WO1991004124A1 - Methode d'usinage par laser - Google Patents

Description

明 細 書 レーザ加工方法 技 術 分 野

本発明はレーザビームを使用して、 鋭角を有する加工通路 を加工するレーザ加工方法に関し、 特に熱影響が生じ易い銳 角加工部においても S動的に切断加工を効率よく施工するた めのレーザ加工方法に関する。 背 景 技 術

レーザビームを用いた切断加工は、 材料の切断個所にレー ザビ一ムを照射し、 同時にノ ズル先端から、 アシス トガスを 吹きつけている。 金属材料の切断時には、 アシス トガスは通 常酸素を用い、 レーザによる熱エネルギ—加工に酸化反応を 協働させており、 局部的な熱加工の桀合となっている。 鋭角 加工部においては、 加工テーブルの移動速度が実質的に低下 し、 単位時間あたりの加工材料への投入熱量は増大し、 特に 折り返し直後では、 熱伝導により切断加工以前に、 局部的な 熱を既に持っているため、 鋭角先端部は溶けて落ちてしまい、 その近傍においても、 同じ理凼から著しい切断面粗度低下を 招いていた。

鋭角の小さい角度側が製品である場合と大きい 度側が製 品である場合により対処方法は異なつている。

鋭角側 （切断通路の内側） が製品である ¾合には、 ループ 処理と呼ばれている方法が用いられている。 これは、 鋭角の 折り返し点を越えたところまで切断加工を続行し、 適当な大 きさの円弧または直線を描いて加工を続行し、 折り返し点に 戻り、 本来目的とする加工軌跡を再開するという方法であり、 この方法を用いれば、 加工テーブルの慣性力とサ一ボモータ との相関関係に起因する、 鋭角での実質的な加工速度の低下 を軽減することができる。 また、 ループの大きさを大きくす れば突質上、 鋭角先端を冷却することになる。

逆に鈍角側 （切断通路の外側） が製品である場合には、 折 り返し点に到達する以前に、 加工条件を変化させて、 投入熱 量を極力小さ くする試みを行い、 折り返し点以降も適当な距 離まで加工が進む間、 同様の操作を行うという方法がとられ ている。

しかし、 鋭角側が製品である場合は、 ループ処理部の加工 軌跡のプログラムを本来目的とする加工軌跡以外に作る手間 が生じ、 加工する材料の板厚や鋭角の角度によりループの大 きさを変化させる必要も生じる。 また、 不要な加工が付加さ れるという ことになり、 材料を必要以上に消費してしまうこ とになる。

また、 鈍角側が製品の ¾合は、 加工条件の設定が著しく困 難であり、 どの程度の位置に来たら加工条件を変化させ、 ど の程度の位置まで加工が進行したら元の加工条件に戻すか等、 経験と勘にたよったノ ゥハゥが必要となり、 また、 投入熱 E をおさえる加工を行つているからには、 切断加工不可能とい う限^が生じてく る。 また、 この加工方法は加工条件をいろ いろと変化させるものであるため、 加工プログラムが複雑と なり、 運用上問題が:ある。 発 明 の 開 示

本発叨はこのような点に鑑みてなされたものであり、 加工 プログラムを複雑にしたり、 本来必要と しない部分までの加 ェを行ったりすることなく、 鋭角加工を自動的に行うための レーザ加工方法を提供するこ とを目的とする。

本発明では上記課遝を解決するために、

C N C レーザ加工機での、 鋭角を有する加工通路を加工す るレーザ加工方法において、 予め加工プログラムを先読みし て、 加工通路が予め設定された許容角度以下の鋭角であるこ とを検出し、 前記鋭角の先端まで通常の加工条件で切断加工 移動を行い、 前記先端に到達した時、 自動的にレーザビーム の照射を停止し、 予め設定された所定時 Bflの Rij、 冷却媒体を 噴出せしめ、 所定時間経過後、 設定された穴あけ加工条件で 穴あけ加工を行い、 前記通^の切断加工条件で切断加工を続 行することを特徴とするレーザ加工方法が、 提供される。

数値制御装置 （C N C ) は加工プログラムを先読みし、 加 ェ通路に許容角以下の鋭角があることを検出する。 この鋭角 の顶点までは通常の加工条件で加工を行い、 鋭角の頂点で加 ェを停止し、 冷却媒体で所定の時間、 頂点近傍を冷却して、 レーザビームの過熱による切断面粗度の低下を防止する。 冷 却後に穴あけ加工条件で切断加工を行って加工を続行する。 図 面 の 簡 単 な 説 明

第 1図は本発明めレーザ加工方法を説明するための図、 第 2図は本発明を実施するための C N C レーザ装置の構成 を示したブ口 ッ ク図である。 発明を実施するための最良の形態 以下、 本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第 2図は本発明を実施するための C N C レーザ装置の構成 を示したブロ ッ ク図である。 図において、 プロセッサ 1 は図 示されていない R O Mに格納された制御プログラムに基づい て、 メモリ 1 0 に格納された加工プログラムを読みだし、 C N C レーザ装置全体の動作を制御する。 出力制御回路 2は内 部に D Z Aコ ンバータを内蔵しており、 プロセッサ 1から出 力された出力指令値を電流指令値に変換して出力する。 励起 用電源 3は商用電源を整流した後、 スィ ッチング動作を行つ て高周波の電圧を発生し、 電流指令値に応じた高周波電流を 放電管 4に供給する。

放電管 4の内部にはレーザガス 1 9が循還しており、 励起 用電源 3から高周波電圧が印加されると放電を生じてレーザ ガス 1 9が励起される。 リア鏡 5は反射率 9 9 . 5 %のゲル マニウム （ G e ) 製の鏡、 出力鏡 6は反射率 6 5 %のジンク セ レン （ Z n S e ) 製の鏡であり、 これらはフアブリペロ ー 型共振器を構成し、 励起されたレーザガス分子から放出され る 1 0 . 6 mの光を増幅して一部を出力鏡 6からレーザ光 7 と して外部に出力する。 出力されたレーザ光 7は、 ベンダミ ラ一 8で方向を変え、 集光レ ンズ 9によ て 0 . 2 rn m以下のスポ ッ ト に^光され てワーク 3 1 の表面に照射される。

メ モ リ 1 0 は加工プログラ厶、 各種のパラメ 一タ等を格納 する不揮発性メ モ リ であり、 バッテ リバッ クアツプされた C M〇 Sが使用される。 なお、 この他にシステムプログラムを 格納する R〇M、 一時的にデータを格納する R A Mがあるが、 本図ではこれらを省略してある。

位置制御回路 1 1 はプロセッサ 1 の措令によつてサ一ボア ンプ 1 2を介してサ一ボモータ 1 3を回転制御し、 ボールス ク リ ュー 1 4及びナツ ト 1 5によってテーブル 1 6の移動を 制御し、 ワーク 3 1の位置を制御する。 図では 1軸のみを表 示してあるが、 実際には複数の制御軸がある。 表示装置 1 8 には C R T或いは液晶表示装置等が使用される。

送風機 2 0 にはルーツプロヮが使用され、 レーザガス 1 9 を冷却器 2 1 a及び 2 1 bを通して循環する。 冷却器 2 1 a はレーザ発振を行って高温となったレーザガス 1 9を冷却す るための冷却器であり、 冷却器 2 1 bは送風器 2 0による圧 縮熱を除去するための冷却器である。

冷却媒体制御回路 2 2は電磁弁 2 3をオン、 オフ して冷却 媒体 2 6を制御する。 冷却媒体 2 6 と してはガス、 水、 水蒸 気等が使用される。

パワーセンサ 2 4は熱 'あるいは光 '変換素子等で構成さ れ、 リ ァ鏡 5から一部透過して出力されたレーザ光を入力し てレーザ光 7の出力パヮ一を測定する。 A Z D変換器 2 5 は パワーセンサ 2 4の出力をディ ジタル値に変換してプロセッ サ 1 に入力する。

第 1図は本発明のレーザ加工方法を説叨するための図であ る。 ワーク 3 1で、 切断加工開始点 3 2から鋭角先端 3 3を 経過し、 切断終了点 3 4まで切断加工を行う際、 切断開始点 3 2で、 穴あけ加工条件にて穴あけを行い、 終了後、 切断加 ェ条件にて鋭角先端 3 3まで移動を行わせる。

数値制御装置 （C N C ) は、 鋭角先端 3 3に到達する以前 に、 加工プログラムの先読みを行い、 角度自動判別を行い、 設定された許容角より も小さい角度であれば、 鋭角先端 3 3 に到達した時、 レーザビームの照射を停止する信号を出力し て、 レーザビームの照射を所定時間停止する。 この間に、 鋭 角先端 3 3の近傍に、 ガス、 水蒸気、 水などの冷却媒体 2 6 を用いて、 鋭角先端 3 3の冷却を行わせる。 所定時問経過後、 穴明け加工条件にて、 切断加工開始点 3 2で行った、 穴明け 加工と同様の加工を行い、 終了後、 切断加工開始点 3 2から 鋭角先端 3 3までと同じ切断加工条件のもとでワーク 3 1を 切断終了点 3 4まで移動させ、 切断終了点 3 4に到達した時、 レーザビームの照射を停止させる。

本発明によって、 炭酸ガス レーザ出力 2 K Wにて、 板厚 1 6 m mの 3 0度锐角加工を行った場合、 空気を冷却媒体とし、 冷却時間が約 2秒で、 他の切断加工条件を変化させることな く、 面粗度が鋭角以外の部分と同様な加工を行うことができ 以上説明したように、 本発明では、 数値制御装置で、 許容 角度以下の加工通路を検出して、 鋭角先端でレーザビームを 停止して、 冷却媒体で冷却後に加工を再開するようにしたの で、 作業者は加工軌跡のみを意識して、 切断加工プログラム を作成することができる。

この結果、 従来失敗が多かった鋭角切断加工に対して、 鋭 角を意識することなく、 加工を行う ことができ、 ループ処理 は不要となるため、 加工材料の使用量を最小限にとどめるこ とができる。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . C N C レーザ加工機での、 銳角を有する加工通路を加 ェするレーザ加工方法において、

予め加工プログラムを先読みして、 加工通路が予め設定さ れた許容角度以下の鋭角であること検出し、

前記鋭角の先端まで通常の加工条件で切断加工移動を行い、 前記先端に到達した時、 自動的にレーザビームの照射を停 止し、

予め設定された所定時間の間、 冷却媒体を噴出せしめ、 前期所定時間経過後、 設定された穴あけ加工条件で穴あけ 加工を行い、

前記通常の切断加工条件で切断加工を続行することを特徴 とするレーザ加工方法。

2 . 前記冷却媒体はガス、 水、 水蒸気のいずれかを使用す ることを特徴とする特許請求の範囲第 1項記載のレーザ加工 方法。

3 . 前記許容角度は加工条件に、 パラメ ータとして格納し ておく ことを特徴とする特許請求の範囲第 1項記載のレーザ 加工方法。