KR20000011883A

KR20000011883A - 레이저가공방법및레이저가공장치

Info

Publication number: KR20000011883A
Application number: KR1019990029683A
Authority: KR
Inventors: 나카야마마사노리
Original assignee: 다구마시로오; 가부시끼가이샤 닛페이도야마
Priority date: 1998-07-23
Filing date: 1999-07-22
Publication date: 2000-02-25
Also published as: US6198070B1; EP0974417A2; TW422751B; EP0974417A3; KR100602741B1; JP2000042780A; JP3500071B2

Abstract

레이저가공을 행할 때에 가공속도를 단축하는 것을 그 과제로 한다.

이를 해결하기 위해 피가공물(41)의 가공부쪽으로 어시스트가스를 연속적으로 내 뿜으면서 레이저빔에 의해 피어싱가공한다. 이 가공중에 가공부에 대해 블로우가스를 간헐적으로 내 뿜으면서 용융물을 비산시킨다.

Description

레이저가공방법 및 레이저가공장치{LASER BEAM MACHINING METHOD AND LASER BEAM MACHINE}

본 발명은 레이저빔으로 피가공물에 가공을 행하는 레이저가공방법 및 레이저가공장치에 관한 것이다.

레이저가공장치는 판형상의 피가공물을 레이저빔에 의해 절단하고, 소정형상의 제품을 얻는 경우에 사용된다. 이 절단가공시에는 우선 피어싱작업이 행해진다. 그리고 이 피어싱에 의해 형성된 관통공을 시점으로 하여 제품형상 등의 소요 궤적의 형태를 이루도록 가공헤드가 이동되고, 이에 따라 피가공물이 소요형상으로 절단된다.

이와같은 피어싱의 시간을 단축하거나 피가공물 표면에서의 용융물이 부풀어오르는 것을 방지하기 위해 종래부터 여러가지 방법이 제안되고 있다.

예를들어 피어싱을 단시간에 행하는 방법으로서는 다음의 (1) ∼ (3)의 방법이 제안되고 있다.

(1) 일본국 특개평 7-9175호 공보에는 피어싱작업이 시작될 때 노즐을 피가공물의 표면에서 이간된 상태에서 피가공물에 레이저빔을 조사하고, 피어싱이 진행하는 데 따라 노즐을 피가공물에 대해 서서히 접근이동시키는 방법이 개시되고 있다.

(2) 일본국 특개평 5-138382호 공보에는 피어싱작업이 시작될 때 펄스발진의 듀티비를 낮게 설정하고, 피어싱이 진행하는 데 따라 펄스발진의 듀티비를 서서히 높게하여 레이저출력을 상승시키는 방법이 개시되고 있다.

(3) 일본국 특개평 5-111784호 공보에는 피어싱작업이 행해질 때 노즐을 피가공물에 대해 주기적으로 접리이동시키는 방법이 개시되고 있다.

그렇지만 이 (1) ∼ (3)의 방법은 모두 피어싱작업이 행해질 때 피가공물의 표면에 고이는 용융물을 될 수 있는 한 적게함과 동시에 노즐에서 뿜어나온 어시스트가스에 의해 산화뿐만아니라 용융물을 내 뿜도록 하는 것이다. 이 때문에 이들 방법에 있어서는 용융물이 부풀어오르는 것을 어느 정도 억제할 수 있어도 피어싱을 단시간에 행할 수 없기 때문에 가공시 장시간을 필요로 했다.

또 절단가공시에 용융물이 뿜어올라오는 것을 방지하는 방법으로서는 다음의 (4) ∼ (7)의 방법이 제안된다.

(4) 일본국 특개평 5-84589호 공보에서는 절단가공시에 센터노즐에서 피가공물의 가공부로 뿜어져 나오는 어시스트가스로서 고순도의 산소를 사용하고, 가공부에 대기를 끌어넣기 위한 것이 아닌 유속을 약하게 하기 위해 센터노즐과 씨일드노즐의 2중구조가 채용되며, 센터노즐에서 뿜어져나온 어시스트가스 주위에 씨일드노즐로부터 씨일드가스가 뿜어져 나오게 된다.

(5) 일본국 특개평 9-216081호 공보에는 용융금속을 뿜어내기 위해 보조노즐로부터의 산소압력을 높게 설정하는 방법이 개시되고 있다.

(6) 일본국 특개평 6-198485호 공보에는 노즐을 2중구조로 하고, 씨일드가스의 주위에서 냉각가스를 분출시킴으로써 절단폭을 작게하는 방법이 개시되고 있다.

그러나 이 (4) ∼ (6)의 방법은 모두 노즐을 2중구조로 하고 통상의 절단가공을 양호하게 하는 것을 목적으로 하고 있다. 그리고 보조어시스트가스에 고압의 산소나 냉각된 불활성 가스를 사용하여 용융금속을 뿜어내거나 산소의 억제를 목적으로 절단할 때 연속적으로 뿜어내고 있다. 이 때문에 코너부의 절단이 시작될 때 그 코너부에 용융물이 뿜어져 나오는 것을 방지하는 데는 충분하지 않았다. 즉 코너부는 절단속도가 늦어지기 때문에 단위시간 당 열량과 산소가 많아지게 되어 다량의 용융물이 발생한다. 또 불활성가스를 연속적으로 뿜어내는 것에 대해서는 어시시트가스의 산소 순도가 저하하므로 절단될 물질의 산화작용이 악화되어 양호한 가공작업이 이루어질 수 없었다.

또한 피어싱 작업시에 관통공 주위로 부풀어 오른 용융물을 적게하는 방법으로서는 다음 (7)의 방법이 제안되고 있다.

(7) 일본국 특개평 9-277071호 공보에는 피가공물에 피어싱작업을 행할 때에 노즐동작을 단순화하여 피어싱 작업시간을 짧게하는 가공방법과, 피가공물의 가공부에 대해 센터노즐로부터 어시스트가스를 뿜어냄과 동시에 블로우 노즐로부터 블로우 가스를 뿜어내고 어시스트가스가 차단되지 않도록 용융물을 뿜어내는 방법이 개시되고 있다.

상기 (7)의 방법에 있어서는 피어싱작업 개시직후 또는 개시하고 나서부터 소정시간 경과한 후 블로우가스를 뿜어내기 시작하고, 피어싱작업이 종료할 때 까지 블로우가스가 연속적으로 뿜어져 나오게 된다. 이 때문에 블로우가스의 연속적 분출에 따라 어시스트가스의 흐름이 계속 저해되고, 어시스트가스에 의한 산화반응이 억제되어 가공시간을 짧게 하는 데에는 효과적이지 못했다. 또 블로우가스가 연속적으로 뿜어져 나온 결과, 가공부가 과도하게 냉각되어 가공이 진행되지 않게 되므로 이 점에서도 가공시간의 단축에는 한계가 있었다.

본 발명은 이와같은 종래의 기술에 존재하는 문제점에 착안하여 행해진 것이다. 그 목적으로 하는 바는 가공시간을 대폭으로 단축할 수 있는 레이저가공방법 및 장치를 제공하는 데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 레이저가공방법은 가공을 위해 피가공물의 가공부에 레이저빔을 조사하는 단계와, 상기 조사단계 중에 상기 피가공물의 가공부에 대해 어시스트가스를 연속적으로 분출하는 단계와, 상기 조사단계 중에 피가공물의 가공부에 대해 불로우 가스를 간헐적으로 분출하는 단계를 구비한다.

도 1은 레이저가공장치의 제 1실시예를 도시하는 요부단면도.

도 2는 레이저가공장치의 회로구성을 도시하는 블록도.

도 3은 레이저빔의 조사 및 가스를 뿜어내는 타이밍을 도시하는 타임챠트.

도 4는 피어싱에 있어 가공부의 상태를 순서대로 도시하는 설명도.

도 5는 레이저가공장치의 제 2실시예를 도시하는 요부단면도.

도 6은 피가공물의 절단된 홈의 코너부를 도시하는 일부평면도.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※

13: 센터노즐 14,22: 노즐구

16: 어시스트가스 공급밸브 20: 가공헤드

21: 블로우노즐 23: 블로우가스 공급밸브

31: 제어장치 41: 피가공물

42: 가공구멍 43: 드로스(dross)

(제 1실시예)

다음 본 발명의 제 1실시예를 도 1 ∼ 도 4를 기초로 설명한다. 처음에 레이저가공장치의 구성을 설명한다.

도 1에 도시하는 것과 같이 레이저 가공장치의 가공헤드(20)에 있어서 렌즈(11)를 갖는 홀더(12)의 하단에는 센터노즐(13)이 고정되고, 그 하단에는 노즐구(14)가 형성된다. 그리고 레이저 발진기(15)에서 출력된 레이저빔이 상기 렌즈(11)를 거쳐 노즐구(14)에서 피가공물(41)에 대해 조사된다. 상기 홀더(12) 내측에는 어시스트가스 공급밸브(16)를 통해 어시스트가스 공급원(17)이 접속되고, 어시스트 공급밸브(16)를 개방할 때 어시스트가스 공급원(17)에서 홀더(12)내에 피가공물을 산화용융시키기 위한 산소로 이루어지는 어시스트가스가 공급되어 센터노즐(13)의 노즐구(14)에서 피가공물(41)의 가공부를 향해 분출된다.

상기 센터노즐(13)을 포위하도록 홀더(12)의 하단에는 링(18)을 박아넣는 것으로 블로우노즐(21)이 고정되고, 그 하단에는 노즐구(22)가 형성된다. 블로우 노즐(21)의 내측에는 블로우가스 공급밸브(23)를 통해 블로우가스 공급원(24)이 접속되고, 블로우가스 공급밸브(23)를 개방할 때 블로우가스 공급원(24)에서 질소가스 등의 불활성 가스로 이루어지는 블로우가스가 공급되어 노즐구(22)에서 피가공물(41)의 가공부를 향해 분출된다. 이 블로우 가스는 용융물로서의 드로스를 뿜어내기 위함이다. 상기 블로우 노즐(21)의 노즐구(22)는 상기 센터노즐(13)의 노즐구(14)를 중심으로 한 동심형상을 이루는 환상으로 형성되고, 블로우가스가 어시스트가스의 분사류를 포위하도록 환상으로 분출된다.

도 2와 같이 제어장치(31)는 CPU(중앙처리장치)(32), 장치의 동작프로그램을 격납하는 ROM(Read Only Memory)(33) 및 일시적인 테이터를 기억하는 RAM(Random Access Memory)(34)에 의해 구성된다. 제어장치(31)에는 인터페이스(36)를 통해 조작부(35)가 접속된다. 또 제어장치(31)에는 상기 레이저 발진기(15), 어시스트가스 공급원(17), 어시스트가스 공급밸브(16), 블로우가스 공급원(24) 및 블로우가스 공급밸브(23) 외에도 가공헤드 이동기구(36)가 인터페이스(37)를 통해 접속된다. 그 가공헤드 이동기구(36)는 상기 가공헤드(20)를 X,Y,Z의 3방향으로 이동시키기 위한 것이다.

그리고 조작부(35)에서의 조작을 기초로 제어장치(31)는 가공헤드 이동기구(36)를 동작시키고, 가공헤드(20)를 X,Y,Z의 3방향중 최소한 한 방향으로 이동시킨다. 그리고 이와 동시에 제어장치(31)는 상기 레이저 발진기(15)를 구동시키고, 피가공물(41)의 가공부에 대해 레이저빔을 조사시킴과 동시에 어시스트 공급원(17), 어시스트가스 공급밸브(16), 블로우가스 공급원(24), 블로우가스 공급밸브(23)의 동작을 각각 제어하며, 피가공물(41)의 가공부에 대해 어시스트가스 및 블로우가스를 소정의 타이밍으로 분출시킨다. 이 제어장치(31)의 제어에 의해 후술하는 각종의 동작이 행해진다.

그래서 피가공물(41)에 대해 피어싱 가공작업을 행할 경우의 동작에 대해 설명한다.

조작부(35)로부터 피어싱 가공개시 지령이 제어장치(31)에 입력되면 ROM(33)내의 프로그램을 기초로 우선 센터노즐(13) 및 블로우노즐(21)의 노즐구(14)(22)와 피가공물(41) 사이의 간격이 L1이 되도록 가공헤드(20)가 이동된다. 이 상태에서 도 2에 도시하는 제어수단에 의해 도 3과 같은 타임챠트로 어시스트가스 공급밸브(16)가 개방되고, 어시스트가스가 센터노즐(13)의 노즐구(14)에서 피가공물(41)의 가공부에 대해 분출된다. 다음은 가공부가 어시스트가스(산소)가 충만된 곳에서 레이저빔이 피가공물(41)의 가공부에 대해 조사되고, 피어싱작업이 개시된다. 어시스트가스의 분출은 레이저빔의 조사를 개시하기 0.2초이상 전이 가장 적당하다.

따라서 이 단계에서 도 4의 A부분에 도시하는 것과 같이 피어싱가공이 개시된다. 다음은 레이저빔이 조사를 개시하고 나서 부터 0.4초 정도 경과한 후 블로우가스 공급밸브(23)가 순간적으로 개방되고, 블로우가스가 블로우노즐(21)의 노즐구(22)에서 피가공물(41)의 가공부에 대해 0.2동안 분출된다. 이 레이저빔이 조사를 개시하고 나서 블로우개시까지의 시간은 0.2초 ∼ 0.8초 정도가 효과적이며, 본 실시예에서는 0.4초 정도가 가장 적당하다. 또 블로우가스의 분출시간은 판두께에 따라 0.1초 ∼ 1.0초 정도이지만 본 실시예에서는 0.2초 정도가 가장 적당하다.

이 블로우가스의 분출에 의해 도 4의 B부분에 도시하는 것과 같이 레이저빔에 의해 형성된 가공구멍(42)내의 용융물로서의 드로스(43)가 뿜어나오게 된다. 이 때문에 가공구멍(42)내의 드로스(43)가 제거되고, 가공구멍(42)의 새로운 가공면이 노출되어 레이저빔 및 어시스트가스에 나타난다. 또 블로우가스의 순간적인 분출에 의해 가공면이 적당한 속도로 냉각됨과 동시에 과도한 산화가 억제되어 필요없는 드로스(43)의 생성을 억제할 수 있다. 그리고 그 노출된 가공면에 대해 어시스트가스의 분출 및 레이저빔의 조사가 계속되고, 도 4의 C부분에 도시하는 것과 같이 레이저빔에 의한 피어싱가공이 계속된다. 그리고 먼저 블로우가스가 분출을 개시하고 나서 부터 0.4초정도 경과하면 다시 블로우가스 공급밸브(23)가 순간적으로 개방되어 블로우가스가 0.2초 정도 분출되고, 도 4의 D부분에 도시하는 것과 같이 드로스(43)가 뿜어져 나오게 되어 제거된다. 이 경우도 블로우가스의 분출시간은 0.2초 정도가 가장 적당하다.

한편 피어싱가공이 계속되는 동안 가공헤드(20)는 노즐구(14)(22)와 피가공물(41) 사이의 간격이 통상의 가공높이(L2)가 될 때 까지 계속 하강한다. 이 때문에 레이저빔의 집점이 가공부와 항상 일치함과 동시에 어시스트가스 및 블로우가스의 확산을 방지하고, 그들 가공면을 향해 분출시킬 수 있다. 따라서 레이저빔에 의해 효율적인 가공을 행할 수 있음과 동시에 블로우가스를 유효하게 이용할 수 있다.

피어싱가공작업이 종료되었을 때 약간 남은 드로스(43)가 어시스트가스에 의해 가공구멍(42)을 관통함과 동시에 아래쪽으로 뿜어져 나오게 된다. 그리고 절단가공으로 이행할 경우 가공헤드(20)는 상기 간격(L2)을 유지한 상태에서 가로방향으로 이동한다. 단 이 경우는 블로우가스의 분출은 행해지지 않는다.

이와같이 하여 피어싱가공이 계속되는 동안 간헐적으로 피가공물(41)의 가공부에 대해 블로우가스가 분출되고, 그 분출에 의해 드로스(43)가 제거된다. 이 때문에 드로스(43)에 의해 피어싱가공이 저해되는 경우는 거의 없고 그 피어싱가공을 효율적으로 행할 수 있어 그 가공시간을 대폭으로 단축할 수 있으며, 또한 가공구멍(42)의 상부 테두리로 부터 드로스(43)가 부풀어 오르는 것을 방지할 수 있고 피어싱후 가공헤드(20)의 횡이동이 가공구멍 주위의 가공두께에 드로스(43)의 영향에 의한 변화가 없어 원활하게 행해진다.

도 6과 같이 코너부(45)의 절단가공에 있어서는 가공헤드(20)는 상기 간격(L2)을 유지하면서 이동한다. 그리고 이 경우 센터노즐(22)이 코너부(45)에 이르렀을 때에 센터노즐(13)이 코너부(45)에 도달한 시점부터 0.2초 ∼ 0.8초마다 상기와 같은 타이밍 및 분출시간으로 블로우가스가 간헐적으로 가공부에 대해 뿜어져 나오게 된다. 따라서 드로스(43)가 많이 발생하는 코너부(45)의 절단에 있어서 그 절단을 단시간에 효율적으로 또한 고정밀하게 행할 수 있을 뿐만 아니라 절단형성된 홈의 상부측 테두리부에 드로스(43)가 부풀어 오르는 것을 미연에 방지할 수 있다. 따라서 드로스(43)에 의해 가공헤드(20)의 이동에 지장을 초래하지 않아 코너부라도 가공헤드(20)를 원활하게 이동할 수 있다.

이와 관련하여, "코너부"는 피가공물의 절단방향을 예리하게 변화시키는 부분을 나타낸다. 코너부와 선형부 또는 완만한 곡선부와 같은 비코너부에 대한 판정은 제어부(31)의 CPU에 의해 RAM(34)에 저장된 가공 프로그램으로부터 이루어진다. 즉, 제어부(31)는 변경위치에서 2개의 절단방향의 라인에 대한 접속각이 소정의 각도 예를들면 90°이하일 경우 "코너부"로서 피가공물의 변경위치를 판정한다.

상술한 실시예는 다음에 도시하는 효과를 발휘한다.

(1) 블로우가스가 가공부에 대해 간헐적으로 뿜어져 나옴으로써 가공부의 드로스(43)가 제거되고, 레이저빔 및 어시스트가스에 의해 항상 새로운 가공면에 대해 레이저가공이 실시되게 된다. 또 블로우가스를 간헐적으로 내 뿜으로써 가공부가 적당한 속도로 냉각되고 필요없는 드로스(43)의 생성을 억제할 수 있다. 또한 블로우가스의 분출이 간헐적이고 단시간이기 때문에 어시스트가스에 의한 산화작용은 거의 저해되지 않는다. 따라서 종래에 실현할 수 없었던 피어싱을 극히 단시간에 효율적으로 행할 수 있다.

피어싱시간

조건철판두께	종래예:레이저출력 : 3KW어시스트가스압 : 2㎏/㎠불활성가스 : 사용하지 않음	본 발명 :레이저출력 : 3KW어시스트가스압 : 2㎏/㎠간헐적 불활성가스압 :5㎏/㎠
6㎜	2.5초	0.5초
9㎜	7.0초	0.5초
12㎜	10.0초	1.0초
16㎜	15.0초	1.5초
19㎜	21.0초	2.0초

표 1에 도시하는 데이터는 도 4와 같은 가공조건에서 피가공물(41)로서 철판을 이용하고, 레이저출력을 3KW, 어시스트의 분출압력을 2.0㎏/㎠, 블로우가스의 분출압력을 5.0㎏/㎠으로 설정하여 상술한 최적인 타이밍에서 피어싱가공을 행한 결과를 도시한다. 이 결과에서 알 수 있는 것과 같이 종래 가공방법에 비해 피어싱에 필요한 시간을 대폭으로 단축할 수 있게 되었다.

이와같이 가공시간이 단축되므로 드로스(43)의 양이 적어지고, 바꿔말하면 필요이상으로 피가공물이 용융되는 양이 적어져 세밀한 천공 또는 절단이 가능해지며 고정밀도 가공을 이룰 수 있다. 또 드로스(43)가 뿜어져 나오기 때문에 가공부의 상부에 드로스(43)가 부풀어 오르는 것을 방지할 수 있고, 가공헤드(20)의 절단을 위한 이동이 지장없이 행해진다.

특히 피가공물이 두꺼운 판으로 되면 그 효과는 커지고 예를들어 12㎜의 강판에 구멍뚫린 부가 100개인 피가공물인 경우, 종래에 비해 피어싱 작업시간만으로 1매당 15분 가공시간의 단축이 가능해진다.

(2) 어시스트가스의 분출이 레이저빔의 조사개시에 앞서 행해지기 때문에 레이저빔이 조사를 개시할 때에는 가공부가 확실하게 어시스트가스 산소의 분위기가 된다. 따라서 레이저가공을 그 가공개시부터 효율적으로 행할 수 있다.

(3) 레이저빔의 조사개시부터 미리 정해진 시간만큼 간헐적으로 블로우가스의 분출이 행해지기 때문에 바꿔말하면 블로우가스의 분출이 순간적이고 일정간격으로 행해지기 때문에 어시스트가스에 의한 산화촉진에 지장을 주지 않고 효율적으로 레이저빔이 피가공물면쪽으로 조사되어 드로스(43)가 발생되면 바로 제거된다.

(4) 블로우가스의 압력이 어시스트가스의 압력보다도 높게 설정되고 있기 때문에 드로스(43)는 어시스트가스에 저해되지 않고 블로우가스에 의해 확실하게 비산되어 제거된다. 이 경우 블로우가스에 의해 순간적으로 어시스트가스가 확산되지만 그 시간이 짧아지기 때문에 레이저가공에 악영향을 주는 경우는 없다.

(5) 센터노즐(13) 및 블로우노즐(21)이 레이저가공의 진행에 따라 피가공물(41)에 대해 접근이동하므로 항상 레이저빔의 집점을 가공부로 위치시킬 수 있음과 동시에 가공면에서의 어시스트가스의 압력을 일정하게 유지할 수 있고, 효율적인 레이저가공을 행할 수 있다.

(6) 블로우가스의 분출이 어시스트류를 중심으로 한 환상영역에서 행해지기 때문에 드로스(43)가 어떤 위치에 있어도 그 드로스(43)를 확실하게 뿜어낼 수 있다.

(제 2실시예)

다음은 본 발명의 제 2실시예를 도 5를 기초로 설명한다. 이 제 2실시예에 있어서는 블로우노즐(21)이 센터노즐(13)의 옆쪽에 위치하도록 홀더(12)에 대해 지지된다. 그리고 블로우노즐(21)의 노즐구(22)는 블로우가스류가 어시스트가스류에 대해 경사지게 교차하도록 기울어진 방향을 향해 가공부를 지향하고 있다.

따라서 이 제 2실시예에 있어서는 블로우노즐(21)을 갖고 있지 않은 홀더(12)에 대해 용이하게 부착할 수 있고, 상술한 각 종의 효과를 얻을 수 있다.

또한 본 발명은 다음과 같은 형태로 구체화 해도 좋다.

(1) 어시스트가스를 내뿜기 시작하고 나서 레이저빔의 조사개시까지의 지연시간, 마찬가지로 어시스트가스를 내뿜기 시작하고 나서 블로우가스를 내뿜기 시작할 때 까지의 지연시간 또는 블로우가스를 내뿜는 간격이나 내뿜는 시간 등을 피가공물(41)의 재질이나 판두께 등에 따라 적절히 변경할 것.

(2) 상기 제 2실시예에 있어서 블로우노즐(21)을 여러개 이용할 것.

(3) 피어싱가공, 코너부의 절단이외의 레이저가공에 있어서도 상기 실시예와 같이 블로우가스를 간헐적으로 뿜어낼 것.

(4) 상기 실시예에서는 레이저가공이 진행되는 데 따라 가공헤드(20)를 서서히 하강시켰지만 피어싱을 높은 위치상태에서 행하고, 피어싱작업이 종료되면 노즐을 가공높이로 하강하고나서 통상의 가공을 개시할 것.

(5) 상기 실시예에서는 블로우가스를 등간격으로 간헐적으로 뿜어내도록 했지만 판 두께가 두꺼워 짐에 따라 구멍바닥이 깊어지기 때문에 블로우가스를 내뿜는 간격을 길게하거나 또는 블로우가스를 내뿜는 시간을 길게할 것.

(6) 상기 실시예에서는 블로우가스의 분출을 블로우가스 공급밸브에 의해 행했지만 블로우노즐을 요동식으로 하고, 순간적으로 가공부에 블로우노즐을 향해 블로우가스를 내 뿜도록 할 것.

상기에 전술한 바와같이 본 발명의 제1측면에 따르면, 가공부, 특히 피어싱작업이 행해질 피어싱부 또는 피가공작업이 행해지는 코너부에 대해 블로우가스가 간헐적으로 내 뿜어지게 된다.

따라서, 가공부에서 생성된 용융물이 순간적으로 또는 간헐적으로 불로우가스에 의해 분출되고 새로운 가공면이 레이저빔에 나타나게 된다. 이 때문에 레이저빔이 용융물에 의해 가공면을 조사할 수 있게 되고, 가공속도를 향상시킬 수 있다. 또한 블로우가스를 뿜어내는 것이 간헐적이기 때문에 어시스트가스의 흐름이 저해되는 것을 최소한으로 할 수 있어 어시스트가스에 의한 산화작용은 거의 억제되지 않는다. 물론 블로우가스의 분출이 간헐적이기 때문에 가공부가 과도하게 냉각되지 않고 적당한 속도로 냉각된다. 이 때문에 과도한 산화작용을 억제하여 피어싱작업에 저해가 되는 용융물의 양을 적게할 수 있다. 이 결과 피어싱 작업시간을 대폭적으로 단축할 수 있다. 또 용융물의 발생량이 적은 것은 고정밀도 가공에도 기여할 수 있다. 특히 코너부에 있어서는 절단가공 속도가 늦어지기 때문에 단위시간 당 열량과 어시스트가스로서의 산소가 많아지게 되고 다량의 용융물이 발생하게 되어 가공정밀도가 저하하게 되지만 본 발명에 있어서는 이와 같은 문제점을 해결할 수 있게 되어 용융물질의 양을 최소화하여 절단폭이 국부적으로 증대하는 것을 방지하는 효과를 갖는다.

블로우가스로서 불활성 가스를 사용하도록 했다. 이 때문에 가공부의 과도한 산화를 억제할 수 있어 피어싱 작업이 원활하게 행해지게 된다.

블로우가스의 분출은 레이저빔의 조사(照射)개시부터 미리 정해진 시간만큼 늦게 행하도록 했다. 즉 레이저빔의 조사개시부터 미리 정해진 시간 후에 0.1∼1.0초 동안만 가공부에 블로우가스를 뿜어내고, 그 후 미리 정해진 시간 후에 0.1 ∼1.0초 동안만 가공부에 블로우가스를 간헐적으로 뿜어내도록 했다.

따라서 용융물이 형성된 상태에서 블로우가스가 뿜어져 나오기 때문에 그 용융물을 확실하게 제거할 수 있음과 동시에 가공부의 과도한 냉각을 방지할 수 있어 상술한 가공속도를 더욱 더 단축시킬 수 있게 된다.

또, 블로우가스를 레이저빔의 조사시간보다도 짧은 시간동안만 가공부로 뿜어내도록 했다.

따라서 레이저빔과 어시스트 가스의 피가공물의 피어싱 가공작업시에 있어 산화작용이 블로우가스에 의한 산화억제작용에 의해 저해되지 않고 생성과정의 용융물을 블로우가스에 의해 뿜어내며, 새로운 절단면을 레이저빔에 나타낼 수 있기 때문에 피어싱작업을 단시간에 행할 수 있다.

또, 피어싱 가공진행과 함께 노즐이 피가공물에 대해 접근해 가면서 피어싱작업을 행하도록 했다.

따라서 피어싱의 가공이 진행되어도 노즐과 가공면과의 사이가 크게 벌어지지 않고, 가공면에 대한 어시스트가스의 압력을 적당하게 유지할 수 있음과 동시에 레이저빔의 집점을 가공면의 구멍밑에 맞추어 레이저 가공을 확실하게 할 수 있다. 또한 가공종료시에는 관통공의 형성과 동시에 어시스트가스의 압력에 의해 가공부의 잔유용융물을 아래쪽으로 확실하게 뿜어낼 수 있고 가공구멍의 주위가 특별하게 두꺼워지지 않기 때문에 가공속도단축과 고정밀도 가공에 적당하다.

또, 가공부에서의 블로우가스의 압력이 어시스트가스의 압력보다도 높게 했다.

따라서 블로우가스에 의해 용융물을 일순간 뿜어낼 수 있다. 이 경우 블로우 가스를 한번에 간헐적으로 내 뿜기 때문에 어시스트가스의 산화작용에는 거의 영향을 주지 않고 오히려 용융물 제거에 의한 효과가 더욱 더 높다.

또, 블로우가스의 분출이 어시스트가스의 분출영역을 중심으로 한 환상영역에서 행해지도록 했다.이 때문에 블로우가스의 분출이 전 방위에서 행해지게 되므로 용융물으로 확실하게 뿜어낼 수 있게 된다.

또, 블로우가스의 분출이 어시스트가스의 분출영역 옆쪽에서 어시스트가스의 분출방향과 경사지게 교차하도록 했다 .따라서 노즐형상으로서 종래와 동일한 것을 사용할 수 있기 때문에 블로우가스의 분출용 노즐을 뒤에 설치할 수 있어 기존의 레이저 가공기에서도 본 발명의 효과를 높일 수 있게 된다.

본 발명의 또다른 측면에 따르면, 센터노즐의 외측에는 피가공물의 가공부에 블로우가스를 뿜어내기 위한 블로우노즐을 배치하고, 그 블로우노즐에서의 블로우가스의 분출이 간헐적이 되도록 제어하는 제어수단을 마련하였다.

또, 블로우가스의 분출노즐의노즐구가 어시스트가스의 분출노즐의 노즐구에 대해 동심형상으로 배치된다.

한편, 블로우가스의 분출노즐이 어시스트가스의 분출노즐에서 떨어져서 가공부를 지향하도록 배치된다.

이와같이 구성된 레이저빔 가공부에 따라서, 전술한 바와같은 효과를 얻게된다.

본 발명은 개시내용은 1998년 출원된 일본국 특허출원 평1998-208448호에 개시된 주제내용과 관련이 있으며, 본 명세서는 이 참조자료를 인용한다.

이상과 같이 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 그 기술적 사상 및 다음의 특허청구의 범위를 일탈하지 않고도 당분야의 통상의 기술자에 의해 여러가지 변경 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims

가공을 위해 피가공물의 가공부에 레이저빔을 조사하는 단계와,

상기 조사단계 중에 상기 피가공물의 가공부에 대해 어시스트가스를 연속적으로 분출하는 단계와,

상기 조사단계 중에 피가공물의 가공부에 대해 불로우 가스를 간헐적으로 분출하는 단계를

구비하는 것을 특징으로 하는 레이저가공방법.
제1항에 있어서,

피가공물을 피어싱하는 단계를 더 포함하며,

상기 피어싱단계는 상기 조사단계, 상기 어시스트가스 연속 분출단계 및 상기 불로우가스 간헐적 분출단계와 함께 수행되는 것을 특징으로 하는 레이저가공방법.
제 1항에 있어서,

블로우가스는 불활성가스를 사용하는 것을 특징으로 하는 레이저가공방법.
제1항에 있어서,

블로우가스의 분출은 레이러빔의 조사를 개시하고 나서 미리 정해진 시간만큼 지연되어 행해지는 것을 특징으로 하는 레이저가공방법.
제 1항에 있어서,

레이저빔의 조사를 개시하고 나서 미리 정해진 시간 후에 0.1 ∼ 1.0초동안 만큼 가공부에 블로우가스를 분출하고, 그 후 미리 정해진 시간 간격으로 0.1 ∼ 1.0초 동안만큼 가공부에 불로우가스를 간헐적으로 뿜어내는 것을 특징으로 하는 레이저가공방법.
제2항에 있어서,

상기 피어싱단계가 시작될 때, 어시스트가스 및 블로우 가스의 노즐이 소정의 위치에 배치되어 상기 피어싱단계가 진행됨에따라 피가공물에 접근하는 것을 특징으로 하는 레이저가공방법.
제1항에 있어서,

상기 가공부에서의 상기 불로우가스의 압력은 어시스트가스의 압력 보다 높게 설정되는 것을 특징으로 하는 레이저가공방법.
제1항에 있어서,

피가공물의 코너부를 절단하는 단계와,

피가공물의 비코너부를 절단하는 단계를

구비하고,

상기 코너부를 절단하는 단계는 상기 조사단계, 상기 어시스트가스 연속 분출단계 및 상기 블로우가스 간헐적 분출단계와 함께 수행되며, 상기 비코너부를 절단하는 단계는 상기 조사단계 및 상기 어시스트가스 연속 분출단계와 함께 수행되는 것을 특징으로 하는 레이저가공방법.
제 1항에 있어서,

블로우가스의 분출이 어시스트가스류를 중심으로 한 환상영역에서 행해지는 것을 특징으로 하는 레이저가공방법.
제 1항에 있어서,

블로우가스의 분출이 어시스트가스의 분출영역의 옆쪽에서 어시스트의 분출방향과 경사지게 교차하도록 행해지는 것을 특징으로 하는 레이저가공방법.
피가공물의 가공부에 레이저빔을 조사하는 레이저발진기와,

상기 피가공물의 상기 가공부에 대해 어시스트가스를 분출하는 센터노즐과,

상기 센터노즐 외측에 배치되어 피가공물의 상기 가공부에 대하여 불로우가스를 분출하는 분출노즐과,

레이저빔의 작동을 제어하고, 레이저빔의 조사 중에 연속하여 피가공물의 상기 가공부에 대하여 어시스트가스를 분출하도록 어시스트가스를 제어하며, 레이저빔 조사 중에 피가공물의 상기 가공부에 대하여 간헐적으로 불로우가스를 분출하도록 블로우가스의 작동을 제어하는 제어부를

구비하는 것을 특징으로 하는 레이저가공장치.
제11항에 있어서,

블로우가스의 분출노즐의 노즐구가 어시스트가스의 분출노즐의 노즐구에 대해 동심형상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저가공장치.
제11항에 있어서,

블로우가스의 분출노즐이 어시스트가스의 분출노즐로부터 떨어져서 가공부를 지향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저가공장치.
제11항에 있어서,

상기 제어부는 가공작업 중에 불로우가스의 작동을 제어하여 레이저빔의 조사를 개시하고나서 미리 정해진 시간 후에 0.1 ∼ 1.0초동안 만큼 가공부에 블로우가스를 분출하고, 0.1 ∼ 1.0초 동안만큼 가공부에 불로우가스를 상기 미리 정해진시간 간격으로 간헐적으로 뿜어내는 것을 특징으로 하는 레이저가공장치.