JPWO2020008779A1

JPWO2020008779A1 - 切削加工機及び切削加工方法

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Publication number: JPWO2020008779A1
Application number: JP2019554703A
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Inventors: 岳大永山; 和宏菅野
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Filing date: 2019-06-04
Publication date: 2020-07-16
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Abstract

切削加工機（１）は加工機本体（１００）とＮＣ装置（２００）とを備える。ＮＣ装置（２００）は加工機本体（１００）を制御し、工具径補正量演算部（２０１）と加工軌跡演算部（２０２）と駆動制御部（２０３）とを有する。工具径補正量演算部（２０１）は工具径補正情報（ＴＣ）を生成する。加工軌跡演算部（２０２）は工具径補正制御信号（ＴＳ）を生成する。駆動制御部（２０３）は駆動制御信号（ＣＳ）を生成する。加工機本体（１００）は加工ユニット（１０４）と工具軌跡制御部（３００）とを有する。加工ユニット（１０４）は加工対象物（Ｗ）との相対位置を変化させることにより加工対象物（Ｗ）を切削加工する。工具軌跡制御部（３００）は駆動制御信号（ＣＳ）に基づいて、切削工具に相当し、かつ、非円形状の工具軌跡を制御する。

Description

本開示は、レーザビームを照射して加工対象物を加工するレーザ加工機等の切削加工機及び切削加工方法に関する。

切削加工機として、レーザビームを照射して加工対象物を加工し、所定の形状を有する製品を製作するレーザ加工機が普及している。レーザ加工機は、製品が所定の形状を有して製作されるように、レーザビームによる切削量を考慮した工具径補正により加工対象物を切削加工する。特許文献１には、工具径補正により加工対象物を切削加工するレーザ加工機の一例が記載されている。

特許第６０８７４８３号公報

レーザ加工機において、レーザビームを射出するノズルと加工対象物を載せる加工テーブルとの相対位置が固定されている状態では、レーザビームは通常、円形状を有するため、切削加工跡も円形状を有する。複数の種類の回転工具を備えたマシニングセンタにおいても、回転工具の位置座標が固定されている状態では、切削加工跡は通常、円形状を有する。ウォータジェット加工機においても、高圧水が射出される位置座標が固定されている状態では、切削加工跡は通常、円形状を有する。従って、工具径補正は、ノズル、回転工具、高圧水等の切削工具の位置座標が固定されている状態における切削加工跡が円形状であることを前提としている。

そのため、レーザ加工機等の切削加工機は、切削工具による切削加工跡の半径分または切削加工跡の半幅分を工具径補正量に設定し、工具径補正量分だけシフトさせて加工対象物を切削加工するときの軌跡を制御する。一般的に、従来の切削加工機では、工具径補正は切削加工跡が非円形状の場合に対応していない。

１またはそれ以上の実施形態は、切削工具の位置座標が固定されている状態における切削加工跡が非円形状であっても、切削工具の工具径を精度よく補正することができる切削加工機及び切削加工方法を提供することを目的とする。

１またはそれ以上の実施形態の第１の態様によれば、加工対象物を切削加工する加工機本体と、前記加工機本体を制御するＮＣ装置とを備え、前記ＮＣ装置は、前記加工対象物を切削加工することによって得られる最終加工製品の寸法及び形状を含む製品形状情報に基づいて設定された加工プログラムと加工条件とに基づいて、前記加工対象物を切削加工する切削工具の工具径を補正するための工具径補正情報を生成する工具径補正量演算部と、前記加工プログラムと前記加工条件と前記工具径補正情報とに基づいて、切削加工補正条件を含む工具径補正制御信号を生成する加工軌跡演算部と、前記工具径補正制御信号に基づいて、前記加工機本体を制御する駆動制御信号を生成する駆動制御部とを有し、前記加工機本体は、前記加工対象物との相対位置を変化させることにより、前記加工対象物を切削加工する加工ユニットと、前記駆動制御信号に基づいて、前記切削工具に相当し、かつ、非円形状を有する工具軌跡を制御する工具軌跡制御部とを有する切削加工機が提供される。

１またはそれ以上の実施形態の第２の態様によれば、加工対象物を切削加工することによって得られる最終加工製品の寸法及び形状を含む製品形状情報に基づいて、加工プログラムと加工条件とを設定し、前記加工プログラムと前記加工条件とに基づいて、前記加工対象物を切削加工する切削工具の工具径を補正するための工具径補正情報を生成し、前記加工プログラムと前記加工条件と前記工具径補正情報とに基づいて、切削加工補正条件を含む工具径補正制御信号を生成し、前記工具径補正制御信号に基づいて、加工機本体を制御する駆動制御信号を生成し、前記駆動制御信号に基づいて、加工対象物を切削加工するための切削工具に相当し、かつ、非円形状を有する工具軌跡を制御する切削加工方法が提供される。

１またはそれ以上の実施形態の切削加工機及び切削加工方法によれば、切削工具の位置座標が固定されている状態における切削加工跡が非円形状であっても、切削工具の工具径を精度よく補正することができる。

図１は、１またはそれ以上の実施形態の切削加工機の全体的な構成例を示す図である。図２は、ノズルと工具軌跡との関係を示す図である。図３Ａは、工具軌跡制御部の構成例（実施例１）を示す図である。図３Ｂは、工具軌跡制御部の構成例（実施例１）を示す図である。図４は、工具軌跡制御部の構成例（実施例２）を示す図である。図５は、工具軌跡制御部の構成例（実施例３）を示す図である。図６は、１またはそれ以上の実施形態の切削加工方法の一例を示すフローチャートである。

以下、１またはそれ以上の実施形態の切削加工機及び切削加工方法について、添付図面を参照して説明する。切削加工機及び切削加工方法の一例として、レーザ加工機及びレーザ加工方法について説明する。

図１に示すように、切削加工機１は、レーザ発振器１０と、加工機本体１００と、ＮＣ装置（数値制御装置）２００とを備える。ＮＣ装置２００は、レーザ発振器１０と加工機本体１００とを制御する。レーザ発振器１０はレーザビームを生成して射出する。レーザ発振器１０から射出されたレーザビームは、プロセスファイバ１１を介して加工機本体１００へ伝送される。加工機本体１００は、レーザビームを加工対象物Ｗに照射し、かつ、加工対象物Ｗとレーザビームのビームスポットとの相対位置を変化させることにより、加工対象物Ｗを切削加工する。

レーザ発振器１０としては、レーザダイオードより発せられる励起光を増幅して所定の波長のレーザビームを射出するレーザ発振器、または、レーザダイオードより発せられるレーザビームを直接利用するレーザ発振器が好適である。レーザ発振器１０は、例えば、固体レーザ発振器、ファイバレーザ発振器、ディスクレーザ発振器、または、ダイレクトダイオードレーザ発振器（ＤＤＬ発振器）である。

レーザ発振器１０は、波長９００ｎｍ〜１１００ｎｍの１μｍ帯のレーザビームを射出する。ファイバレーザ発振器及びＤＤＬ発振器を例とすると、ファイバレーザ発振器は、波長１０６０ｎｍ〜１０８０ｎｍのレーザビームを射出し、ＤＤＬ発振器は、波長９１０ｎｍ〜９５０ｎｍのレーザビームを射出する。

加工機本体１００は、加工対象物Ｗを載せる加工テーブル１０１と、門型のＸ軸キャリッジ１０２と、Ｙ軸キャリッジ１０３と、加工ユニット１０４と、工具軌跡制御部３００とを有する。加工対象物Ｗは例えばステンレス鋼よりなる板金である。加工対象物はステンレス鋼以外の鉄系の板金であっても構わないし、アルミニウム、アルミニウム合金、銅鋼などの板金であっても構わない。

レーザ発振器１０から射出されたレーザビームは、プロセスファイバ１１を介して加工機本体１００の加工ユニット１０４へ伝送される。工具軌跡制御部３００は加工ユニット１０４の内部に収容されている。

Ｘ軸キャリッジ１０２は、加工テーブル１０１上でＸ軸方向に移動自在に構成されている。Ｙ軸キャリッジ１０３は、Ｘ軸キャリッジ１０２上でＸ軸と直交するＹ軸方向に移動自在に構成されている。Ｘ軸キャリッジ１０２及びＹ軸キャリッジ１０３は、加工ユニット１０４を加工対象物Ｗの面に沿って、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、または、Ｘ軸とＹ軸との任意の合成方向に移動させる移動機構として機能する。

加工機本体１００は、加工ユニット１０４を加工対象物Ｗの面に沿って移動させる代わりに、加工ユニット１０４は位置が固定されていて、加工対象物Ｗが移動するように構成されていてもよい。加工機本体１００は、加工対象物Ｗの面に対して加工ユニット１０４を相対的に移動させる移動機構を備えていればよい。

加工ユニット１０４にはノズル１０６が取り付けられている。ノズル１０６の先端部には円形の開口部１０５が形成されている。加工ユニット１０４に伝送されたレーザビームは、ノズル１０６の開口部１０５から射出され、加工対象物Ｗに照射される。

加工ユニット１０４には、窒素または空気等のアシストガスが供給される。アシストガスは酸素であってもよく、その目的が酸化抑制なのか、酸化反応熱を利用するのかによって、窒素と酸素との混合比を任意に設定できる。レーザビームが開口部１０５から加工対象物Ｗに照射され、かつ、アシストガスが開口部１０５から加工対象物Ｗへと吹き付けられる。アシストガスは、加工対象物Ｗが溶融したカーフ幅内の溶融物を排出する。

工具軌跡制御部３００は、加工ユニット１０４内を進行して開口部１０５から射出されるレーザビームを、非円形状の振動パターンで振動させるビーム振動機構として機能する。工具軌跡制御部３００がレーザビームを非円形状の振動パターンで振動させることにより、加工ユニット１０４は非円形状の工具軌跡により加工対象物Ｗを切削加工する。工具軌跡制御部３００の具体的な構成例、及び、工具軌跡制御部３００がレーザビームのビームスポットを非円形状の振動パターンで振動させる方法については後述する。
ここで、工具軌跡とは、一定時間内に非円形状の振動パターンで振動させたビーム振動によってなされたビームの軌跡が描いた図形であって、振動工具形状を指す。つまり、通常は、ノズル１０６から射出される円形のレーザビームそのものが切削工具であり、そのビーム半径分が工具径補正となるが、ここでは、振動パターンで描いた図形の工具軌跡を切削工具とする。ノズル１０６と加工テーブル１０１との相対位置が固定されている状態における切削加工跡は、工具軌跡に対応する。

ＣＡＤ（Computer Aided Design）装置２０は、加工対象物Ｗを切削加工することによって得られる最終加工製品の寸法及び形状を含む製品形状情報に基づいて製品形状データ（ＣＡＤデータ）ＳＤを生成し、ＣＡＭ（Computer Aided Manufacturing）装置２１へ出力する。ＣＡＭ装置２１は、製品形状データＳＤに基づいて、切削加工機１が加工対象物Ｗを切削加工するための加工プログラム（ＮＣデータ）ＰＰを生成し、加工条件ＣＰを指定する。即ち、加工プログラムＰＰと加工条件ＣＰとは、最終加工製品の寸法及び形状を含む製品形状情報に基づいて設定される。

加工プログラムＰＰには、切削加工の進行方向の左側に工具径補正量分だけシフトさせて切削工具の軌跡を制御するＧ４１（左工具径補正）、または、切削加工の進行方向の右側に工具径補正量分だけシフトさせて切削工具の軌跡を制御するＧ４２（右工具径補正）で示されるＧコードが含まれている。

ＣＡＭ装置２１は、加工条件ＣＰとして、切削工具に相当する工具軌跡を指定する。工具軌跡は例えば非円形状を有する。ＣＡＭ装置２１は、形状または工具径が異なる複数の工具軌跡を指定することができる。加工条件ＣＰには、加工対象物Ｗの材質及び厚さ等の材料パラメータが指定された加工対象情報が含まれている。加工条件ＣＰには、レーザビームの出力、加工速度、及び、ノズル１０６の開口部１０５の直径（ノズル径）等の加工パラメータ、及び、アシストガス条件等の切削加工情報が含まれている。即ち、加工条件ＣＰには、工具軌跡等の切削工具情報と加工対象情報と切削加工情報とが含まれている。

ＣＡＭ装置２１は、加工プログラムＰＰと加工条件ＣＰとを切削加工機１のＮＣ装置２００へ出力する。ＮＣ装置２００は、加工プログラムＰＰと加工条件ＣＰとに基づいてレーザ発振器１０を制御する。ＮＣ装置２００は、加工プログラムＰＰと加工条件ＣＰとに基づいて、加工機本体１００を制御してＸ軸キャリッジ１０２及びＹ軸キャリッジ１０３を駆動させることにより、ノズル１０６を目的の位置へ移動させる。

ＮＣ装置２００は、加工プログラムＰＰと加工条件ＣＰとに基づいて、工具軌跡制御部３００を制御することにより、ノズル１０６の開口部１０５より射出されるレーザビームのビームスポットの軌跡を制御する。ビームスポットの軌跡は工具軌跡に相当する。

ＮＣ装置２００は、工具径補正量演算部２０１と、加工軌跡演算部２０２と、駆動制御部２０３とを有する。工具径補正量演算部２０１及び加工軌跡演算部２０２には、ＣＡＭ装置２１から加工プログラムＰＰと加工条件ＣＰとが入力される。工具径補正量演算部２０１は、加工プログラムＰＰと加工条件ＣＰとに基づいて、加工対象物Ｗを切削加工するための切削工具の工具径を補正するための工具径補正情報ＴＣを生成する。

図２を用いて、工具径補正情報ＴＣについて説明する。図２は、ノズル１０６の内部から開口部１０５を介して加工対象物Ｗに照射されるレーザビームのビームスポットの軌跡（工具軌跡）を示している。

工具径補正量演算部２０１は、加工条件ＣＰに含まれる工具軌跡ＴＰを認識する。工具径補正量演算部２０１は、認識された工具軌跡ＴＰとノズル１０６の軌跡ＮＰ（以下、ノズル軌跡ＮＰとする）と切削加工の進行方向ＤＴとに基づいて、工具径補正情報ＴＣを生成する。工具軌跡ＴＰは加工対象物Ｗを切削加工するための切削工具に相当する。工具軌跡ＴＰの形状は切削工具の形状に相当する。工具軌跡ＴＰは例えば非円形状を有する。

工具径補正情報ＴＣは、工具軌跡ＴＰにおける制御中心点ＣＬと、加工面形成位置ＭＰＬ及びＭＰＲと、工具径補正値ＭＶＬＬ及びＭＶＬＲと、オフセット値ＳＶＬＬ及びＳＶＬＲとを含む。また、工具径補正情報ＴＣは、ノズル軌跡ＮＰにおけるノズル１０６の中心点ＣＮ（以下、ノズル中心点ＣＮとする）と、工具径補正値ＭＶＮＬ及びＭＶＮＲと、オフセット値ＳＶＮＬ及びＳＶＮＲとを含む。なお、制御中心点ＣＬとは、一般的なレーザ加工の工具径補正の場合のレーザビームの中心に相当する。１またはそれ以上の実施形態においては、工具軌跡を非円形状の切削工具としているので、切断ラインを切削工具と製品の境界とするときの切断ライン（切断位置）に対して切削工具を制御する中心の位置である。ノズル軌跡ＮＰとは、具体的にはノズル中心点ＣＮの軌跡である。ノズル１０６の中心点ＣＮと開口部１０５の中心点とは一致している。

図２に示すＣＣＮａ及びＣＣＮｂは、ノズル１０６の中心線を示している。中心線ＣＣＮａは進行方向ＤＴに対して平行であり、中心線ＣＣＮｂは進行方向ＤＴに対して垂直である。図２に示すＢＳは、工具軌跡ＴＰ上を移動するレーザビームのビームスポットを示している。図２には、非円形状の一例として、ビームスポットＢＳがアルファベットのＣを描くようにビームスポットＢＳを振動させる振動パターンの工具軌跡ＴＰを示している。なお、工具軌跡ＴＰの振動パターンは非円形状を含む自由形状であればよい。

レーザ加工機の場合、工具軌跡ＴＰはレーザビームのビームスポットＢＳの軌跡に相当する。ビームスポットＢＳは工具軌跡ＴＰ上を往復移動する。または、ビームスポットＢＳは非円形状であれば周期移動してもよい。加工面形成位置ＭＰＬ及びＭＰＲは、工具軌跡ＴＰにおいて制御中心点ＣＬを通り進行方向ＤＴと平行な中心線ＣＣＬａからビームスポットＢＳまでの距離が最大となる位置に相当する。

加工面形成位置ＭＰＬ及びＭＰＲは、工具軌跡ＴＰが切削加工の進行方向ＤＴに移動したときに、加工対象物Ｗに加工面が形成される位置である。即ち、加工面形成位置ＭＰＬ及びＭＰＲは、工具軌跡ＴＰにおいて工具径が最大となる位置である。

加工面形成位置ＭＰＬ及びＭＰＲは、ノズル軌跡ＮＰにおいてノズル中心点ＣＮを通り進行方向ＤＴと平行な中心線ＣＣＮａからの距離が最大となる位置に相当する。即ち、加工面形成位置ＭＰＬ及びＭＰＲは、ノズル軌跡ＮＰにおいて工具径が最大となる位置である。加工面形成位置ＭＰＬは左工具径補正におけるパラメータであり、加工面形成位置ＭＰＲは右工具径補正におけるパラメータである。

工具軌跡ＴＰにおける工具径補正値ＭＶＬＬ及びＭＶＬＲは、中心線ＣＣＬａから加工面形成位置ＭＰＬ及びＭＰＲまでの距離に相当する。工具軌跡ＴＰにおける工具径補正値ＭＶＬＬ及びＭＶＬＲは、工具軌跡ＴＰにおける工具径に相当する。

ノズル軌跡ＮＰにおける工具径補正値ＭＶＮＬ及びＭＶＮＲは、中心線ＣＣＮａから加工面形成位置ＭＰＬ及びＭＰＲまでの距離に相当する。ノズル軌跡ＮＰにおける工具径補正値ＭＶＮＬ及びＭＶＮＲは、ノズル軌跡ＮＰにおける工具径に相当する。工具径補正値ＭＶＬＬ及びＭＶＮＬは左工具径補正におけるパラメータであり、工具径補正値ＭＶＬＲ及びＭＶＮＲは右工具径補正におけるパラメータである。

工具軌跡ＴＰにおけるオフセット値ＳＶＬＬ及びＳＶＬＲは、制御中心点ＣＬを通り進行方向ＤＴと垂直な中心線ＣＣＬｂから加工面形成位置ＭＰＬ及びＭＰＲまでの距離に相当する。ノズル軌跡ＮＰにおけるオフセット値ＳＶＮＬ及びＳＶＮＲは、ノズル中心点ＣＮを通り進行方向ＤＴと垂直な中心線ＣＣＮｂから加工面形成位置ＭＰＬ及びＭＰＲまでの距離に相当する。オフセット値ＳＶＬＬ及びＳＶＮＬは左工具径補正におけるパラメータであり、オフセット値ＳＶＬＲ及びＳＶＮＲは右工具径補正におけるパラメータである。

従って、工具径補正量演算部２０１は、加工条件ＣＰに含まれる工具軌跡ＴＣを認識し、加工プログラムＰＰと加工条件ＣＰとに基づいて、工具軌跡ＴＰに基づく補正情報とノズル軌跡ＮＰに基づく補正情報とを含む工具径補正情報ＴＣを生成する。工具径補正量演算部２０１は工具径補正情報ＴＣを加工軌跡演算部２０２へ出力する。また、工具径補正量演算部２０１は、左工具径補正と右工具径補正の両方の補正情報を含む工具径補正情報ＴＣを加工軌跡演算部２０２へ出力する。

加工軌跡演算部２０２には、ＣＡＭ装置２１から加工プログラムＰＰと加工条件ＣＰとが入力され、工具径補正量演算部２０１から工具径補正情報ＴＣが入力される。加工軌跡演算部２０２は、加工プログラムＰＰに含まれているＧコードを翻訳する。なお、加工プログラムＰＰはＧコードの代わりにロボット言語等を含んでいてもよい。

加工軌跡演算部２０２は、翻訳結果と加工プログラムＰＰと加工条件ＣＰと工具径補正情報ＴＣとに基づいて、ノズル軌跡ＮＰを用いて左工具径補正にて切削加工するか、ノズル軌跡ＮＰを用いて右工具径補正にて切削加工するか、工具軌跡ＴＰを用いて左工具径補正にて切削加工するか、工具軌跡ＴＰを用いて右工具径補正にて切削加工するかのいずれかの切削加工補正条件を決定する。

加工軌跡演算部２０２は、翻訳結果と加工プログラムＰＰと加工条件ＣＰと工具径補正情報ＴＣと決定された切削加工補正条件とに基づいて工具径補正制御信号ＴＳを生成する。加工軌跡演算部２０２は、工具径補正制御信号ＴＳを駆動制御部２０３へ出力する。駆動制御部２０３は、工具径補正制御信号ＴＳに基づいて、加工機本体１００を制御する駆動制御信号ＣＳを生成する。駆動制御部２０３は駆動制御信号ＣＳを加工機本体１００へ出力する。

工具軌跡ＴＰを用いて左工具径補正にて切削加工する場合、駆動制御部２０３は、工具軌跡ＴＰと工具軌跡ＴＰにおける制御中心点ＣＬと工具径補正値ＭＶＬＬとオフセット値ＳＶＬＬとに基づいて駆動制御信号ＣＳを生成する。工具軌跡ＴＰを用いて右工具径補正にて切削加工する場合、駆動制御部２０３は、工具軌跡ＴＰと工具軌跡ＴＰにおける制御中心点ＣＬと工具径補正値ＭＶＬＲとオフセット値ＳＶＬＲとに基づいて駆動制御信号ＣＳを生成する。

ノズル軌跡ＮＰを用いて左工具径補正にて切削加工する場合、駆動制御部２０３は、ノズル軌跡ＮＰとノズル軌跡ＮＰにおけるノズル中心点ＣＮと工具径補正値ＭＶＮＬとオフセット値ＳＶＮＬとに基づいて駆動制御信号ＣＳを生成する。ノズル軌跡ＮＰを用いて右工具径補正にて切削加工する場合、駆動制御部２０３は、ノズル軌跡ＮＰとノズル軌跡ＮＰにおけるノズル中心点ＣＮと工具径補正値ＭＶＮＲとオフセット値ＳＶＮＲとに基づいて駆動制御信号ＣＳを生成する。

駆動制御部２０３は、駆動制御信号ＣＳにより、加工機本体１００の工具軌跡制御部３００を制御する。工具軌跡制御部３００は、駆動制御信号ＣＳに基づいて、ノズル１０６の開口部１０５より射出されるレーザビームのビームスポットＢＳの軌跡を制御する。

図３Ａ、図３Ｂ、図４、及び図５を用いて、工具軌跡制御部３００の具体的な構成例、及び、工具軌跡制御部３００がレーザビームのビームスポットＢＳを非円形状の振動パターンで振動させる方法の一例を実施例１〜３として説明する。

図３Ａに示すように、工具軌跡制御部３１０は加工ユニット１０４の内部に収容されている。図３Ａに示す工具軌跡制御部３１０は、図１に示す工具軌跡制御部３００の一実施例である。工具軌跡制御部３１０は、コリメータレンズ３１１と、シリンドリカルレンズ３１２と、駆動部３１３と、ベンドミラー３１４と、集束レンズ３１５とを有する。

コリメータレンズ３１１は、プロセスファイバ１１より射出されたレーザビームを平行光（コリメート光）に変換する。シリンドリカルレンズ３１２は、レーザビームのビームスポットＢＳを円形状から楕円形状に変形させる。

駆動部３１３は、駆動制御部２０３の制御により、シリンドリカルレンズ３１２を駆動する。駆動部３１３は、レーザビームの光軸を回転軸としてシリンドリカルレンズ３１２を往復回転振動させたり、レーザビームの光軸と直交する方向、かつ、シリンドリカルレンズ３１２の径方向にシリンドリカルレンズ３１２を往復直線振動させたりすることができる。駆動部３１３はシリンドリカルレンズ３１２を設定された振動パターンで振動させる。

ベンドミラー３１４はシリンドリカルレンズ３１２より射出されたレーザビームをＸ軸及びＹ軸に垂直なＺ軸方向下方に向けて反射させる。集束レンズ３１５はベンドミラー３１４により反射したレーザビームを集束して、加工対象物Ｗに照射する。工具軌跡制御部３１０は、シリンドリカルレンズ３１２を設定された振動パターンで振動させることにより、切削加工跡を多種の非円形状にすることができる。

図３Ｂに示すように、工具軌跡制御部３１０は、複数のシリンドリカルレンズ３１２ａ及び３１２ｂを有する構成としてもよい。駆動部３１３は、駆動制御部２０３の制御により、シリンドリカルレンズ３１２ａ及び３１２ｂを別々に駆動させることができる。駆動部３１３は、レーザビームの光軸を回転軸としてシリンドリカルレンズ３１２ａを往復回転振動させたり、レーザビームの光軸と直交する方向、かつ、シリンドリカルレンズ３１２ａの径方向にシリンドリカルレンズ３１２ａを往復直線振動させたりすることができる。

駆動部３１３は、レーザビームの光軸を回転軸としてシリンドリカルレンズ３１２ｂを往復回転振動させたり、レーザビームの光軸と直交する方向、かつ、シリンドリカルレンズ３１２ｂの径方向にシリンドリカルレンズ３１２ｂを往復直線振動させたりすることができる。駆動部３１３は、シリンドリカルレンズ３１２ａ及び３１２ｂを、異なる振動パターンで振動させることにより、切削加工跡をさらに多種の非円形状にすることができる。

図４に示すように、工具軌跡制御部３２０は加工ユニット１０４の内部に収容されている。図４に示す工具軌跡制御部３２０は、図１に示す工具軌跡制御部３００の一実施例である。工具軌跡制御部３２０は、コリメータレンズ３２１と、駆動部３２３と、ベンドミラー３２４と、集束レンズ３２５とを有する。コリメータレンズ３２１は、プロセスファイバ１１より射出されたレーザビームを平行光に変換する。

ベンドミラー３２４はコリメータレンズ３２１より射出されたレーザビームをＸ軸及びＹ軸に垂直なＺ軸方向下方に向けて反射させる。集束レンズ３２５はベンドミラー３２４により反射したレーザビームを集束して、加工対象物Ｗに照射する。駆動部３２３は、駆動制御部２０３の制御により、集束レンズ３２５を駆動する。

駆動部３２３は、集束レンズ３２５をＸ軸方向、Ｙ軸方向、または、Ｘ軸とＹ軸との任意の合成方向に駆動させることにより、集束レンズ３２５の光軸をレーザビームの光軸からシフトさせることができる。集束レンズ３２５の光軸をＸ軸方向、Ｙ軸方向、または、Ｘ軸とＹ軸との任意の合成方向にシフトさせることにより、切削加工跡を多種の非円形状にすることができる。

図５に示すように、工具軌跡制御部３３０は加工ユニット１０４の内部に収容されている。図５に示す工具軌跡制御部３３０は、図１に示す工具軌跡制御部３００の一実施例である。工具軌跡制御部３３０は、コリメータレンズ３３１と、ガルバノスキャナユニット３４０と、ベンドミラー３３４と、集束レンズ３３５とを有する。コリメータレンズ３３１は、プロセスファイバ１１より射出されたレーザビームを平行光に変換する。

ガルバノスキャナユニット３４０は、スキャンミラー３４１（第１のスキャンミラー）と、スキャンミラー３４１を回転駆動させる駆動部３４２（第１の駆動部）と、スキャンミラー３４３（第２のスキャンミラー）と、スキャンミラー３４３を回転駆動させる駆動部３４４（第２の駆動部）とを有する。

駆動部３４２は、駆動制御部２０３の制御により、スキャンミラー３４１を所定の方向（例えばＸ方向）に所定の角度範囲で往復駆動させることができる。スキャンミラー３４１は、コリメータレンズ３２１により平行光に変換されたレーザビームをスキャンミラー３４３に向けて反射する。

駆動部３４４は、駆動制御部２０３の制御により、スキャンミラー３４３を、スキャンミラー３４１の駆動方向とは異なる方向（例えばＹ方向）に所定の角度範囲で往復駆動させることができる。スキャンミラー３４３は、スキャンミラー３４１により反射されたレーザビームをベンドミラー３３４に向けて反射する。

ベンドミラー３３４は、スキャンミラー３４３により反射されたレーザビームをＸ軸及びＹ軸に垂直なＺ軸方向下方に向けて反射させる。集束レンズ３３５はベンドミラー３３４により反射したレーザビームを集束して、加工対象物Ｗに照射する。

ガルバノスキャナユニット３４０は、スキャンミラー３４１とスキャンミラー３４３とのいずれか一方または双方を高速で例えば１０００Ｈｚ以上で往復振動させることにより、工具軌跡ＴＰを多種の非円形状にすることができる。即ち、一定の光強度以上のレーザビームを単位時間当たりに複数個所へ集束させることにより、加工対象物Ｗに接して実質的に加工に寄与する工具形状を、多種の非円形状にすることが任意にできる。

工具径補正量演算部２０１は、ノズル軌跡ＮＰと、切削加工の進行方向ＤＴと、工具軌跡ＴＰと、工具軌跡ＴＰにおける制御中心点ＣＬと、加工面形成位置ＭＰＬｉまたはＭＰＲｉと、工具径補正値ＭＶＬＬまたはＭＶＬＲと、オフセット値ＳＶＬＬｉまたはＳＶＬＲｉとを含む工具径補正情報ＴＣを生成する。工具径補正量演算部２０１は、工具径補正情報ＴＣを加工軌跡演算部２０２へ出力する。

加工軌跡演算部２０２は、翻訳結果と加工プログラムＰＰと加工条件ＣＰと工具径補正情報ＴＣと切削加工補正条件とに基づいて工具径補正制御信号ＴＳを生成し、駆動制御部２０３へ出力する。駆動制御部２０３は、工具径補正制御信号ＴＳに基づいて、加工機本体１００を制御する駆動制御信号ＣＳを生成する。

駆動制御部２０３は、駆動制御信号ＣＳにより、加工機本体１００を制御する。加工機本体１００は、駆動制御信号ＣＳに基づいて、Ｘ軸キャリッジ１０２及びＹ軸キャリッジ１０３を駆動させてノズル軌跡ＮＰを制御する。また、加工機本体１００は、駆動制御信号ＣＳに基づいて、工具軌跡制御部３００を駆動させて工具軌跡ＴＰを制御する。

図６に示すフローチャートを用いて、切削加工方法の一例を説明する。ＣＡＤ装置２０は、ステップＳ１にて、最終加工製品の寸法及び形状を含む製品形状情報に基づいて製品形状データＳＤを生成する。さらに、ＣＡＤ装置２０は、製品形状データＳＤをＣＡＭ装置２１へ出力する。

ＣＡＭ装置２１は、ステップＳ２にて、製品形状データＳＤに基づいて、切削加工機１の加工プログラムＰＰ（Ｇコードを含む）を生成し、加工条件ＣＰを指定する。さらに、ＣＡＭ装置２１は加工プログラムＰＰと加工条件ＣＰとを切削加工機１のＮＣ装置２００へ出力する。

ＮＣ装置２００は、ステップＳ３にて、加工プログラムＰＰと加工条件ＣＰとに基づいて、加工機本体１００を制御してＸ軸キャリッジ１０２及びＹ軸キャリッジ１０３を駆動させることにより、ノズル１０６を目的の位置へ移動させる。

また、ＮＣ装置２００は、ステップＳ４にて、加工プログラムＰＰと加工条件ＣＰとに基づいてレーザ発振器１０を制御することにより、レーザビームをノズル１０６の開口部１０５から射出し、加工対象物Ｗに照射する。ステップＳ３とステップＳ４とのタイミングは加工プログラムＰＰと加工条件ＣＰとに基づいて制御される。

ＮＣ装置２００の工具径補正量演算部２０１、及び、加工軌跡演算部２０２には、ステップＳ２にてＣＡＭ装置２１から加工プログラムＰＰと加工条件ＣＰとが入力される。工具径補正量演算部２０１は、ステップＳ５にて、加工条件ＣＰに含まれる工具軌跡ＴＣを認識する。さらに、工具径補正量演算部２０１は、加工プログラムＰＰと加工条件ＣＰとに基づいて、工具径補正情報ＴＣを生成する。工具径補正量演算部２０１は工具径補正情報ＴＣを加工軌跡演算部２０２へ出力する。

加工軌跡演算部２０２は、ステップＳ６にて、加工プログラムＰＰに含まれているＧコードを翻訳する。加工軌跡演算部２０２は、ステップＳ７にて、翻訳結果と加工プログラムＰＰと加工条件ＣＰと工具径補正情報ＴＣとに基づいて、ノズル軌跡ＮＰを用いて左工具径補正にて切削加工するか、ノズル軌跡ＮＰを用いて右工具径補正にて切削加工するか、工具軌跡ＴＰを用いて左工具径補正にて切削加工するか、工具軌跡ＴＰを用いて右工具径補正にて切削加工するかを含む切削加工補正条件を決定する。

加工軌跡演算部２０２は、加工プログラムＰＰと加工条件ＣＰと工具径補正情報ＴＣと決定された切削加工補正条件に基づいて工具径補正制御信号ＴＳを生成し、駆動制御部２０３へ出力する。

駆動制御部２０３は、ステップＳ８にて、工具径補正制御信号ＴＳに基づいて、加工機本体１００を制御する駆動制御信号ＣＳを生成し、加工機本体１００へ出力する。加工機本体１００は、ステップＳ９にて、駆動制御信号ＣＳに基づいて、加工ユニット（具体的にはＸ軸キャリッジ１０２及びＹ軸キャリッジ１０３）を駆動させてノズル軌跡ＮＰを制御する。また、加工機本体１００は、駆動制御信号ＣＳに基づいて、工具軌跡制御部３００を駆動させて工具軌跡ＴＰを制御する。

１またはそれ以上の実施形態の切削加工機及び切削加工方法では、工具軌跡ＴＰに基づく補正情報とノズル軌跡ＮＰに基づく補正情報とを含む工具径補正情報ＴＣを生成する。１またはそれ以上の実施形態の切削加工機及び切削加工方法では、工具径補正情報ＴＣに基づいて加工ユニット１０４の駆動と工具軌跡制御部３００の駆動とを制御することにより、ノズル軌跡ＮＰと工具軌跡ＴＰとを制御する。従って、１またはそれ以上の実施形態の切削加工機及び切削加工方法によれば、切削工具に相当する工具軌跡、または、ノズル１０６と加工テーブル１０１との相対位置が固定されている状態における切削加工跡が非円形状であっても、切削工具の工具径を精度よく補正することができる。

本発明は以上説明した１またはそれ以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。１またはそれ以上の実施形態の切削加工機及び切削加工方法では、レーザ加工機及びレーザ加工方法を例に挙げて説明したが、本発明は例えばウォータジェット加工機に対しても適用可能である。

本願の開示は、２０１８年７月６日に出願された特願２０１８−１２８９１７号に記載の主題と関連しており、それらの全ての開示内容は引用によりここに援用される。

１またはそれ以上の実施形態の第１の態様によれば、レーザビームを生成して射出するレーザ発振器と、前記レーザ発振器より射出されたレーザビームを加工対象物に照射して前記加工対象物を切削加工する加工機本体と、前記レーザ発振器及び前記加工機本体を制御するＮＣ装置とを備え、前記ＮＣ装置は、前記加工対象物を切削加工することによって得られる最終加工製品の寸法及び形状を含む製品形状情報に基づいて設定された加工プログラムと加工条件とに基づいて、前記加工対象物を切削加工する切削工具の工具径を補正するための工具径補正情報を生成する工具径補正量演算部と、前記加工プログラムと前記加工条件と前記工具径補正情報とに基づいて、切削加工補正条件を含む工具径補正制御信号を生成する加工軌跡演算部と、前記工具径補正制御信号に基づいて、前記加工機本体を制御する駆動制御信号を生成する駆動制御部とを有し、前記加工機本体は、先端部にノズルが取り付けられ、前記ノズルに形成された開口部よりレーザビームを前記加工対象物に照射し、前記加工対象物とレーザビームのビームスポットとの相対位置を変化させることにより、前記加工対象物を切削加工する加工ユニットと、前記加工ユニットに収容され、前記開口部から射出されるレーザビームを前記駆動制御信号に基づいて非円形状の振動パターンで振動させることにより、前記切削工具に相当し、かつ、非円形状を有する工具軌跡である前記ビームスポットの軌跡を制御する工具軌跡制御部とを有する切削加工機が提供される。

１またはそれ以上の実施形態の第２の態様によれば、加工対象物を切削加工することによって得られる最終加工製品の寸法及び形状を含む製品形状情報に基づいて、加工プログラムと加工条件とを設定し、前記加工プログラムと前記加工条件とに基づいて、前記加工対象物を切削加工する切削工具の工具径を補正するための工具径補正情報を生成し、前記加工プログラムと前記加工条件と前記工具径補正情報とに基づいて、切削加工補正条件を含む工具径補正制御信号を生成し、前記工具径補正制御信号に基づいて、加工機本体を制御する駆動制御信号を生成し、前記加工プログラムと前記加工条件とに基づいて、開口部を有するノズルを目的の位置へ移動させ、前記加工プログラムと前記加工条件とに基づいて、前記開口部からレーザビームを加工対象物に照射し、前記開口部から射出されるレーザビームを前記駆動制御信号に基づいて非円形状の振動パターンで振動させることにより、前記加工対象物を切削加工するための切削工具に相当し、かつ、非円形状を有する工具軌跡である、前記加工対象物に照射されるレーザビームのビームスポットの軌跡を制御する切削加工方法が提供される。

従って、工具径補正量演算部２０１は、加工条件ＣＰに含まれる工具軌跡ＴＰを認識し、加工プログラムＰＰと加工条件ＣＰとに基づいて、工具軌跡ＴＰに基づく補正情報とノズル軌跡ＮＰに基づく補正情報とを含む工具径補正情報ＴＣを生成する。工具径補正量演算部２０１は工具径補正情報ＴＣを加工軌跡演算部２０２へ出力する。また、工具径補正量演算部２０１は、左工具径補正と右工具径補正の両方の補正情報を含む工具径補正情報ＴＣを加工軌跡演算部２０２へ出力する。

ＮＣ装置２００の工具径補正量演算部２０１、及び、加工軌跡演算部２０２には、ステップＳ２にてＣＡＭ装置２１から加工プログラムＰＰと加工条件ＣＰとが入力される。工具径補正量演算部２０１は、ステップＳ５にて、加工条件ＣＰに含まれる工具軌跡ＴＰを認識する。さらに、工具径補正量演算部２０１は、加工プログラムＰＰと加工条件ＣＰとに基づいて、工具径補正情報ＴＣを生成する。工具径補正量演算部２０１は工具径補正情報ＴＣを加工軌跡演算部２０２へ出力する。

Claims

加工対象物を切削加工する加工機本体と、
前記加工機本体を制御するＮＣ装置と、
を備え、
前記ＮＣ装置は、
前記加工対象物を切削加工することによって得られる最終加工製品の寸法及び形状を含む製品形状情報に基づいて設定された加工プログラムと加工条件とに基づいて、前記加工対象物を切削加工する切削工具の工具径を補正するための工具径補正情報を生成する工具径補正量演算部と、
前記加工プログラムと前記加工条件と前記工具径補正情報とに基づいて、切削加工補正条件を含む工具径補正制御信号を生成する加工軌跡演算部と、
前記工具径補正制御信号に基づいて、前記加工機本体を制御する駆動制御信号を生成する駆動制御部と、
を有し、
前記加工機本体は、
前記加工対象物との相対位置を変化させることにより、前記加工対象物を切削加工する加工ユニットと、
前記駆動制御信号に基づいて、前記切削工具に相当し、かつ、非円形状を有する工具軌跡を制御する工具軌跡制御部と、
を有する
切削加工機。
前記加工機本体は、前記ＮＣ装置により制御され、レーザビームを生成するレーザ発振器をさらに備え、
前記加工ユニットは、前記加工ユニットの先端部に取り付けられ、前記レーザビームを前記加工対象物に照射するための開口部が形成されたノズルを有し、
前記工具軌跡制御部は、前記加工ユニットの内部に収容され、前記開口部から射出されるレーザビームを非円形状の振動パターンで振動させることにより、前記工具軌跡に相当する前記レーザビームのビームスポットの軌跡を制御する
請求項１に記載の切削加工機。
前記工具径補正情報は、前記ノズルの軌跡と、切削加工の進行方向と、前記工具軌跡とを含む請求項２に記載の切削加工機。
前記工具軌跡制御部は、
前記レーザビームのビームスポットを変形させるシリンドリカルレンズと、
前記シリンドリカルレンズを、前記レーザビームの光軸を回転軸として往復回転振動させる、または、前記レーザビームの光軸と直交する方向、かつ、前記シリンドリカルレンズの径方向に往復直線振動させる駆動部と、
を有する請求項２または３に記載の切削加工機。
前記工具軌跡制御部は、
前記レーザビームを平行光に変換するコリメータレンズと、
前記平行光とされたレーザビームを集束して前記加工対象物に照射する集束レンズと、
前記集束レンズを駆動させて前記集束レンズの光軸を前記レーザビームの光軸からシフトさせる駆動部と、
を有する請求項２または３に記載の切削加工機。
前記工具軌跡制御部は、
前記レーザビームを反射する第１及び第２のスキャンミラーと、
前記第１のスキャンミラーを所定の方向に所定の角度範囲で往復駆動させる第１の駆動部と、
前記第２のスキャンミラーを前記第１のスキャンミラーの駆動方向とは異なる方向に所定の角度範囲で往復駆動させる第２の駆動部と、
を有する請求項２または３に記載の切削加工機。
加工対象物を切削加工することによって得られる最終加工製品の寸法及び形状を含む製品形状情報に基づいて、加工プログラムと加工条件とを設定し、
前記加工プログラムと前記加工条件とに基づいて、前記加工対象物を切削加工する切削工具の工具径を補正するための工具径補正情報を生成し、
前記加工プログラムと前記加工条件と前記工具径補正情報とに基づいて、切削加工補正条件を含む工具径補正制御信号を生成し、
前記工具径補正制御信号に基づいて、加工機本体を制御する駆動制御信号を生成し、
前記駆動制御信号に基づいて、加工対象物を切削加工するための切削工具に相当し、かつ、非円形状を有する工具軌跡を制御する
切削加工方法。
前記加工プログラムと前記加工条件とに基づいて、開口部を有するノズルを目的の位置へ移動させ、
前記加工プログラムと前記加工条件とに基づいて、前記開口部からレーザビームを加工対象物に照射し、
前記開口部から射出されるレーザビームを非円形状の振動パターンで振動させることにより、前記工具軌跡に相当する前記レーザビームのビームスポットの軌跡を制御する
請求項７に記載の切削加工方法。
前記工具径補正情報は、前記ノズルの軌跡と、切削加工の進行方向と、前記工具軌跡とを含む請求項８に記載の切削加工方法。