JPS6242719B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6242719B2
JPS6242719B2 JP58185082A JP18508283A JPS6242719B2 JP S6242719 B2 JPS6242719 B2 JP S6242719B2 JP 58185082 A JP58185082 A JP 58185082A JP 18508283 A JP18508283 A JP 18508283A JP S6242719 B2 JPS6242719 B2 JP S6242719B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser
fiber
cutting
tip
chips
Prior art date
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Expired
Application number
JP58185082A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS6082283A (en
Inventor
Hiroshi Miura
Hideo Furushima
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
Priority to JP58185082A priority Critical patent/JPS6082283A/en
Publication of JPS6082283A publication Critical patent/JPS6082283A/en
Publication of JPS6242719B2 publication Critical patent/JPS6242719B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/03Observing, e.g. monitoring, the workpiece

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、施盤などで金属の切削を行う時に発
生する切屑をレーザにより切断する装置に関する
ものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a device that uses a laser to cut chips generated when cutting metal using a lathe or the like.

金属切削の外ぐり或いは中ぐり加工を行う場合
に発生する切屑は、これが連続して発生すると切
削バイトにからみつき、正常な切削を困難にす
る。このため、従来の一番簡単な切屑処理法で
は、一端切削を中止して、バイトにからみついた
切屑を作業者が除去していた。しかし、この方法
では無人化運転が不可能となる。このため従来、
チツプブレーカを用いる方法を採用し、切削バイ
ト先端のチツプのスクイ面上を走る発生切屑の流
出方向を変えるようにチツプ形状を加工し、この
力で切屑を折り曲げることにより切断していた。
この方法では仕上げ加工のように薄く細い切屑が
発生する場合は、発生切屑の剛性が失なわれるた
め切断が不可能となる。このような場合の従来の
他の方法として、真空ノズルを発生切屑に近ず
け、これを吸い込む方法がある。しかしこの方法
では切屑吸い込みが確実ではない。又外ぐり加工
の場合は吸い込み口をバイトチツプ近くに接近さ
せるのは比較的容易であるが、中ぐり加工の場合
はほとんど不可能である。又従来の他の方法で
は、切削する被加工物にあらかじめ切削切込み量
より薄い溝を入れる事により発生切削を断続させ
る手法がある。この方法は溝を入れる工程が増え
ると共に中ぐり加工の場合は不可能となる。
If chips generated during boring or boring operations for metal cutting are generated continuously, they become entangled with the cutting tool, making normal cutting difficult. For this reason, in the simplest conventional chip disposal method, cutting is stopped and the operator removes the chips entangled in the cutting tool. However, this method makes unmanned operation impossible. For this reason, conventionally,
A method using a chip breaker was adopted, and the chip shape was machined to change the flow direction of the generated chips running on the rake surface of the chip at the tip of the cutting tool, and this force was used to bend the chips for cutting.
With this method, when thin and thin chips are generated, such as during finishing, the rigidity of the generated chips is lost, making cutting impossible. Another conventional method in such cases is to bring a vacuum nozzle close to the generated chips and suck them up. However, this method does not ensure chip suction. Also, in the case of boring, it is relatively easy to bring the suction port close to the bit tip, but in the case of boring, it is almost impossible. Another conventional method involves intermittent cutting by cutting a groove thinner than the cutting depth in advance on the workpiece to be cut. This method requires more steps to create grooves and is impossible in the case of boring.

本発明の目的は、このような従来の欠点を除去
せしめて、自動切削の障害となる切屑を、外ぐ
り、中ぐりの加工を問わずレーザによつて切断可
能とする装置を提供することにある。
It is an object of the present invention to provide a device that eliminates such conventional drawbacks and makes it possible to cut off chips that are an obstacle to automatic cutting using a laser, regardless of whether the process is boring or boring. .

本発明のレーザ切屑切断装置ではYAGレーザ
光をフアイバーによつてバイトシヤンクまで導入
し、バイトシヤンクに附加した集光光学部により
切屑発生点の近傍にレーザ光を集光して切屑を切
断するものである。
In the laser chip cutting device of the present invention, a YAG laser beam is introduced to the bite shank through a fiber, and the laser beam is focused in the vicinity of the chip generation point by a condensing optical section attached to the bite shank to cut the chips. .

次に本発明の実施例を図面を参照して詳細に説
明する。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図は本発明の実施例の全体の構成図であ
る。図において1はYAGレーザ装置、2はレー
ザ用電源冷却器、3はフアイバー結合装置で、レ
ーザ光はフアイバー結合装置により、加工用フア
イバー4に導入される。導入されたレーザはフア
イバー4で伝送され、レーザ集光光学部が附加さ
れた外ぐり、中ぐり加工用バイトシヤンク5に導
入される。このバイトシヤンクには発生切屑のレ
ーザ切断点と加工用フアイバー4から送られたレ
ーザ光のレーザ集光点を合せる時に使用する観測
用フアイバー6が接続されている。すなわちレー
ザ切断すべき発生切屑、近辺の拡大像は観測フア
イバー結像光学部7によりテレビカメラ8の撮像
管面に結像されこの像はテレビモニター9に写し
出される。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a YAG laser device, 2 is a laser power cooler, and 3 is a fiber coupling device. Laser light is introduced into a processing fiber 4 by the fiber coupling device. The introduced laser beam is transmitted through a fiber 4 and introduced into a cutting tool shank 5 for boring and boring operations to which a laser focusing optical section is attached. An observation fiber 6 is connected to this bite shank, which is used to align the laser cutting point of generated chips with the laser convergence point of the laser beam sent from the processing fiber 4. That is, an enlarged image of the generated chips and the vicinity to be laser cut is formed on the image pickup tube surface of the television camera 8 by the observation fiber imaging optical section 7, and this image is displayed on the television monitor 9.

第2図は本発明に使用されるバイトシヤンク5
の分解図、第3図はバイトシヤンク5の外観図で
ある。図において11はコリメータレンズ20、
ダイクロイツクミラー22および集光レンズ23
からなるレーザ集光光学部を内蔵した筐体、10
は筐体11の端部を挿入できるように加工された
バイトシヤンク底部で、筐体11をバイトシヤン
ク底部10へ図中の矢印aの方向に挿入し、ネジ
12,13をそれぞれ穴12a,13aを介して
ねじ穴12b,13bへ固定する。また筐体11
には、ピント合せ用レンズ24を収納した収納部
26が取付けられ、この収納部には観測用光フア
イバー6がレンズ24の結像位置に固定されてい
る。14は集光レンズ23から出射される円錐形
光束を覆うように作られた円錐外形のノズルで、
集光レンズ23が固定された円筒状部25の端面
へ固定される。このノズルは切削液をかけて切削
加工を行う場合、この液によりレーザ光がさえぎ
られないように切削液からレーザ光を守るための
もので加工レーザ光はノズル先端14aから出射
される。なお切削液を排除するためにこのノズル
内部にホースを取付けて、圧搾空気を送りこみ、
先端14aから吹き出す必要があるが、この圧搾
空気の代りに酸素ガスを用いるとレーザによる切
屑切断の効率は向上する。15はチツプホルダー
で、3ケのネジ16によつてそれぞれねじ穴15
a,15b,15cを介してバイトシヤンク底部
10のねじ穴16a,16b,16cへ固定され
る。このとき筐体の円筒状部25は、チツプホル
ダーの貫通孔30へ挿入される。加工を行なう切
削用チツプ17は、くさび形のチツプ押え金具1
8をチツプホルダーにネジしめする事により図面
の上方への力が加わりチツプホルダー15に取付
けられる。一方、加工用フアイバー4の出射端に
はフアイバー固定用治具19がとりつけられ、こ
の治具を筐体11にネジ止めする事によりフアイ
バー4が固定される。フアイバー4により伝送さ
れたレーザ光は、このフアイバーの開口数で決ま
る拡がり角で拡げられ、コリメータレンズ20で
平行光に変換される。このコリメータレンズはレ
ーザ光が平行光になる位置を中心に光軸方向に移
動し、停止した位置で固定される。これは集光レ
ンズ23によるレーザ光集光点21を光軸方向に
微移動し、発生切屑の切断すべき点にレーザ光集
光点をピント合せするためのものである。コリメ
ータレンズ20によりほぼ平行になつたレーザ光
は、ダイクロイツクミラー22により90゜曲げら
れて集光レンズ23に入射し、レーザ光集光点2
1となる。このときレーザ光の光軸は切削用チツ
プ17の先端スクイ面に平行である。ダイクロイ
ツクミラー22はYAGレーザ装置1から出射す
るYAGレーザ光(波長1.06μm)は100%反射す
るが、可視光は100%透過するように作られてい
る。従つて、レーザ光集光点21の像は、集光レ
ンズ23と観測フアイバー用ピント合せレンズ2
4で決まる倍率で、観測用光フアイバー6を介し
て第1図で示すテレビモニタ9に写し出される。
一方観測フアイバーの結像光学部7にはクロスヘ
アラインが印刷された微移動可能なガラス板が挿
入されており、レーザ光集光点21とこのクロス
ヘアラインがテレビ画面上で一致するようにガラ
ス板を微移動し、調整してある。このように調整
することにより、テレビモニタ画面上に写し出さ
れたクロスヘアライン上にレーザ加工点がくる事
になり、このレーザ加工点に切削用チツプ17に
よる加工時に発生する切屑の切断すべき部位がく
るように切削用チツプ17を取付ければよい。こ
れはチツプホルダー15に対する切削用チツプ1
7の横方向の位置調整により又チツプスペーサ3
5の厚みをかえる事による上下方向の位置調整に
より実現できる。第3図で示すバイトシヤンクで
は、レーザ照射方向は切削用チツプ17先端のス
クイ面と略平行である。一方発生切屑にレーザ光
を照射して、これを切断するには切屑をスクイ面
に対して略垂直に立上らせる必要がある。これに
は、切削用チツプ17のスクイ面の形状をこのよ
うな切屑発生が得られるように加工すればよい。
Figure 2 shows the bite shank 5 used in the present invention.
FIG. 3 is an external view of the bite shank 5. In the figure, 11 is a collimator lens 20,
Dichroic mirror 22 and condensing lens 23
A housing containing a laser focusing optical section consisting of 10
is the bottom of the bite shank processed to allow insertion of the end of the housing 11. Insert the housing 11 into the bottom 10 of the bite shank in the direction of arrow a in the figure, and insert the screws 12 and 13 through the holes 12a and 13a, respectively. and fix it to the screw holes 12b and 13b. Also, the housing 11
A housing section 26 housing a focusing lens 24 is attached to the housing, and an observation optical fiber 6 is fixed to this housing section at the imaging position of the lens 24. 14 is a conical nozzle made to cover the conical light beam emitted from the condenser lens 23;
The condensing lens 23 is fixed to the end face of the fixed cylindrical part 25. This nozzle is used to protect the laser beam from the cutting fluid so that the laser beam is not blocked by the liquid when cutting is performed by applying cutting fluid, and the machining laser beam is emitted from the nozzle tip 14a. In addition, in order to remove the cutting fluid, a hose is attached inside this nozzle and compressed air is sent in.
Although it is necessary to blow out from the tip 14a, if oxygen gas is used instead of this compressed air, the efficiency of cutting chips by laser will be improved. 15 is a chip holder, which is connected to each screw hole 15 by three screws 16.
It is fixed to the screw holes 16a, 16b, 16c of the bite shank bottom part 10 through the screw holes 16a, 15b, 15c. At this time, the cylindrical portion 25 of the housing is inserted into the through hole 30 of the chip holder. The cutting tip 17 for processing is attached to a wedge-shaped tip holding fitting 1.
By screwing 8 into the tip holder, force is applied upward in the drawing and the tip is attached to the tip holder 15. On the other hand, a fiber fixing jig 19 is attached to the output end of the processing fiber 4, and the fiber 4 is fixed by screwing this jig to the housing 11. The laser beam transmitted by the fiber 4 is expanded at a divergence angle determined by the numerical aperture of the fiber, and converted into parallel light by the collimator lens 20. This collimator lens moves in the optical axis direction centering on the position where the laser beam becomes parallel light, and is fixed at the stopped position. This is to move the laser beam condensing point 21 by the condensing lens 23 slightly in the optical axis direction and to focus the laser beam condensing point on the point where the generated chips are to be cut. The laser beam, which has been made almost parallel by the collimator lens 20, is bent by 90 degrees by the dichroic mirror 22 and enters the condensing lens 23, where it is focused at the laser beam condensing point 2.
It becomes 1. At this time, the optical axis of the laser beam is parallel to the scoop surface at the tip of the cutting tip 17. The dichroic mirror 22 is made to reflect 100% of the YAG laser light (wavelength: 1.06 μm) emitted from the YAG laser device 1, but to transmit 100% of visible light. Therefore, the image of the laser beam condensing point 21 is formed by the condensing lens 23 and the observation fiber focusing lens 2.
The image is projected onto the television monitor 9 shown in FIG. 1 via the observation optical fiber 6 at a magnification determined by 4.
On the other hand, a finely movable glass plate with a crosshair line printed on it is inserted into the imaging optical part 7 of the observation fiber, and the glass plate is arranged so that the laser beam condensing point 21 and this crosshair line coincide on the TV screen. has been slightly moved and adjusted. By adjusting in this way, the laser processing point will be placed on the crosshair line projected on the TV monitor screen, and the area where chips generated during processing with the cutting tip 17 should be cut will be located at this laser processing point. The cutting tip 17 may be attached so that the This is the cutting tip 1 for the tip holder 15.
By adjusting the lateral position of 7, the tip spacer 3
This can be achieved by adjusting the position in the vertical direction by changing the thickness of 5. In the bit shank shown in FIG. 3, the laser irradiation direction is approximately parallel to the rake surface at the tip of the cutting tip 17. On the other hand, in order to irradiate the generated chips with a laser beam and cut them, it is necessary to make the chips rise approximately perpendicular to the rake surface. For this purpose, the shape of the rake face of the cutting tip 17 may be processed to generate such chips.

以上の説明では、レーザとしてYAGレーザを
用いた場合について述べたが、レーザの種類に限
定はなく発生切屑が切断出来れば、どのレーザで
も良く、発振姿態もパルス発振、連続発振、或い
はこれらにQスイツチを附加したQスイツチ発振
のいずれでも良い。又、本実施例では説明が容易
なように切削用チツプのスクイ面とレーザ集光軸
が略平行な場合について述べたが、これらの角度
は切屑が切断しやすい角度であればよい。
In the above explanation, we have described the case where a YAG laser is used as the laser, but the type of laser is not limited and any laser can be used as long as it can cut the generated chips.The oscillation mode can be pulsed oscillation, continuous oscillation, or Q Either Q-switch oscillation with a switch added may be used. Further, in this embodiment, for ease of explanation, a case has been described in which the scoop surface of the cutting tip and the laser condensing axis are substantially parallel, but these angles may be any angle that makes it easy to cut chips.

以上説明したように、本発明はバイトシヤンク
にレーザ光集光光学部を取付け、レーザ光をフア
イバーにより、この集光光学部に導入して発生切
屑をレーザ切断するものであるから、従来の切屑
処理とは全つたく異なり、外ぐり、中ぐりのいず
れの加工時にも、切屑処理が可能である。又レー
ザ出力を調整することにより荒けずり、仕上げけ
ずりを問わず切屑処理をリアルタイムで行う事が
出来る。
As explained above, in the present invention, a laser beam condensing optical section is attached to a cutting tool shank, and the laser beam is introduced into the condensing optical section through a fiber to cut generated chips using the laser. In contrast, it is possible to dispose of chips during both boring and boring operations. In addition, by adjusting the laser output, it is possible to process chips in real time regardless of whether they are rough chips or finished chips.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の実施システム全体の構成を示
す外観図、第2図は本発明に使用するバイトシヤ
ンクの分解斜視図、第3図は第2図で示すバイト
シヤンクの外観図である。 1……YAGレーザヘツド、2……レーザ用電
源冷却器、3……フアイバー結合装置、4……加
工用フアイバー、5……バイトシヤンク、6……
観測用フアイバー、7……観測フアイバー結像光
学部、8……テレビカメラ、9……テレビモニタ
ー、10……バイトシヤンク底部、11……筐
体、12,13……ネジ、14……ノズル、15
……チツプホルダー、16……ネジ、17……切
削用チツプ、18……チツプ押え金具、19……
フアイバー固定用治具、20……コリメータレン
ズ、21……レーザ光集光点、22……ダイクロ
イツクミラー、23……集光レンズ、24……観
測フアイバー用ピント合せレンズ、25……チツ
プスペーサー。
FIG. 1 is an external view showing the overall configuration of an implementation system of the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective view of a bite shank used in the present invention, and FIG. 3 is an external view of the bite shank shown in FIG. 2. 1... YAG laser head, 2... Laser power cooler, 3... Fiber coupling device, 4... Fiber for processing, 5... Bite shank, 6...
Observation fiber, 7...Observation fiber imaging optics, 8...Television camera, 9...Television monitor, 10...Bite shank bottom, 11...Housing, 12, 13...Screw, 14...Nozzle, 15
...Tip holder, 16...Screw, 17...Cutting tip, 18...Chip holding fitting, 19...
Fiber fixing jig, 20... collimator lens, 21... laser beam focusing point, 22... dichroic mirror, 23... focusing lens, 24... focusing lens for observation fiber, 25... chip spacer .

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 レーザ装置と、前記レーザ装置から出射する
レーザ光をフアイバーに導入するためのフアイバ
ー結合装置と、このフアイバー結合装置からのレ
ーザを伝送するためのフアイバーと、切屑加工す
るためのバイトチツプを備えたバイトシヤンクと
を含み、前記バイトシヤンクは、前記フアイバー
で伝送されたレーザ光を平行に変換し、かつ光軸
方向に微移動、及び固定可能なレンズとこの平行
に変換されたレーザ光を集光する集光レンズとを
備えたレーザ集光光学部と、前記集光レンズによ
るレーザ光の集光点からの光を観測系に導くため
の光学部と、前記バイトチツプから発生する切屑
の切断点が前記集光点に位置するよう前記バイト
チツプの取付位置を調整する手段とを含むレーザ
切屑切断装置。
1. A bite shank equipped with a laser device, a fiber coupling device for introducing the laser light emitted from the laser device into the fiber, a fiber for transmitting the laser from the fiber coupling device, and a bite tip for processing chips. The bite shank converts the laser beam transmitted by the fiber into parallel light, and includes a lens that can be finely moved and fixed in the optical axis direction, and a focusing lens that focuses the laser light converted into parallel light. a laser focusing optical section including a lens; an optical section for guiding light from a focusing point of the laser beam by the focusing lens to the observation system; and a cutting point of chips generated from the bit tip is the focusing point. and means for adjusting the mounting position of the bit tip so that the cutting tip is located at a point.
JP58185082A 1983-10-05 1983-10-05 Laser cutting device for chip Granted JPS6082283A (en)

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