KR970010886B1

KR970010886B1 - 레이저 가공에 있어서의 피어싱(piercing) 가공 방법

Info

Publication number: KR970010886B1
Application number: KR1019930701285A
Authority: KR
Inventors: 요시노리 나까따; 노리오 가루베; 에쓰오 야마자끼
Original assignee: 화낙 가부시끼가이샤; 이나바 세이우에몽
Priority date: 1991-10-19
Filing date: 1992-10-09
Publication date: 1997-07-02
Also published as: WO1993007987A1; JPH05111783A; EP0563406A1; KR930702112A; EP0563406A4; US5434383A; DE69215855T2; EP0563406B1; DE69215855D1

Abstract

내용없음.

Description

[발명의 명칭]

레이저 가공에 있어서의 피어싱(piercing) 가공 방법

[도면의 간단한 설명]

제 1 도는 본 발명의 피어싱 가공 방법의 동작 원리를 설명하는 설명도,

제 2 도는 본 발명의 방법을 실시하는 NC(numerical control) 레이저 창치의 요부 블록도,

제 3 내지 제 8 도는 본 발명에 있어서의 초기 펄스 주파수 및 초기 펄스 듀티비의 최적치를 구하기 위한 실험결과를 나타내는 그래프,

제 9 내지 제 12 도는 본 발명에 있어서의 단계상으로 펄스 주파수, 펄스 듀티비를 증가시키는 스텝의 시간간격의 최적치를 구하기 위한 실험 결과를 나타내는 그래프,

제 13 내지 제 25 도는 본 발명에 있어서의 펄스 주파수, 펄스 듀티비를 증대시키는 회수 혹은 가공개시부터의 시간 간격의 최적치를 구하기 위한 실험결과를 나타내는 그래프,

제 26 도 내지 제 31 도는 종래의 피어싱 가공 방법에 의한 가공의 실험결과를 나타내는 그래프이다.

[발명의 상세한 설명]

[기술분야]

본 발명은, 레이저 가공기에 의하여 피가공물을 절단하는 경우에 가공개시시에 실시되는 피어싱 가공 방법에 관한 것이다.

[배경기술]

레이저 빔을 공작물에 조사하여 공작물을 절단하는 레이저 가공에 있어서는, 절단 가공 개시시에 피어싱가공을 할 필요가 있다. 이 피어싱 가공온, 특히 공작물이 연강이고 판두께가 9mm 이상이 되면 매우 어려워진다. 이는, 공작물이 연강이 어시스트 가스(assist gas)로 사용되는 산소에 의하여 산화가 용이하고, 또한 산화반응이 레이저 빔에 의하여 지나치게 증진되어, 비산하는 용융금속 스퍼터(sputter)가 증대하고 열폭주가 생기기 쉬움에 기인하고 있다. 이 때문에 레이저 빔을 온/오프하여 레이저 빔에 의한 가열과 어시스트 가스만을 분사하여 냉각하는 냉각을 반복하므로써, 피어싱 가공을 실시하고 있다.

종래부터 실시되고 있는 피어싱 가공 방법은 피어싱 가공개시부터 종료까지 레이저 빔의 출력을 일정하게 하고, 즉, 레이저 펄스의 피크치, 주파수, 듀티(duty)비를 일정하게 하여 가공이 실시되고 있다. 또, 피어싱 가공 시간을 짧게 하는 방법으로서, 레이저 펄스의 피크치를 증대시킴으로써 1회당의 뚫는 구멍의 깊이를 증대시켜 가공 시간을 짧게 하는 방법이 알려져 있다. 피크치를 크게하기 위해서는 전원 용량을 크게할필요가 있고, 이 때문에 장치의 비용이 올라간다. 또, 실용면에 있어서는, 피크치가 높으면 가공의 불안전성이 발생하고, 가공 시간의 불균일이 커지는 결점이 생긴다. 또한, 피크치가 높으면, 스퍼터가 증대하고, 이스퍼터가 가공노즐의 내측에 부착하여 노즐의 막힘이 생기거나, 또는 집광렌즈가 파손된다. 또, 장기간의 안정된 가공이 곤란하고, 피크 출력을 유지할 수 있는 시간이 일반적으로 매우 짧은 시간이기 때문에, 가공되는 구멍은 극히 작은 것이 되고, 피어싱 가공 종료에서 통상의 절단가공으로 이행할 수 없다고 하는 문제점이 있다.

그외에 피어싱 가공 시간을 짧게 하는 방법으로서는, 특개평 제3-118989호 공보(일본국 특허공개 공보1991년)에 피어싱 가공 개시시에는 레이저 출력치를 작게 하고 시간의 경과와 더불어 이 출력치를 연속적으로 증대시키고, 최적의 레이저 출력치까지 증대하면, 이후 피어싱 종료까지 이 출력치로 가공을 하는 방법이 기재되어 있다. 그러나, 이 방법도 판두께가 12mm의 강재를 가공할 때 피어싱 가공 개시부터 종료까지에 20-30초의 시간을 요한다고 기재되어 있다. 또한, 이 공보에는, 상기 레이저 출력치를 연속적으로 증대시키면서, 어시스트 가스 압력도 연속적으로 증대시키는 방법, 및 레이저 출력치를 증대시키면서, 노즐선단과 피가공물 사이의 갭을 감소시키는 방법도 기재되어 있지만, 이들의 방법을 사용해도 판두께 12mm의 강판에 대해서 피어싱 가공에 15-20초의 시간이 요한다고 되어 있다.

상기 특개평 제3-1l8989호 공보에 기재되어 있는 방법에서는, 레이저 출력을 연속적으로 증대시키는 제어를 하는 동시에, 어시스트 가스를 연속적으로 증대시키는 제어 및 상기 갭을 연속적으로 감소시키는 제어도 동시에 실시해야 하고, 그 제어가 매우 어려워진다. 더욱이 이들의 방법에서는 피어싱 가공 시간의 단축은 충분히 할 수 없다. 예를 들면, 레이저 출력을 일정하게 하여 피어싱 가공을 하는 종래의 방법에 있어서도 판두께 12mm의 강재를 20초 정도에서 가공을 할 수 있고, 특별한 차이가 있다고 할 수 없다·

열폭주를 발생하지 않고도 안정된 가공이 가능하고, 동일 재질의 동일한 판두께의 피가공물에 대한 가공시간의 불균일이 적고, 가공 시간이 짧고, 장시간 연속 처리가 가능한 피어싱 가공 방법은, 현재 제공되어있지 않고, 상기 종래의 방법은 실용수준에 있어 만족스러운 것이 아니다.

[발명의 개시]

본 발명은, 가공 시간이 짧고, 안정된 가공이 가능한 동시에 제어가 간단하고 가공 시간의 불균일이 적은 피어싱 가공 방식을 제공한다.

본 발명은, 초기 펄스 주파수 및 초기 펄스 듀티비(pulse duty ratio)로 가공을 개시하고, 제1의 소정시간이 경과할 때마다 펄스 주파수 및 펄스 듀티비를 소정 증가량 만큼 증가시킨다. 이후 순차 단계상으로 펄스 주파수 및 펄스 듀티비를 증가시키고, 소정회수만큼 증가시킨 후에, 혹은 가공 개시부터 소정시간이 경과한 후는, 펄스 주파수 및 펄스 듀티비를 유지하여 가공 종료까지 피어싱 가공을 실시한다.

그리고, 초기 펄스 주파수 및 초기 펄스 듀티비, 단계상으로 증가시키는 각 스텝의 소정 시간, 펄스 주파수 및 펄스 듀티비의 소정 증가량, 증가 회수 혹은 펄스 주파수 및 펄스 듀티비의 증가를 정지시키는 가공개시부터의 경과시간은, 가공하려고 하는 공작물의 판두께, 레이저의 피크 출력에 따라서 변경한다.

[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]

제 2 도는 본 발명의 피어싱 가공 제어방법을 실시하기 위한 NC(numerical control) 레이저 가공장치의 블록도이다. 프로세서(1)는 ROM(2)에 저장된 제어 프로그램에 의거하여, 메모리(3)에 저장된 가공프로그램을판독하고, NC 레이저 장치 전체의 동작을 제어한다. I/O 유닛(4)은, 프로세서(1)로부터의 제어신호에 따라서 펄스상의 레이저 빔(6)을 발사한다. 이 레이저 빔은, 벤딩 미러로 반사하여 레이저 가공기(8)로 보내진다.

레이저 가공기(8)에는, 공작물(9)이 고정되는 테이블(10)과, 공작물(9)에 레이저 빔(6)을 조사하는 헤드(11)가 설치되어 있다. 헤드(11)로 도입된 레이저 빔(6)은, 노즐(11a)내에 설치된 렌즈(도시되지 않음)로 초점이 맞춰져서 공작물(9)에 조사된다. 레이저 가공기(8)에는, 테이블(10)을 X축, Y축이 직교하는 2방향으로 이동제어하기 위한 서보모터(12,13)와, 또 헤드(11)를 상하로 이동제어하기 위한 서보모터(14)가 설치되어 있다. 이들 서보모터(12,13 및 14)는 각각 서보앰프(15,16 및 17)에 접속되어 있고, 프로세서(1)에서의 제어신호에 따라서 회전 제어된다. 또 레이저 가공기(8)로의 지시는, CRT/MDI(cathode ray tube/manual data input)(18)를 통해서 행하여진다.

상기 NC 레이저 장치의 기구는 종래의 NC 레이저 장치의 기구와 동일하고, 상세한 설명은 생략한다.

다음에, 제 1 도를 참조하여 상기 NC 레이저 장치에 의한 본 발명의 피어싱 가공 방법에 대해서 설명한다.

제 1 도에 도시된 바와 같이, 소정의 초기 펄스 주파수 Po 및 펄스 듀티비(pulse duty ratio) Qo의 레이저펄스로 피어싱 가공을 개시하고, 소정시간 T에 달할 때마다 소정의 펄스 주파수 증가량 P, 펄스 듀티비 증가량 Q만큼 단계적으로 증대시킨다. 펄스 주파수 및 펄스 듀티비를 소정 회수 N만큼 증가시킨 후, 혹은 가공개시부터 소정 경과 시간 T₁경과한 후에, 구멍 뚫기 완료 시간 T₂까지, 증가한 펄스 주파수 P_N및 펄스듀티 Q_N를 유지하여 피어싱 가공을 한다. 이와 같이 처음에는 작은 치로 설정되어 있던 펄스 주파수, 펄스듀티비를 단계적으로 증대시키므로서 열폭주를 발생시키지 않고, 단시간으로 피어싱 가공이 가능하고, 또한 가공 시간의 불균일이 적어진다.

제 3 도-제 25 도는 상기 각 패러미터 Po, Qo, P, Q, T 및 N의 최적치를 구하기 위하여 실시한 실험의 결과를 나타낸다.

제 3 도-제 25 도에 그 결과를 나타내는 각 실험에 있어서는, 화낙 Ltd. 제조의 레이저 발진기 C2000 및 C3000을 사용하고, 레이저 발진기 C2000을 사용한 경우는 이하에 나타내는 기초 조건(A)로 실험을 실시하고, 레이저 발진기 C3000을 사용한 경우는, 기초 조건(B)로 실험을 실시했다.

기초 조건(A)

광로 길이 : 약 5.0m

렌즈초점거리 : 7.50inch

노즐 스탠드 오프 : 2.0mm

노즐 구멍 지름 : 2.0mm

어시스트 가스(assist gas)(산소)압 : 0.25kg/cm²

초점 위치 : 절단 위치

공작물 : 연강

기초 조건(B)

광로 길이 : 약 6.0m

렌즈초점거리 : 7.50inch

노즐 스탠드 오프 : 2.0mm

노즐 구멍 지름 : 3.0mm

어시스트 가스(산소)압 : 0.10kg/cm²

초점 위치 : 절단 위치

공작물 : 연강

제 3 도는 이하에 나타내는 조건에 있어서 초기 펄스 듀티비 Qo를 변화시켜서 실험한 결과를 표시한다.

레이저 발진기 : C2000

판두께 : 12mm

괴크 출력 : 2500W

초기펄스 주파수 Po : 10Hz

초기펄스 듀티비 Qo : 15%,20%,25%,30%

펄스 주파수 증가량 P=5Hz

펄스 듀티비 증가량 Q=1%

시간 간격 T=500msec

제 3 도중, 굵은 선으로 그려진 범위는 피어싱 가공 완료 구간이고, 이 구간중의 흰공은 가공 완료의 평균시간을 나타낸다. 예를 들면 스타트시의 펄스 듀티비 Qo=30%에서는 약 6초에 가공이 종료된 것을 나타낸다. 제 3 도에서, 가공 스타트시의 펄스 듀티비 Qo를 크게하면, 피어싱 가공 시간이 짧아지는 것을 알 수 있다.

제 4 도는 제 3 도에 표시한 가공조건에 있어서 가공 스타트시의 펄스 주파수 Po를 50Hz로 변경하고, 그외의 조건을 동일하게 하여 실시한 결과를 나타낸다. 제 4 도중, 검은공은 열폭주가 발생한 위치를 표시한다.

제 4 도와 제 3 도의 비교에서, 가공 스타트시의 초기 펄스 주파수 Po를 증대시키면, 열폭주가 생기기 쉬워지는 것을 알 수 있다. 또 가공 스타트시의 초기 펄스 듀티비 Qo를 증대시키면 열폭주가 생기기 쉬워지는것을 알 수 있다.

제 5 도는 이하에 표시하는 조건에 있어서 초기 펄스 듀티비 Qo를 변화시켜서 실험한 결과를 나타낸다.

레이저 발진기 : C3000

판두께 : 12mm

피크 출력 : 3500W

초기펄스 주파수 Po=5Hz

초기펄스 듀티비 Qo=7%,10%,15%

펄스 주파수 증가량 P=5Hz

펄스 듀티비 증가량 Q=1%

시간 간격 T=500msec

제 6 도는 제 5 도의 가공조건에 있어서 초기 펄스 주파수 Po를 10Hz로 변경하여 실험을 한 결과를 나타낸다.

제 5 도와 제 6 도의 비교에서 가공 스타트시의 펄스 주파수 Po를 5Hz에서 10Hz로 바꾸어도, 가공 완료시간은 큰 변화가 없는 것을 알 수 있다. 또, 제 3 도와 제 6 도와의 비교에서, 피크 출력을 증대시키는 편이, 가공 시간이 짧아지는 것을 알 수 있다. 예를 들면 가공 스타트시의 듀티비 Qo=15%인 경우, 제 3 도에서는 가공 시간이 9초에서 9.5초 요하고 있지만 제 6 도에서는 6-7초에 종료되어 있다.

제 7 도는 제 6 도의 가공조건에 있어서 판두께를 16mm로 변경하여 실험한 결과를 나타낸다. 또, 제 8 도는 제 7 도의 가공조건에 있어서, 초기 펄스 주파수 Po를 5Hz로 변경하여 실시한 결과를 나타낸다.

이상, 제 3 도-제 8 도에 나타내는 실험결과에서,(1) 가공 스타트시의 펄스 듀티비 Qo는 크게하는 편이 가공 시간이 짧아지지만, 열폭주가 생기기 쉬워지는 것, (2) 가공 스타트시의 펄스 주파수 Po가 높을수록 열폭주가 생기기 쉬워지는 것 (3) 피크 출력이 클수록 가공 시간이 짧아지는 것을 알 수 있다.

제 9-제 12 도는 단계적으로 펄스 주파수, 펄스 듀티비를 증가시키는 시간 간격, 즉, 1스텝의 지속시간 T의 최적치를 구하기 위하여 이하에 표시하는 조건에 있어서 지속시간 T를 상이하게 하여 실험한 때의 결과를 나타내는 그래프이다.

레이저 발진기 : C3000

판두께 : 12mm

피크 출력 : 3500W

초기펄스 주파수 Po=10Hz

초기펄스 듀티비 Qo=15%

펄스 주파수 증가량 P=5Hz

펄스 듀티비 증가량 Q=1%

시간 간격 T는 제 9 도에서는 200msec, 제 10 도에서는 300msec, 제 11 도에서는 400msec, 제 12 도에서는 500msec로 했다.

제 9-제 12 도에서 알 수 있는 바와 같이, 지속시간 T는 작게 할수록 가공 시간은 감소하지만, 제 9 도에 표시하는 바와 같이, 시간 간격 T=200msec로 하면 열폭주가 생기고 있다. 또 제 10 도-제 12 도에서 알 수 있는 바와 같이, 시간 간격 T를 크게하면 가공 시간의 불균일이 증대하고 있고, 가공 시간이 짧고, 폭주시간이 생기지 않고, 또한 가공 시간의 불균일이 증대하고 있고, 가공 시간이 짧고, 폭주시간이 생기지 않고, 또한 가공 시간외 불균일이 적은 최적한 시간 간격 T가 존재하는 것을 알 수 있다. 이들의 실험예에서는, 시간 간격 T를 300msec 정도로 하는 것이 최적임을 알 수 있다.

제 13-제 28 도는, 펄스 주파수 및 펄스 듀티비를 단계적으로 증대시키는 회수 N을 변화시켜서 가공 시간을 측정한 실험 결과를 나타내는 그래프이다.

제 13 도는 이하에 나타내는 조건에 있어서, 증가 회수 N을 변화시켜서 실험한 결과를 나타낸다.

레이저 발진기 : C2000

판두께 : 9mm

피크 출력 : 2500W

초기펄스 주파수 Po=10Hz

초기펄스 듀티비 Qo=23%

펄스 주파수 증가량 P=5Hz

펄스 듀티비 증가량 Q=1%

시간 간격 T=300msec

제 14 도는 시간 간격 T를 500msec로 변경하여 실험한 결과를 나타내고, 시간 간격 T가 300msec일 때 가공 시간이 짧으며, 증가 회수 N이 지나치게 작거나 또는 지나치게 큰 경우에는 가공 시간이 길어지고, 또한 가공 시간의 불균일이 커지는 것을 나타내고 있다. 이 실험에 있어서는, 시간 간격 T가 300msec이고, 증가 회수 N이 9-l1회 정도가 가공 시간이 짧고, 불균일도 적어지는 것을 알 수 있다.

제 15 도는, 제 13 도에 나타낸 실험에 있어서 공작물의 판두께를 12mm로 변경하여 실험한 결과를 나타내고, 이 경우도, 증가 회수 N을 9-11회로 한 때가 가공 시간이 짧고, 또한 불균일도 적어지는 것을 알 수있다.

제 16 도는, 제 14 도에 나타낸 실험에 있어서, 공작물의 판두께를 12mm로 변경하여 실험한 결과를 표시하고, 이 경우도, 증가 회수 N을 11회로 한 때가 가공 시간이 짧고, 또한, 불균일도 적어지는 것을 알 수 있다.

제 17 도는 제 13 도에 표시한 실험에 있어서, 공작물의 판두께를 16mm로 변경하여 실험한 결과를 나타내고, 제 18 도는 제 14도 에 표시한 실험에 있어서, 공작물의 판두께를 16mm로 변경하여 실험한 결과를 나타낸다. 제 17 도는 시간 간격 T가 300msec인 경우에, 제 18 도는 시간 간격 T가 500msec인 경우이다.

제 17 도 및 제 18 도에서도 가공 시간을 짧게 하고, 또한 가공 시간의 불균일을 작게하는 펄스 주파수, 펄스 듀티비의 증가 회수 N(10-11회가 최적)이 존재하는 것을 알 수 있다.

제 19 도-제 20 도는 이하의 조건에 있어서, 시간 간격 T를 변화시켜서 실험한 때의 결과를 나타낸다.

레이저 발진기 : C3000

판두께 : 16mm

피크 출력 : 3500W

초기펄스 주파수 Po=10Hz

초기펄스 듀티비 Qo=15%

펄스 주파수 증가량 P=5Hz

펄스 듀티비 증가량 Q=1%

제 19 도에서는 시간 간격 T를 300msec로 하고, 제 20 도에서는 500msec로 했다.

이 경우도, 증가 회수 N을 10회 정도로 하면, 가공 시간이 짧고, 불균일이 비교적 적은 것을 얻을 수 있음을 나타내고 있다.

제 21 도 및 제 22 도는 이하의 조건에 있어서 시간 간격 T를 변화시켜서 실험한 때의 결과를 나타낸다.

레이저 발진기 : C2000

판두께 : 19mm

피크 출력 : 2500W

초기펄스 주파수 Po=10Hz

초기펄스 듀티비 Qo=23%

펄스 주파수 증가량 P=5Hz

펄스 듀티비 증가량 Q=1%

제 21 도에서는 시간 간격 T를 300msec, 제 22 도에서는 500msec로 했다.

이 실험결과에서도, 증가 회수 N의 최적치가 있음을 알 수 있고, 약 12-13회 정도가 가공 시간을 짧게하고 불균일도 적게 하는 것을 알 수 있다.

제 23 도-제 25 도는, 이하의 조건에서 상이한 판두께의 공작물을 가공한 때의 실험결과를 나타낸다.

레이저 발진기 : C3000

피크 출력 : 3500Ｗ

초기펄스 주파수 Po=10Hz

초기펄스 듀티비 Qo=15%

펄스 주파수 증가량 P=5Hz

펄스 듀티비 증가량 Q=1%

시간 간격 T=500msec

제 23 도에서는 판두께를 19.0mm, 제 24 도에서는 22.0mm, 제 25 도에서는 25.0mm로 했다.

이들의 도면에서도, 펄스 주파수 및 펄스 듀티비의 증가 회수 N이 지나치게 적거나 또는 큰 경우에는 가공 시간이 증대하고, 가공 시간의 불균일도 증대하는 것을 알 수 있으며, 최적의 증가 회수 N이 존재하고, 14-17회가 가공 시간을 짧게 하고 불균일도 적게 하는 것을 알 수 있다.

이상의 각 실험결과에서, 초기 펄스 주파수 Po, 초기 펄스 듀티비 Qo는 작게 하면 가공 시간이 길어지고, 크게하면 열폭주가 발생되므로, 상기 값에는 최적치가 있는 것을 알 수 있다. 또, 펄스 주파수, 펄스 듀티비를 단계적으로 증가시키면, 각 스텝의 시간 간격 T는 짧을수록 가공 시간을 짧게 하고 불균일도 작게할 수 있지만, 지나치게 짧으면 열폭주가 생기기 숴워지고, 이 시간 간격 T도 최적치가 있는 것을 알 수있다. 또한, 펄스 주파수, 펄스 듀티비의 증가 회수 N도 가공 시간을 짧게 하고, 또한 불균일을 적게 하는 회수가 있는 것을 알 수 있다.

상기 실험결과에서, 표준적인 사용에 있어서, 가공 시간을 단축하는 동시에 열폭주를 방지하고, 또한, 가공 시간의 불균일을 적게 하는 상기 각 패러미터의 값은, 표 1에 나타내는 정도의 값이 최적이라고 생각된다. 또한 표 1에는 각각의 조건하에서의 피어싱 가공 시간을 나타낸다.

또, 가공의 고속성을 중시한 경우에는, 표 2에 나타내는 값이 최적이고, 이들의 값을 사용하면 가공 시간을 더욱 짧게 할 수 있다.

[표 1]

[표 2]

제 26 도-제 31 도는, 피어싱 가공 개시부터 종료까지 레이저 펄스의 피크치, 주파수 및 펄스 듀티비를 일정하게 하고 일정한 레이저 출력으로 가공하는, 종래부터 실시되고 있는 피어싱 가공 방법에 의한 가공 시간을 실험에 의하여 측정한 결과를 표시한다.

제 26 도는, 화낙 Ltd.의 레이저 발진기 C1500 및 C2000을 사용하여, 각각 기초 조건(C) 및 기초 조건(D)에서, 피크 출력 1500W로 하고 상이한 일정 평균 출력(펄스 주파수, 펄스 듀티비를 변경하므로써 평균 출력은 변한다)으로 판두께 9mm의 연강을 가공한 경우의 피어싱 가공 시간을 측정한 그래프이다.

기초 조건(C)

광로 길이 : 약 5.0m

렌즈초점거리 : 500inch

노즐 스탠드 오프 : 1.0mm

노즐 구멍 지름 : 1.5mm

어시스트 가스(산소)압 : 0.30kg/cm²

초점 위치 : 절단위치

기초 조건(D)

광로 길이 : 약 5.0m

렌즈초점거리 : 7.50inch

노즐 스탠드 오프 : 1.0mm

노즐 구멍 지름 : 2.0mm

어시스트 가스(산소)압 : 0.30kg/cm²

초점 위치 : 절단위치

도면중의 삼각표는 1회의 피어싱 가공실험에 의한 결과를 나타낸 것이고, 가로막대는 동일 조건으로 복수회의 실험올 실시한 때의 가공 종료시간의 불균일 범위를 나타내고, 둥근공온 그 평균 가공 시간을 표시하고 있다.

제 26 도에서 알 수 있는 바와 같이 9mm의 판두께로 피어싱 가공을 실시하기 위해서는 최소한 9초 정도의 시간욜 요한다.

제 27 도는 레이저 발진기 C2000을 사용하여, 기초 조건(D)에 의하여 피크 출력 2500W로 판두께 9mm의 연강을 여러가지의 일정 평균 출력으로 가공한 경우의 피어싱 가공 시간올 측정한 그래프이다. 이 경우에도, 최소 피어싱 가공 시간은 5-6초이다.

제 28 도는 제 26 도에 표시한 조건에 있어서 피크 출력을 1500W로 변경하여, 판두께 12mm의 연강을 피어싱 가공을 한 때의 실험결과를 나타내고, 이 경우의 최소 가공 시간은 20초 전후이다.

제 29 도는, 제 27 도의 실험과 동일조건으로, 판두께 12mm의 연강을 피어싱 가공한 때의 실험 결과를 나타낸다.

제 30 도는, 레이저 발진기 C3000을 사용하고, 하기의 기초 조건(E)로 피크 출력을 3500W로 하고, 판두께12.0mm의 연강을 가공한 때의 피어싱 가공 시간을 측정한 실험결과를 나타낸다.

기초 조건(E)

광로 길이 : 약 6.0m

렌즈초점거리 : 7.50inch

노즐 스탠드 오프 : 2.0mm

노즐 구멍 지름 : 3.0mm

어시스트 가스(산소)압 : 0.10kg/cm²

초점 위치 : 절단위치

제 31 도는 레이저 발진기 C3000을 사용하고, 하기의 기초 조건(F)으로 피크 출력을 3500W로 하고, 판두께 16.0mm의 연강을 가공한 때의 피어싱 가공 시간을 측정한 실험결과의 그래프이다.

광로 길이 : 약 6.0m

렌즈초점거리 : 7.50inch

노즐 스탠드 오프 : 2.0mm 또는 1.0mm

노즐 구멍 지름 : 2.0mm 또는 3.0mm

어시스트 가스(산소)압 : 0.10kg/cm²또는 0.2kg/cm²

초점 위치 : 절단위치

상기 각 실험에 의하여, 종래의 피어싱 가공 방법에 있어서 고속성을 중시하여 가공을 실시한 때의 각패러미터의 값과 그때의 가공 시간을 표 3에 나타낸다.

표 3

표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 고속성을 중시한 때에도, 판두께 6mm의 연강은 1.5±0.5초에 피어싱 가공이 가능하지만, 9mm의 판두께가 되면 최소한 5.3±0.5초 걸리고, 판두께가 12mm가 되면, 피크 출력을 3500W로 한 때에 최소의 6.4±1.0초, 판두께가 16mm가 되면 최소로 9.5±3.0초의 피어싱 시간이 걸리는 것을 알 수 있다.

표 3에 표시하는 종래의 피어싱 가공 방법에 있어서의 가공 시간과, 표 2에 표시하는 본 발명의 피어싱가공 방법에 의한 고속성을 중시한 가공의 가공 시간을 비교하면 본 발명이 가공 시간을 짧게 하는 것을 알 수 있다. 또, 종래의 방법과 본 발명의 표 1에 표시하는 표준적인 피어싱 가공과 비교해도, 피어싱 가공시간은 본 발명이 훨씬 짧고, 열폭주를 방지한 표준적인 사용의 경우에는, 본 발명의 방법에 의한 피어싱가공에서는 종래의 방법과 비교해서, 피어싱 가공시간을 종래의 방법의 1/3-1/5로 단축할 수 있다.

본 발명의 피어싱 가공을 실시할 때에는, 사용하는 레이저 발진기, 공작물의 판두께, 및 표준 사용으로 실시하느냐 고속성을 중시하여 가공을 실시하느냐에 따라서, NC 레이저 장치에 피크 출력 가공 개시시의 초기 펄스 주파수 Po, 초기 펄스 듀티비 Qo,1스텝의 펄스 주파수 증가량 P, 펄스 듀티비 증가량 Q,1스텝의 시간 간격 T, 펄스 주파수, 펄스 듀티비의 증가 회수(또는 증가시간 T₁) N을 설정한다.

초기 펄스 주파수 Po 및 초기 펄스 듀티비 Qo로 가공을 개시하고, 소정의 시간 T가 경과할 때마다 소정의 펄스 주파수 증가량 P, 펄스 듀티비 증가량 Q를 증가시키는 동시에, 증가 회수를 계수하고, 설정 증가 회수 N에 달하면, 이후는, 가공이 종료할 때까지 펄스 주파수, 펄스 듀티비를 바꾸지 않고 가공을 실시한다.

상기 각 패러미터의 설정은, CRT/MDI(18)로 수동으로 설정해도 좋고, 또 가공 프로그램중에 이들 설정치를 설정하는 방식도 좋다. 고속 가공이나 통상 가공이냐에 따라서, 또, 판두께 및 피크 출력에 따라서 상기 각 패러미터 Po, Qo, P, Q, T, N을 기억한 테이블을 고정기억 장치(ROM) 등에 기억시켜 놓고, 고속 가공인가 통상 가공인가를 설정하는 동시에 판두께와 피크 출력을 설정하므로서, 톄이블에서 상기 각 패러미터의 값을 판독하고, 이 패러미터의 값에 따라서 가공을 제어한다.

Claims

초기 펄스 주파수 및 초기 펄스 듀티비로 가공을 개시하는 단계와, 제1의 소정시간이 경과할 때마다 펄스 주파수 및 펄스 듀티비를 각각 소정 증가량 만큼 증가시키는 단계와, 펄스 주파수 및 펄스 듀티비를 소정회수만큼 증가시킨 후에는, 펄스 주파수 및 펄스 듀티비를 유지하고 가공 종료까지 피어싱 가공을 행하는 단계로 구성되는 레이저 가공에 있어서의 피어싱 가공 방법에 있어서, 상기 초기 펄스 주파수 및 초기 펄스 듀티비, 상기 제1의 소정시간, 상기 펄스 주파수 및 펄스 듀티비의 증가량, 및 상기 증가 회수는피가공물의 판두께 및 레이저 피크출력에 따라서 변화하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공에 있어서의 피어싱 가공 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 소정회수는, 피가공물의 판두께 9mm 내지 16mm, 레이저의 피크 출력 2500W 내지 3500W에 있어서 9 내지 11회인 레이저 가공에 있어서의 피어싱 가공 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 소정회수는 피가공물의 판두께 19mm 내지 22mm, 레이저의 피크 출력 2500Ｗ 내지 3500W에 있어서 12 내지 14회인 레이저 가공에 있어서의 피어싱 가공 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 제1의 소정시간은 300 내지 500msec인 레이저 가공에 있어서의 피어싱 가공방법.
제 1 항에 있어서, 상기 펄스 주파수의 증가량은 5Hz인 레이저 가공에 있어서의 피어싱 가공 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 펄스 듀티비의 증가량은 1%인 레이저 가공에 있어서의 피어싱 가공 방법.
초기 펄스 주파수 및 초기 펄스 듀티비로 가공을 개시하는 단계와, 제1의 소정시간이 경과할 때마다 펄스 주파수 및 펄스 듀티비를 각각 소정 증가량 만큼 증가시키는 단계와, 가공개시이서 제2의 소정시간이 경과한 후에는, 펄스 주파수 및 펄스 듀티비를 유지하여 가공 종료까지 피어싱 가공을 실시하는 단계로 구성되는 레이저 가공에 있어서의 피어싱 가공 방법에 있어서, 상기 초기 펄스 주파수 및 초기 펄스 듀티비,상기 소정시간, 상기 펄스 주파수 및 펄스 듀티비의 소정 증가량, 및 상기 제2의 소정시간은 피가공물의 판두께 및 레이저 피크출력에 따라서 변화하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공에 있어서의 피어싱 가공 방법.
제 7 항에 있어서, 상기 제1의 소정시간은, 300 내지 500msec인 레이저 가공에 있어서의 피어싱 가공방법.
제 7 항에 있어서, 상기 펄스 주파수의 증가량온 5Hz인 레이저 가공이 있어서의 피어싱 가공 방법.
제 7 항에 있어서, 상기 펄스 듀티비의 증가량은 1%인 레이저 가공에 있어서의 피어싱 가공 방법.