KR100235178B1

KR100235178B1 - 레이저 가공방법 및 레이저 가공장치

Info

Publication number: KR100235178B1
Application number: KR1019960055626A
Authority: KR
Inventors: 마사루 가나오카; 토오루 무라이; 아키라 우라카와
Original assignee: 다니구찌 이찌로오; 미쓰비시덴키가부시키가이샤; 기타오카 다카시
Priority date: 1996-01-30
Filing date: 1996-11-20
Publication date: 1999-12-15
Also published as: JPH09206975A; CN1078510C; CN1159378A; TW415865B; KR970058838A; US5770833A; JP3292021B2

Abstract

후판의 레이저 가공에 있어서, 피어싱 후의 가공에서 불량의 원인이 되고 있는 피어싱시에 피가공물 표면상에 비산하는 용융금속을 가공하는 방향이외로 비산시켜 가공불량의 발생을 방지하는 것이다.

레이저 가공방법으로서 가공헤드를 레이저 빔의 집광점이 피가공물 표면으로부터 떨어지 위치이며, 또 상기 피가공물 표면상의 피어싱 점의 바로 위와 다른 피어싱 개시위치에 위치결정하는 공정과, 상기 피어싱 개시위치에 위치 결정된 상기 가공헤드를 상기 피어싱 점에 근접시킬 때에 상기 레이저 빔의 조사와 어시스트 가스의 분사를 하면서 상기 가공헤드를 상기 피가공물 표면에 평행인 이동방향과 상기 피가공물 표면에 수직인 이동방향으로 동시에 이동시킴으로써, 상기 집광점을 상기 피어싱 점에 근접시키는 공정을 갖는 것이다.

Description

레이저 가공방법 및 레이저 가공장치

제1도는 이 발명의 제1의 실시의 형태의 가공법을 시행하는 가공기를 설명하기 위한 단면도.

제2도는 제1도의 가공기의 동작내용.

제3도는 본 발명에서 가공한 결과를 설명하는 도면.

제4도는 본 발명에 의한 가공결과의 양호도를 설명하는 도면.

제5도는 본 발명의 제2의 실시의 형태에 의한 가공헤드의 동작의 개요도.

제6도는 제3도의 가공기의 동작내용.

제7도는 이 발명의 제3의 실시의 형태에 의한 노즐의 단면도.

제8도는 제5도의 가공기의 동작 예를 표시하는 도면.

제9도는 이 발명의 제4의 실시의 형태에 의한 동작 예를 표시하는 도면.

제10도는 이 발명의 제5의 실시의 형태에 의한 동작 예를 표시하는 도면.

제11도는 이 발명의 제6의 실시의 형태에 의한 동작 예를 표시하는 도면.

제12도는 본 발명으로 가공한 결과를 설명하는 도면.

제13도는 본 발명에 의한 가공기를 설명하는 도면.

제14도는 종래의 레이저 가공장치를 설명하는 도면.

제15도는 종래의 가공방법을 설명하는 도면.

제16도는 종래의 가공방법으로 가공한 결과를 설명하는 도면.

제17도는 종래의 레이저 가공장치를 설명하는 도면.

제18도는 종래의 가공방법으로 가공한 결과를 설명하는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 레이저 발진기 3 : 가공헤드

5 : 노즐 6 : 어시스트 가스공급장치

7 : 서보제어회로 8 : 갭센서

10 : NC장치 11 : 레이저 발진기 제어회로

12 : 사이드 노즐 L : 레이저 빔

A : 어시스트 가스 w : 피가공물(피가공재)

h : 관통공 S : 피가공물 표면에 비산한 용융금속

본 발명은 레이저 빔의 에너지를 이용해서 가공을 하는 레이저 가공방법 및 레이저 가공장치에 관한 것이다.

[종래의 기술]

종래의 레이저 가공방법을 시행하는 레이저 가공장치를 제14도에 표시한다.

도면에서 레이저 발진기(1)로부터 출사되는 레이저 빔(L)은 미러(2)로 안내되어서 가공헤드(3)의 렌즈(4)에 입사되고, 이 렌즈(4)에 의해 노즐(5)의 하방의 초점에서 집광된다.

또, 가공헤드(3)에는 어시스트 가스 공급장치(6)로부터 어시스트 가스가 공급되어 그 어시스트 가스(A)가 노즐(5)로부터 레이저 빔(L)과 동축상에 조사되어서 피가공물(W)이 가공된다.

상기 가공헤드(3)는 서보제어회로(7)에 의해 가공경로에 따라서, 예를 들면 X,Y,Z방향의 복수축 방향으로 제어된다.

이와 동시에 노즐(5) 또는 노즐(5)의 근방에 설치된 갭센서(8)에 의해 노즐(5)의 선단으로부터 피가공물(W)의 표면까지의 거리가 검출되고, 그 검출데이터에 따라 갭 콘트롤더(9)에 의해 가공시의 갭량이 미리 설정된 값이 되도록 노즐(5)의 높이가 제어된다.

또, 피가공물(W)상에 피어싱(piercing)을 하는 경우, 제14도에 표시하는 NC장치(10)에 의해 서보제어회로(7)를 통해서 가공헤드(3)의 Z축 방향, 즉 광축방향으로 이동시켜서 노즐(5)의 선단과 피가공물(W)의 표면과의 거리를 제어한다.

그와 동시에 제14도에 표시하는 레이저 발진기 제어회로(11)에 의해 레이저 발진기(1)로부터 출력되는 레이저 빔(L)의 출력치를 제어하면서 아래에 표시하는 레이저 가공을 한다.

레이저 가공은 일반적으로 가공개시점(스타트부)에 관통공을 뚫는 피어싱을 하는 행정과, 이 피어싱 후에 관통된 구멍으로부터 스타트해서 임의 형상으로 가공을 하는 행정으로 구성된다.

관두께가 3.2mm를 초과하는 금속재료를 피가공물로 해서 레이저로 가공하는 경우는, 피가공물로의 레이저 빔의 조사와 산소어시스트 가스의 분사를 해서 가공을 한다.

어시스트가스에 산소가스를 사용하는 것은, 피가공물의 산화발열반응을 발생시켜 가공효율을 높이기 위한 것이고, 피가공물의 판두께가 큰 것을 가공할 때나 가공속도를 높이는 데 사용한다.

연강재료에서 판두께가 커질수록 가공중의 산소 순도가 가공능력을 높이기 위해 중요하게 되므로, 빔과 어시스트가스의 출구가 되는 노즐 출구 주위에 별도의 산소가스의 출구를 두어서 가공을 하는 2중 노즐이나 출구가 여러 개 있는 다중 노즐을 사용해서 가공을 한다.

종래, 연강재료의 후판의 가공 시간에 점하는 피어싱의 관통공을 뚫는 시간이 다대하므로, 생산성을 올리기 위해서는 피어싱 시간의 단축이 큰 과제였었다.

이 때문에 피어싱시간의 단축을 위해 몇가지 검토가 되어 있고, 예를 들어 일본국 특개 소 60-240393호에서의 예를 아래에 기술한다.

제15도에서 5는 노즐, L는 레이저 빔, W는 피가공물, O는 레이저 빔(L)의 초점(spot), P는 피어싱위치이다.

피어싱시에는 레이저 빔(L)의 초점(O)를 피가공물(W)로부터 위쪽으로 어긋나게 한 위치에 설치하고, 레이저 빔(L)의 조사와 산소어시스트가스의 분사를 동시에하고 피어싱 점(P)을 가열하며 다음에 노즐(5)을 피가공물(W)의 표면에 근접시킨다.

노즐(5)의 하강에 따라 피가공물(W)의 하면까지 용해온도 가까이로 가열된다.

레이저 빔(L)의 초점(O)이 피가공물(W)의 표면까지 하강하면 피가공물(W)은 가열되어 있기 때문에 순식간에 구멍이 형성된다.

[해결하고자 하는 과제]

종래의 레이저 가공방법은 이상과 같은 행정을 거치므로, 가공대상이 연강재료인 경우에 판두께 6mm이상이 되면 가열에 의해 용해하는 체적이 많아져 가공헤드 하강시에 피가공물 하방으로 배출되어야 할 용해금속의 일부가 상방측, 즉 가공헤드측으로 뿜어나가 버린다.

상방에 뿜어나온 금속의 한 예로서, 제16도에 판두께 12mm의 연강(SS400)에 종래 가공 방법으로 피어싱을 실시한 때의 재료 표면에서 용융금속이 비산된 상태를 표시한다.

제16도에 표시하는 바와 같이 관통공 주위에 퇴적하거나 가공헤드의 노즐 구멍 주위에 부착해 버린다.

피어싱 후의 가공 행정에서 관통공 주위에 퇴적한 용융금속상을 가공헤드가 통과해버리는 경우가 생기고, 그 때 레이저 빔의 이상 반사 흡수가 발생하거나 어시스트가스의 흐름에 흐트러짐을 발생시켜 품질을 현저히 저하시킨다는 문제점이 있었다.

또, 피가공물의 관통공 주위에서 용융금속이 상방을 향해 분출해, 노즐에 부착하는 일이 있다.

노즐은 어시스트 가스의 분출구이고, 용융금속의 부착에 의해 가공방향에 따라 가스의 흐름이 불균일하게 된다.

또, 노즐은 피가공물과 노즐의 간격(거리)를 검출하기 위한 센서로서의 기능을 갖는 경우도 있고, 따라서 용융금속이 부착한 경우에는 센서로서의 기능을 유효하게 수행할 수 없다는 문제점도 있었다.

노즐 중심주위에 가스 분출구를 설치한 2중 노즐 또는 다중 노즐등의 후판 가공용 노즐은 중심노즐 주위의 노즐로부터도 산소가스를 분사해서 가공능력 품질을 높인다.

제17도는 일본국 특개 평 1-181991호에 표시된 2중 노즐이다.

도면에서, 51은 중심노즐, 52는 외측 노즐이다.

이런 노즐(50)을 사용해서 가공헤드를 강하시키는 피어싱을 하면, 외측 노즐(52)의 가연성 가스의 분사위치까지 피어싱 구멍의 직경이 넓어져 당연히 피가공물 상부에 비산하는 용융금속의 량도 현저히 증가해 다음 행정에서의 가공불량을 발생시킨다.

제18도는 판두께 12mm의 SS400n 2중 노즐로 피어싱을 실시했을 때의 표면측 구멍직경과 이면측 구멍직경을 나타낸다.

양측 피어싱 구멍직경 모두 한 구멍 노즐일 때에 비해 약 2배로 확대되어 있다.

본 발명의 목적은 연강재료의 후판에 피어싱을 실시할 때에 피가공물 표면의 관통공 주위에 퇴적하는 용융금속을 다음 행정에서 가공하는 영역으로부터 벗어난 영역에 발생시키는 동시에 용융금속을 노즐에 부착시키지 않고 가공불량이 발생하는 것을 방지할 수가 있는 가공방법을 제공하는 것과 2중 노즐 또는 다중 노즐에 의한 피어싱에 있어서 피가공물표면에 비산하는 용융금속의 량을 저감시키는 레이저 가공방법을 제공하는 데 있다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

이 발명에 관한 레이저 가공방법은, (1)가공헤드를 레이저 빔의 집광점이 피가공을 표면으로부터 떨어진 위치이고, 또 상기 피가공물 표면상의 피어싱 점의 바로 위와 다른 피어싱 개시위치에 위치결정하는 공정, (2)상기 피어싱 개시위치에 위치 결정된 상기 가공헤드를 상기 피어싱 점에 근접시킬 때에 상기 레이저 빔의 조사와 어시스트 가스의 분사를 하면서 상기 가공헤드를 상기 피가공물 표면에 평행인 이동방향과 상기 피가공물 표면에 수직인 이동방향으로 동시에 이동시킴으로써 상기 집광점을 상기 피어싱 점에 근접시키는 공정을 갖는 것이다.

또, 레이저 빔의 광축 방향과 다른 방향으로 가스를 분출하는 사이드 노즐을 가공헤드선단에 설치하고, 피어싱시 또는 피어싱 종료 후에 피가공물 표면상의 피어싱부에 상기 사이드노즐로부터 가스를 분출하는 공정을 갖는 것이다.

또, 가공헤드를 피어싱점에 근접시킬 때의 궤적의 피가공물 표면으로의 투영이 피어싱 완료 후의 가공선과 겹치지 않는 것이다.

또, 집광 레이저 빔의 출사 및 어시스트가스의 분사를 하기 위한 제1의 노즐과 이 제1의 노즐의 외주에 상기 제1의 노즐을 둘러싸도록 설치된 제2의 노즐을 갖는 2중 노즐을 사용해서 가공을 하는 레이저 가공방법에 있어서, (1)가공헤드를 상기 레이저 빔의 집광점이 피가공물 표면상의 피어싱점으로부터 떨어진 피어싱 개시위치에 위치결정 하는 공정, (2)상기 피어싱 개시위치에 결정된 상기 가공헤드를 상기 피어싱 점에 근접시킬 때에 상기 레이저 빔의 조사와 상기 제1의 노즐에서만의 산소어시스트 가스의 분사를 하면서 상기 집광점을 상기 피어싱점으로 이동시키는 공정, (3)피어싱 완료 후, 상기 제1의 노즐 및 상기 제2의 노즐로부터 상기 산소 어시스트 가스의 분사를 하는 공정을 갖는 것이다.

또, 집광레이저 빔의 출사 및 어시스트 가스의 분사를 하기 위한 제1의 노즐과, 이 제1의 노즐을 둘러 싸도록 설치된 제2의 노즐을 갖는 2중 노즐을 사용해서 가공를 하는 레이저 가공방법에 있어서, (1)가공헤드를 상기 레이저 빔의 집광점을 피가공물 표면으로부터 떨어진 위치이고, 또 상기 피가공물 표면상의 피어싱 점의 바로 위와 다른 피어싱개시위치에 위치 결정하는 공정, (2)상기 피어싱 개시위치에 위치 결정된 상기 가공헤드를 상기 피어싱점에 근접시킬 때에 상기 레이저 빔의 조사와 상기 제1의 노즐로부터만의 산소 어시스트 가스의 분사를 하면서 상기 가공헤드를 상기 피어싱 점으로 상기 피가공물 표면에 평행한 방향과 상기 피가공물 표면에 수직인 방향으로 동시에 이동시킴으로써, 상기 집광점을 상기 피어싱 점에 근접시키는 공정, (3)피어싱 완료 후, 상기 제1의 노즐 및 상기 제2의 노즐로부터 산소어시스트 가스의 분사를 하는 공정을 갖는 것이다.

또, 피어싱 개시위치에 위치 결정된 가공헤드를 피어싱 점에 근접시킬때 레이저 빔의 조사와 제1의 노즐에서만 산소 어시스트 가스의 분사를 하면서, 집광점을 상기 피어싱 점에 근접시키는 공정에서 제2의 노즐로부터는 공기 또는 질소가스의 분사를 하면서 상기 가공헤드를 상기 피어싱점에 접근시키는 것이다.

또, 이 발명에 관한 레이저 가공장치는 레이저 빔을 집광 광학부품을 사용해서 집광하고 피가공물에 조사하는 동시에 어시스트 가스를 가공점에 분사해서 상기 피가공물의 가공를 하는 레이저 가공장치에 있어서, 가공 개시부의 가공프로그램을 미리 판독하고, 이 가공 개시부의 가공방향을 연산하며, 이 가공방향과 가공의 개시점에 관해 일정한 위치관계에 있는 피어싱 개시점을 연산해서 구하는 피어싱 위치 연산회로를 갖는 것이다.

[실시의 형태 1]

이하 이 발명의 제1의 실시의 형태를 도면에 따라 설명한다.

제1도는 본 실시의 형태에 의한 가공헤드의 동작의 개요도, 제2도는 동작 내용을 표시하는 플로차트이다.

제1도에서 가공헤드(3)는 그때의 초점위치가 피가공물(W) 위쪽이 되는 P(a,b,c)점에 설정되고, 피가공물(W)표면에서는 레이저 빔이 넓은 면적으로 조사되며, 피가공물을 가열한 후, 가공헤드(3)를 하강 방향과 수평방향으로 동시에 이동해서 O(0,0,0)점에 도달한다.

이 경우의 가공헤드(3)의 동작의 궤적의 피가공물 표면으로의 투영의 이동방향은 피어싱 후에 가공이 되는 방향과 일치시킨다.

피어싱의 진행과정에서 피가공물(W)표면에 비산하는 용융금속(S)은, 가공헤드(3)가 이동하는 X방향과는 역방향으로 비산, 퇴적한다.

이 때문에 다음 행정의 가공에서는 가공헤드(3)가 퇴적한 용융금속(S)을 통과하는 데 따른 불량 발생의 위험성이 없어진다.

제2도에서 (a)스타트에서는 NC장치(10)에서의 연산이 개시된다.

(b)가공조건 설정에서는 피어싱 조건과 이에 계속되는 가공조건을 NC장치의 데이터 베이스로부터 검출한다.

(c)가공형상 프로그램판독에서는 가공형상의 인식을 한다.

(d)피어싱 위치 연산에서는 피어싱 후의 가공방향을 판단하고 피어싱시에 비산하는 용융금속을 가공방향과 역방향으로 비산하는 위치를 피어싱 개시위치 P(a,b,c)로 해서 가공헤드(3)의 수평방향 이동량 X와 수직방향 이동량 Z를 결정한다.

(e)가공의 실행에서는, (e1)에서 가공헤드가 가공 개시위치 O(0,0,0)로부터 X,Z 어긋난 점 P(a,b,c)로 이동한다.

다음으로 (e2)에서 출력 펄스주파수, 펄스 듀티, 어시스트 가스압등의 피어싱 조건을 실행하면서 점 P(a,b,c)로부터 O(0,0,0)으로 가공헤드가 이동한다.

(f)에서는 가공조건의 출력, 펄스주파수, 펄스듀티, 어시스트 가스압등을 실행하면서 가공을 시행한다.

피어싱 후에 시행하는 가공방향은 NC장치(10)에 의해 프로그램블록의 선판독 기능으로 인식하고 가공방향에 대해 상기 가공헤드의 이동방향이 연산된다.

또, 이 NC장치(10)에 의해 피가공물(W)의 재질이나 판두께에 따라 최적의 피어싱 위치 O와 P의 관계가 연산되어 실행된다.

또, 상기 동작 내용에서, (b)가공조건의검출, (c)가공형상프로그램의 판독등의 순서나 헤드의 이동이 곡선보간 등 지정한 대로가 아니더라도 이 실시의 형태의 효과에 영향은 없다.

또, 상술한 실시의 형태1에서, 가공헤드(3)는 초점위치가 피가공물(W) 위쪽의 P(a,b,c)점에 설정되고, 피가공물(W)표면에서는 레이저 빔이 넓은 면적으로 조사되며, 피가공물을 가열한 후 가공헤드(3)를 하강방향과 수평방향으로 각각 동시에 이동해서 O(0,0,0)점에 도달한다.

이 경우의 가공헤드(3)의 궤적의 피가공물 표면으로의 투영의 이동방향은 피어싱후에 가공이 시행되는 방향과 일치시킨다.

피어싱의 진행과정에서 발생하는 피가공물(W)표면에 비산하는 용융금속(S)은 피어싱 후의 가공선 이외의 영역에 퇴적하고 있으면 가공에는 영향을 주지 않는다.

제3도에는 피어싱 구멍 h와 피어싱 후에 가공하는 가공방향을 표시하고, 용융금속이 퇴적해도 절단에 영향을 미치지 않는 영역 g를 사선으로 표시하였다.

또, 제4도에 제3도에서의 가공방향과 동일 방향의 각도를 0으로 해서 가공헤드가 이동하는 각도를 θ로 한 경우의 가공이 양호하게 시행되는 확율을 표시한다.

가공은 판두께 16mm의 연강재료를 10회 가공하고, 불량없이 가공되는 확율을 조사하였다.

제4도에서 알 수 있는 바와 같이 피어싱시에 가공헤드를 강하시켜 근접시키는 방향에 관해서는 가공헤드의 이동의 궤적의 피가공물 표면으로의 투영이 피어싱 완료 후의 가공선과 중복되지 않는 모든 방향에서 양호한 가공이 가능하다.

[실시의 형태 2]

다음에, 이 발명의 제2의 실시의 형태를 도면에 따라 설명한다.

제5도는 제2의 실시의 형태에 의한 가공헤드의 동작 개요도, 제6도는 동작내용을 나타내는 도면이다.

제5도에 있어서, 사이드 노즐(12)이 조합된 가공헤드(3)는 초점위치가 피가공물(W)의 위쪽에 설정되고, 피가공물 표면에서는 레이저 빔(L)이 넓은 면적에 조사되며, 피가공물(W)을 가열한 후 가공헤드(3)의 하강방향으로 Z와 수평방향으로 X를 각각 동시에 이동한다.

이 경우의 X방향은 피어싱 후에 가공이 되는 방향과 일치시킨다.

피어싱의 진행과정에서 발생하고 피가공물 표면에 비산하는 용융금속(S)은 가공헤드가 이동하는 X방향과는 역방향으로 비산해서 퇴적한다.

또, 사이드 노즐(12)로부터 분사한 가스는 퇴적한 용융금속(S)을 피어싱 구멍 주위에서 날려 버린다.

이 때문에 다음 행정의 가공에서는 가공헤드(3)가 퇴적한 용융금속(S)을 통과함으로써 불량 발생율이 극히 낮아진다.

제6도에서 (a)스타트에서는 NC장치(10)에서의 연산이 개시된다.

(b)가공조건 설정에서는 피어싱 조건과 이에 계속되는 가공조건을 NC장치의 데이터 베이스에서 검출한다.

(c)가공형상프로그램 판독에서 가공형상의 인식을 한다.

(d)피어싱 위치 연산에서는 피어싱 후의 가공방향을 판단하고 피어싱시에 비산하는 용융금속을 가공방향과 역방향으로 비산하는 위치를 피어싱 개시위치 P(a,b,c)로 하고 X와 Z를 결정한다.

(e)가공의 실행에 있어서는 (e1)에서 가공헤드가 가공개시위치 O(0,0,0)로부터 X,Z 어긋난 점 P(a,b,c)에 이동한다.

다음에 (e2)에서 출력 펄스주파수, 펄스듀티, 어시스트 가스압등의 피어싱 조건을 실행하면서 점 P(a,b,c)로부터 O(0,0,0)에 가공헤드가 이동한다.

(e3)에서는 사이드 노즐로부터 공기를 분사하고 피가공물표면에 퇴적해 있는 용융 응고 금속을 날려 버린다.

(f)에서는 가공조건의 출력, 펄스주파수, 펄스듀티, 어시스트 가스압등을 실행하면서 가공을 한다.

또, 상기 동작 내용에서 (b) 가공조건의 검출 (c) 가공형상 프로그램의 판독등의 순서는 지정한대로가 아니더라도 본 발명의 효과에는 영향이 없다.

(e3)의 가스종류는 공기가 아니더라도 코스트가 싼 가스이면 어떤 종류라도 무방하다.

또, 어시스트 가스의 분사방향은 가공방향과 특정한 관계를 갖게 할 필요는 없고, 모든 각도에서 시행해도 같은 효과를 얻을 수 있다.

[실시의 형태 3]

다음에, 이 발명의 제3의 실시의 형태를 도면에 따라 설명한다.

제7도는 후판가공용으로 사용되고 있는 레이저 빔과 어시스트 가스를 동시 분사하는 제1의 노즐 출구(A)와 가공부를 산소가스로 실드하기 위한 산소가스를 분사하는 제2의 노즐 출구(B)를 갖는 노즐의 단면도이다.

후판가공에서는 가공속도를 향상시키거나 가공면의 거칠기를 좋게 하기 위해 노즐 출구(B)로부터 나오는 산소가스는 중요한 역할을 하고 있다.

그러나, 종래 예에서는 피어싱시에도 항상 노즐 출구(A)와 노즐 출구(B)의 양쪽으로부터 산소가스가 나왔었다.

제8도에 이 실시의 형태에 의한 동작 예를 표시한다.

제8도에서 (a)스타트에서는 NC장치(10)에서의 연산이 개시된다.

(c)가공형상 프로그램 판독에서는 가공형상의 인식을 시행한다.

(d)피어싱 조건 설정으로 노즐 출구(B)로부터의 가스 분출의 정지 지령을 판독한다.

(e)가공의 실행에서는, (e1)에서 출력, 펄스주파수, 펄스듀티, 어시스트 가스압등의 피어싱 조건을 노즐 출구(A)에서만 실행하고, 또 노즐 출구(B)로부터의 가스의 분사를 정지한다.

(e2)에서는 가공조건의 출력, 펄스주파수, 펄스듀티, 노즐 출구(A)의 어시스트 가스압, 노즐 출구(B)로부터의 어시스트 가스압등을 실행하면서 가공을 시행한다.

제12도 이 실시의 형태에 의해 12mm 판두께의 SS400을 가공한 결과이다.

제18도의 종래 방법으로 가공한 결과에 비해 구멍직경은 작게 되어 있고, 양호한 결과가 얻어졌다.

또, 상기 동작내용에서 (b)가공조건의 검출, (c)가공형상 프로그램의 판독등 순서는 지정된 것과 꼭 같지 않아도 본 발명의 효과에는 영향은 없다.

[실시의 형태 4]

다음에 이 발명의 제4의 실시의 형태를 도면에 따라 설명한다.

상술한 제3의 실시의 형태에서는 2중 노즐의 가공에서 피어싱시에 노즐 출구(B)로부터 산소 가스의 분사를 정지시켜서 피어싱 구멍 확대의 방지를 하였으나, 더욱 구멍의 직경을 작게 하기 위해서는 산화반응을 억제하기 위한 가스를 노즐 출구(B)로부터 분사시키는 것이 필요하다.

제9도에 제4의 실시의 형태의 동작 예를 표시한다.

제9도에서 (a)스타트에서는 NC장치(10)에서의 연산이 개시된다.

(b)가공형상 설정에서는 피어싱 조건과 이에 이어지는 가공조건을 NC장치의 데이터 베이스로부터 검출한다.

(c) 가공형상 프로그램 판독에서는 가공형상의 인식을 한다.

(d)피어싱 조건 설정에서 노즐 출구(B)로부터의 분출가스의 종류, 압력의 정지지령을 판독한다.

(e)가공의 실행에서는, (e1)에서 출력, 펄스주파수, 펄스듀티, 어시스트 가스압등의 피어싱조건을 노즐 출구(A)로부터 실행하고, 또 노즐 출구(B)로부터 분출하는 가스종류 압력을 실행한다.

(f)에서 가공조건의 출력, 펄스 주파수, 펄스듀티, 노즐 출구(A)의 어시스트 가스압, 노즐 출구(B)로부터의 어시스트 가스압등을 실행하면서 가공을 한다.

또, 상기 동작내용에서 (b)가공조건의 검출, (c)가공형상프로그램의 판독등의 순서는 지령대로가 아니더라도 본 발명의 효과에 영향은 없다.

피어싱시에 노즐 출구(B)로부터 분사하는 가스의 종류는 공기 또는 질소가스, 아르곤가스 또는 산소가스와 각각의 가스와의 혼합가스등에서도 같은 효과가 얻어진다.

[실시의 형태 5]

다음에 이 발명의 제5의 실시의 형태를 도면에 따라 설명한다.

제10도는 이 실시의 형태의 동작 예를 표시하는 단면도이다.

제10도에서 (a)스타트에서는 NC장치(10)에서의 연산이 개시된다.

(b)가공조건 설정에서는 피어싱 조건과 이에 이어지는 가공조건을 NC장치의 데이터 베이스로부터 검출한다.

(c)가공형상프로그램 판독에서는 가공형상의 인식을 한다.

(d)피어싱 위치연산에는 피어싱 후의 가공방향을 판단하고, 피어싱시에 비산하는 용융금속이 가공방향과 역방향으로 비산하는 위치를 피어싱 개시위치 P(a,b,c)로 하고, X와 Z를 결정한다.

(e)피어싱 조건 설정으로 노즐 출구(B)로부터의 분출가스의 종류, 압력의 정지 지령을 판독한다.

(f)가공의 실행은 (f1)에서 가공헤드가 가공개시위치 O(0,0,0)로부터 X,Z 어긋나 있는 점 P(a,b,c)로 이동한다.

다음에 (f2)에서 출력, 펄스주파수, 펄스듀티, 어시스트 가스압등의 피어싱 조건을 노즐출구(A)에서만 실행하면서 점 P(a,b,c)로부터 O(0,0,0)에 가공헤드가 이동한다.

이 때, 노즐 출구(B)로부터의 가스의 분사를 정지한다.

(g)에서는 가공조건의 출력, 펄스 주파수, 펄스듀티, 노즐 출구(A)의 어시스트 가스압, 노즐 출구(B)로부터의 어시스트 가스압등을 실행하면서 가공을 한다.

또, 상기 동작내용에서 (b)가공조건의 검출, (c)가공형상프로그램의 판독등의 순서는 지정 대로가 아니더라도 본 발명의 효과에 영향은 없다.

[실시의 형태 6]

다음에 이 발명의 제6의 실시의 형태를 도면에 따라 설명한다.

상술한 제5의 실시의 형태에서는 2중 노즐의 가공에서 피어싱시에 노즐 출구(B)로부터 산소가스의 분사를 정지시켜서 피어싱 구멍 확대의 방지를 하였으나 다시 구멍의 직경을 작게 하기 위해서는 산화반응을 억제하기 위한 가스를 노즐 출구(B)로부터 분사 시켜야 한다.

제11도는 이 실시의 형태의 동작 예를 표시하는 도면이다.

제11도에서 (a)스타트에서는 NC장치(10)에서의 연산이 개시된다.

(c)가공형상 프로그램 판독에서는 가공형상의 인식을 한다.

(d)피어싱 위치 연산에서는 피어싱 후의 가공방향을 판단하고, 피어싱시에 비산하는 용융금속이 절단방향과 역방향으로 비산하는 위치를 피어싱 개시위치 P(a,b,c)로 해서 X와 Z를 결정한다.

(e)피어싱 조건 설정으로 노즐 출구(B)로부터의 분출가스의 종류, 압력의 분출지령을 판독한다.

(f)가공의 실행에서는 (f1)에서 가공헤드가 절단개시위치 O(0,0,0)로부터 X,Z 어긋난 점 P(a,b,c)로 이동한다.

다음에 (f2)에서 노즐 출구(A)로부터의 출력, 펄스 주파수, 펄스듀티, 어시스트 가스압등의 피어싱 조건, 노즐 출구(B)로부터의 가스종류와 가스압을 실행하면서 점 P(a,b,c)로부터 O(0,0,0)으로 가공헤드가 이동한다.

(g)에서는 절단 조건의 출력, 펄스 주파수, 펄스듀티, 노즐 출구(A)의 어시스트 가스압, 노즐 출구(B)로부터의 산소 어시스트 가스압등을 실행하면서 가공을 한다.

또, 상기 동작내용에 있어서 (b)가공조건의 검출, (c)가공형상 프로그램의 판독등의 순서는 지정한 대로가 아니더라도 본 발명의 효과에 영향은 없다.

피어싱시에 노즐 출구(B)로부터 분사하는 가스의 종류는 공기 또는 질가스, 아르곤가스등으로 같은 효과를 얻을 수 있다.

이상의 방법을 취하기 때문에, 피가공물(W)표면의 관통구멍주위에 용융금속의 솟아오른 것의 제거가 단시간에 가능하고, 또 가공불량의 유발이 전혀 없으며, 피어싱 후의 가공에 있어서, 갭센서(8)는 피가공물(W)의 사이에서 정확한 거리검출을 해서 안정된 갭콘트롤하에서 피가공물(W)의 절단이 원활하게 시행된다.

또, 상기 예에서 표시한 Z축 높이, 레이저 발진출력, 어시스트 가스압 및 사이드 가스압과 피어싱과의 가공조건의 관계는 피가공물의 재질, 판두께에 의해 여러 패턴이 있고, 본 실시형태에서는 그 일예를 표시한 것이다.

또, NC장치에 의한 동작의 실행의 순서는 가공에 지장이 없는 한 변경이 가능하다.

[실시의 형태 8]

다음 이 발명의 제7의 실시의 형태를 제13도에 따라 설명한다.

도면에서, 1은 레이저 발진기, 2는 레이저 빔을 유도하기 위한 밴드미러, 11은 레이저 발진 제어회로, 10은 NC장치, 13은 NC장치내에 설치된 피어싱 위치 연산회로이다.

NC제어장치(10)내에 설치된 가공 프로그램을 먼저 판독하는 기능에 의해, 피어싱 위치, 가공방향, 피가공물 재질, 판두께, 가공헤드의 상승강하 위치를 연산해서 최적 위치에 가공헤드를 설정한다.

또, 본 실시의 형태에서는 연산장치를 NC장치내에 설치해서 피어싱 위치를 연산시켰으나, 본 기능을 가공 프로그램을 작성하는 자동 프로그래밍장치에 갖도록 해도 같은 효과가 얻어진다.

[발명의 효과]

이 발명은 이상 설명한 바와 같이 구성되어 있으므로, 아래에 표시하는 바와 같은 효과를 나타낸다.

피가공물을 가공하는 레이저 가공에 있어서, 가공개시의 피어싱에서 발생하는 피가공물표면으로의 용융금속의 비산을, 그 후의 가공할 때에 가공불량을 일으키지 않기 위해 가공의 진행방향과는 다른 방향으로 비산시킨다.

가공품질을 향상시키기 위한 2중 노즐을 피어싱시에 외측노즐로부터 분출시키는 가스를 정지시키거나 공기, 질소, 아르곤등의 가스를 분출시켜, 피어싱 구멍의 확대를 방지한다.

이로 인해, 피가공물의 피어싱 후의 가공을 양호하게 실시할 수가 있고, 불량의 발생을 감소시킬 수 있는 동시에 고품질의 피가공물의 완성품을 얻을 수가 있다.

Claims

레이저 빔을 출사하는 레이저 발진기(1)와, 이 레이저 빔을 유도·집광하여 집광레이저 빔(L)을 생성하는 집광광학부품(2,4)와, 상기 집광레이저 빔(L)을 피가공물(W)에 조사하는 동시에 어시스트가스(A)를 상기 집광레이저 빔(L)의 광축방향과 대략 같은 방향으로 분사하는 노즐(5)을 구비하는 가공헤드(3)와, 상기 가공헤드(3)의 위치를 제어하는 서보제어회로(7)와, 상기 피가공물(W)의 가공형상과 가공조건을 설정하는 동시에 상기 서보제어회로(7)에 제어정보를 전달하는 NC장치(10)를 구비한 레이저 가공장치를 사용한 레이저 가공방법에 있어서, 상기 NC장치(10)에 가공조건, 가공형상을 설정하는 공정과 설정된 가공형상에 따라 가공개시점으로 되는 피어싱 점 O(0,0,0)으로부터 수직 및 수평방향으로 떨어진 피어싱 개시위치 P(a,b,c)를 결정하는 공정과, 상기 집광레이저 빔(L)의 집광점이 상기 피어싱 개시위치 P(a,b,c)로 되도록 상기 가공헤드(3)를 이동하는 공정과, 상기 가공헤드(3)를 상기 피가공물(W)표면에 평행인 방향과 수직인 방향으로 동시에 이동시켜서 상기 집광레이저 빔(L)의 집광점을 상기 피어싱개시위치 P(a,b,c)로부터 상기 피어싱 점 O(0,0,0)에 근접시키면서 상기 피가공물(W)에 대하여 상기 집광레이저 빔(L)의 조사와 어시스트가스(A)의 분사를 함으로써 피어싱를 하는 공정과 피어싱 완료 후, 상기 집광레이저 빔(L)의 조사와 어시스트가스(A)의 분사를 하면서 설정된 가공조건에서 상기 피가공물(W)에 설정된 가공형상으로 가공하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
제1항에 있어서, 상기 피어싱의 공정 중 또는 피어싱 공정의 종료 후에 상기 가공헤드(3)의 선단근처에 설치된 사이드 노즐(12)로부터 상기 피가공물(10)표면상의 피어싱부에 상기 집광레이저빔(L)의 광축방향과 다른 방향으로 가스를 분출시키는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
제1항에 있어서, 상기 집광레이저 빔(L)의 집광점을 상기 피어싱 개시위치 P(a,b,c)로부터 상기 피어싱 점 O(0,0,0)에 근접시키는 공정에 있어서, 상기 집광점의 이동궤적의 상기 피가공물(W)표면으로의 투영이 피어싱완료 후의 가공선과 겹치지 않는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
레이저 빔을 출사하는 레이저 발진기(1)와, 이 레이저 빔을 유도·집광하여 집광레이저 빔(L)을 생성하는 집광광학부품(2,4)과, 상기 집광레이저 빔(L)을 피가공물(W)에 조사하는 동시에 어시스트가스(A)를 상기 집광레이저 빔(L)의 광축방향과 대략 같은 방향으로 분사하는 제1의 노즐과 상기 제1의 노즐의 외주에 상기 제1의 노즐을 둘러 싸도록 설치된 제2의 노즐로 되는 2중 노즐을 구비하는 가공헤드(3)와, 상기 가공헤드(3)의 위치를 제어하는 서보제어회로(7)와, 상기 피가공물(W)의 가공형상과 가공조건을 설정하는 동시에 상기 서보제어회로(7)에 제어정보를 전달하는 NC장치(10)를 구비한 레이저 가공장치를 사용한 레이저 가공방법에 있어서, 상기 NC장치(10)에 가공조건, 가공형상을 설정하는 공정과, 설정된 가공형상에 따라 가공개시점으로 되는 피어싱 점 O(0,0,0)으로부터 떨어진 피어싱 개시위치 P(a,b,c)를 결정하는 공정과, 상기 집광레이저 빔(L)의 집광점이 상기 피어싱 개시위치 P(a,b,c)로 되도록 상기 가공헤드(3)를 이동하는 공정과, 상기 가공헤드(3)를 이동시켜서 상기 집광레이저 빔(L)의 집광점을 상기 피어싱개시위치 P(a,b,c)에서 상기 피어싱 점 O(0,0,0)에 근접시키면서 상기 피가공물(W)에 대하여 상기 집광레이저 빔(L)의 조사와 상기 제1의 노즐만으로부터의 어시스트가스(A)의 분사를 함으로써 피어싱를 하는 공정과 피어싱 완료 후, 상기 제1의 노즐 및 상기 제2의 노즐의 양쪽으로부터 어시스트가스(A)의 분사를 하면서 상기 집광 레이저 빔(L)을 조사함으로써 설정된 가공조건에서 상기 피가공물(W)을 설정된 가공형상으로 가공하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
레이저 빔을 출사하는 레이저 발진기(1)와, 이 레이저 빔을 유도·집광하여 집광레이저 빔(L)을 생성하는 집광 광학부품(2,4)과, 상기 집광레이저 빔(L)을 피가공물(W)에 조사하는 동시에 어시스트가스(A)를 상기 집광레이저 빔(L)의 광축방향과 대략 같은 방향으로 분사하는 제1의 노즐과 상기 제1의 노즐의 외주에 상기 제1의 노즐을 둘러싸도록 설치된 제2의 노즐로 되는 노즐을 구비하는 가공헤드(3)와, 상기 가공헤드(3)의 위치를 제어하는 서보제어회로(7)와 상기 피가공물(W)의 가공형상과 가공조건을 설정하는 동시에 상기 서보제어회로(7)에 제어정보를 전달하는 NC장치(10)를 구비한 레이저 가공장치를 사용한 레이저 가공방법에 있어서, 상기 NC장치(10)에 가공조건, 가공형상을 설정하는 공정과, 설정된 가공형상에 따라 가공개시점으로 되는 피어싱 점 O(0,0,0)으로부터 수직 및 수평방향으로 떨어진 피어싱 개시위치 P(a,b,c)를 결정하는 공정과, 상기 집광레이저 빔(L)의 집광점이 상기 피어싱 개시위치 P(a,b,c)로 되도록 상기 가공헤드(3)를 이동하는 공정과, 상기 가공헤드(3)를 상기 피가공물(W)표면에 평행인 방향과 수직인 방향으로 동시에 이동시켜서, 상기 집광레이저 빔(L)의 집광점을 상기 피어싱 개시위치 P(a,b,c)로부터 상기 피어싱 점 O(0,0,0)에 근접시키면서 상기 피가공물(W)에 대하여 상기 집광레이저 빔(L)의 조사와 상기 제1의 노즐만으로부터의 어시스트가스(A)의 분사를 함으로써 피어싱를 하는 공정과, 피어싱 완료 후, 상기 제1의 노즐 및 상기 제2의 노즐의 양쪽으로부터 어시스트가스(A)의 분사를 하면서 상기 집광레이저 빔(L)을 조사함으로써 설정된 가공조건에서 상기 피가공물(W)을 설정된 가공형상으로 가공하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 집광레이저 빔(L)의 집광점을 상기 피어싱 개시위치 P(a,b,c)로부터 상기 피어싱 점 O(0,0,0)에 근접시키는 공정에 있어서, 상기 집광레이저 빔(L)의 조사와 상기 제1의 노즐로부터의 어시스트가스(A)의 분사를 하는 동시에 상기 제2의 노즐로부터는 산화반응을 억제하기 위한 가스를 분출시키는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
레이저 빔을 출사하는 레이저 발진기(1)와, 이 레이저 빔을 유도·집광하여 집광레이저 빔(L)을 생성하는 집광 광학부품(2,4)과, 상기 집광레이저 빔(L)을 피가공물(W)에 조사하는 동시에 어시스트가스(A)를 상기 집광레이저 빔(L)의 광축방향과 대략 같은 방향으로 분사하는 노즐(5)을 구비하는 가공헤드(3)와 상기 가공헤드(3)의 위치를 상기 피가공물(W)에 대하여 수직 및 수평방향으로 제어하는 서보제어회로(7)와 상기 피가공물(W)의 가공형상과 가공조건을 설정하는 동시에 상기 서보제어회로(7)에 제어정보를 전달하는 NC장치(10)를 구비한 레이저 가공장치에 있어서, 가공개시부분의 가공프로그램을 먼저 판독함으로써 이 가공개시부분의 가공방향을 연산하는 동시에 이 가공방향에 따라 피어싱 점 O(0,0,0)으로부터 수직 및 수평방향으로 떨어진 위치에 있는 피어싱 개시위치 P(a,b,c)를 결정하는 피어싱 위치연산회로(13)를 구비한 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.