により形成
される穴の円周3と半径1mm未満の半径を有する円弧で
接する、ピアスポイント1から延びるピアスライン2を
設け、このピアスライン2から矢印4方向に穴加工さ
れ、またこの穴加工時にレーザ切断条件はb点において
切替えられることを示している。また図2は試験結果を
示す図、図3はパルスピーク出力、加工ガス圧力及び焦
点位置の各々が、切断溝幅に及ぼす影響について説明す
る図、図4はこの実施例により得られた結果を示す。更
にまた、被加工物として、軟鋼材SS400、板厚12mm
に対し、φ30mmの穴加工を実施した場合について説明
する。

【0024】即ち、図1において、穴の内側であるピア
スポイント1において被加工物をレーザビームにより貫
通させるピアシングを実施し、その後、円周上の点aま
でピアスライン2に沿ってレーザ切断し、引き続いて円
周3に沿って加工終点部近傍である点bまで切断を行っ
た。この場合のレーザ切断条件(以下第1のレーザ切断
条件と称す)は、レーザ出力:1750W、パルスピーク出
力:2800W、パルス周波数:1300Hz、デューティ:65
%、切断速度:1000mm/min、焦点位置:+1.5mm、加工
ガス(窒素ガス)圧:0.7kg/cm2とした。

【0025】次に、円周3上の加工終点部近傍である点
bにおいて、前記レーザ切断条件から、レーザ出力:50
0W、パルスピーク出力:2800W、パルス周波数:20Hz、
デューティ:20%、切断速度:100mm/min、焦点位置:
+1.5mm、加工ガス(窒素ガス)圧:0.7kg/cm2なるレ
ーザ切断条件(以下第2のレーザ切断条件と称す)に切
り換え、加工終了点である点c(=点a)までレーザ切
断した。即ち、円周3上の加工終点部近傍である点bか
ら加工終了点である点c(=点a)までをレーザ切断す
るレーザ切断条件である、第2のレーザ切断条件中のパ
ルスピーク出力、加工ガス圧力及び焦点位置を、前記ピ
アスポイント1から加工終点部近傍である点bまでをレ
ーザ切断するレーザ切断条件である、第1のレーザ切断
条件中のパルスピーク出力、加工ガス圧力及び焦点位置
と同一に設定し、また前記第2のレーザ切断条件中のレ
ーザ出力、パルス周波数、デューティ及び切断速度を、
前記第1のレーザ切断条件中のレーザ出力、パルス周波
数、デューティ及び切断速度より小さくして、円周3上
の加工終点部近傍である点bから加工終了点である点c
(=点a)までレーザ切断した。

【0026】なお、前記第2のレーザ切断条件を上述の
ように設定したのは、次の理由による。即ち、従来の技
術で説明したとおり、図16に示すように、母材として
軟鋼材SS400、板厚12mmに対し、図14及び図15
に示された従来の技術(使用したレーザ切断条件は、円
周加工で、レーザ出力:1750W、パルスピーク出力:28
00W、パルス周波数:1300Hz、デューティ:65%、切断
速度:1000mm/min、焦点位置:+1.5mm、加工ガス圧:
0.7kg/cm2とし、加工終点部近傍でレーザ出力:500
W、パルスピーク出力:1500W、パルス周波数:100Hz、
デューティ:30%、切断速度:100mm/min、焦点位置:
±0、加工ガス圧:0.2kg/cm2)によりφ30mmの穴加
工をした場合、レーザビームが加工終点に戻った位置d
で生ずる加工不良を是正することはできるが、その反
面、加工終点部近傍でのレーザ切断条件の切換位置cに
おいて大きな欠落が発生し、この時生じた欠落現象が製
品側へ大きな損傷を及ぼしているという問題があった。

【0027】そこで発明者等は、欠落現象の発生箇所が
レーザ切断条件切換位置に集中していることから、加工
終点部近傍での欠落現象の原因は、レーザ切断条件切換
位置前後の切断溝幅の変動が大きな原因になっていると
推定した。この推定の正誤を調べるため、即ち加工終点
部近傍のレーザ切断条件切換位置cの前後における切断
溝幅の変化量を調べるため、レーザ切断条件切換位置c
まで使用したレーザ切断条件Aと、レーザ切断条件切換
位置cより後で使用したレーザ切断条件Bとで、各々軟
鋼材SS400、板厚12mmに対して直線切断した場合の
切断溝幅を測定した。図2はその結果を示しており、こ
の図から明らかなように、切断溝幅はレーザ切断条件切
換前後で大きく変化しており、特に、切換前のレーザ切
断条件Aによる切断溝幅:約0.5mmに比べ、切換後のレ
ーザ切断条件Bの切断溝幅:約0.35mmの方が著しく小さ
くなっていること、即ちその推定は正しいことがわかっ
た。

【0028】そして発明者等は、従来の技術では、円周
3上の加工終点部近傍である点bから加工終了点である
点c(=点a)までをレーザ切断するレーザ切断条件中
のパルスピーク出力、加工ガス圧力及び焦点位置が、前
記ピアスポイント1から加工終点部近傍である点bまで
をレーザ切断するレーザ切断条件中のそれらと異なって
いることから、切断溝幅に変化をもたらすための要因と
して、パルスピーク出力、加工ガス圧力及び焦点位置に
着目した。なお、図3はパルスピーク出力、加工ガス圧
力及び焦点位置の各々が、切断溝幅に及ぼす影響につい
て説明したもので、この図2から明かなように、パルス
ピーク出力は、パルス出力時におけるレーザ出力の最大
値であり、これが大きい場合には切断溝幅は大となり、
パルスピーク出力が小さい場合では切断溝幅は小とな
る。また加工ガス圧力については、圧力が大きい場合は
溶融物の切断裏面からの排除効果を大にできるため切断
溝幅は大となり、圧力が小さい場合は上記と逆の作用と
なる。更にまた、焦点位置が大の場合(焦点位置Z>
0)はレーザビーム照射面に対してディフォーカスとな
る結果、切断溝幅は大となり、焦点位置が小の場合(Z
≒0)はジャストフォーカスに近い状態となるため切断
溝幅は小となる。つまり、加工終点部近傍での欠落を防
止するためには、前記第2のレーザ切断条件中のパルス
ピーク出力、加工ガス圧力及び焦点位置を、第1のレー
ザ切断条件中のパルスピーク出力、加工ガス圧力及び焦
点位置と同一に設定すれば、レーザ切断条件切換位置前
後の切断溝幅を一定にできると推定されたためである。

【0029】図4は上述したレーザレーザ切断条件にて
φ30mmの穴加工を実施した場合の加工結果であるが、
この図から明らかなように、加工終点部近傍における欠
落の発生は認められず、高品質な切断が可能となった。
なお、図示しないが、上述したレーザ切断条件にて軟鋼
材SS400、各板厚に対するφ16mm、φ20mm等の
円穴加工、三角、四角、菱形、その他複雑な形状の穴加
工を実施した場合にあっても、加工終点部近傍における
欠落の発生は認められなかった。

【0030】実施例2.次に第2の実施例について図1
及び表1を用いて説明する。なお、第1の実施例では、
前記第2のレーザ切断条件中のパルスピーク出力P、加
工ガス圧力G及び焦点位置Zを、前記第1の切断条件中
のパルスピーク出力P、加工ガス圧力G及び焦点位置Z
と同一に設定してレーザ切断するもの、即ち第1の切断
条件から第2のレーザ切断条件に切り換える際、前記3
つのレーザ切断条件を固定してレーザ切断するものにつ
いて説明したが、この第2の実施例は、第1のレーザ切
断条件から第2のレーザ切断条件に切り換える際、パル
スピーク出力P、加工ガス圧力G及び焦点位置Zのう
ち、何れか一つ或は二つのレーザ切断条件を固定してレ
ーザ切断した場合における切断品質を実験したものの説
明である。

【0031】即ち、この実施例では、図1において、穴
の内側であるピアスポイント1において被加工物をレー
ザビームにより貫通させるピアシングを実施し、その
後、円周上の点aまでピアスライン2に沿ってレーザ切
断し、引き続いて円周3に沿って加工終点部近傍である
点bまで切断を行った。この場合のレーザ切断条件(以
下第1のレーザ切断条件と称す)は、レーザ出力:1750
W、パルスピーク出力:2800W、パルス周 波数:1300H
z、デューティ:65%、切断速度:1000mm/min、焦点位
置:+1.5mm、加工ガス(窒素ガス)圧:0.7kg/cm2
した。

【0032】次に、円周3上の加工終点部近傍である点
bにおいて、前記レーザ切断条件(第1のレーザ切断条
件)から、後述する種々のレーザ切断条件(以下第2の
レーザ切断条件と称す)に切り換え、加工終了点である
点c(=点a)までレーザ切断した。なお、前記点bか
ら点cまでのレーザ切断条件(第2のレーザ切断条件)
は、レーザ出力:500W、パルス周波数:200Hz、デュー
ティ:20%、切断速度:100mm/minとし、またパルスピ
ーク出力P、加工ガス圧力G及び焦点位置Zについて
は、表1に示すように(但し、表1中の最終行のデータ
は第1の実施例におけるデータを示す)、何れか一つ或
は二つを固定条件A(第1のレーザ切断条件の場合と第
2のレーザ切断条件の場合と同一)とするとともに、固
定条件Aとしなかった残りのものを変化条件Bとして、
基準値(パルスピーク出力P:2800W、加工ガス圧力
G:0.7kg/cm2、焦点位置Z:+1.5mm)に対して±3
0%変化させたものとした。また、表1中、切断溝幅の
変化率d/d0は、パルスピーク出力P、加工ガス圧力G及
び焦点位置Z(パルスピーク出力P:2800W、加工ガス
圧力G:0.7kg/cm2、焦点位置Z:+1.5mm)を、点a
から点bまでを切断する場合と、点bから点cまでを切
断する場合とで同一として切断した結果得られた切断溝
幅をd0とし、また表1に示す変化条件Bの変動幅範囲内
で得られた切断溝幅の最大値をdとして、dのd0に対する
変化率を示す。また、表1中、評価は、切断品質上問題
とならないd/d0≦1.4の場合を良好:○、切断品質上問
題となるd/d0>1.4の場合を不良:×とした。

【0033】

【表1】

【0034】この結果、表1に示すように、焦点位置
が、点aから点bまでを切断する場合と、点bから点c
までを切断する場合とで変化しているものについては、
評価が×(d/d0>1.4)、焦点位置が点aから点bまで
を切断する場合と、点bから点cまでを切断する場合と
で同一のものについては、評価が○(d/d0≦1.4)とな
った。つまり、パルスピーク出力P、加工ガス圧力G及
び焦点位置Zのうち、少なくとも焦点位置Zが、点aか
ら点bまでを切断する場合と、点bから点cまでを切断
する場合とで同一であれば、切り換え点(b点)前後の
切断溝幅の変化が少なく良好な結果が得られることが判
った。

【0035】実施例3.次にこの発明の第3の実施例を
図5及び図6を用いて説明する。なお、図5はこの第3
の実施例によるレーザ加工方法を説明する図で、レーザ
切断により形成される穴の円周3と半径1mm以上の半径
Rを有する円弧で接する、ピアスポイント1から延びる
ピアスライン2を設けた切断経路を有する穴加工におい
て、このピアスライン2から矢印4方向に穴加工され、
またこの穴加工時にレーザ切断条件はb点において切替
えられることを示している。また被加工物として、軟鋼
材SS400対し、φ30mmの穴加工を実施した場合に
ついて説明する。

【0036】即ち、図5において、第1の実施例と同様
に、穴の内側であるピアスポイント1において被加工物
をレーザビームにより貫通させるピアシングを実施し、
その後、円周上の点aまでピアスライン2に沿ってレー
ザ切断し、引き続いて円周3に沿って加工終点部近傍で
ある点bまで切断を行った。この場合のレーザ切断条件
(以下第1のレーザ切断条件と称す)は、レーザ出力:
1750W、パルスピーク出力:2800W、パルス周波数:130
0Hz、デューティ:65%、切断速度:1000mm/min、焦点
位置:+1.5mm、加工ガス(窒素ガス)圧:0.7kg/cm2
とした。

【0037】次に、円周3上の加工終点部近傍である点
bにおいて、前記レーザ切断条件から、レーザ出力:50
0W、パルスピーク出力:2800W、パルス周波数:20Hz、
デューティ:20%、切断速度:100mm/min、焦点位置:
+1.5mm、加工ガス(窒素ガス)圧:0.7kg/cm2なるレ
ーザ切断条件(以下第2のレーザ切断条件と称す)に切
り換え、加工終了点である点c(=点a)までレーザ切
断した。即ち、円周3上の加工終点部近傍である点bか
ら加工終了点である点c(=点a)までをレーザ切断す
るレーザ切断条件である、第2のレーザ切断条件中のパ
ルスピーク出力、加工ガス圧力及び焦点位置を、前記ピ
アスポイント1から加工終点部近傍である点bまでをレ
ーザ切断するレーザ切断条件である、第1のレーザ切断
条件中のパルスピーク出力、加工ガス圧力及び焦点位置
と同一に設定し、また前記第2のレーザ切断条件中のレ
ーザ出力、パルス周波数、デューティ及び切断速度を、
前記第1のレーザ切断条件中のレーザ出力、パルス周波
数、デューティ及び切断速度より小さくして、円周3上
の加工終点部近傍である点bから加工終了点である点c
(=点a)までレーザ切断した。

【0038】以上説明した事項は第1の実施例と同様で
あるが、この第3の実施例においては、レーザ切断条件
切換位置bを図5における加工終点cからの円周上の距
離lを変化させ、またφ30mmの穴加工がされる被加工
物(軟鋼材SS400)の板厚を3.2mm、6mm、9m
m、12mmと変え、更にピアスライン2と円周3上の点
の間に設けられた半径R(mm)も変化させて上述のレー
ザ切断加工を行った。図6はその結果を示す。なお図6
において、横軸にはピアスラインと円周上の点の間に設
けられた半径R(mm)をとり、縦軸にはその時に得られ
た最適な残距離l(最短の穴加工時間で、レーザ切断条
件切換位置の前後の切断溝幅に変化が生じない残距離)
をプロットしてあり、図中の●印は板厚3.2mm、△印は
板厚6mm、□印は板厚9mm、○印は板厚12mmを示して
いる。この図6から明らかなように、R≧1mmの領域に
おける最適な残距離(最短の穴加工時間で、レーザ切断
条件切換位置の前後の切断溝幅に変化が生じない残距
離)は、実質的にl(mm)=4×R(mm)であるという結
果が得られた。なお、図示しないが、このレーザ切断に
より形成される穴の円周3と半径1mm以上の半径Rを有
する円弧で接する、ピアスポイント1から延びるピアス
ライン2を設けた切断経路を有する穴加工を実施する場
合において、上述したレーザ切断条件にて軟鋼材SS4
00、各板厚に対するφ16mm、φ20mm等の円穴加
工、三角、四角、菱形、その他複雑な形状の穴加工を実
施した場合にあっても、実質的にl(mm)=4×R(mm)
とすれば、加工終点部近傍における欠落の発生は認めら
れなかった。

【0039】実施例4.次にこの発明の第4の実施例を
図6及び図7を用いて説明する。なお、図7はこの第4
の実施例によるレーザ加工方法を説明する図で、レーザ
切断により形成される穴の円周3と半径1mm未満の半径
Rを有する円弧で接する、ピアスポイント1から延びる
ピアスライン2を設けた穴加工、ピアスポイント1から
円周3上までに円弧設定をしないピアスライン2を設け
た切断経路を有する穴加工において、このピアスライン
2から矢印4方向に穴加工され、またこの穴加工時にレ
ーザ切断条件はb点において切替えられることを示して
いる。また被加工物として、軟鋼材SS400対し、φ
30mmの穴加工を実施した場合について説明する。

【0040】即ち、図7において、第1の実施例と同様
に、穴の内側であるピアスポイント1において被加工物
をレーザビームにより貫通させるピアシングを実施し、
その後、円周上の点aまでピアスライン2に沿ってレー
ザ切断し、引き続いて円周3に沿って加工終点部近傍で
ある点bまで切断を行った。この場合のレーザ切断条件
(以下第1のレーザ切断条件と称す)は、レーザ出力:
1750W、パルスピーク出力:2800W、パルス周波数:130
0Hz、デューティ:65%、切断速度:1000mm/min、焦点
位置:+1.5mm、加工ガス(窒素ガス)圧:0.7kg/cm2
とした。

【0041】次に、円周3上の加工終点部近傍である点
bにおいて、前記レーザ切断条件から、レーザ出力:50
0W、パルスピーク出力:2800W、パルス周波数:20Hz、
デューティ:20%、切断速度:100mm/min、焦点位置:
+1.5mm、加工ガス(窒素ガス)圧:0.7kg/cm2なるレ
ーザ切断条件(以下第2のレーザ切断条件と称す)に切
り換え、加工終了点である点c(=点a)までレーザ切
断した。即ち、円周3上の加工終点部近傍である点bか
ら加工終了点である点c(=点a)までをレーザ切断す
るレーザ切断条件である、第2のレーザ切断条件中のパ
ルスピーク出力、加工ガス圧力及び焦点位置を、前記ピ
アスポイント1から加工終点部近傍である点bまでをレ
ーザ切断するレーザ切断条件である、第1のレーザ切断
条件中のパルスピーク出力、加工ガス圧力及び焦点位置
と同一に設定し、また前記第2のレーザ切断条件中のレ
ーザ出力、パルス周波数、デューティ及び切断速度を、
前記第1のレーザ切断条件中のレーザ出力、パルス周波
数、デューティ及び切断速度より小さくして、円周3上
の加工終点部近傍である点bから加工終了点である点c
(=点a)までレーザ切断した。

【0042】以上説明した事項は第1の実施例と同様で
あるが、この第4の実施例においては、レーザ切断条件
切換位置bを図7における加工終点cからの円周上の距
離lを変化させ、またφ30mmの穴加工がされる被加工
物(軟鋼材SS400)の板厚を3.2mm、6mm、9m
m、12mmと変え、更にピアスライン2と円周3上の点
の間に半径1mm未満のR(mm)が設けられるレーザ切断
経路のものにあってはそのRも変化させて上述のレーザ
切断加工を行った。図6はその結果を示す。なお図6に
おいて、横軸にはピアスラインと円周上の点の間に設け
られた半径R(mm)をとり、縦軸にはその時に得られた
レーザ切断条件切換位置の前後の切断溝幅に変化が生じ
ない最適な残距離l(最短の穴加工時間で、レーザ切断
条件切換位置の前後の切断溝幅に変化が生じない残距
離)をプロットしてあり、図中の●印は板厚3.2mm、△
印は板厚6mm、□印は板厚9mm、○印は板厚12mmを示
している。この図6から明らかなように、R<1mmの領
域における最適な残距離(最短の穴加工時間で、レーザ
切断条件切換位置の前後の切断溝幅に変化が生じない残
距離)は、実質的にl(mm)=4(mm)であるという結果
が得られた。なお、図示しないが、このレーザ切断によ
り形成される穴の円周3と半径1mm未満の半径Rを有す
る円弧で接する、ピアスポイント1から延びるピアスラ
イン2を設けた穴加工、ピアスポイント1から円周3上
までに円弧設定をしないピアスライン2を設けた切断経
路を有する穴加工を実施する場合において、上述したレ
ーザ切断条件にて軟鋼材SS400、各板厚に対するφ
16mm、φ20mm等の円穴加工、三角、四角、菱形、そ
の他複雑な形状の穴加工を実施した場合にあっても、実
質的にl(mm)=4(mm)とすれば、加工終点部近傍にお
ける欠落の発生は認められなかった。

【0043】実施例5.次にこの発明の第5の実施例を
図8及び図9を用いて説明する。なお、図8はこの第5
の実施例によるレーザ加工方法を説明する図で、穴周3
上から加工を開始する、いわゆるピアスラインのない切
断経路を有する穴加工において、ピアスポイント1(点
a)から矢印4方向に穴加工され、またこの穴加工時に
レーザ切断条件はb点において切替えられることを示し
ている。また被加工物として、軟鋼材SS400対し、
φ30mmの穴加工を実施した場合について説明する。

【0044】即ち、図8において、第1の実施例と同様
に、穴周3上のピアスポイント1において被加工物をレ
ーザビームにより貫通させるピアシングを実施し、その
後円周3に沿って加工終点部近傍である点bまで切断を
行った。この場合のレーザ切断条件(以下第1のレーザ
切断条件と称す)は、レーザ出力:1750W、パルスピー
ク出力:2800W、パルス周波数:1300Hz、デューティ:6
5%、切断速度:1000mm/min、焦点位置:+1.5mm、加
工ガス(窒素ガス)圧:0.7kg/cm2とした。

【0045】次に、円周3上の加工終点部近傍である点
bにおいて、前記レーザ切断条件から、レーザ出力:50
0W、パルスピーク出力:2800W、パルス周波数:20Hz、
デューティ:20%、切断速度:100mm/min、焦点位置:
+1.5mm、加工ガス(窒素ガス)圧:0.7kg/cm2なるレ
ーザ切断条件(以下第2のレーザ切断条件と称す)に切
り換え、加工終了点である点c(=点a)までレーザ切
断した。即ち、円周3上の加工終点部近傍である点bか
ら加工終了点である点c(=点a)までをレーザ切断す
るレーザ切断条件である、第2のレーザ切断条件中のパ
ルスピーク出力、加工ガス圧力及び焦点位置を、前記ピ
アスポイント1から加工終点部近傍である点bまでをレ
ーザ切断するレーザ切断条件である、第1のレーザ切断
条件中のパルスピーク出力、加工ガス圧力及び焦点位置
と同一に設定し、また前記第2のレーザ切断条件中のレ
ーザ出力、パルス周波数、デューティ及び切断速度を、
前記第1のレーザ切断条件中のレーザ出力、パルス周波
数、デューティ及び切断速度より小さくして、円周3上
の加工終点部近傍である点bから加工終了点である点c
(=点a)までレーザ切断した。

【0046】以上説明した事項は第1の実施例と同様で
あるが、この第5の実施例においては、レーザ切断条件
切換位置bを図8における加工終点cからの円周上の距
離lを変化させ、またφ30mmの穴加工がされる被加工
物(軟鋼材SS400)の板厚を3.2mm、6mm、9m
m、12mmと変えて上述のレーザ切断加工を行った。図
9はその結果を示す。なお図9において、横軸には板厚
をとり、縦軸にはその時に得られた最適な残距離l(最
短の穴加工時間で、レーザ切断条件切換位置の前後の切
断溝幅に変化が生じない残距離)をプロットしてあり、
○印は加工終点部近傍に欠落が発生しなかったもの、△
印は加工終点部近傍での欠落が小さいもの、×印は加工
終点部近傍で大きな欠落が発生したものを表している。
この図8から明らかなように、ピアスラインのない切断
経路を有する穴加工における最適な残距離(最短の穴加
工時間で、レーザ切断条件切換位置の前後の切断溝幅に
変化が生じない残距離)は、実質的にl(mm)=4(m
m)であるという結果が得られた。なお、図示しない
が、この穴周3上から加工を開始する、いわゆるピアス
ラインのない切断経路を有する穴加工を実施する場合に
おいて、上述したレーザレーザ切断条件にて軟鋼材SS
400、各板厚に対するφ16mm、φ20mm等の円穴加
工、三角、四角、菱形、その他複雑な形状の穴加工を実
施した場合にあっても、実質的にl(mm)=4(mm)とす
れば、加工終点部近傍における欠落の発生は認められな
かった。

【0047】実施例6.次にこの発明の第6の実施例を
図10及び図11を用いて説明する。なお、この第6の
実施例は、所望とする穴寸法の最小寸法値(加工される
穴が円の場合はその直径、加工される穴が正方形である
場合は一辺の長さ、加工される穴が長方形の場合は短辺
の長さ等)が加工板厚以下である場合における実施例で
ある。

【0048】図10は、軟鋼材SS400、板厚12mmに
おける穴加工を例にとり、加工板厚寸法以下の穴寸法と
してφ10mmの丸穴を加工すると同時に、加工終点部の
近傍であるP点での温度測定を実施した結果である。
尚、レーザ切断条件として、レーザ出力:1750W、パル
スピーク出力:2800W、パルス周波数:1300Hz、デュー
ティ:65%、切断速度:1000mm/min、焦点位置:+1.5
mm、加工ガス(窒素ガス)圧:0.7kg/cm2で実施した。
図10(a)は加工する形状と温度測定の位置、図10
(b)は温度測定結果である。図において、加工開始か
らレーザによる母材の貫通であるピアシング完了までの
O→aまではなだらかに温度が上昇する。次に、ピアシ
ング完了から円周までのピアスラインの切断を表すa→
b間では、測定点Pに近づくことから温度上昇はさらに
大きくなるが、その後、一旦測定点Pから遠ざかって再
度点Pに近づくまでのb→c→d間では、点Pに伝わる
温度は飽和気味となるため再び緩やかな温度勾配とな
る。

【0049】次に、区間d→e間では、図からわかるよ
うに再び急激な温度上昇が生じ、この区間d→eの×印
を付した時点(P点温度約500℃)で著しく欠落現象が
発生した。つまり、この区間d→eでは、本来、レーザ
ビームが測定点Pに再度近づくこと、及び、加工終点部
の近傍である点Pでは母材の熱容量が極めて小さいこと
から、著しく温度が上昇しやすい領域であるためである
と推定される。

【0050】一方、加工終点部から4mm手前の点を点d
に選び、点dにおいてレーザ切断条件を変更してみた。
これは、図10で示された上記のレーザ切断条件のみの
加工では、次の工程である区間d→eにおいて、再び急
激な温度上昇が生じ、加工終点であるeでは500゜近く
まで温度が上昇することがもたらす、加工終点部での欠
落発生を防止するためである。図11は、変更するパル
ス出力条件として、レーザ出力:500W、パルスピーク
出力:2800W、デューティ:20%、切断速度:20mm/mi
n、焦点位置:+1.5mm、加工ガス(窒素ガス)圧:0.7k
g/cm2を基本ベースとして、パルス周波数を変化させた
場合の加工終点部の近傍であるP点での温度を測定した
結果である。(1)は周波数が150Hz、(2)は周
波数が70Hz、(3)は周波数が20Hz、(4)は
周波数が5Hzでの温度変化である。図において、パル
ス周波数が大きい場合では、P点での温度が500゜前後
の×印を付した時点で欠落が発生したのに対し、一方、
20Hz以下のパルス周波数では欠落現象は見られず、
良好な切断を行うことができた。

【0051】ところで、パルス出力による切断の場合
は、隣りあった2つのパルスにより開孔される2つの穴
が重なり合うことが切断分離の必要条件となることか
ら、切断分離を可能とするための切断速度Fは、式1を
満足させなければならない。ここで、上記加工の場合で
は、レーザビームによる開孔径w≒0.42mm、パルス周波
数fp=20Hzであることから、次式より、切断速度Fは
8.4mm/sec以下、つまり、約500mm/min以下でなくては
ならない。 F≦w/T=w/(1/fp)=w・fp F:切断速度(mm/sec) w:レーザビームによる開孔径(mm) T:パルス周期(sec) fp:パルス周波数(Hz)

【0052】以上のように、所望とする穴の最小寸法値
が加工板厚以下である場合において、穴周上の加工終点
部近傍の残距離区間を切断するパルス加工条件として、
パルス周波数を実質的に20Hz以下のパルス出力を用
い、加工速度500mm/min程度以下にて加工することによ
り、加工終点部での欠落を未然に解消でき、良好な切断
を実施することができることが判った。なお、図示しな
いが、この所望とする穴寸法の最小寸法値(加工される
穴が円の場合はその直径、加工される穴が正方形である
場合は一辺の長さ、加工される穴が長方形の場合は短辺
の長さ等)が実質的に加工板厚以下である穴加工におい
て、上述したレーザ切断条件にて軟鋼材SS400、板
厚12mmに対するφ8mm、φ9mm等の円穴加工、三角、
四角、菱形、その他複雑な形状の穴加工を実施した場合
にあっても、穴周上の加工終点部近傍の残距離区間を切
断するパルス加工条件として、パルス周波数を実質的に
20Hz以下のパルス出力を用い、加工速度500mm/min程
度以下にて加工すれば、加工終点部近傍における欠落の
発生は認められなかった。

【0053】実施例7.また、上記第1〜第6の実施例
においては、穴周上の加工終点より所定距離手前の点ま
でを切断するための前記第1のレーザ切断条件から、穴
周上の加工終点とこの加工終点より所定距離手前の点と
の間を切断するための前記第2のレーザ切断条件に切替
える際、その切替え時点を境にそのレーザ切断条件中の
レーザ出力、パルス周波数、デューティ及び加工速度を
急激に切替えるものについて説明したが、レーザ出力、
パルス周波数、デューティ及び加工速度を、図12に示
すように切替えると、その切替えをスムーズに行うこと
ができるようになった。

【0054】即ち、図12は、この発明の第7の実施例
による加工方法を説明する説明図で、レーザ出力
(a)、パルス周波数(b)、デューティ(c)及び加
工速度(d)が段階的に減少する程度を示し、穴周上の
加工終点より所定距離手前の点までを切断するための第
1のレーザ切断条件中のレーザ出力、パルス周波数、デ
ューティ及び加工速度(Ps、Hs、Ds、Vs)を、
第1のレーザ切断条件から第2のレーザ切断条件に切替
える時点taで、第2のレーザ切断条件中のレーザ出
力、パルス周波数、デューティ及び加工速度(PE、H
E、DE、VE)と一致するよう、各々を同時にまたは別
々に段階的またはリニア状に減少させた。なお、この実
施例における第1のレーザ切断条件中のレーザ出力、パ
ルス周波数、デューティ及び加工速度(Ps、Hs、D
s、Vs)を、Ps=1750W、Hs=1300Hz、Ds=65
%、Vs=1000mm/minとし、またパルスピーク出力:2
800W、焦点位置:+1.5mm、加工ガス(窒素ガス)圧:
0.7kg/cm2とし、更にまた第2のレーザ切断条件中のレ
ーザ出力、パルス周波数、デューティ及び加工速度(P
E、HE、DE、VE)を、PE=500W、HE=20Hz、DE=
20%、VE=100mm/minとし、またパルスピーク出力:2
800W、焦点位置:+1.5mm、加工ガス(窒素ガス)圧:
0.7kg/cm2とした。第1のレーザ切断条件から第2のレ
ーザ切断条件へ切替える際、このようにレーザ出力、パ
ルス周波数、デューティ及び加工速度を切替えると、第
1のレーザ切断条件から第2のレーザ切断条件への切替
えをスムーズに行うことができた。なお、図示しない
が、第1のレーザ切断条件から第2のレーザ切断条件へ
切替える際、レーザ出力、パルス周波数、デューティ及
び加工速度の少なくとも一つを切替えても、第1のレー
ザ切断条件から第2のレーザ切断条件への切替えを比較
的スムーズに行えることも実験により確認した。

【0055】実施例8.また、上記第3〜第7の実施例
においては、前記第2のレーザ切断条件中のパルスピー
ク出力、加工ガス圧力及び焦点位置を、第1のレーザ切
断条件中のパルスピーク出力、加工ガス圧力及び焦点位
置と同一に設定した場合について説明したが、この第3
〜第7の実施例において、前記第2の実施例に示すよう
に、第2のレーザ切断条件中の焦点位置のみを、第1の
レーザ切断条件中の焦点位置と同一に設定した場合にあ
っても、加工終点部近傍における欠落の発生は殆ど認め
られないことも実験により確認した。

【0056】実施例9.最後に上記各実施例の加工方法
を実施するためのレーザ加工制御装置について図13を
用いて説明する。即ち、図13は上記各実施例の加工方
法を実施するためのレーザ加工制御装置の動作を説明す
るフローチャートで、このレーザ加工制御装置は、先ず
次に示すような、NC加工プログラムから切断軌跡、ピ
アスラインの有無、ピアスポイントから円周上までのピ
アスラインで設定されたコーナ半径Rの大きさといった
切断軌跡情報が入力される。

【0057】 (入力されたNC加工プログラム) N1 G90 N2 G92X0.Y0. N3 M98P9010 ←ピアシング指令 N4 G01G41Y11.619 ←ピアスライン(直線部) N5 G03X−3.75Y14.524I−3.←コーナR3mm N6 G03I3.75J−14.524 ←加工終点c N7 M121 ←加工終了指令 N8 M30 ←終了コード

【0058】次にこの情報が入力された制御装置は、ピ
アスラインの有無の認識(ステップ1)、ピアスライン
コーナRの認識(ステップ2)及び加工終点cの座標認
識(ステップ3)を行うとともに、予めメモリに入力さ
れている、加工始点からある距離手前の点までの切断に
使用する第1のレーザ切断条件を上記加工プログラム中
に設定する(ステップ4)。次にステップ5においてピ
アスラインの有無を判断し、ピアスラインが無い場合に
は、既に認識した加工終点cの座標より4mm手前の点
(l=4mm)を、レーザ切断条件切り換え点bとして仮
に設定する(ステップ12、ステップ8)。また、ステ
ップ5においてピアスラインが有る場合には、ステップ
6において、ピアスラインコーナR≧1mmであるか否か
を判断し、ピアスラインコーナR≧1mmでない場合に
は、既に認識した加工終点cの座標より4mm手前の点
(l=4mm)を、レーザ切断条件切り換え点bとして仮
に設定する(ステップ12、ステップ8)。

【0059】また、ステップ6において、ピアスライン
コーナR≧1mmである場合には、既に認識した加工終点
cの座標より4×R手前の点(l=4×Rmm)を、レー
ザ切断条件切り換え点bとして仮に設定する(ステップ
12、ステップ8)。次に、ステップ9において、既に
認識した加工終点cと仮に設定したレーザ切断条件切り
換え点bとの距離が、l=4mm又はl=4×Rmmかを判
断し、その距離がl=4mm又はl=4×Rmmであるなら
ば、ステップ10において、仮に設定したレーザ切断条
件切り換え点bを実際のレーザ切断条件切り換え点bと
して上記加工プログラム中に設定する。

【0060】また、その距離がl=4mm又はl=4×R
mmでないならば、ステップ13において、その距離がl
=4mm又はl=4×Rmmとなるよう、仮に設定したレー
ザ切断条件切り換え点bに対して補正を加え、ステップ
10において、実際のレーザ切断条件切り換え点bを上
記加工プログラム中に設定する。そして最後にレーザ切
断条件切り換え点bから加工終点までの切断に使用する
第2のレーザ切断条件を上記加工プログラム中に設定し
(ステップ11)、入力されたNC加工プログラムを、
次のようなNC加工プログラムに変換する。

【0061】 (変換されたNC加工プログラム) N1 G90 N2 G92X0.Y0. N3 M98P9010 ←ピアシング指令 N4 M103 ←第1のレーザ切断条件設定 N5 G01G41Y11.619 ←ピアスライン(直線部) N6 G03X−3.75Y14.524I−3.←コーナR3mm N7 G03X10.998Y10.2I3.75J−14.524←切換点b N8 M102 ←第2のレーザ切断条件設定 N9 G03I3.75J−14.524 ←加工終点c N10 M121 ←加工終了指令 N11 M30 ←終了コード

【0062】

【発明の効果】以上説明したように第1の発明によれ
ば、金属材料からなる被加工物をレーザ切断することに
より被加工物に所望形状の穴を形成する際、穴周上の加
工終点とこの加工終点より所定距離手前の点との間を切
断するための第2のレーザ切断条件を、穴周上の加工終
点より所定距離手前の点までを切断するための第1のレ
ーザ切断条件とは異なるレーザ切断条件に設定してレー
ザ切断するレーザ加工方法において、前記第2のレーザ
切断条件中の焦点位置を、前記第1の切断条件中の焦点
位置と同一に設定してレーザ切断するようにしたので、
レーザ切断条件切換位置の前後の切断溝幅に変化が生じ
難くなり、加工終点部近傍での欠落を回避し高精度な加
工を行える。

【0063】また第2の発明によれば、金属材料からな
る被加工物をレーザ切断することにより被加工物に所望
形状の穴を形成する際、穴周上の加工終点とこの加工終
点より所定距離手前の点との間を切断するための第2の
レーザ切断条件を、穴周上の加工終点より所定距離手前
の点までを切断するための第1のレーザ切断条件とは異
なるレーザ切断条件に設定してレーザ切断するレーザ加
工方法において、前記第2のレーザ切断条件中のパルス
ピーク出力、加工ガス圧力及び焦点位置を、前記第1の
切断条件中のパルスピーク出力、加工ガス圧力及び焦点
位置と同一に設定してレーザ切断するようにしたので、
レーザ切断条件切換位置の前後の切断溝幅に変化が生じ
難くなり、加工終点部近傍での欠落を回避し高精度な加
工を行える。

【0064】また第3の発明によれば、前記第1または
第2の発明に係るレーザ加工方法において、前記第1の
レーザ切断条件中のレーザ出力、パルス周波数、デュー
ティ及び加工速度の少なくとも一つを、前記第2のレー
ザ切断条件への切替時点で、前記第2のレーザ切断条件
中のレーザ出力、パルス周波数、デューティ及び加工速
度の少なくとも一つと同一となるよう、リニア状または
階段状に減少させるようにしたので、レーザ切断条件切
換が第1の発明に係わるレーザ加工方法より更にスムー
ズに行われ、ひいては第1の発明に係わるレーザ加工方
法よりレーザ切断条件切換位置の前後の切断溝幅に変化
が生じ難くなり、加工終点部近傍での欠落を回避し高精
度な加工を行える。

【0065】また第4の発明によれば、前記第1〜第3
の何れかの発明に係るレーザ加工方法において、レーザ
切断により形成される穴の周と半径1mm以上の半径
(R)を有する円弧で接するピアスラインを設け、この
ピアスラインから穴加工を開始する際、穴周上の加工終
点から周上距離で実質的に4×R手前の点で、前記第1
のレーザ切断条件から前記第2のレーザ切断条件に切り
換えるようにしたので、このようなピアスラインから穴
加工を開始する際、最短の加工時間で穴加工ができるに
もかかわらず、レーザ切断条件切換位置の前後の切断溝
幅に変化が生じ難くなり、加工終点部近傍での欠落を回
避し高精度な加工を行える。

【0066】また第5の発明によれば、前記第1〜第3
の何れかの発明に係るレーザ加工方法において、レーザ
切断により形成される穴の周と半径1mm未満の半径を有
する円弧で接するピアスライン、またはレーザ切断によ
り形成される穴の周と接続される部分が直線状であって
前記穴の周と所定角度をもって接続されるピアスライン
を設け、このピアスラインから穴加工を開始する際、ま
たは穴の周上から穴加工を開始する際、穴周上の加工終
点から周上距離で実質的に4mm手前の点で、前記第1の
レーザ切断条件から前記第2のレーザ切断条件に切り換
えるようにしたので、このようなピアスラインから穴加
工を開始する際、または穴の周上から穴加工を開始する
際、最短の加工時間で穴加工ができるにもかかわらず、
レーザ切断条件切換位置の前後の切断溝幅に変化が生じ
難くなり、加工終点部近傍での欠落を回避し高精度な加
工を行える。

【0067】また第6の発明によれば、前記第1〜第5
の何れかの発明に係るレーザ加工方法において、レーザ
切断により形成される穴の最小寸法値が、実質的に被加
工物の板厚以下である場合において、前記第2のレーザ
切断条件中のパルス周波数を実質的に20Hz以下とする
とともに、前記第2のレーザ切断条件中の加工速度を次
式 F≦w/T=w/(1/fp)=w・fp F:切断速度(mm/sec) w:レーザビームによる開孔径(mm) T:パルス周期(sec) fp:パルス周波数(Hz) を満足する加工速度としたので、レーザ切断により形成
される穴の最小寸法値が、実質的に被加工物の板厚以下
である場合において、加工終点部近傍での入熱過多を極
力抑えることができ、ひいてはレーザ切断条件切換位置
の前後の切断溝幅に変化が生じ難くなり、加工終点部近
傍での欠落を回避し高精度な加工を行える。

【0068】また、第7の発明に係わるレーザ加工装置
によれば、切断軌跡情報を解析し、この切断軌跡情報中
に、レーザ切断により形成される穴の周と半径1mm以上
の半径(R)を有する円弧で接するピアスラインがある
場合、穴周上の加工終点から周上距離で実質的に4×R
手前の点を、前記第1のレーザ切断条件から第2のレー
ザ切断条件への切換え点となるよう演算する演算手段
と、この演算した切換え点を境にして前記第1のレーザ
切断条件と第2のレーザ切断条件の割り付けを自動的に
行う手段を設けたので、第1のレーザ切断条件から第2
のレーザ切断条件への切換え座標点をプログラマが手計
算してNC加工プログラム中に挿入する必要がなくな
り、ひいては第4の発明を実施するに際し、その加工プ
ログラムの生成が容易となる。

【0069】更にまた、第8の発明に係わるレーザ加工
装置によれば、切断軌跡情報を解析し、この切断軌跡情
報中に、レーザ切断により形成される穴の周と半径1mm
未満の半径を有する円弧で接するピアスライン、または
レーザ切断により形成される穴の周と接続される部分が
直線状であって前記穴の周と所定角度をもって接続され
るピアスラインがある場合、または穴の周上から穴加工
を開始する場合、穴周上の加工終点から周上距離で実質
的に4mm手前の点を、前記第1のレーザ切断条件から前
記第2のレーザ切断条件への切換え点となるよう演算す
る演算手段と、この演算した切換え点を境にして前記第
1のレーザ切断条件と第2のレーザ切断条件の割り付け
を自動的に行う手段を設けたので、第1のレーザ切断条
件から第2のレーザ切断条件への切換え座標点をプログ
ラマが手計算してNC加工プログラム中に挿入する必要
がなくなり、ひいては第5の発明を実施するに際し、そ
の加工プログラムの生成が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図1】 本発明の第1の実施例によるレーザ加工方法
を説明する説明図である。

【図2】 本発明の第1の実施例に係り、従来技術の欠
点の原因を調べるため行った試験結果を示す図である。

【図3】 加工パラメータが切断溝幅に及ぼす影響を示
す図である。

【図4】 本発明の第1の実施例によるレーザ加工方法
により穴加工を実施した場合の加工結果を示す写真であ
る。

【図5】 本発明の第3の実施例による加工方法を説明
する説明図である。

【図6】 本発明の第3、第4の実施例による各板厚に
おける最適残距離を示す図である。

【図7】 本発明の第4の実施例による加工方法を説明
する説明図である。

【図8】 本発明の第5の実施例による加工方法を説明
する説明図である。

【図9】 本発明の第5の実施例による各板厚における
最適残距離を示す図である。

【図10】 本発明の第6の実施例による加工方法を説
明する説明図である。

【図11】 本発明の第6の実施例に係り、パルス周波
数を変化させた場合における加工終点部近傍での温度測
定結果を示す図である。

【図12】 本発明の第7の実施例による加工方法を説
明する説明図である。

【図13】 本発明の第9の実施例によるレーザ加工装
置の動作を説明するフローチャートである。

【図14】 従来のレーザ加工方法を説明する説明図で
ある。

【図15】 従来のレーザ加工方法を説明する説明図で
ある。

【図16】 レーザ加工方法により穴加工を実施した場
合の加工結果を示す写真である。

【符号の説明】

1はピアスポイント、2はピアスライン、3は円周、4
は切断方向である。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属材料からなる被加工物をレーザ切断
    することにより被加工物に所望形状の穴を形成する際、
    穴周上の加工終点とこの加工終点より所定距離手前の点
    との間を切断するための第2のレーザ切断条件を、穴周
    上の加工終点より所定距離手前の点までを切断するため
    の第1のレーザ切断条件とは異なるレーザ切断条件に設
    定してレーザ切断するレーザ加工方法において、前記第
    2のレーザ切断条件中の焦点位置を、前記第1の切断条
    件中の焦点位置と同一に設定してレーザ切断することを
    特徴とするレーザ加工方法。
  2. 【請求項2】 金属材料からなる被加工物をレーザ切断
    することにより被加工物に所望形状の穴を形成する際、
    穴周上の加工終点とこの加工終点より所定距離手前の点
    との間を切断するための第2のレーザ切断条件を、穴周
    上の加工終点より所定距離手前の点までを切断するため
    の第1のレーザ切断条件とは異なるレーザ切断条件に設
    定してレーザ切断するレーザ加工方法において、前記第
    2のレーザ切断条件中のパルスピーク出力、加工ガス圧
    力及び焦点位置を、前記第1の切断条件中のパルスピー
    ク出力、加工ガス圧力及び焦点位置と同一に設定してレ
    ーザ切断することを特徴とするレーザ加工方法。
  3. 【請求項3】 前記第1のレーザ切断条件中のレーザ出
    力、パルス周波数、デューティ及び加工速度の少なくと
    も一つを、前記第2のレーザ切断条件への切替時点で、
    前記第2のレーザ切断条件中のレーザ出力、パルス周波
    数、デューティ及び加工速度の少なくとも一つと同一と
    なるよう、リニア状または階段状に減少させることを特
    徴とする請求項1又は請求項2に記載のレーザ加工方
    法。
  4. 【請求項4】 レーザ切断により形成される穴の周と半
    径1mm以上の半径(R)を有する円弧で接するピアスラ
    インを設け、このピアスラインから穴加工を開始する
    際、穴周上の加工終点から周上距離で実質的に4×R手
    前の点で、前記第1のレーザ切断条件から前記第2のレ
    ーザ切断条件に切り換えることを特徴とする請求項1〜
    請求項3の何れかに記載のレーザ加工方法。
  5. 【請求項5】 レーザ切断により形成される穴の周と半
    径1mm未満の半径を有する円弧で接するピアスライン、
    またはレーザ切断により形成される穴の周と接続される
    部分が直線状であって前記穴の周と所定角度をもって接
    続されるピアスラインを設け、このピアスラインから穴
    加工を開始する際、または穴の周上から穴加工を開始す
    る際、穴周上の加工終点から周上距離で実質的に4mm手
    前の点で、前記第1のレーザ切断条件から前記第2のレ
    ーザ切断条件に切り換えることを特徴とする請求項1〜
    請求項3の何れかに記載のレーザ加工方法。
  6. 【請求項6】 レーザ切断により形成される穴の最小寸
    法値が、実質的に被加工物の板厚以下である場合におい
    て、前記第2のレーザ切断条件中のパルス周波数を実質
    的に20Hz以下とするとともに、前記第2のレーザ切断
    条件中の加工速度を次式を満足する加工速度とすること
    を特徴とする請求項1〜請求項5の何れかに記載のレー
    ザ加工方法。 F≦w/T=w/(1/fp)=w・fp F:切断速度(mm/sec) w:レーザビームによる開孔径(mm) T:パルス周期(sec) fp:パルス周波数(Hz)
  7. 【請求項7】 切断軌跡情報を解析し、この切断軌跡情
    報中に、レーザ切断により形成される穴の周と半径1mm
    以上の半径(R)を有する円弧で接するピアスラインが
    ある場合、穴周上の加工終点から周上距離で実質的に4
    ×R手前の点を、前記第1のレーザ切断条件から第2の
    レーザ切断条件への切換え点となるよう演算する演算手
    段と、この演算した切換え点を境にして前記第1のレー
    ザ切断条件と第2のレーザ切断条件の割り付けを自動的
    に行う手段を備えてなるレーザ加工装置。
  8. 【請求項8】 切断軌跡情報を解析し、この切断軌跡情
    報中に、レーザ切断により形成される穴の周と半径1mm
    未満の半径を有する円弧で接するピアスライン、または
    レーザ切断により形成される穴の周と接続される部分が
    直線状であって前記穴の周と所定角度をもって接続され
    るピアスラインがある場合、または穴の周上から穴加工
    を開始する場合、穴周上の加工終点から周上距離で実質
    的に4mm手前の点を、前記第1のレーザ切断条件から前
    記第2のレーザ切断条件への切換え点となるよう演算す
    る演算手段と、この演算した切換え点を境にして前記第
    1のレーザ切断条件と第2のレーザ切断条件の割り付け
    を自動的に行う手段を備えてなるレーザ加工装置。
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