WO2018174020A1

WO2018174020A1 - レーザ切断加工方法及び装置、並びに、自動プログラミング装置

Info

Publication number: WO2018174020A1
Application number: PCT/JP2018/010861
Authority: WO
Inventors: 英俊金; 小俣　均; 宏明石黒; 岡本　拓也; 原　英夫; 正人國廣
Original assignee: 株式会社アマダホールディングス
Priority date: 2017-03-22
Filing date: 2018-03-19
Publication date: 2018-09-27
Also published as: US10974346B2; JPWO2018174020A1; US20200001401A1; EP3603874A1; EP3603874A4; JP6524368B2; EP3603874B1

Abstract

レーザ切断加工方法によれば、板状のワーク材から加工品が落下しないように加工品をレーザ切断加工する。当該レーザ切断加工方法では、ワーク材から切断分離される加工品の周囲に、加工品の輪郭線に沿ったレーザ切断加工によって湾曲されて加工品の周面を押圧する押圧突出部の切断溝を予めレーザ切断加工する。その後、加工品の輪郭線に沿ってレーザ切断加工を行う。輪郭線のレーザ切断加工によって押圧突出部が切断された加工品に向けて湾曲して、加工品が押圧突出部によって保持される。

Description

レーザ切断加工方法及び装置、並びに、自動プログラミング装置

　本発明は、レーザ切断加工方法及び装置[laser cutting method and machine]、並びに、自動プログラミング装置[an automatic programing apparatus]に関する。

　レーザ加工によって板状のワーク材[workpiece]から加工品[processed part]を切断分離する際に、加工品がワーク材を載置している複数のピンサポートに引っ掛かったりワーク材の上に載ってレーザ加工ヘッドの移動を阻害したり、加工品がワーク材の下に入り込んだりすることがある。このようなことを防止するために、マイクロジョイントと称する微細な接続部によってワーク材と加工品とを接続して、加工品をワーク材から完全には分離させないようにする。この場合、ワーク材から加工品を取り外すと、加工品にマイクロジョイントに起因する微細な突起が生じることがあり、微細突起を除去する工程が必要となる。そこで、マイクロジョイントを用いることなく、ワーク材と加工品とを接続することが提案されている（下記特許文献１又は２参照）。

　なお、「マイクロジョイント」は、一般的に、レーザ加工中に加工品がワーク材から落下しないように、加工品をワーク材に繋ぎ止めておくためのジョイント加工であり、「ワイヤジョイント」とも称される。「マイクロジョイント」では、数マイクロメータから数百マイクロメータの幅を持つジョイント部を形成させつつ加工品の輪郭線を切断することで、加工品をワーク材に繋ぎ止めておく。

日本国特開平５－２４５６７１号公報日本国特開平６－２３８４７５号公報

　上記特許文献１は、レーザ加工によって板状のワーク材から切断片（加工品）を切断分離する際に、レーザ加工の切断線（スリット）上に接着剤を供給して、ワーク材からの切断片の分離を抑止するレーザ加工方法を開示している。従って、ワークから切断片を分離する際には、接着剤を除去する必要がある。

　上記特許文献２は、レーザ加工によってワーク材から製品を切断分離する際に、レーザ光によるワーク材の溶融物[melted residue]によって、ワーク材からの切断片の分離を抑止するレーザ加工方法を開示している。レーザ加工条件によっては、製品が溶融物によって溶融されて、溶融物が強固に製品に付着してしまうことがある。この場合、製品に付着した溶融物を除去する必要がある。

　また、波長が１μｍ帯のファイバレーザの集束ビーム径は、波長が１０μｍ帯の炭酸ガスレーザのそれに比して小さいので、ファイバレーザによる切断スリットは狭い。炭酸ガスレーザによる切断では、切断スリットが広いので、切断片は引っ掛かることなく、複数のピンサポートの間をすり抜けて落下する。しかし、ファイバレーザによる切断では、切断スリットが狭いので、切断片がワーク材に引っ掛かる可能性が高く、レーザ加工ヘッドの移動が阻害されることが懸念される。

　本発明の第１の特徴は、板状のワーク材から加工品を切断分離するためのレーザ切断加工方法であって、（ａ）前記ワーク材から切断分離される前記加工品の周囲に、前記加工品の輪郭線に沿ったレーザ切断加工によって湾曲されて前記加工品の周面を押圧する押圧突出部の切断溝を予めレーザ切断加工し、（ｂ）加工品の輪郭線に沿ってレーザ切断加工を行う、レーザ切断加工方法を提供する。

　本発明の第２の特徴は、板状のワーク材から加工品を切断分離するレーザ切断加工装置であって、前記ワーク材に対してＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に相対移動自在なレーザ加工ヘッドと、前記レーザ加工ヘッドの動作を制御する制御装置とを備えており、前記制御装置が、前記加工品をレーザ切断加工する加工プログラムを格納する加工プログラムメモリと、前記加工プログラムを解析して前記加工品の形状及び寸法を演算するプログラム解析部と、解析された前記加工品の形状及び寸法、並びに、前記ワーク材の板厚に基づいて、前記加工品の重さを演算する重さ演算部と、前記重さ演算部の演算結果に基づいて、前記加工品の輪郭線に沿ったレーザ切断加工によって湾曲されて前記加工品の周面を押圧する押圧突出部の個数を演算する個数演算部と、前記個数演算部の演算結果に基づいて、前記加工品の周囲に前記押圧突出部を配置する押圧突出部配置部と、前記押圧突出部配置部によって配置された位置に押圧突出部を形成するレーザ切断加工プログラムを生成する加工プログラム生成部と、上記加工プログラム生成部によって生成された前記レーザ切断加工プログラムを格納する前記加工プログラムメモリと、前記加工プログラムメモリに格納された前記レーザ切断加工プログラムに従って、前記レーザ加工ヘッドの軸移動を制御する軸移動制御部と、を備えている、レーザ切断加工装置を提供する。

　本発明の第３の特徴は、レーザ切断加工装置の自動プログラミング装置であって、ＣＡＤから入力された加工品の形状及び寸法並びにワーク材の板厚に基づいて、前記加工品の重さを演算する重さ演算部と、前記重さ演算部の演算結果に基づいて、前記加工品の輪郭線に沿ったレーザ切断加工によって湾曲されて前記加工品の周面を押圧する押圧突出部の個数を演算する個数演算部と、前記個数演算部の演算結果に基づいて、前記加工品の周囲に前記押圧突出部を配置する押圧突出部配置部と、前記押圧突出部配置部によって配置された位置に前記押圧突出部を形成し、かつ、前記加工品をレーザ切断加工するレーザ切断加工プログラムを生成する加工プログラム生成部と、前記加工プログラム生成部によって生成された前記レーザ切断加工プログラムを格納する加工プログラムメモリと、前記加工プログラムメモリに格納された前記レーザ切断加工プログラムを、前記レーザ切断加工装置の制御装置に転送するプログラム転送部と、を備えている、自動プログラミング装置を提供する。

ワーク材から加工品を切断分離する方法の説明図（第１例）である。保持突出部の寸法と保持力との関係を示すグラフ（鉄系材料：ＳＥＣＣ）である。保持突出部の寸法と保持力との関係を示すグラフ（鉄系材料：ＳＵＳ）である。保持突出部の寸法と保持力との関係を示すグラフ（アルミ系材料）である。ワーク材から加工品を切断分離する方法の説明図（第２例）である。保持突出部の寸法と保持力との関係を示すグラフ（鉄系材料：ＳＥＣＣ）である。保持突出部の寸法と保持力との関係を示すグラフ（鉄系材料：ＳＵＳ）である。保持突出部の寸法と保持力との関係を示すグラフ（アルミ系材料）である。ワーク材から加工品を切断分離する方法の説明図（第３例）である。突出部が湾曲した状態を示す写真である。レーザ加工装置の概略斜視図である。レーザ加工装置の制御装置のブロック図である。自動プログラミング装置のブロック図である。

　図１に示されるように、板状のワーク材Ｗから、矩形状の加工品１が、レーザ切断加工によって切断分離される。このとき、加工品１をレーザ切断加工によって切断分離する際には、加工品１の切断分離後に不要になるスクラップ[scrap]３の少なくとも１つ以上の箇所に、適宜長さの切断溝[cut slit]１１がレーザ加工によって予め加工される。各切断溝（切断スリット）１１は、加工品１の輪郭線[outline]５に沿って形成されており、長スリット９及び短スリット７によって形成されており、短スリット７に対向する短辺は切断されずに残されている。各切断溝１１は、長スリット９及び短スリット７によって形成された連続するスリット形状を有している。切断溝１１の形成後、加工品１の輪郭線５に沿ってレーザ切断加工が行なわれる。なお、短スリット７は、ワーク材Ｗの厚さ以下の長さを有している。

　切断溝１１を形成する際には、切断溝１１の部分はレーザ切断加工の熱によって融解される。そして、切断溝１１のレーザ切断加工後、切断溝１１の周囲の部分は熱伝導によって急速に冷却される。さらに、輪郭線５に沿ってレーザ切断加工を行って加工品１をワーク材Ｗから切断分離すると、切断溝１１と輪郭線５との間に、輪郭線５に沿う方向に長い長方形状の押圧突出部[pressing protrusion]１５が形成される。押圧突出部１５の短辺の幅Ｈは、ワーク材Ｗの厚さ以下であり、その長辺の長さＬは板厚の３倍～８倍である。

　鉄系材料[iron-based material]及びアルミ系材料[aluminum-based material]によって作られたワーク材Ｗを用いて、押圧突出部１５の寸法（幅Ｈ及び長さＬ［ｍｍ］）と保持力［Ｎ］との関係を実際に測定した。なお、保持力は、一つの押圧突出部１５あたりの保持力である。切り出された加工品１の大きさは一辺６５ｍｍの正方形であり、正方形の二対の対向する二辺のうちの一方がワーク材の圧延方向と平行である（圧延方向に関しては後述する）。押圧突出部１５は各辺に一つずつ形成され、押圧突出部１５の先端が各辺の中央に位置されている。また、押圧突出部１５の延在方向は輪郭線５の切断方向と一致している（延在方向及び切断方向に関しては後述する）。

　測定に用いた鉄系材料のワーク材は、ＳＥＣＣ（電気亜鉛メッキ鋼板）及びＳＵＳ（ステンレス鋼板）である。ＳＥＣＣの厚さは２．３ｍｍ、ＳＵＳの厚さは２．０ｍｍである（後述する基端孔１３は単なるピアス孔である）。ＳＥＣＣの測定結果（保持突出部１５の寸法と保持力との関係）を図２のグラフに示し、ＳＵＳの測定結果を図３のグラフに示す。また、測定に用いたアルミ系材料のワーク材は、アルミ合金Ａ５０５２の板材であり、その厚さは２．０ｍｍである（後述する基端孔１３は単なるピアス孔である）。アルミ系材料の測定結果を図４のグラフに示す。

　図２～図４のグラフから分かるように、幅Ｈ１．００ｍｍ～１．７５ｍｍが良好で、１．２５ｍｍが最良である。また、長さＬ７．５ｍｍ～１５ｍｍが良好で、１５ｍｍが最良である。なお、長さＬに関しては、１５ｍｍ以上について測定を行っていない。加工品１（切断される製品）の寸法や押圧突出部１５の塑性変形量などの実運用面を考慮して、１５ｍｍより長い押圧突出部１５は必要ないと判断した。

　押圧突出部１５には、切断溝１１のレーザ切断加工の熱の影響によって残留応力が存在する。そして、切断溝１１のレーザ切断加工後、加工品１の輪郭線５をレーザ切断加工すると、残留応力が解放される。この結果、押圧突出部１５の自由端は残留応力に起因して加工品１に向けて（矢印Ａ方向へ）湾曲し（図１０参照）、自由端が加工品１の周面（切断面）を押圧する。従って、加工品１の周囲に少なくとも一つの切断溝１１をレーザ切断加工によって予め形成した後に加工品１の輪郭線５に沿ってレーザ切断加工を行うと、残留応力に起因する押圧突出部１５の湾曲によって、加工品１をワーク材Ｗから落下しないように保持することができる。

　なお、図１に示される第１例では、加工品１の四隅にそれぞれ押圧突出部１５が形成された。即ち、第１例では、四つの押圧突出部１５が形成された。図５に示される第２例では、間に加工品１を介在させて、一対の押圧突出部１５が対向配置されている。そして、二つの押圧突出部１５の押圧力は、加工品１に向けて作用し、かつ、互いに対向している。このため、二つの押圧突出部１５の押圧力によって加工品１を挟持することになり、少ない押圧突出部１５で加工品１を効率よく保持できる。なお、押圧突出部１５は、ワーク材Ｗの圧延方向に長く形成されている。押圧突出部１５をワーク材Ｗの圧延方向に長く形成することの利点については後述する。

　切断溝１１をレーザ切断加工するには、先ず、長スリット９の開始端（押圧突出部１５の基端）に基端孔[base-end hole]１３をレーザ加工する。基端孔１３は貫通孔[through hole]である。また、基端孔１３の半径は、ピアシング加工で単に貫通されたピアス孔[pierced hole]の半径よりも大きくされている。即ち、押圧突出部１５の湾曲支点（基端孔１３の内周縁の最も輪郭線５に近い位置から輪郭線５の切断スリットまでの部分）を加工品１に近づけることで、押圧突出部１５の内方への湾曲量を増やして保持力を向上させることができる。なお、輪郭線５の切断スリット幅と基端孔１３の半径を上述した幅Ｈから差し引いた幅で、押圧突出部１５の湾曲支点が折れ曲がらないように（保持力を維持するのに充分な剛性を確保するように）、基端孔１３の半径が設定される。例えば、ワーク材の厚さが２．０ｍｍ程度であれば、基端孔１３の半径を０．７５ｍｍとし、幅Ｈを１．２５ｍｍにしてもよい。

　基端孔１３の形成後、レーザ光を停止させず、かつ、加工ヘッドの移動も停止することなく、長スリット９及び短スリット７を順に形成する。基端孔１３の形成直後には、初期のレーザ加工位置である基端孔１３の位置から外側への熱伝導によって基端孔１３の周囲が急速に冷却される。このため、押圧突出部１５の自由端側の残留応力よりも基端（基端孔１３近傍）側の残留応力が大きくなる。その後、加工品１の輪郭線５の切断方向を形成される押圧突出部１５の延在方向（長スリット９の切断方向）に一致させると、上述した湾曲支点を基端として押圧突出部１５を矢印Ａ方向に効果的に湾曲させることができる。なお、輪郭線５の切断方向と押圧突出部１５の延在方向とが互いに逆になっても、保持力は若干少なくなるが、押圧突出部１５を矢印Ａ方向に湾曲させることができる。

　鉄系材料及びアルミ系材料によって作られたワーク材Ｗを用いて、基端項１３の直径（半径×２）と保持力［Ｎ］との関係を実際に測定した。なお、保持力は、一つの押圧突出部１５あたりの保持力である。切り出された加工品１の大きさは一辺６５ｍｍの正方形であり、正方形の二対の対向する二辺のうちの一方がワーク材の圧延方向と平行である。押圧突出部１５は各辺に一つずつ形成され、押圧突出部１５の先端が各辺の中央に位置されている。また、押圧突出部１５の延在方向は輪郭線５の切断方向と一致している。

　測定に用いた鉄系材料のワーク材は、ＳＥＣＣ（電気亜鉛メッキ鋼板）及びＳＵＳ（ステンレス鋼板）である。ＳＥＣＣの厚さは２．３ｍｍ、ＳＵＳの厚さは２．０ｍｍである。ＳＥＣＣの測定結果（保持突出部１５の寸法と保持力との関係）を図６のグラフに示し、ＳＵＳの測定結果を図７のグラフに示す。また、測定に用いたアルミ系材料のワーク材は、アルミ合金Ａ５０５２の板材であり、その厚さは２．０ｍｍである。アルミ系材料の測定結果を図８のグラフに示す。グラフ中、基端孔１３の孔直径が「なし」の場合は、基端孔１３が単なるピアス孔であり、孔直径を意図的に拡大していない場合である（ピアス孔の直径は０．５ｍｍ）。

　グラフから分かるように、鉄系材料の場合は、単なるピアス孔よりも大きな直径を有する基端孔１３を形成する方が、大きな保持力を得られることが分かる。ただし、基端孔１３が大きすぎると、上述した湾曲支点の剛性が不十分となり、保持力は低下する。ＳＥＣＣの場合、基端孔１３の直径を１．５ｍｍとすると、保持力は約２０％向上する。ＳＵＳの場合、基端孔１３の直径を１．０ｍｍとすると、保持力は約１５％向上する。ただし、アルミ系材料の場合は、単なるピアス孔よりも大きな直径を有する基端孔１３を形成しない方が良好であった。

　なお、押圧突出部１５の幅Ｈ及び長さＬは、加工品１の輪郭線５のレーザ切断加工の際に押圧突出部１５が湾曲して加工品１を押圧し、その押圧力に起因する摩擦抵抗力によって加工品１を保持することができる幅及び長さであればよい。従って、押圧突出部１５の幅Ｈ及び長さＬは、加工品１の大きさや、加工品１の周囲に形成される切断溝１１の数に対応して、所望の幅及び長さに設定され得る。

　なお、切断溝１１の形成時に押圧突出部１５に生じる残留応力は、輪郭線５のレーザ切断加工時に押圧突出部１５が加熱されることで、ある程度緩和される。また、押圧突出部１５の残留応力は、時間経過と共にある程度緩和される。しかし、加工品１を切断している間や、ワーク材Ｗから加工品１を取り外すまでの間に、必要な残留応力が消失することはなく、加工品１の保持は影響を受けない。

　さらに、押圧突出部１５は、ワーク材Ｗの圧延方向に長く形成されると、圧延方向に対して直交する方向に長く形成されるよりも、矢印Ａ方向に大きく湾曲する。よって、加工品１を分離可能に保持するには、圧延方向に長い押圧突出部１５の数を多くすることが望ましい。ただし、レーザ切断（熱）に起因する残留応力は、圧延に起因する残留応力よりも勝るので、ワーク材Ｗの厚さが増加すると、圧延に起因する残留応力を無視できる場合がある。

　本実施形態によれば、ワーク材Ｗから加工品１を切断分離する際に、加工品１の輪郭線５に沿って押圧突出部１５の周囲の所望範囲にレーザ切断加工を行って切断溝１１（例えば、本実施形態ではＬ形状の）を予め形成する。押圧突出部１５は、加工品１の輪郭線５をレーザ切断加工する際に残留応力に起因して加工品１の周面を押圧して加工品１がワーク材Ｗから分離（スクラップ３と分離）しないように保持する。押圧突出部１５は、輪郭線５に沿って長く形成されている。

　図９（第３例）に示されるように加工品１（輪郭線５）の内部に孔１Ｈを形成する場合、孔１Ｈの内側部分１７は最終的にはスクラップとなる。この場合、内側部分１７に切断溝１１を予め形成して、孔１Ｈのレーザ切断加工時に押圧突出部１５の周囲の所望範囲にレーザ切断加工を行う。このように孔１Ｈの輪郭線をレーザ切断加工すると、押圧突出部１５が孔１Ｈの内周面を押圧して、内側部分１７が保持される（内側部分１７の加工品１からの分離が抑止される）。

　加工品１の内部に孔１Ｈを形成する場合、加工品１がワーク材Ｗと一体化している状態で（輪郭線５のレーザ切断加工する以前に）孔１Ｈ（内側部分１７）の輪郭線をレーザ切断加工し、その後に加工品１の輪郭線５をレーザ切断加工することが望ましい。孔１Ｈの輪郭線の長さの方が加工品１の輪郭線５の長さよりも圧倒的に短い（言い換えれば、孔１Ｈの面積が加工品１の輪郭線５の内部の面積より圧倒的に小さい／孔１Ｈの内部の切断片及び加工品１の合計重さよりも孔１Ｈの内部の切断片の重さが圧倒的に軽い）ので、押圧突出部１５による保持力は、重さの軽いものに対してより有効であるからである。なお、重さの差が小さい場合や加工上の制約がある場合は、加工品１の輪郭線５をレーザ切断加工した後に、孔１Ｈの輪郭線をレーザ切断加工してもよい。

　ワーク材Ｗのレーザ切断加工を行うレーザ切断加工装置の一般的構成は公知であるが、本実施形態に係るレーザ切断加工装置２１の構成を以下に説明する。レーザ切断加工装置２１は、図１１に概略的に示されるように、ワーク材Ｗを支持する支持フレーム[support frame]（ワークテーブル[work table]）２３を備えている。支持フレーム２３には、門形の移動フレーム[movable frame]（キャリッジ[carriage]）２５がＸ軸方向に移動自在に設けられている。キャリッジ２５にはスライダ[slider]２７がＹ軸方向に移動自在に設けられている。スライダ２７には、レーザ加工ヘッド２９が上下（Ｚ軸方向）に移動自在に備えられている[movable vertically (in a Z-axis direction)]。

　レーザ加工ヘッド２９は、ワーク材Ｗに対してＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に相対移動自在に設けられている。レーザ加工ヘッド２９のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向への相対的な位置決めは、Ｘ軸サーボモータ、Ｙ軸サーボモータ及びＺ軸サーボモータ（図示せず）を駆動することによって制御される。レーザ加工ヘッド２９によってワーク材Ｗのレーザ切断加工するために、レーザ発振器の１例としてのファイバレーザ発振器３１が設けられている。ファイバレーザ発振器３１とレーザ加工ヘッド２９とは、光ファイバ３３によって接続されている。

　上述したように構成されたレーザ切断加工装置２１は、その制御装置[control device]３５（図１２参照）によって制御される。レーザ加工ヘッド２９の動作及びレーザ発振器３１の動作も制御装置３５によって制御され、上述したようにワーク材Ｗから加工品１を切断分離する。

　制御装置３５は、コンピュータで構成されており、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入力装置[input device]３７、表示装置[display device]３９を備えている。入力装置３７には、制御装置３５に加工プログラム[processing program]を供給（送信）する自動プログラミング装置４１が接続されている。なお、自動プログラミング装置４１によって生成された加工プログラム（ＮＣデータ）は、適宜の記憶媒体によって制御装置３５に供給することができる。

　制御装置３５は、加工プログラムを格納する加工プログラムメモリ４３を備えている。また、制御装置３５は、プログラム解析部[program analyzer]４５も備えている。プログラム解析部４５は、加工プログラムメモリ４３に格納された加工プログラムを先読みして解析し、加工品１のワーク材Ｗ上の配置位置、形状及び寸法を演算する。

　さらに、制御装置３５は、各種演算[various arithmetic calculations]を行う演算部[arithmetic section]４７も備えている。演算部４７には、加工プログラムを解析して得られた加工品１の形状及び寸法、並びに、ワーク材Ｗの材質及び厚さ[material and thickness]等を参照して加工品１の重さを演算すると共に、加工品１の重心位置及び／又は中心位置を演算する重さ演算部[weight arithmetic section]４７Ａが含まれる。また、演算部４７には、加工品１の周囲に配置される押圧突出部１５の押圧力を演算する押圧力演算部[press-force arithmetic section]４７Ｂも含まれる。

　押圧力演算部４７Ｂは、押圧突出部１５の幅Ｈ及び長さＬ、並びに、レーザ切断条件を参照して、押圧力Ｐ＝ｆ（Ｈ，Ｌ，レーザ切断条件）を演算する［ｆ（ａ，ｂ，ｃ）は変数ａ、ｂ及びｃの関数である］。レーザ切断条件には、レーザ出力、加工速度、焦点位置、パルス出力デューティ比、アシストガス圧、ヘッドノズル径等が含まれる。従って、レーザ切断条件を一義的に定めることは難しい。そこで、レーザ切断条件を一義的に定めるために、制御装置３５は、切断条件パラメータメモリ[cutting condition parameter memory]５７も備えている。

　切断条件パラメータメモリ５７には各種パラメータが格納されている。すなわち、ワーク材Ｗの材質や厚さ毎にレーザ出力、加工速度、焦点位置、パルス出力デューティ比、アシストガス圧、ヘッドノズル径等を変更して予めレーザ切断加工を行った際の残留応力が予め測定されており、これらの各種レーザ加工条件がパラメータとして切断条件パラメータメモリ５７に格納されている。従って、レーザ加工条件に対応して、切断条件パラメータメモリ５７から適正なパラメータが選択され得る。選択されたパラメータに基づいて押圧力Ｐが演算され得る。

　さらに、演算部４７には、重さ演算部４７Ａの演算結果と押圧力演算部４７Ｂの演算結果に基づいて、設ける押圧突出部１５の数を演算する個数演算部[number arithmetic section]４７Ｃも含まれる。個数演算部４７Ｃは、演算結果に小数点以下の部分が含まれる場合には、演算結果を繰り上げて整数にする。

　さらに、制御装置３５は、押圧突出部配置部[pressing protrusion arranger]４９も備えている。押圧突出部配置部４９は、プログラム解析部４５により解析されて解析データメモリ４５Ａに格納された加工品１の配置位置、形状及び寸法等の解析データ、並びに、個数演算部４７Ｃの演算結果に基づいて、加工品１の周囲に押圧突出部１５を配置する。

　例えば、押圧突出部配置部４９は、押圧突出部１５を１個設ける場合には、加工品１の重心位置又は中心位置から輪郭線５までの距離が最小となる位置に、押圧突出部１５の押圧力が重心方向又は中心方向に向くように、押圧突出部１５を配置する。押圧突出部１５が２個以上設ける場合には、加工品１の周囲に周方向に等間隔に押圧突出部１５を配置する。

　個数演算部４７Ｃによる押圧突出部１５の個数の演算後に表示装置３９の表示画面[display screen]３９Ａに加工品１を表示して、マウス等の入力装置を操作して、加工品１の周囲に押圧突出部１５を配置してもよい。この場合、押圧突出部１５の個数は、個数演算部４７Ｃにより演算された個数よりも増やすことも可能である。また、この場合、表示装置３９やマウス等が押圧突出部配置部４９としても機能する。

　押圧突出部１５の形状及び寸法、すなわち、長方形の長辺及び短辺の長さは、ワーク材Ｗの材質及び厚さ並びに加工品１の形状及び寸法に対応してパラメータとして予め実験的に求められている。また、押圧突出部１５の形状及び寸法を決定するためのパラメータは、ワーク材パラメータメモリ５１に格納されている。従って、押圧突出部１５の適正な形状及び寸法は、ワーク材Ｗの材質及び厚さに対応してワーク材パラメータメモリ５１から選択される。

　押圧突出部１５の形状及び寸法が選択されると、選択された押圧突出部１５の形状及び寸法に対応して、押圧突出部１５をレーザ切断加工するための加工プログラムが生成される。すなわち、制御装置３５は、押圧突出部１５の各種の形状及び寸法に対応した各種のレーザ切断加工プログラム[laser cutting program]を予め格納したレーザ切断加工プログラムメモリ５３を備えている。押圧突出部１５の形状及び寸法がパラメータによって決定されると、決定されたパラメータに対応して、加工プログラム生成部[processing program generator]５５がレーザ切断加工プログラムメモリ５３から適正なレーザ切断加工プログラムを選択して加工プログラムメモリ４３に格納する。

　さらに、制御装置３５は、軸移動制御部[axial motion controller]５９を備えている。軸移動制御部５９は、加工プログラムメモリ４３に格納された加工プログラムに従って、レーザ加工ヘッド２９のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の軸移動を制御する。

　例えば、図１に示されるようにワーク材Ｗから加工品１を切断分離する場合には、自動プログラミング装置４１によって生成された加工プログラムが加工プログラムメモリ４３に格納されると、プログラム解析部４５によって加工プログラムの解析が行われる。そして、ワーク材Ｗの材質及び厚さ、並びに、加工品１の形状及び寸法が、解析データとして解析データメモリ４５Ａに格納される。

　加工プログラムが解析されると、解析データ（ワーク材Ｗの材質及び厚さ、並びに、加工品１の形状及び寸法）に基づいて、重さ演算部４７Ａが加工品１の重さを演算する。また、解析データに基づいて、ワーク材パラメータメモリ５１から押圧突出部１５の適正な形状及び寸法が選択される。

　ワーク材パラメータメモリ５１から押圧突出部１５の適正な形状及び寸法が選択されると、押圧突出部１５のレーザ切断加工のための適正なレーザ切断条件が切断条件パラメータメモリ５７から選択される。そして、選択されたレーザ切断条件並びに押圧突出部１５の形状及び寸法に基づいて、加工プログラム生成部５５が押圧突出部１５のレーザ切断加工プログラムを生成して、加工プログラムメモリ４３に格納する。また、選択されたレーザ切断条件並びに押圧突出部１５の幅Ｈ及び長さＬに基づいて、押圧力演算部４７Ｂが押圧突出部１５の押圧力を演算する。

　重さ演算部４７Ａの演算結果及び押圧力演算部４７Ｂの演算結果に基づいて、ワーク材Ｗからの加工品１の落下を防止するように加工品１を押圧支持する押圧突出部１５の必要個数が個数演算部４７Ｃによって演算される。なお、押圧力演算部４７Ｂを用いずに、保持対象の重さに対して必要な標準形状の押圧突出部１５の数を予め実験を通して決定し、保持対象の重さに基づいて押圧突出部１５の必要数を算出してもよい。

　個数演算部４７Ｃによって押圧突出部１５の個数が演算されると、押圧突出部配置部４９によって加工品１の周囲に押圧突出部１５が配置される。なお、個数演算部４７Ｃは必要な最少個数を演算する。従って、例えば表示装置３９の表示画面３９Ａに表示された加工品１の周囲に、マウス等の入力装置によって押圧突出部１５を追加して配置することもできる。

　押圧突出部１５の配置位置が設定されると、押圧突出部１５の配置位置に対応して、切断溝１１がレーザ切断加工される。そして、切断溝１１のレーザ切断加工後に、加工プログラムメモリ４３に格納された加工プログラムに従って、加工品１の輪郭線５がレーザ切断加工される。このように輪郭線５をレーザ切断加工すると、上述したように加工品１の周囲に配置された複数の押圧突出部１５によって、加工品１は、ワーク材Ｗから落下しないように押圧保持される。

　上記の説明では、自動プログラミング装置４１が生成した加工プログラムが制御装置３５の加工プログラムメモリ４３に格納され、制御装置３５のプログラム解析部４５が、この格納された加工プログラムを解析した。しかし、自動プログラミング装置４１が、それ自身が生成したレーザ切断加工プログラムを解析し、自動プログラミング装置４１のプログラム転送部[program transferrer]６３（図１３参照）が、この解析されたレーザ切断加工プログラムを制御装置３５に転送してもよい。

　この場合の自動プログラミング装置４１の構成について説明する。なお、既に説明したレーザ切断加工装置２１の制御装置３５の構成と同一又は同等の構成には同一の符号を付して、それらの重複する説明は省略する。

　図１３に示されるように、自動プログラミング装置４１は、制御装置３５の演算部４７と同様の演算部４７を備えている。従って、オペレータが加工品１の形状及び寸法をＣＡＤ６１から入力すると、自動プログラミング装置４１が、加工品１の重さ、並びに、加工品１の周囲に配置される押圧突出部１５の押圧力及び個数を演算する（重さ演算部４７Ａ、押圧力演算部４７Ｂ及び個数演算部４７Ｃ）。そして、自動プログラミング装置４１が、押圧突出部１５の個数を演算し、押圧突出部配置部４９が、加工品１の周囲に押圧突出部１５を配置する。

　加工品１の周囲に押圧突出部１５の配置位置が設定されると、加工プログラム生成部５５が、押圧突出部１５及び加工品１のレーザ切断加工を行うレーザ切断加工プログラムを生成する。加工プログラム生成部５５は、それ自身が生成したレーザ切断加工プログラムを、加工プログラムメモリ４３に格納する。プログラム転送部６３が、加工プログラムメモリ４３に格納されたレーザ切断加工プログラムを制御装置３５に転送する。

　従って、制御装置３５は、自動プログラミング装置４１が生成したレーザ切断プログラムに従ってレーザ加工ヘッド２９の動作を制御して、ワーク材Ｗをレーザ切断加工する。

　なお、上記実施形態では、押圧突出部１５の長さＬはワーク材Ｗの厚さの３倍～８倍とされた。３倍未満であると、押圧突出部１５の内方への湾曲量が少なく、十分な押圧力が得られない。一方、８倍を超えると、押圧突出部１５の湾曲が内方以外にも生じやすくなる。例えば、加工品の重量によって押圧突出部１５が捻じれやすくなり、内方への押圧力を効果的に得られなくなる。

　また、上記実施形態では、厚さ２．０ｍｍ及び２．３ｍｍのワーク材を用いて保持力の計測を行ったが、厚さがさらに厚い場合も、押圧突出部１５の幅Ｈはワーク材Ｗの厚さ以下であることが好ましく、押圧突出部１５の長さＬもワーク材Ｗの厚さの３倍～８倍であることが好ましいことが分かった。

　上記実施形態によれば、制御装置３５又は自動プログラミング装置４１は、板状のワーク材Ｗから切断分離される加工品１の周囲に、１個又は複数の押圧突出部１５を配置する。湾曲した押圧突出部１５が、ワーク材Ｗから落下しないように加工品１を保持する。

　日本国特許出願第２０１７－５５５５５号（２０１７年３月２２日出願）の全ての内容は、ここに参照されることで本明細書に援用される。本発明の実施形態を参照することで上述のように本発明が説明されたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、請求の範囲に照らして決定される。

Claims

　板状のワーク材から加工品を切断分離するためのレーザ切断加工方法であって、
　（ａ）前記ワーク材から切断分離される前記加工品の周囲に、前記加工品の輪郭線に沿ったレーザ切断加工によって湾曲されて前記加工品の周面を押圧する押圧突出部の切断溝を予めレーザ切断加工し、
　（ｂ）加工品の輪郭線に沿ってレーザ切断加工を行う、レーザ切断加工方法。
　請求項１に記載のレーザ切断加工方法であって、
　前記加工品の内部に孔が形成される場合には、前記孔の内側のスクラップの周囲に、孔の輪郭線に沿ったレーザ切断加工によって湾曲されて前記孔の内周面を押圧する押圧突出部の切断溝を予めレーザ切断加工する、レーザ切断加工方法。
　請求項２に記載のレーザ切断加工方法であって、
　前記孔の内側の前記スクラップをレーザ切断加工した後に、前記加工品をレーザ切断加工する、レーザ切断加工方法。
　請求項１又は２に記載のレーザ切断加工方法であって、
　前記押圧突出部が、前記加工品の前記輪郭線に沿って長く形成され、かつ、前記加工品の周面を押圧する自由端を備えている、レーザ切断加工方法。
　請求項４に記載のレーザ切断加工方法であって、
　前記押圧突出部が、長方形状である、レーザ切断加工方法。
　請求項５に記載のレーザ切断加工方法であって、
　前記押圧突出部が、前記ワーク材の圧延方向に長い、レーザ切断加工方法。
　請求項５に記載のレーザ切断加工方法であって、
　前記押圧突出部の基端に基端孔をレーザ加工し、前記基端孔から前記切断溝をレーザ切断加工する、レーザ切断加工方法。
　請求項７に記載のレーザ切断加工方法であって、
　前記基端孔の半径を大きくすることで、前記押圧突出部の湾曲支点を前記輪郭線に近づける、レーザ切断加工方法。
　請求項５に記載のレーザ切断加工方法であって、
　前記押圧突出部の幅が、前記ワーク材の厚さ以下である、レーザ切断加工方法。
　請求項５に記載のレーザ切断加工方法において、
　前記押圧突出部の長さが、前記ワーク材の厚さの３倍～８倍である、レーザ切断加工方法。
　板状のワーク材から加工品を切断分離するレーザ切断加工装置であって、
　前記ワーク材に対してＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に相対移動自在なレーザ加工ヘッドと、
　前記レーザ加工ヘッドの動作を制御する制御装置とを備えており、
　前記制御装置が、
　前記加工品をレーザ切断加工する加工プログラムを格納する加工プログラムメモリと、
　前記加工プログラムを解析して前記加工品の形状及び寸法を演算するプログラム解析部と、
　解析された前記加工品の形状及び寸法、並びに、前記ワーク材の板厚に基づいて、前記加工品の重さを演算する重さ演算部と、
　前記重さ演算部の演算結果に基づいて、前記加工品の輪郭線に沿ったレーザ切断加工によって湾曲されて前記加工品の周面を押圧する押圧突出部の個数を演算する個数演算部と、
　前記個数演算部の演算結果に基づいて、前記加工品の周囲に前記押圧突出部を配置する押圧突出部配置部と、
　前記押圧突出部配置部によって配置された位置に押圧突出部を形成するレーザ切断加工プログラムを生成する加工プログラム生成部と、
　上記加工プログラム生成部によって生成された前記レーザ切断加工プログラムを格納する前記加工プログラムメモリと、
　前記加工プログラムメモリに格納された前記レーザ切断加工プログラムに従って、前記レーザ加工ヘッドの軸移動を制御する軸移動制御部と、を備えている、レーザ切断加工装置。
　請求項１１に記載のレーザ切断加工装置であって、
　前記制御装置が、各種のレーザ加工条件をパラメータとして格納する切断条件パラメータメモリを備えている、レーザ切断加工装置。
　請求項１１又は１２に記載のレーザ切断加工装置であって、
　前記制御装置が、前記押圧突出部の幅及び長さのパラメータを前記ワーク材の材質及び板厚に対応して格納するワーク材パラメータメモリを備えている、レーザ切断加工装置。
　レーザ切断加工装置の自動プログラミング装置であって、
　ＣＡＤから入力された加工品の形状及び寸法並びにワーク材の板厚に基づいて、前記加工品の重さを演算する重さ演算部と、
　前記重さ演算部の演算結果に基づいて、前記加工品の輪郭線に沿ったレーザ切断加工によって湾曲されて前記加工品の周面を押圧する押圧突出部の個数を演算する個数演算部と、
　前記個数演算部の演算結果に基づいて、前記加工品の周囲に前記押圧突出部を配置する押圧突出部配置部と、
　前記押圧突出部配置部によって配置された位置に前記押圧突出部を形成し、かつ、前記加工品をレーザ切断加工するレーザ切断加工プログラムを生成する加工プログラム生成部と、
　前記加工プログラム生成部によって生成された前記レーザ切断加工プログラムを格納する加工プログラムメモリと、
　前記加工プログラムメモリに格納された前記レーザ切断加工プログラムを、前記レーザ切断加工装置の制御装置に転送するプログラム転送部と、を備えている、自動プログラミング装置。
　請求項１４に記載の自動プログラミング装置であって、
　各種のレーザ加工条件をパラメータとして格納する切断条件パラメータメモリをさらに備えている、自動プログラミング装置。
　請求項１４又は１５に記載の自動プログラミング装置であって、
　前記押圧突出部の幅及び長さのパラメータを前記ワーク材の材質及び板厚に対応して格納するワーク材パラメータメモリをさらに備えている、自動プログラミング装置。