JP2004009054A - レーザ加工機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】シャープコーナ判定手段40は、ワークにおける切断形状のコーナがシャープコーナであるか否かを、加工プログラムPRO1に基づいて判定し、シャープコーナとなるコーナが判定されたところで、シャープコーナ生成用追加軌跡生成手段41が、シャープコーナと判定されたコーナの加工に際してシャープコーナ生成用追加軌跡を生成し、シャープコーナ加工実行手段36が、生成されたシャープコーナ生成用追加軌跡に基づいて上記コーナの加工を行なうので、シャープコーナに対しシャープコーナ生成用追加軌跡が自動的に生成・加工される。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、板状のワークの切断加工を行なうことが出来るレーザ加工機に関する。
【0002】
【従来の技術】
図7は、従来の加工方法によるコーナ部付近における切断の様子の一例を示す図で、(a)は移動経路のループRを示す図、(b)は加工プログラム例の一部を示す図である。
【0003】
従来、レーザ加工機を用いて、直線の切断経路を交差してなるシャープコーナを切断する際、例えば、図7(a)に示すように、位置P1(x座標0、y座標0)において直線の切断経路L1及びL5(実線)を交差してなるシャープコーナを切断する際、切断経路L1を同図(a)に示す矢印方向に切断した後に、直ちに切断経路L5を切断することなく、同図(a)の破線で示すループR(LR)に沿って、位置P1、P100(x座標5、y座標0)、P101(x座標0、y座標5)の順に、切断形状の外側を周回した形で、上記シャープコーナを切断する加工方法が採用されている。これは、トーチが位置P1を通過する際に、送り速度Fが一旦0となり、ワーク70がレーザ光により過熱されて溶融し、上記シャープコーナがだれてしまうことを防止するために採用される加工方法である。該加工方法は、図7(b)に示すように、複数の加工ステップPS1、PS2、…により構成される加工プログラムPROにより実行され、該加工プログラムPROには、上述したループR(LR)を周回するループRプログラムLRPが、加工ステップPS1、PS5間に挿入されている。
【0004】
即ち、図中最上段の第1加工ステップPS1のブロックN1で、送り速度Fを30、000mm/minとし、終点を位置P1とした直線補間指令(G01)が指示されており、更に、最下段の第5加工ステップPS5のブロックN5で、上記位置P1からy軸負方向に50mmを移動する直線補間指令(G01)が指示されているが、上述したように、ブロックN5の前に上記ループRプログラムLRPが挿入されている。
【0005】
ループRプログラムLRPは、図7(b)に示すように、加工ステップPS2、PS3、PS4からなる3つのブロックN1、N2、N3から構成されている。まず、最初のブロックN2で、上述した切断経路L1が延長されるように、上記送り速度Fを維持して移動経路S1に沿ってx軸正方向に5mm移動し、終点を位置P100とした直線補間指令(G01)が指示されている。次いでトーチが位置P100に達すると、2番目のブロックN3で、切断経路L1、及びL5の両延長線に接する円弧R1であって、上記送り速度Fが維持し得る所定の加速度に基づき定まる半径Rを5mmとした円弧補間指令(G03)が指示されている。更にトーチが位置P101に達すると、最後のブロックN4で、切断経路L5が延長されるように、上述同様に送り速度Fを維持して移動経路S2に沿ってy軸負方向に5mm移動し、終点を位置P1とした直線補間指令(G01)が指示されている。そして、再び位置P1に戻ったところでループRプログラムLRPが完了し、加工ステップPS5のブロックN5で、y軸負方向に50mm移動する直線補間指令(G01)の指示がされ、切断経路L1における送り速度が維持された形で、切断経路L5の切断形状に沿って切断加工が継続される。
【0006】
このように、トーチが直線S1→円弧R1→直線S2からなるループR(LR)に沿って移動することより、シャープコーナの有無に関係なく、切断形状におけるいずれの位置においても同じ送り速度Fで切断加工することが出来、これにより、加工むらのない良好な切断面を維持しつつ、シャープコーナを切断して所望の切断形状にワーク70を加工することが出来る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した加工方法では、トーチが、シャープコーナの加工毎に上記3つの直線→円弧→直線からなる移動経路に沿って、トーチを移動させる必要があるため、所定の送り速度で該移動経路を周回する分、時間を要し、加工の高速化を妨げる不都合があった。特に、加工すべきシャープコーナが多数の場合、例えば、シャープコーナを有する切断すべきパーツ形状を、ワーク70上に多数配置(ネスティング)する場合や、切断すべきパーツ形状に多数のシャープコーナがある場合、周回する回数が増えるため加工速度が落ちることとなり、加工の高速化を実現することが更に困難であった。
【0008】
また、加工プログラムの作成において、直線→円弧→直線に応じた3つのブロックからなるループRプログラムLRPを、シャープコーナの加工ブロック毎に挿入する必要があるため、挿入する手間が掛かり、特に、上述したように加工すべきシャープコーナが多数の場合、多大な労力を要する不都合があった。しかも、シャープコーナの数に応じて、ループRプログラムLRPのためのプログラム容量が更に必要となる不都合があった。またコーナに挿入するループRの軌跡が大きい為、無駄に材料を切断し、ネスティング効率が低下する不都合があった。
【0009】
本発明は、上記した事情に鑑み、加工むらのない良好な切断面を維持して、所望の切断形状に基づきシャープコーナの切断を可能としながら、切断加工の高速化を実現することが出来、しかも簡単に加工することが出来るレーザ加工機を提供することを目的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
即ち本発明のうち第1の発明は、レーザ光を切断加工すべきワーク(70)に対して照射することの出来る照射手段(26)を有し、前記照射手段(26)を所定の送り速度(F)で移動駆動させることの出来る移動駆動手段(37)を有し、加工プログラム(PRO1)により指示される移動指令に基づいて前記移動駆動手段(37)を介して前記照射手段(26)を移動駆動する加工実行手段(36)を有するレーザ加工機(1)において、ワーク(70)における切断形状(SK)のコーナがシャープコーナであるか否かを、前記加工プログラム(PRO1)に基づいて判定するシャープコーナ判定手段(40)を設け、前記シャープコーナ判定手段(40)により、シャープコーナとなるコーナが判定されたところで、当該コーナの加工に際して、シャープコーナ生成用追加軌跡(KR)を生成するシャープコーナ生成用追加軌跡生成手段(41)を設け、前記シャープコーナ生成用追加軌跡生成手段(41)により生成されたシャープコーナ生成用追加軌跡(KR)に基づいて、前記シャープコーナと判定されたコーナの加工を行なうシャープコーナ加工実行手段(36)を設けて構成される。
【0011】
また本発明のうち第2の発明は、前記シャープコーナ加工実行手段(36)は、前記レーザ光が前記コーナを通過して再度該コーナに戻ってくる間、前記照射手段(26)の送り速度(F)を減速させた状態で移動させるように制御する。
【0012】
また本発明のうち第3の発明は、前記加工プログラム(PRO1)中にシャープコーナ加工の実行指令が指令されているかを判定する、シャープコーナ加工実行可否判定手段(30)を設け、該シャープコーナ加工実行可否判定手段(30)により、前記加工プログラム(PRO1)中にシャープコーナ加工の実行指令が指令されているものと判定された場合に、前記シャープコーナ加工実行手段(36)によるコーナの加工を実行するようにして構成したことを特徴とする。
【0013】
また本発明のうち第4の発明は、前記レーザ光の前記照射手段(26)からの前記ワーク(70)に対する照射を制御することの出来るレーザ光照射制御手段(38)を設け、該レーザ光照射制御手段(38)により、前記シャープコーナ加工実行手段(36)が前記照射手段(26)を前記シャープコーナ生成用追加軌跡(KR)に沿って移動駆動させている間は、前記レーザ光の前記照射手段(26)を介した前記ワーク(70)への照射を行わないようにして構成したことを特徴とする。
【0014】
なお、括弧内の番号などは、図面における対応する要素を示す便宜的なものであり、従って、本記述は図面上の記載に限定拘束されるものではない。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように本発明のうち第1の発明は、シャープコーナと判定されたコーナを加工する際、シャープコーナ生成用追加軌跡が自動的に生成され、該シャープコーナ生成用追加軌跡に基づいて上記コーナが加工されるので、加工むらのない良好な切断面を維持するものでありながら、加工プログラムの作成に多大な労力を要することなく、シャープコーナを簡単に加工することが出来る。特に、加工すべきシャープコーナの数が多い程、加工プログラムの作成の労力をより一層軽減することが出来る。また、シャープコーナの加工のためにプログラム容量を更に増やす必要がなく好都合である。
【0016】
また本発明のうち第2の発明は、シャープコーナと判定されたコーナを、レーザ光が通過して再度該コーナに戻ってくる間、送り速度を減速させて移動するので、シャープコーナを加工する際、従来の軌跡より短いシャープコーナ生成用追加軌跡を生成することが出来、これにより、加工むらのない良好な切断面を維持するものでありながら、加工の高速化を実現することが出来る。特に、加工すべきシャープコーナの数が多い程、加工をより一層高速化することが出来るので好都合である。また軌跡を短くすることにより無駄に材料を切断することなく、ネスティングの効率が向上する。
【0017】
また本発明のうち第3の発明は、加工プログラム中にシャープコーナ加工が指令されているか判定され、該実行指令が指令されているものと判定された場合、シャープコーナ生成用追加軌跡に基づいて上記コーナが加工されるので、オペレータはシャープコーナの加工をシャープコーナ生成用追加軌跡生成手段を用いて自動的に行なうか、従来通りマニュアルで加工プログラム中に加工ブロックを挿入するのかを自由に選択することが出来、加工内容に柔軟性を持たせることが出来る。
【0018】
また本発明のうち第4の発明は、移動手段がシャープコーナ生成用追加軌跡に沿って移動している間は、ワークへのレーザ光の照射を行なわないので、材料の無駄を防止することが出来、これによりネスティング効率を向上することが出来る。
【0019】
【発明の実施の形態】図1は、本発明が適用されるレーザ加工機の一例を示す全体斜視図、図2は、図1のレーザ加工機における制御装置を示したブロック図、図3は、ワークのコーナ部付近の切断の様子の一例を示す図で、(a)は移動経路の高速ループRを示す図、(b)は加工プログラム例を示す図、図4は、高速ループRプログラムのサブルーチンである自動生成プログラムJSPの内容を示したフローチャート、図5は、高速ループRプログラムの実行の説明図で、(a)は移動経路の算出についての説明図、(b)は高速ループRに沿ったトーチの周回移動を示す図、図6は、コーナ角度に基づく各切断経路を示した図である。
【0020】
本発明が適用されるレーザ加工機1は、図1に示すように例えば、加工用CNC装置(NC切断機)であり、ワーク設置装置1a、レーザ照射装置1b、及び制御装置1cからなり、ワーク設置装置1aの上方にレーザ照射装置1bが配設されると共に、制御装置1cはワーク設置装置1a及びレーザ照射装置1bに付設されている。
【0021】
ワーク設置装置1aは、図1に示すようにベース2、テーブル3を備えている。ベース2はレーザ加工機1を床に固定させ、その上面にテーブル3が配置されている。テーブル3はワーク70を載置する水平なワーク搭載面3aを有しており、ベース2に対して図1に示す矢印G、H方向(X軸方向)に移動自在に設けられている。
【0022】
レーザ照射装置1bは、図1に示すようにコラム5、サドル6、加工ヘッド本体11を備えている。コラム5は、X軸方向に移動自在である上記テーブル3に干渉することがないように、テーブル3を跨ぐ形でベース2に固定・配設されている。またコラム5は、X軸方向に直角かつ水平な矢印J、K方向(Y軸方向)に沿ったサドル用レール5a、5aを有しており、サドル6は、サドル用レール5a、5aを介しベース2に対してY軸方向に移動駆動自在に設けられている。なお、上述したようにベース2がX軸方向に移動する構成例を示したが、サドル6がベース2に対して、X軸、及びY軸方向に相対的に移動駆動自在であればこれに限らず、例えば、サドル6がX軸、及びY軸方向に移動自在であって、ベース2が固定された構成などであってもよい。
【0023】
更にコラム5は、レーザ光を出力するレーザ発振器(図示せず)を有しており、レーザ発振器と、サドル6とは、図1に示すようにサドル6によるY方向の移動に併せて移動・伸縮自在な、適当なレーザ光路管7により接続されている。更にレーザ光路管7は、レーザ光路管7と同様に形成されたサドル用光路管15を介して、サドル6の内部に設けられた加工ヘッド本体11に接続されている。
【0024】
なお、上述したレーザ発振器は、金属などからなるワーク70の切断、穴あけなどの加工が可能な所定出力のレーザ光を安定して照射出来るものであればいずれのものであってもよく、例えば、CO2レーザ、YAGレーザ、エキシマレーザなどのいずれも本発明に適用することが出来る。
【0025】
加工ヘッド本体11は、図1に示すようにスリーブ部材12、先端部材20、トーチ26を有しており、X及びY軸方向に直角に、つまり矢印L、M方向(Z軸方向)に、サドル6に対して移動駆動自在に設けられている。即ち加工ヘッド本体11は、サドル6及びコラム5を介して、ベース2に対してZ軸方向に移動駆動自在に設けられている。そして、トーチ26は、先端部材20を介して、スリーブ材12に対してZ軸及びY軸を中心にA軸及びB軸方向に、回転駆動・位置決め自在に連結されている。つまり、トーチ26は、ワーク搭載面3aに載置されるワーク70に対しX、Y、Z軸方向に移動駆動自在に、かつA、B軸方向に回転駆動・位置決め自在に設けられている。そして、レーザ発振器から出力されたレーザ光が、レーザ光路管7、サドル用光路管15、加工ヘッド本体11、スリーブ部材12、及び先端部材20を介し、上述したトーチ26の先端から照射されるように、反射鏡(図示せず)などによる光路が設けられている。なお、レーザ加工機1の構成として、上述したようにX、Y、Z、A、B軸方向に移動・回転駆動する一例を示したが、ワーク70に対し、トーチ26を少なくとも平面的に移動駆動出来るものであればいずれどのような軸構成であっても本発明を適用することができる。
【0026】
また、レーザ加工機1の制御装置1cは、図2に示すように主制御部30を有しており、主制御部30にはバス線44を介して、キーボード31、ディスプレイ32、システムプログラムメモリ33、加工プログラムメモリ35、加工制御部36、駆動制御部37、レーザ発振制御部38、高速ループRプログラムメモリ39、シャープコーナ判定部40、コーナ移動経路算出部41、駆動条件データメモリ42などが接続されている。また駆動制御部37には、テーブル3をX軸方向に移動駆動するX軸駆動モータ37Xが接続されており、同様に、サドル6をY軸方向に、加工ヘッド本体11をZ軸方向に、それぞれ移動駆動するY軸駆動モータ37Y、Z軸駆動モータ37Zが接続されている。更に、トーチ26をA、B軸方向に、それぞれ回転駆動・位置決めするA軸駆動モータ37A、B軸駆動モータ37Bが接続されている。
【0027】
レーザ加工機1は以上のような構成を有するので、レーザ加工機1を用いて板状のワーク70を加工する際には、まずオペレータ(作業者)は、加工すべきワーク70を図1に示すワーク搭載面3a上に載置する。次いでオペレータは、制御装置1cが備える起動スイッチ(図示せず)を介して起動指令を入力し、この指令を受けた主制御部30は、システムプログラムメモリ33からシステムプログラムSYSを読み込み、これ以降、読み込まれた該システムプログラムSYSに従って処理を進める。
【0028】
次いで主制御部30は、加工プログラムPRO1の作成を促す画面(図示せず)をディスプレイ32に表示させる。オペレータは、該表示された画面に従い、キーボード31を介して切断形状に応じた加工プログラムPRO1を作成する。切断形状が、図3(a)に示すように、例えば、位置P1、P2、P3、及びP4を頂点とする長方形からなる切断形状SKである場合、オペレータは、同図(b)に示す加工プログラムPRO1を作成する。
【0029】
加工プログラムPRO1は、Gコード(レーザ加工機における補間の種類などの機能モードを決める指令を表すコード)に基づいて、複数の加工ステップPS11、PS12、…、PS16により構成されている。加工プログラムPRO1のうち、加工ステップPS12ないしPS15のブロックN1、N5、N6、及びN7は、図3(a)に示すように、ピアシングポイントPP(加工開始位置)から、矢印方向に沿って位置P1、P2、P3、及びP4の順に、トーチ26を送り速度F30、000mm/minで直線移動させる直線補間指令(G01)を指示している。そして、これらの加工ステップを挟むように、加工プログラムPRO1の最上段に加工ステップPS11の高速ループR指令が、更に、最下段に加工ステップPS16のキャンセル指令が挿入されている。
【0030】
加工ステップPS11の高速ループR指令は、所定のグループ番号の専用Gコード(図3(a)に示すG**)により、後述する高速ループRプログラムKLPの実行開始を指示しており、また加工ステップPS16のキャンセル指令は、同様に所定の専用Gコードにより、上記高速ループRプログラムKLPの終了を指示している。更に上記高速ループR指令はモーダル指令であり、キャンセル指令があるまで高速ループRプログラムKLPの処理が継続される。つまり、高速ループRプログラムKLPに基づき、これに続く加工ステップPS12ないしPS15が実行される。
【0031】
次いで、加工プログラムPRO1の作成が完了すると、オペレータは、所定信号をキーボード31を介して入力し、これを受けて主制御部30は、作成された加工プログラムPRO1を加工プログラムメモリ35に格納する。更に、オペレータが、該加工プログラムPRO1の実行指令CM1を、キーボード31を介して入力すると、該指令CM1を受けて主制御部30は、上記格納した加工プログラムPRO1を呼び出すと共に、加工制御部36に加工プログラムPRO1の実行を指令する。これにより、加工制御部36は、加工プログラムPRO1の加工ステップを上段からPS11、PS12、…、PS16の順に解釈・実行し、加工プログラムPRO1の実行が開始される。
【0032】
まず、最上段の加工ステップPS11は、上述した高速ループR指令であり、これに従い主制御部30は、高速ループRプログラムメモリ39から高速ループRプログラムKLPを読み込む。そして高速ループRプログラムKLPにより、これ以降の加工ステップPS12、PS13、…において、連続する2つの加工ステップ間のシャープコーナ毎に、シャープコーナ生成用追加軌跡として、後述する高速ループR(KR)を自動生成する。このシャープコーナ生成用追加軌跡とは、直線経路が交差するコーナ、即ちシャープコーナにおいて、当該コーナにおけるレーザ光による加工速度が低下して、コーナ部の加工精度が悪化しないように、当該コーナ部に連続する形で特別に追加される、例えば、図7(a)に示すループR(LR)のような軌跡である。これにあたり主制御部30は、高速ループRプログラムKLPに基づいて、予め切断形状SKにおいて全ての連続する2つの加工ステップ間のコーナが、シャープコーナであるか否かを判定する。
【0033】
ここでシャープコーナとは、切断形状における2つの線(例えば、直線と直線、直線と曲線、または曲線と曲線)の交差する角度(コーナ角度θ)が所定角度(例えば、0°<θ<180°)であるコーナをいい、例えば連続する2つの加工ステップの補間の種類(例えば、直線補間か円弧補間か)、座標(例えば、始点・終点の座標、円弧補間の中心座標)に基づき、当該加工ステップにより加工生成されるコーナが、直線経路が交差するシャープコーナであるか否かが判定される。
【0034】
本実施例にあっては、主制御部30は、加工ステップPS12、PS13間のコーナ、加工ステップPS13、PS14間のコーナ、及び加工ステップPS14、PS15間のコーナ、つまり位置P1、P2、及びP3について上記判定を行ない、いずれの加工ステップも直線補間指令(G01)であり各始点・終点の座標から、コーナ角度90°で直線が交差するシャープコーナと判定する。更に主制御部30は、上記判定結果に基づき各加工ステップ間のコーナと対応するように、該コーナがシャープコーナであることを示すフラグを立てる。
【0035】
次いで、加工ステップPS12に進み、ブロックN1で送り速度Fを30、000mm/minとし、終点を位置P1(x座標0、y座標0)とした直線補間指令(G01)を実行する。まず、加工制御部36は、図3(a)に示すピアシングポイントPPへの移動を駆動制御部37に指令する。該指令を受けて駆動制御部37は、X軸、及びY軸駆動モータ37X、37Yに所定信号を伝送し、トーチ26を上記ピアシングポイントPPに移動させる。そして、加工制御部36は、レーザ発振制御部38にレーザ光の出力を指令すると共に、駆動制御部37に位置P1を終点とする移動を指令し、駆動制御部37は、X軸、及びY軸軸駆動モータ37X、37Yに所定信号を伝送する(図3(a)に示すx軸と、図1に示すX軸の方向が一致する場合は、X軸軸駆動モータ37Xのみに所定信号を伝送する)。これにより、トーチ26はレーザ光を照射すると共に、切断経路L1に沿ってx軸正方向に位置P1へ直線移動し、ワーク70の切断が開始される。
【0036】
そして上記切断加工中において、主制御部30は、高速ループRプログラムKLPのサブルーチンである自動生成プログラムJSPを実行し、加工ステップPS12、PS13間のコーナについて高速ループR(KR)を自動生成する。
【0037】
ここで、自動生成プログラムJSPに基づく高速ループR(KR)の自動生成について、図4に示すステップSTP1ないしSTP4に沿って説明する。
【0038】
ステップSTP1で、主制御部30はシャープコーナ判定部40に、連続する2つの加工ステップ間のコーナがシャープコーナか否かの判定を指令する。これを受けてシャープコーナ判定部40は、シャープコーナであることを示す上述したフラグに基づき、連続する2つの加工ステップ間のコーナがシャープコーナか否かを判定する。シャープコーナでないと判定すると(ステップSTP1のNo)、その旨を主制御部30に伝送すると共に、ステップSTP2に進み、主制御部30は、高速ループR(KR)を自動生成することなく自動生成プログラムJSPを終了し、加工制御部36は、次の加工ステップを実行する。
【0039】
一方、シャープコーナ判定部40がシャープコーナであると判定すると(ステップSTP1のYes)、その旨を主制御部30に伝送し、ステップSTP3で主制御部30は、コーナ移動経路算出部41に、シャープコーナ生成用追加軌跡として高速ループR(KR)の移動経路の算出を指令する。これを受けてコーナ移動経路算出部41は、上記移動経路を算出する。本実施例にあっては、シャープコーナ判定部40が、上記フラグに基づき加工ステップPS12、13間のコーナをシャープコーナと判定し(ステップSTP1のYes)、コーナ移動経路算出部41は、加工ステップPS12、PS13間のコーナにおける高速ループR(KR)の移動経路を算出する。
【0040】
即ち、加工ステップPS12、PS13間のコーナにおける高速ループR(KR)は、図3(a)に示すように、トーチ26が、切断経路L1、L5が交差する点(位置P1)を始点及び終点として、切断形状SKの外側を周回する経路であって、放物線からなる移動経路L2、L4、及び従来の円弧R1の半径r1に比べて小さい半径r2の移動経路L3からなり、切断経路L1と移動経路L2、切断経路L5と移動経路L4、及び移動経路L2、L4と移動経路L3が、いずれも滑らかに繋ることにより全体が略楕円状に形成されている。
【0041】
更に、上記移動経路L2、L3、L4の算出について、図5(a)に沿って説明する。
【0042】
まず、コーナ移動経路算出部41は、トーチ26が移動経路L2においてx軸方向に移動する距離(x軸移動距離d1)を算出する。なお、高速ループR(KR)は、図5(a)に示すようにコーナ角度θ1を等分する中心線CLに対し対称であるので、上記x軸移動距離d1は、トーチ26が移動経路L4において位置P11から切断経路L5の方向に移動する距離に等しい。
【0043】
即ち、コーナ移動経路算出部41は、駆動条件データメモリ42から最大加速度a1を呼び出す。ここで最大加速度a1は、所望の切断形状を加工プログラム中において設定された送り速度Fで加工するために許容される最大加速度(所定の加速度)であり、例えば、各軸駆動モータ37X、37Y、…、37Bなどの仕様や耐久性などにより定まる。そして、コーナ移動経路算出部41は、上記加工プログラムPRO1で設定された送り速度Fを呼び出し、該送り速度Fを切断速度Vとして、トーチ26が切断経路L2を移動する移動時間t1を、式1に基づき算出する。
【0044】
式1
【数1】
つまり移動時間t1は、位置P1における切断速度V(初速度)から最大加速度a1で放物線上を減速する際の移動時間である。次いで、上記算出した移動時間t1及び切断速度Vから、x軸移動距離d1を、式2に基づき算出する。
【0045】
式2
【数2】
つまりx軸移動距離d1は、移動時間t1を切断速度Vの一定速度として移動する距離の半分である。
【0046】
次いで、コーナ移動経路算出部41は、トーチ26が移動経路L2においてy軸方向に移動する距離(y軸移動距離d2)算出する。また、x軸移動距離d1と同様に、上記y軸移動距離d2は、トーチ26が移動経路L4において位置P11から切断経路L5と直角方向に移動する距離に等しい。
【0047】
即ち、コーナ移動経路算出部41は、連続する2つの加工ステップにおける直線補間の始点・終点の座標に基づき、図5(a)に示すコーナ角度θ1を算出する。そして、該算出したコーナ角度θ1から、式3に基づきコーナ角度θ1の正接値tgを算出する。
【0048】
式3
【数3】
更に算出した正接値tg及びx軸移動距離d1から、y軸移動距離d2を式4に基づき算出する。
【0049】
式4
【数4】
そして、コーナ移動経路算出部41は、上記算出したx軸移動距離d1及びy軸移動距離d2より、切断経路L3の半径r2を式5に基づき算出する。
【0050】
式5
【数5】
これにより、各移動経路L2、L3、L4の算出が完了し、コーナ移動経路算出部41は、x軸移動距離d1、y軸移動距離d2、及び半径r2の算出結果を、加工制御部36に伝送すると共に、その旨を主制御部30に伝送する。
【0051】
次いで、切断経路L1に沿ってワーク70を切断するトーチ26が、位置P1に達すると、加工制御部36は、図4の加工ステップSTP4に入り、既に算出されている移動経路L2、L3、L4に沿った形で高速ループR(KR)を生成し、該高速ループR(KR)に沿ったトーチ26の周回移動を、駆動制御部37に指令する。これを受けて駆動制御部37は、X軸、及びY軸モータ37X、37Yへ所定信号を伝送する。
【0052】
ここで、ステップSTP4で生成されたトーチ26の高速ループR(KR)に沿った周回移動について、図3及び図5(b)に沿って詳細に説明する。
【0053】
時点t0で、トーチ26は、図3及び図5(b)に示すように、切断経路L1に沿ってx軸正方向に、略一定であるV1の切断速度V(細実線)で移動している。該切断経路L1と同方向であるx軸方向の切断速度(x軸速度Vx、破線)は、V1であり、一方、上記切断経路L1と直角なy軸方向の切断速度(y軸速度Vy、一点鎖線)は0である。また、上記切断速度Vが略一定なので加速度a(太実線)は0である。
【0054】
時点t10で、トーチ26が位置P1に達すると、駆動制御部37は、トーチ26が切断経路L2を最大加速度a1で減速して移動する切断速度Vになるように、所定信号をX軸、及びY軸駆動モータ37X、37Yに伝送し、テーブル3、及びサドル6が所定方向に移動駆動される。これによりトーチ26は、図5(b)に示すように、最大加速度a1で切断速度Vを減速しながら切断経路L2に沿って移動する。即ち、x軸速度Vxを減速する一方、y軸速度Vyを加速して移動する。
【0055】
時点t10から移動時間t1が経過して、時点t11で、トーチ26が位置P10に達すると、上記減速された切断速度VはV2となり、駆動制御部37は、該切断速度Vを上記V2に維持して切断経路L3を移動するように、X軸、及びY軸駆動モータ37X、37Yへ所定信号が伝送する。これによりトーチ26は、図3に示すように、切断速度VをV2に維持して、上記算出された半径r2の円弧からなる切断経路L3に沿って移動する。そしてx軸速度Vx及びy軸速度Vyは、図5(b)に示すよう、切断速度Vが略一定のV2となるように加速、あるいは減速されて変化する。また加速度aは、トーチ26が上記切断速度Vを略一定V2で円弧を移動するので、略一定値a2に維持される。
【0056】
時点t12で、トーチ26が位置P11に達すると、駆動制御部37は、トーチ26が切断経路L4を最大加速度a1で加速して移動し得る切断速度Vになるように、X軸、及びY軸駆動モータ37X、37Yに所定信号を伝送する。これによりトーチ26は、図5(b)に示すように、最大加速度a1で切断速度Vを加速しながら切断経路L4に沿って移動する。即ち、x軸速度Vxを加速すると共に、y軸速度Vyも加速して移動する。
【0057】
時点t12から移動時間t1を経過して、時点t13で、トーチ26が位置P1に戻るとと共に、x軸速度VxがV3、及びy軸速度VyがV4に達することで、切断速度Vは、切断経路L1における切断速度V1に回復し、つまり加工ステップPS12で指示された送り速度F(30、000mm/min)を維持した形で、トーチ26の高速ループR(KR)に沿った周回移動が終了する。
【0058】
なお、上記高速ループR(KR)の周回移動中に、主制御部30により、レーザ発振制御部38に対しレーザ光の出力停止を指令して、レーザ光の照射を停止させることより、位置P1→P10→P11→P1のループR部分におけるワーク70の切断動作を中止し、材料の無駄を防止し、ワーク70上における切断形状(例えば、切断すべきパーツ形状)の配置(ネスティング)の効率を向上させることも可能である。
【0059】
次いで、加工プログラムPRO1は、図3(b)に示す加工ステップPS13に進み、加工制御部36は、ブロックN5で終点を位置P2(x座標0、y座標−50)とした直線補間指令(G01)を実行する。即ち、加工制御部36は、該移動を駆動制御部37に指令し、指令を受けた駆動制御部37は、X軸、及びY軸駆動モータ37X、37Yに所定信号を伝送する。これにより、トーチ26は切断経路L5に沿ってy軸負方向に位置P2へ直線移動すると共に、上記維持された送り速度Fでワーク70が切断される。
【0060】
また、上述と同様に、該切断加工中において、主制御部30は、高速ループRプログラムKLPのサブルーチンである自動生成プログラムJSPを実行し、加工ステップPS13、PS14間のコーナについて高速ループR(KR)を自動生成し、更に、トーチ26が、該自動生成された高速ループR(KR)に沿った周回移動し、加工ステップPS13、PS14間のコーナが切断される。更に、加工ステップPS14、PS15間のコーナについても、上述と同様に処理が実行される。
【0061】
次いで、加工ステップPS15に進み、加工制御部36は、ブロックN7で終点を位置P4(x座標−50、y座標0)とした直線補間指令(G01)を実行し、トーチ26が位置P4に達すると、加工制御部36は、レーザ発振制御部38にレーザ光の出力停止を指令し、レーザ光の照射が停止される。
【0062】
そして、最下段の加工ステップPS16に進み、主制御部30は、キャンセル指令を受け、高速ループRプログラムKLPを終了する。これにより、加工プログラムPRO1が終了し、長方形からなる切断形状SKの切断が完了する。
【0063】
また、本発明は、上述したように、コーナ角度θが0°から180°の範囲で交差してなるコーナ(シャープコーナ)に適用することが出来、即ち、図6に示すように、コーナ角度θが直角θ2である場合(同図(a))、鈍角θ3である場合(同図(b))、あるいは鋭角θ4である場合(同図(c))であっても、各々上述した高速ループRプログラムKLPを実行させることにより、コーナ移動経路算出部41が、各コーナ角度θに応じたx軸及びy軸移動距離d1、d2、及び半径r2を算出し、トーチ26が自動生成された高速ループR(KR)を周回移動する。なお、図6に関する説明は、図4で説明した部分と同一の部分に同一の符号を付することにより省略する。
【0064】
以上のように本実施例におけるレーザ加工機1では、シャープコーナ判定部40が、コーナがシャープコーナと判定すると、加工制御部36が、シャープコーナ生成用追加軌跡として自動生成された高速ループR(KR)に沿って、トーチ26を最大加速度a1で加速及び減速して移動させ、加工プログラムPRO1で設定された送り速度Fを極力維持しながら、シャープコーナを切断するので、切断形状SKの外側を周回する経路を、従来のループR(LR)より短い高速ループR(KR)とすることが出来、これにより、加工むらのない良好な切断面を維持するものでありながら、切断加工の高速化を実現することが出来る。特に、加工すべきシャープコーナの数が多い程、切断加工をより高速化することが出来るので好都合である。
【0065】
更に、加工制御部36は、加工プログラムPRO1の指令にキャンセル指令があるまで、高速ループRプログラムKLPを継続するので、加工すべきシャープコーナが多数であっても、加工プログラムKLPに高速ループR指令とキャンセル指令の2つの指令のみを挿入することにより、自動的に従来の経路より短い移動経路に沿って切断され、手間が掛けることなく簡単に切断加工の高速化を実現することが出来る。また、従来のようなループRプログラムLRPのためのプログラム容量も必要ないので、加工すべきシャープコーナが多数であっても、新たにプログラム容量を追加する必要がなく好都合である。
【0066】
なお、上述した実施の形態において、連続する2つの加工ステップのコーナにおけるシャープコーナの判定を、加工ステップの実行前に予め全てのコーナについて行う例を示したが、トーチ26がシャープコーナに到達前に判定するものであればいずれのものであってもよく、例えば、各加工ステップの実行直前に上記判定を行なってもよい。また、高速ループR(KR)の自動生成にあっても、切断加工中に行なう場合に限られず、上述と同様に、トーチ26がシャープコーナに到達前に判定するものであればいずれのものであってもよく、例えば、切断加工前に予め全てのコーナについて高速ループR(KR)の自動生成を行なってもよい。
【0067】
また、上述した実施の形態において、加工プログラムPRO1の全加工ステップで高速ループRプログラムKLPを実行する一例を示したが、これに限らず加工プログラムPRO1中の所定の加工ステップにおいて高速ループRプログラムKLPを実行するように挿入してもよく、例えば、ワーク70上にネスティングされる複数のパーツ形状のうち、所定のパーツ形状のみに高速ループRプログラムKLPを実行するようにしてもよい。
【0068】
更に、従来の加工方法であるループR(LR)を周回するループRプログラムLRPと、本発明である高速ループRプログラムKLPとを、オペレータが所定のGコードにより選択できるようにしてもよい。更に、上述した実施の形態において、オペレータが加工プログラムPRO1を直接作成する例を示したが、これに限らず予めCAD/CAM装置により作成したネスティングされるパーツ形状のデータを、制御装置1cに入力する場合であっても本発明を適用することが出来ることは勿論である。
【0069】
また、上述した実施の形態において、高速ループRが放物線(2次曲線)を有す一例を示したが、シャープコーナにおける切断経路に滑らかに繋がり、かつ所定の加速度a1で加速及び減速して移動し得る曲線であればどのような曲線であってもよく、例えば、3次曲線や楕円の円弧などでもよい。また、高速ループRが有す円弧も、移動経路に滑らかに繋がり、かつ減速された切断速度で移動し得る曲線であればどのような曲線であってもよく、例えば、楕円の円弧などでもよい。更に、高速ループRは中心線CLに対して対称な一例を示したが、これに限らず中心線CLに対して非対称であってもよい。
【0070】
更に、上述した実施の形態において、板状のワーク70を加工する例を示したが、シャープコーナを有す切断形状であればどのような形状であってもよく、例えば、切断形状が立体的な形状であってもよく、上記Z、A、B、Z軸駆動モータ37Z、37A、37Bを適宜駆動させて本発明を適用することができるもの勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明が適用されるレーザ加工機の一例を示す全体斜視図である。
【図2】図2は、図1のレーザ加工機における制御装置を示したブロック図である。
【図3】図3は、ワークのコーナ部付近の切断の様子の一例を示す図で、(a)は移動経路の高速ループRを示す図、(b)は加工プログラム例を示す図である。
【図4】図4は、高速ループRプログラムのサブルーチンである自動生成プログラムJSPの内容を示したフローチャートである。
【図5】図5は、高速ループRプログラムの実行の説明図で、(a)は高速ループRの算出についての説明図、(b)は高速ループRに沿ったトーチの周回移動を示す図
【図6】図6は、コーナ角度に基づく各切断経路を示した図である。
【図7】図7は、従来の加工方法によるコーナ部付近における切断の様子の一例を示す図で、(a)は移動経路のループRを示す図、(b)は加工プログラム例の一部を示す図である。
【符号の説明】
1……レーザ加工機
26……照射手段(トーチ)
30……シャープコーナ加工実行可否判定手段(主制御部)
36……加工実行手段、シャープコーナ加工実行手段(加工制御部)
37……移動駆動手段(駆動制御部)
38……レーザ光照射制御手段(レーザ発振制御部)
40……シャープコーナ判定手段(シャープコーナ判定部)
41……シャープコーナ生成用追加軌跡生成手段(コーナ移動経路算出部)
70……ワーク
F……所定の送り速度
KR……シャープコーナ生成用追加軌跡(高速ループR)
PRO1……加工プログラム
SK……切断形状
Claims (4)
- レーザ光を切断加工すべきワークに対して照射することの出来る照射手段を有し、前記照射手段を所定の送り速度で移動駆動させることの出来る移動駆動手段を有し、加工プログラムにより指示される移動指令に基づいて前記移動駆動手段を介して前記照射手段を移動駆動する加工実行手段を有するレーザ加工機において、
ワークにおける切断形状のコーナがシャープコーナであるか否かを、前記加工プログラムに基づいて判定するシャープコーナ判定手段を設け、
前記シャープコーナ判定手段により、シャープコーナとなるコーナが判定されたところで、当該コーナの加工に際して、シャープコーナ生成用追加軌跡を生成するシャープコーナ生成用追加軌跡生成手段を設け、
前記シャープコーナ生成用追加軌跡生成手段により生成されたシャープコーナ生成用追加軌跡に基づいて、前記シャープコーナと判定されたコーナの加工を行なうシャープコーナ加工実行手段を設けて構成した、レーザ加工機。 - 前記シャープコーナ加工実行手段は、前記レーザ光が前記コーナを通過して再度該コーナに戻ってくる間、前記照射手段の送り速度を減速させた状態で移動させるように制御することを特徴とする、請求項1記載のレーザ加工機。
- 前記加工プログラム中にシャープコーナ加工の実行指令が指令されているかを判定する、シャープコーナ加工実行可否判定手段を設け、
該シャープコーナ加工実行可否判定手段により、前記加工プログラム中にシャープコーナ加工の実行指令が指令されているものと判定された場合に、前記シャープコーナ加工実行手段によるコーナの加工を実行するようにして構成したことを特徴とする、請求項1記載のレーザ加工機。 - 前記レーザ光の前記照射手段からの前記ワークに対する照射を制御することの出来るレーザ光照射制御手段を設け、
該レーザ光照射制御手段により、前記シャープコーナ加工実行手段が前記照射手段を前記シャープコーナ生成用追加軌跡に沿って移動駆動させている間は、前記レーザ光の前記照射手段を介した前記ワークへの照射を行わないようにして構成したことを特徴とする、請求項1記載のレーザ加工機。
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