WO1994021417A1 - Laser beam machining method and apparatus therefor - Google Patents

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WO1994021417A1
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processing
machining
laser
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Inventor
Yoshinori Nakata
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Fanuc Ltd
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting

Definitions

  • the present invention relates to a laser processing method and apparatus for performing laser processing by irradiating a workpiece with a laser beam, and more particularly to a laser processing method for performing processing of a shape in which a processing start point and a processing end point coincide. And a device therefor. Background technology
  • FIGS. 4 (A) and 4 (B) are illustrations of conventional drilling. As shown in Fig. 4 (A), when drilling, first drill at point P1, then cut from point P1 to point Q1, and cut at point Q1. She started the outer circumference machining and returned to Q1 point after making a full circle.
  • a notch burn-through part
  • the lower part of the plate melts down more than the original cut groove, and the cut surface is not vertical.
  • the greater the thickness of the notch the greater the probability of occurrence.
  • Stress was concentrated in that area, which was likely to cause cracking and destruction, and also impaired the appearance, which was considered to be a drawback of laser processing.
  • FIGS. 5 (A) and 5 (B) an experiment as shown in FIGS. 5 (A) and 5 (B) was performed.
  • Fig. 5 (A) drilling is performed at point P2, and then cutting is performed to point R2 via point Q2.
  • the point Q2 is the force corresponding to the start point of the outer peripheral machining. At this stage, almost no notch was formed at the start point Q2.
  • Fig. 5 (B) drilling is performed at point P3, and after that, in cutting, it reaches point R3 via point Q3, and then moves to point S3 for drilling. Then, the cutting process reaches Q3 point again, and the cutting process ends at that Q3 point.
  • a notch was formed at Q3, which corresponds to the start and end points of the outer periphery machining. In other words, it was found that when the start point and the end point of the outer peripheral machining coincide, a notch occurs. Disclosure of the invention
  • the present invention has been made in view of such a point, and a laser processing method and a laser processing method in which a notch is not generated even when performing processing of a shape in which a processing start point and a processing end point match each other.
  • Equipment The purpose is to provide.
  • a laser processing method for performing laser processing by irradiating a laser beam onto a workpiece, when performing processing of a shape such that a processing start point and a processing end point match, the processing end point is set to the processing start point.
  • the laser processing method is characterized in that the laser processing is performed with the laser processing set near the laser beam.
  • a laser processing apparatus that performs laser processing by irradiating a laser beam onto a workpiece, when performing processing in a shape such that a processing start point and a processing end point match, the processing end point is determined by the processing start point.
  • a laser processing apparatus having laser processing means for performing processing based on a processing trajectory obtained by being set near a point.
  • FIGS. 1 (A) and 1 (B) are diagrams schematically showing an overall configuration for executing the laser processing method of the present invention.
  • FIG. 1 (A) is an overall view, and FIG. Indicates the machining path, respectively.
  • FIG. 2 is a flowchart showing the processing procedure of the present invention.
  • Figure 3 shows the overall configuration of the laser processing device.
  • FIGS. 4 (A) and 4 (B) are explanatory views of conventional drilling.
  • FIG. 4 (A) shows a machining locus
  • FIG. 4 (B) shows a cutout. Shown respectively,
  • Figs. 5 (A) and 5 (B) are explanatory diagrams when a notch occurs, Fig. 5 (A) shows the case where it does not occur, and Fig. 5 (B) shows the case where it occurs. .
  • FIGS. 1 (A) and 1 (B) are diagrams schematically showing an overall configuration for executing the laser processing method of the present invention.
  • FIG. 1 (A) is an overall diagram, and FIG. Indicates a processing locus.
  • CNC 10 controls the operation of the entire laser processing apparatus based on a processing program stored in a memory. That is, the finger pointing signal is sent to the laser oscillator 20 to control the output of the laser beam.
  • a command signal is sent to the machining head 35 and a machining table (not shown) to perform movement control, feed speed control, and the like.
  • the processing head 35 condenses the laser beam from the laser oscillator 20 and emits it to the work 38, moves along the processing locus 40, and performs perimeter processing for drilling the work 38.
  • the processing procedure at that time will be described with reference to Fig. 1 (B).
  • the outer periphery drilling starts with drilling at point P.
  • cutting is performed from the point P to the point Q
  • the outer periphery processing is started at the point Q
  • the cutting is performed along the processing locus 40
  • the point R is reached. Machining conditions are changed at point R to reach point S, and at point S, outer peripheral machining is completed.
  • the processing trajectory 40 is generated by subtracting the minute distance 1 minute between the Q point and the S point, and the processing trajectory 40 is stored in the memory.
  • the minute distance ⁇ L 1 is set to such an extent that the inner portion of the outer periphery can be quickly removed when the outer periphery processing is completed.
  • the value of the minute distance is usually about 1 mm.
  • the CNC 10 subtracts the predetermined distance ⁇ L 2 minutes preset in the memory from the position of the processing end point S, sets the R point before the processing end point S, and sets the R point at that R point.
  • Change the processing conditions By changing the processing conditions, for example, the moving speed becomes slower, and the laser beam output becomes lower.
  • the change of the processing conditions at the point R is performed in steps. Alternatively, it may be performed gradually from point R to point S.
  • FIG. 2 is a flowchart showing the processing procedure of the present invention.
  • the number following S represents the step number.
  • the machining end point S is set by subtracting the minute distance ⁇ L1 from the start point Q of the outer peripheral machining, and the machining locus 40 is generated.
  • FIG. 3 is a diagram showing the overall configuration of a laser processing apparatus to which the present invention is applied.
  • the laser processing device is composed of a numerical controller (CNC) 10, a laser oscillator 20 and a laser processing machine 30.
  • the CNC 10 is configured around a processor 11.
  • EPR0M or EER0M is used for ROM12, and the system program is stored.
  • the non-volatile memory 13 uses a battery-backed-up CM0S, and stores a machining program to be retained even after power is turned off, a program for executing the present invention, various parameters, and the like.
  • the processor 11 reads out a machining program and a program for executing the present invention based on the system program, and controls the operation of the entire apparatus.
  • the I / O unit 15 converts the control signal from the processor 11 and sends it to the laser oscillator 20.
  • the laser oscillator 20 emits a pulsed laser beam 21 in accordance with the converted control signal.
  • the laser beam 21 is reflected by the bending mirror 22 and sent to the laser beam machine 30.
  • the CNC 10 is connected to the CRT MDI 16, and various programs and data are input in an interactive manner by using the CRTZ MDI 16.
  • the laser processing machine 30 includes a processing machine main body 34, a processing head 35 for irradiating the work 38 with the laser beam 21, and a table 37 to which the work 38 is fixed.
  • the laser beam 21 introduced and focused on the processing head 35 is irradiated on the workpiece 38 from the nozzle 36.
  • the laser beam machine main body 34 is provided with servomotors 31 and 32 for controlling the movement of the table 37 in two directions of the X axis and the Y axis.
  • a suction head 33 for controlling the movement of the processing head 35 in the Z-axis direction.
  • These servo modules 31 1, 32 and 33 are the servo amplifiers 17 on the CNC 10 side, 18 and 19, respectively, and its rotation is controlled according to an axis control signal from the processor 11.
  • the table 37 and the processing head 35 move according to the rotation.
  • the laser beam 21 emitted from the nozzle 36 draws a locus on the work 38 in accordance with the movement of the table 37, and cuts the work 38 into a predetermined shape.
  • the machining start point Q and the machining end point S of the outer machining are not coincident with each other, and the machining end point S is set by subtracting a minute distance for one minute. . For this reason, it is possible to avoid the occurrence of a notched portion (burned-out portion) that occurs when the processing start point and the processing end point are aligned. Therefore, cracks and destruction due to stress concentration can be prevented, and the appearance of the product can be improved.
  • the machining end point S is set by subtracting a minute distance ⁇ L1 from the machining start point Q of the outer periphery machining (', but an arbitrary position near the machining start point Q, for example, It is also possible to set a position on the trajectory of the outer circumference that has passed the processing start point Q by a predetermined distance, or to set the processing end point S inside the outer circumference, in which case the above minute distance is reduced by 1 minute. It is possible to obtain the same effect as when the setting is made, and it is possible to avoid the occurrence of a notch at the machining end point S.
  • the processing start point and the processing end point In the case of performing machining of a shape that matches the shape, laser machining is performed with the machining end point set near the machining start point. For this reason, it is possible to avoid the occurrence of a notched portion (burned-out portion) that occurred when the processing start point and the processing end point were aligned.

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Description

明 細 書 レーザ加工方法及びその装置 技 術 分 野
本発明はレーザビームをワークに照射してレーザ加工を行う 際のレーザ加工方法及びその装置に関し、 特に加工開始点と加 ェ終了点とがー致するような形状の加工を行う場合のレーザ加 ェ方法及びその装置に関する。 背 景 技 術
従来、 レーザビームでワークを加工する場合、 穴明け加工の ように、 加工開始点と加工終了点とがー致する形状の加工は、 その形状通りに加工開始点と加工終了点とを一致させて行って いた。
図 4 ( A ) 及び図 4 ( B ) は従来の穴明け加工の説明図であ る。 図 4 ( A ) に示すように、 穴明け加工を行う場合は、 先ず P 1 点で穴明け加工を行い、 次に P 1 点から Q 1 点まで切断加 ェを行い、 Q 1 点にて外周加工を開始し一周して再び Q 1 点に 戻っていた。
しかし、 このような穴明け加工を行った場合、 図 4 ( B ) に 示すように、 外周加工の開始点であり、 かつ終了点である Q 1 点においては、 切り欠け部 （溶け落ち部） が発生するこ とがあ る。 切り欠け部は本来の切断溝以上に板の下側部が溶け落ち、 切断面が垂直でなくなる。 この切り欠け部は、 板厚が厚くなれ ばなる程、 発生確率が大き く なる。 この切り欠け部があると、 その部分に応力が集中して亀裂や破壊の原因となりやすく、 美 観も損ねるため、 レーザ加工の欠点とされていた。
一方、 切り欠け部発生を防止するために、 例えば軟鋼切断加 ェの場合、 加工終了点の手前でアシス トガスを酸素ガスから空 気に切り換えて、 切断加工を鈍化させるというような方法も提 案されているが、 顕著な効果を得るこ とができなかった。 また 外周加工の加工軌跡に工夫を施す試みもなされたが、 やはり顕 著な効果を得るに至らなかった。
そこで、 切り欠け部発生のメカニズムを解明すべく図 5 ( A ) 及び図 5 ( B ) に示すような実験を行った。 図 5 ( A ) で は、 P 2点にて穴明け加工を行い、 以降切断加工にて Q 2点を 経由し R 2点に到る。 Q 2点は、 外周加工の開始点に相当する 力 このような段階では、 開始点 Q 2では切り欠け部はほとん ど発生しなかった。
図 5 ( B ) では、 P 3点にて穴明け加工を行い、 以降切断 加工にて Q 3点を経由して R 3点に到り、 続いて S 3点に移動 して穴明け加工を行い、 以降切断加工にて再度 Q 3点に到り、 その Q 3点で切断加工を終了する。 その結果、 外周加工の開始 点及び終了点に相当する Q 3点にて切り欠け部が発生した。 す なわち、 外周加工の開始点と終了点が一致するとき、 切り欠け 部が発生することが分かった。 発 明 の 開 示
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、 加工開 始点と加工終了点とがー致するような形状の加工を行う場合で も、 切り欠け部が発生しないレーザ加工方法及びその装置を提 供するこ とを目的とする。
本発明では上記課題を解決するために、
レーザビームをワークに照射してレーザ加工を行う際のレー ザ加工方法において、 加工開始点と加工終了点とがー致するよ うな形状の加工を行う場合、 前記加工終了点を前記加工開始点 の近傍に設定してレーザ加工を行う ことを特徴とする レーザ加 ェ方法が、 提供される。
また、 レーザビームをワークに照射してレーザ加工を行う レ 一ザ加工装置において、 加工開始点と加工終了点とがー致する ような形状の加工を行う場合、 前記加工終了点を前記加工開始 点の近傍に設定して得られた加工軌跡に基づいて加工を行う レ 一ザ加工手段を有することを特徴とするレーザ加工装置が、 提 供される。
加工開始点と加工終了点とがー致するような形状の加工を行 う場合、 加工終了点を加工開始点の近傍に設定してレーザ加工 を行う。 このレーザ加工では、 加工開始点と加工終了点とは一 致しないので、 切り欠け部発生を回避するこ とができる。 図 面 の 簡 単 な 説 明
図 1 ( A ) 及び図 1 ( B ) は本発明のレーザ加工方法を実行 するための全体構成を概略的に示す図であり、 図 1 ( A ) は全 体図を、 図 1 ( B ) は加工軌跡をそれぞれ示し、
図 2は本発明の処理手順を示すフローチヤ一 ト、
図 3はレーザ加工装置の全体構成図、
図 4 ( A ) 及び図 4 ( B ) は従来の穴明け加工の説明図であ り、 図 4 ( A ) は加工軌跡を、 図 4 ( B ) は切り欠け部発生を それぞれ示し、
図 5 (A) 及び図 5 ( B) は切り欠け部が発生する場合の説 明図であり、 図 5 ( A) は発生しない場合を、 図 5 ( B ) は発 生する場合をそれぞれ示す。 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。
図 1 (A) 及び図 1 ( B ) は本発明のレーザ加工方法を実行 するための全体構成を概略的に示す図であり、 図 1 (A) は全 体図を、 図 1 ( B ) は加工軌跡をそれぞれ示している。 図 1 ( A) において、 C N C 1 0は、 メモリに格納された加工プロ グラムに基づいて、 レーザ加工装置全体の動作を制御する。 す なわち、 その指合信号をレーザ発振器 2 0 に送って、 レーザビ ームの出力制御等を行う。 また、 加工へッ ド 3 5や図示されて いない加工テーブルに指令信号を送り、 その移動制御や送り速 度制御等を行う。
加工へッ ド 3 5 は、 レーザ発振器 2 0からのレーザビームを 集光してワーク 3 8 に出射すると共に、 加工軌跡 4 0 に沿って 移動し、 ワーク 3 8 に対する穴明け外周加工を行う。 そのとき の加工手順を図 1 ( B) を用いて説明する。
穴明け外周加工は、 図 1 ( B) に示すように、 先ず P点での 穴明け加工から始まる。 次に P点から Q点まで切断加工が行わ れ、 Q点にて外周加工を開始し、 加工軌跡 4 0 に沿って切断加 ェが行われ、 R点に到る。 R点で加工条件が変更されて S点に 到り、 その S点で外周加工が完了する。
上記穴明け外周加工を実行する場合、 C N C 1 0 は、 Q点か ら開始する一周分の加工軌跡から、 Q点と S点との間の微小距 離 1 分を減じて加工軌跡 4 0を生成し、 その加工軌跡 4 0 をメモリ に格納する。 この微小距離 Δ L 1 は、 外周加工完了時 に、 その外周の内側部分を速やかに除去できる程度に設定され る。 微小距離の値は通常 1 mm程度である。
また、 C N C 1 0は、 加工終了点 Sの位置から、 メモリ に予 め設定されている所定距離 Δ L 2分を減じて、 加工終了点 Sの 手前に R点を設定し、 その R点で加工条件を変更する。 その加 ェ条件変更によって、 例えば移動速度はより緩やかになり、 レ 一ザビーム出力はより低く なる。 この R点での加工条件変更は. ステップ状に行われる。 あるいは、 R点から S点まで徐々 に行 うようにしてもよい。
図 2は本発明の処理手順を示すフローチャー トである。 図中 Sに続く数字はステツプ番号を表す。
〔 S 1 〕 外周加工の開始点 Qから微小距離 Δ L 1 分を減じて加 ェ終了点 Sを設定し、 加工軌跡 4 0を生成する。
〔 S 2〕 加工終了点 Sから所定距離 2分を減じて R点を設 £する。
〔 S 3〕 Ρ点での穴明けから加工を開始し、 Q点で外周加工に 入り、 そのまま R点まで加工軌跡 4 0 に沿つて切断加工を行う c
〔S 4〕 R点で加工条件を変更する。
〔 S 5〕 S点で加工を完了する。
図 3 .は本発明が適用されるレーザ加工装置の全体構成を示す 図である。 図において、 レーザ加工装置は、 数値制御装置 （ C N C ) 1 0、 レーザ発振器 2 0及びレーザ加工機 3 0から構成 される。 C N C 1 0 は、 プロセッサ 1 1 を中心に構成されている。 R O M 1 2 には E P R 0 Mあるいは E E R 0 Mが使用され、 シス テムプログラムが格納される。 また、 不揮発性メモ リ 1 3 には バッテリバッ クアップされた C M 0 Sが使用され、 電源切断後 も保持すべき加工プログラムや本発明を実行するプログラム、 各種パラ メ一夕等が格納される。 プロセッサ 1 1 は、 システム プログラムに基づいて、 加工プログラムや本発明を実行するプ ログラムを読み出し、 装置全体の動作を制御する。
I ノ0ユニッ ト 1 5 は、 プロセッサ 1 1 からの制御信号を変 換してレーザ発振器 2 0 に送る。 レーザ発振器 2 0 は、 変換さ れた制御信号に従ってパルス状のレーザビーム 2 1 を出射する, このレーザビーム 2 1 は、 ベンディ ングミ ラ一 2 2で反射して レーザ加工機 3 0 に送られる。
C N C 1 0 には C R Tノ M D I 1 6が接続されており、 この C R T Z M D I 1 6 を用いて各種のプログラムやデータが対話 形式で入力される。
レーザ加工機 3 0 は、 加工機本体 3 4、 ワーク 3 8 にレーザ ビーム 2 1 を照射する加工へッ ド 3 5、 及びワーク 3 8が固定 されるテーブル 3 7を備えている。 加工ヘッ ド 3 5 に導入され て集光されたレーザビーム 2 1 は、 ノズル 3 6からワーク 3 8 に照射される。
レーザ加工機本体 3 4 には、 テーブル 3 7を X軸及び Y軸の 2方向に移動制御するためのサーボモータ 3 1 及び 3 2が設け られている。 また、 加工へッ ド 3 5 を Z軸方向に移動制御する ためのサ一ボモ一夕 3 3が設けられている。 これらのサーボモ 一夕 3 1 、 3 2及び 3 3 は、 C N C 1 0側のサ一ボアンプ 1 7 、 1 8及び 1 9 にそれぞれ接続されており、 プロセッサ 1 1 から の軸制御信号に従ってその回転が制御される。 テーブル 3 7及 び加工へッ ド 3 5 は、 その回転に応じて移動する。 ノズル 3 6 から照射されたレーザビーム 2 1 は、 テーブル 3 7の移動に応 じてワーク 3 8上に軌跡を描き、 ワーク 3 8を所定形状に切断 する。
このように、 本実施例では、 穴明けの外周加工において、 外 周加工の加工開始点 Qと加工終了点 S とを一致させず、 微小距 離 1 分だけ減じて加工終了点 Sを設定した。 このため、 加 ェ開始点と加工終了点とがー致した場合に発生していた切り欠 け部 （溶落ち部） の発生を回避することができる。 したがって. 応力集中による亀裂や破壊の発生も防止するこ とができ、 製品 としての美観も向上させることができる。
また、 加工終了点 Sの手前に R点を設定し、 加工条件を変化 させるようにしたので、 加工終了点 Sでの加工停止を速やかに 行う ことができ、 その点からも加工終了点 Sでの切り欠け部発 生をより確実に回避することができる。
上記の説明では、 加工終了点 Sを、 外周加工の加工開始点 Q から微小距離 Δ L 1 分を減じて設定するよう（'こしたが、 加工開 始点 Qの近傍の任意の位置、 例えばその外周加工の軌跡上で加 ェ開始点 Qを所定距離分だけ通り過ぎた位置や、 外周の内側に 加工終了点 Sを設定してもよい。 その場合にも、 上記の微小距 離 1 分だけ減じて設定したときと同様の効果を得るこ とが でき、 加工終了点 Sでの切り欠け部の発生を回避することがで きる。
以上説明したように本発明では、 加工開始点と加工終了点と がー致するような形状の加工を行う場合、 加工終了点を加工開 始点の近傍に設定してレーザ加工を行うように構成した。 この ため、 加工開始点と加工終了点とがー致した場合に発生してい た切り欠け部 （溶落ち部） の発生を回避するこ とができる。
したがって、 応力集中による亀裂や破壊の発生も防止するこ とができ、 また、 製品としての美観も向上させるこ とができる,

Claims

請 求 の 範 囲
1 . レーザビームをワークに照射してレーザ加工を行う レー ザ加工方法において、
加工開始点と加工終了点とがー致するような形状の加工を行 う場合、 前記加工終了点を前記加工開始点の近傍に設定してレ 一ザ加工を行う ことを特徴とするレーザ加工方法。
2 . 前記加工終了点の手前で加工条件を変化させるこ とを特 徵とする請求項 1 記載のレーザ加工方法。
3 . レーザビームをワークに照射してレーザ加工を行う レー ザ加工装置において、
加工開始点と加工終了点とがー致するような形状の加工を行 う場合、 前記加工終了点を前記加工開始点の近傍に設定して得 られた加工軌跡に基づいて加工を行う レーザ加工手段を有する こ とを特徴とするレーザ加工装置。
4 . 前記加工終了点の手前で加工条件を変化させて加工を行 う加工条件変更手段を有するこ とを特徴とする請求項 3記載の レ一ザ加工装置。
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