JP2011079016A - Laser beam machining apparatus and laser beam machining method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、レーザ光を用いワークとレーザ光を照射する加工ヘッドとの相対位置を変化させ切断加工を行うレーザ加工装置に関する。 The present invention relates to a laser processing apparatus that performs cutting by changing the relative position between a workpiece and a processing head that irradiates laser light using laser light.
レーザ光による切断加工においては、ピアッシング加工を切断加工よりも先に一括して行う方法が実施される場合がある（例えば、特許文献１参照）。このレーザ加工方法の特徴は、例えば、ピアッシング加工時にアシストガスとして酸化性ガスを使用し、切断加工時には非酸化性ガスを使用することによって、厚いワークでも短時間での切断が可能となり、また切断面の酸化の影響が非常に少なくなるため、切断面に光沢のある高品質な切断状態が得られるというものである。 In the cutting process using laser light, there is a case where a method of performing the piercing process collectively before the cutting process is performed (for example, see Patent Document 1). The feature of this laser processing method is that, for example, an oxidizing gas is used as an assist gas during piercing processing, and a non-oxidizing gas is used during cutting processing, so that even thick workpieces can be cut in a short time. Since the influence of the surface oxidation is extremely reduced, a high-quality cut state with gloss on the cut surface can be obtained.
通常、上記加工方法は、Ｚ軸退避移動指令、Ｘ、Ｙ軸移動指令、倣い制御実行指令などのレーザ加工装置に既存の指令を用いて加工プログラムを作成することで実現されている。ここで、Ｚ軸は鉛直方向、Ｘ、Ｙ軸は水平方向の各直行する軸を示している。この場合、ピアッシング加工時および切断加工時いずれの場合も、次の加工開始位置へアプローチするために、Ｚ軸退避移動を行った後、加工位置までＸ、Ｙ軸を移動し、その後、倣い制御を実行することで加工開始位置へ移動する。 Usually, the machining method is realized by creating a machining program using existing commands in a laser machining apparatus such as a Z-axis retract movement command, X and Y-axis movement commands, and a scanning control execution command. Here, the Z axis indicates the vertical direction, and the X and Y axes indicate the orthogonal axes in the horizontal direction. In this case, in both cases of piercing processing and cutting processing, in order to approach the next processing start position, after performing the Z-axis retract movement, the X and Y axes are moved to the processing position, and then the copying control is performed. To move to the machining start position.
ピアッシング加工開始位置及び切断加工開始位置へアプローチする類似の技術としては、次の方法もある。切断加工条件にピアッシング加工開始位置と切断加工開始位置との間の距離を示す距離データを含ませるとともに、ピアッシング加工開始位置または切断加工開始位置のどちらか一方の開始位置に至るまでの移動経路を教示することによって、各開始位置への移動を可能にするというものである（例えば、特許文献２参照）。 As a similar technique for approaching the piercing start position and the cutting start position, there is the following method. The cutting process conditions include distance data indicating the distance between the piercing process start position and the cutting process start position, and the movement path to either the piercing process start position or the cutting process start position By teaching, it is possible to move to each start position (see, for example, Patent Document 2).
しかしながら、ピアッシング加工時および切断加工時いずれの場合も、倣い制御で次の加工開始位置へアプローチする場合、倣い制御を実行した際の移動速度は早送り速度に比べて非常に遅いため、Ｚ軸の退避量（距離）が増すと加工開始位置までの移動時間に大きく影響してしまう。また、さらには、１枚のワークに対して多数の加工形状をレーザ加工する際には、上記の移動時間のロスが非常に大きくなってしまう。 However, in both cases of piercing and cutting, when approaching the next processing start position by scanning control, the movement speed when executing scanning control is very slow compared to the rapid feed speed. When the retraction amount (distance) increases, the movement time to the machining start position is greatly affected. Furthermore, when laser machining a large number of machining shapes on a single workpiece, the above-described loss of travel time becomes very large.
一方、特許文献３に記載の教示を用いた方法では、厚みの異なる複数のワークを同じ加工プログラムを用いてレーザ加工することができないという問題がある。例えば、薄いワークに対してピアッシング加工開始位置までの加工経路を加工ヘッドに教示した場合、薄いワークに対しては、教示通り加工ヘッドを移動させ加工を行うことができる。しかし、厚いワークに対しては、ピアッシング加工開始位置へ加工ヘッドをアプローチさせる際に、薄いワークのピアッシング加工開始位置へ移動するため、そのまま加工を開始すると最良の加工ができない。さらには、教示した位置によっては、厚いワークに加工ノズルを衝突させてしまう恐れがある。そのため、薄いワークに対して教示した加工経路をそのまま厚いワークに対して使用することができず、再び厚いワークに対しても加工経路を教示しなければならない。
On the other hand, the method using the teaching described in
本発明の目的は、上記従来技術の有する問題を解消するため、倣い制御を用いた下降移動を極力減らして移動時間の短縮を図り、また厚みの異なるワークに対しても同加工プログラムで加工ができるレーザ加工装置を提供することである。 The object of the present invention is to reduce the descent movement using the scanning control as much as possible in order to solve the problems of the above-mentioned conventional technology, and to reduce the movement time, and to process workpieces with different thicknesses with the same machining program. It is providing the laser processing apparatus which can be performed.
この発明に係るレーザ加工装置においては、前工程であるピアッシング加工時に、加工ノズルのピアッシング加工開始位置における倣い高さのＺ軸座標値を記憶することで、後工程である切断加工時に、加工ヘッドを切断加工開始位置に移動させる際に、記憶しておいたピアッシング加工開始位置までは早送り速度で加工ヘッドを移動させるものである。 In the laser machining apparatus according to the present invention, the Z-axis coordinate value of the scanning height at the piercing machining start position of the machining nozzle is stored during the piercing process which is the previous process, so that the machining head can be used during the cutting process which is the subsequent process. Is moved to the cutting processing start position, the processing head is moved at a rapid feed speed to the stored piercing processing start position.
この発明は、ピアッシング加工時に加工開始位置の倣い高さを記憶し、切断加工時に記憶した値を使用して加工ヘッドを下降させることにより、退避高さからピアッシング加工開始位置までの加工ヘッドの下降を、倣い速度ではなく早送り速度で実施できる。このため、切断加工時において、加工ヘッドを退避高さから切断加工開始位置まで下降させる時間を短縮することができる。 This invention memorizes the scanning height of the machining start position at the time of piercing, and lowers the machining head from the retracted height to the piercing machining start position by using the value stored at the time of cutting to lower the machining head. Can be performed at a fast feed speed instead of a copying speed. For this reason, at the time of cutting, the time for lowering the processing head from the retracted height to the cutting processing start position can be shortened.
実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１におけるレーザ加工装置の全体構成を示す図である。図１において、レーザ加工装置は、レーザビームをワーク１０１へ照射する加工ヘッド６、ハイトセンサ１１の機能を有し加工ヘッド６の先端に取り付けられている加工ノズル５、加工ヘッド６をＺ軸方向に移動するＺ軸駆動部７、Ｚ軸駆動部７をＹ軸方向に移動するＹ軸駆動部８、そしてワーク１０１を支える加工テーブル１３をＸ軸方向に移動するＸ軸駆動部９、から成る加工機本体１と、レーザビームを出射するレーザ発振器２と、加工機本体１およびレーザ発振器２を制御するとともに記憶部１２を備えたＮＣ制御部３と、オペレータからの入力を受け付ける操作部４と、を備えている。
なお、図１においては、加工ヘッド６がＹ軸方向に移動し、加工テーブルがＸ軸に移動するレーザ加工装置を例に説明したが、加工ヘッドはＺ軸のみ移動し、加工テーブルがＸＹ方向に移動する光走査型のレーザ加工装置でもよく、加工ヘッドと加工テーブルが相対的にＸＹＺ方向に移動すればよい。
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a laser processing apparatus according to
In FIG. 1, the laser processing apparatus in which the
次に、図２に示した、本実施の形態におけるレーザ加工装置の機能ブロック図を用いて、本実施の形態のレーザ加工における動作について説明する。
図２に示したように、オペレータはタッチパネルやキーボードなどの入力手段を備えた操作部４を通して、レーザ出力、加工速度、倣い制御実行時のワーク上面から加工ノズル５先端までの高さ（＝倣い高さ）などレーザ加工に必要なパラメータである加工条件や、各軸の移動指令、レーザビームのＯＮ／ＯＦＦ指令、倣い制御の実行指令などを含んだ加工プログラムを、ＮＣ制御部３に入力する。ＮＣ制御部３にこれらの加工条件や加工プログラムが入力されると、ＮＣ制御部３はそれらを記憶部１２に記憶し、蓄積する。レーザ加工を行う際には、オペレータはこれらの蓄積された加工条件や加工プログラムの中からワーク１０１の材質や厚み、加工形状に適したものを選択し、レーザ加工を開始する。レーザ加工が開始されると、ＮＣ制御部３はその加工プログラムの内容を判断し、各軸駆動部（７、８、９等）やレーザ発振器２などへ対応する指令を出力する。例えば、Ｘ軸の移動指令が入力された場合には、ＮＣ制御部３はＸ軸駆動部９へ移動命令を出力する。このようにＸ軸方向にＸ軸駆動部９にて加工テーブル１３を移動し、Ｙ軸方向にＹ軸駆動部９にて加工ヘッド６を移動することによって、ワーク１０１上の所望の２次元位置へ加工ヘッド６を位置決めすることができる。
Next, the operation in the laser processing of this embodiment will be described using the functional block diagram of the laser processing apparatus in this embodiment shown in FIG.
As shown in FIG. 2, the operator passes the operation unit 4 having input means such as a touch panel and a keyboard through the laser output, the machining speed, and the height from the upper surface of the workpiece to the tip of the
またレーザビームのＯＮ指令が入力された場合には、ＮＣ制御部３はレーザ発振器２へレーザビームの照射指令を出力する。ひとたびレーザ発振器２からレーザ光Ａが出射されると、そのレーザ光Ａは図示省略した光学機器等によって加工ヘッド６内まで導かれ、加工ヘッド６の先端に設けられた加工ノズル５からレーザビームとして照射する。このレーザビームがワーク１０１に照射されることによりレーザ加工が行われる。
When a laser beam ON command is input, the
図２に示される倣い制御部１０は、加工ノズル５の近傍に配設された非接触式の静電容量方式や渦電流方式などを利用したハイトセンサ１１を用いて、加工ノズル５先端とワーク１０１との間の距離が所望の値になるように倣い制御するものである。ハイトセンサ１１は、加工ノズル５先端とワーク１０１との間の距離を静電容量などの変位量として検出し、倣い制御部１０に入力する。倣い制御部１０は入力された変位量とＮＣ制御部３に記憶され、選択されている加工条件の倣い高さパラメータの設定値との差を演算し、この差が小さくなるようにＮＣ制御部３を通して速度指令値をＺ軸駆動部７（Ｚ軸サーボモータ等）に出力する。このフィードバック制御によって変位量と設定値が一致するように加工ノズル５先端の高さが倣い制御される。
The
図３に、ピアッシング加工時と切断加工時の倣い高さの関係を示す。図３において、（ａ）はピアッシング加工時における加工ノズル５先端の倣い高さを表しており、（ｂ）は切断加工時における加工ノズル５先端の倣い高さを表している。
これらの倣い高さの関係は焦点距離に関係しており、焦点距離は、切断溝、切断面粗さ、ドロスの付着状態、切断速度などほぼすべての加工性能に影響する。一般的に、ピアッシング加工時と切断加工時における最適な焦点距離は異なり、多くの場合、ピアッシング加工時よりも切断加工時の方が数ミリ程度低く設定される。焦点距離をワーク上面に近づけた方が、切断幅が狭く周囲への熱影響も少なく精度の良い加工ができるので、切断加工に適している。一方、ピアッシング可能の場合、穴開け時間短縮のため加工穴径を広げてレーザ出力を一気に上げて加工するため、焦点距離を切断加工時より上方に設定する。これらの倣い高さは、加工条件としてそれぞれＮＣ記憶部１２に設定される。これら加工ノズル５の先端位置を、それぞれピアッシング加工開始位置、切断加工開始位置と呼ぶことにする。
FIG. 3 shows the relationship between the copying height during piercing and cutting. In FIG. 3, (a) represents the scanning height of the tip of the
The relationship between the scanning heights is related to the focal length, and the focal length affects almost all processing performances such as cutting grooves, cutting surface roughness, dross adhesion state, cutting speed, and the like. In general, the optimum focal length at the time of piercing and cutting is different, and in many cases, it is set to be lower by several millimeters at the time of cutting than at the time of piercing. When the focal length is closer to the workpiece upper surface, the cutting width is narrower and the influence of heat on the surroundings is small, and processing with high accuracy can be performed. Therefore, it is suitable for cutting processing. On the other hand, when piercing is possible, the focal length is set higher than that at the time of cutting in order to widen the machining hole diameter and increase the laser output at once to reduce the drilling time. These scanning heights are set in the
次に、本実施の形態における制御フローについて、前工程であるピアッシング加工時と、後工程である切断加工時とに分けて説明する。
まず、前工程であるピアッシング加工時のフローを、図４、図５を用いて説明する。図４は、前工程の制御フローのフローチャートであり、図５は、複数の加工形状１１１から１１４をレーザ加工する加工プログラムを用い、図４のフローを実施した場合の加工ヘッド６の移動の様子を示した図である。
Next, the control flow in the present embodiment will be described separately for the piercing process that is the previous process and the cutting process that is the subsequent process.
First, the flow at the time of piercing which is the previous process will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a flowchart of the control flow of the previous process, and FIG. 5 shows the movement of the
図５において、Ｓは加工ヘッド６のレーザ加工開始位置を表しており、Ｐ１からＰ４は各加工形状１１１〜１１４のピアッシング加工位置を表している。このとき、ピアッシング加工位置Ｐの添え字１〜４は加工の順番を表しており、Ｐ１から順にＰ４まで加工を行う。また、Ｐ１からＰ４の各ピアッシング加工位置におけるピアッシング加工開始位置を、それぞれＰ１’からＰ４’とする。また、図５において加工ヘッドの移動軌跡を矢印で示したが、破線は早送り速度での移動を示し、一点鎖線は倣い速度での移動を示している。また、以下の各ステップ番号Ｓ０１からＳ０６は、図４のステップ番号に対応している。
In FIG. 5, S represents the laser machining start position of the
ステップＳ０１：レーザ加工が開始されると、レーザ加工開始位置Ｓから最初のピアッシング加工開始位置であるＰ１’へ移動するため、ＮＣ制御部３はＺ軸駆動部７に移動指令を出し、加工ヘッド６を早送り速度（以下、位置決め速度とも呼ぶ）でワーク１０１から離れる方向（＋Ｚ軸方向）へ、所定の退避量だけ移動させ、加工ヘッドを退避高さに移動させる。
なお、このときの加工ヘッドの移動は、図５における、Ｓ→Ｓｘへの移動となり、早送り速度での移動となるので、破線矢印で示してある。
Step S01: When laser processing is started, the
Note that the movement of the machining head at this time is the movement from S to Sx in FIG.
ステップＳ０２：加工ヘッド６がＺ軸退避高さまで到達すると、次にＮＣ制御部３はＸ軸駆動部９およびＹ軸駆動部８に移動指令を出し、加工ヘッド６を早送り速度でＸ軸、Ｙ軸方向に、退避高さのままピアッシング加工位置Ｐ１上の点Ｐ１ｘまで移動させる。
なお、このときの加工ヘッドの移動は、図５における、Ｓｘ→Ｐ１ｘへの移動となり、早送り速度での移動となるので、破線矢印で示してある。
Step S02: When the
Note that the movement of the machining head at this time is a movement from Sx to P1x in FIG.
ステップＳ０３：加工ヘッド６がピアッシング加工位置Ｐ１上の点Ｐ１ｘまで到達すると、ＮＣ制御部３は加工ノズル５がワーク１０１に衝突しないように、ピアッシング加工開始位置Ｐ１’まで移動するため、倣い制御部１０およびＺ軸駆動部７に指令を出し、ワーク１０１に近づく方向（−Ｚ軸方向）へ、倣い制御を行いながら倣い速度で加工ヘッド６を、ＮＣ記憶部１２に設定されているピアッシング加工開始位置の倣い高さまで下降させる。
なお、このときの加工ヘッドの移動は、図５における、Ｐ１ｘ→Ｐ１’への移動となり、倣い速度での移動となるので、一点鎖線矢印で示してある。
Step S03: When the
Note that the movement of the machining head at this time is a movement from P1x to P1 ′ in FIG. 5 and is a movement at the scanning speed, and is indicated by a one-dot chain line arrow.
ステップＳ０４：加工ヘッド６が、所定の倣い高さに到達すると、ＮＣ制御部３は加工ノズル５先端のＺ軸座標値を記憶部１２に記憶する。このＺ軸座標値とは、ＮＣ制御部３から移動指令が可能な座標値で記述されているもので、主な例としてレーザ加工装置の機械原点を基準とした座標系で記述されたものなどである。
Step S04: When the
ステップＳ０５：ピアッシング加工開始位置Ｐ１’となる倣い高さのＺ軸座標値を記憶すると、次にＮＣ制御部３はレーザ発振器２へレーザビームのＯＮ指令を出し、ピアッシング加工位置Ｐ１のピアッシング加工を開始する。
Step S05: After storing the Z-axis coordinate value of the scanning height at which the piercing processing start position P1 ′ is stored, the
ステップＳ０６：Ｐ１のピアッシング加工が完了すると、次のピアッシング加工位置Ｐ２のピアッシング加工開始位置であるＰ２’へ移動するため、Ｐ１’の時と同様、ステップＳ０１からＳ０５を行う。すなわち、Ｐ１上の退避高さＰ１ｘまで加工ヘッド６を上昇させ、ピアッシング加工位置Ｐ２上の点Ｐ２ｘまで加工ヘッド６を水平移動させ、Ｐ２ｘからＰ２’まで加工ヘッド６を倣い制御して下降させる。そして、Ｐ２’においても、倣い高さのＺ軸座標値を記憶し、ピアッシング加工を実施する。
このようにピアッシング加工位置Ｐ１からＰ４までのすべての加工形状に対してこの処理を繰り返し、Ｐ１’、Ｐ２’、Ｐ３’、Ｐ４’の各倣い高さのＺ軸座標値を記憶する。ピアッシング加工が全て終了した場合、前工程は完了となる。
Step S06: When the piercing process of P1 is completed, the process moves to P2 ′, which is the piercing process start position of the next piercing process position P2, so that steps S01 to S05 are performed as in the case of P1 ′. That is, the
In this way, this processing is repeated for all the machining shapes from the piercing machining positions P1 to P4, and the Z-axis coordinate values of the respective scanning heights of P1 ′, P2 ′, P3 ′, and P4 ′ are stored. When all the piercing processes are completed, the previous process is completed.
次に、後工程となる切断加工時のフローを、図６、図７をもとに説明する。図６は、後工程の制御フローのフローチャートであり、図７は、複数の加工形状をレーザ加工する加工プログラムを用い、図６のフローを実施した場合の加工ヘッド６の移動の様子を示した図である。図７（ａ）は加工形状全体の図であり、図７（ｂ）は切断加工位置Ｐ１近傍の拡大図である。
Next, the flow at the time of the cutting process which is a post process will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a flowchart of the control flow of the post-process, and FIG. 7 shows the movement of the
図７において、Ｐ１からＰ４の各切断加工位置における切断加工開始位置を、それぞれＰ１”からＰ４”とする。また、図７において加工ヘッドの移動軌跡を矢印で示したが、破線は早送り速度での移動を示し、一点鎖線は倣い速度での移動を示している。また、以下の各ステップ番号Ｓ１１からＳ１６は、図６のステップ番号に対応している。 In FIG. 7, the cutting start positions at the cutting positions P1 to P4 are P1 ″ to P4 ″, respectively. In FIG. 7, the movement trajectory of the machining head is indicated by an arrow. The broken line indicates the movement at the fast feed speed, and the alternate long and short dash line indicates the movement at the scanning speed. Further, the following step numbers S11 to S16 correspond to the step numbers in FIG.
ステップＳ１１：ピアッシング加工が終了した位置Ｐ４’から、最初の切断加工位置Ｐ１（＝ピアッシング加工位置Ｐ１）の切断加工開始位置Ｐ１”へ移動するため、ＮＣ制御部３はＺ軸駆動部７に移動指令を出し、加工ヘッド６を早送り速度でワーク１０１から離れる方向（＋Ｚ軸方向）へ、所定の退避量だけ移動させ、加工ヘッドを退避高さに移動させる。
なお、このときの加工ヘッドの移動は、図７（ａ）における、Ｐ４’→Ｐ４ｘへの移動となり、早送り速度での移動となるので、破線矢印で示してある。
Step S11: The
Note that the movement of the machining head at this time is a movement from P4 ′ to P4x in FIG.
ステップＳ１２：加工ヘッド６がＺ軸退避高さまで到達すると、次にＮＣ制御部３はＸ軸駆動部９およびＹ軸駆動部８に移動指令を出し、加工ヘッド６を早送り速度でＸ軸、Ｙ軸方向に、退避高さのまま切断加工位置Ｐ１上の点Ｐ１ｘまで移動させる。
なお、このときの加工ヘッドの移動は、図７（ａ）における、Ｐ４ｘ→Ｐ１ｘへの移動となり、早送り速度での移動となるので、破線矢印で示してある。
Step S12: When the
Note that the movement of the machining head at this time is a movement from P4x to P1x in FIG.
ステップＳ１３：加工ヘッド６が切断加工位置Ｐ１上の点Ｐ１ｘまで到達すると、ＮＣ制御部３はＺ軸駆動部７に指令を出し、ピアッシング加工時に記憶したＺ軸座標値をもとにピアッシング加工開始位置Ｐ１’まで、加工ヘッド６を早送り速度で移動させる。ここで、前工程であるピアッシング加工において、何の障害もなくＰ１’の位置まで加工ヘッドが下降できることはすでに確認済みであるので、倣い制御せずに早送り速度で移動させることができるのである。
なお、このときの加工ヘッドの移動は、図７（ａ）および（ｂ）における、Ｐ１ｘ→Ｐ１’への移動となり、早送り速度での移動となるので、破線矢印で示してある。
Step S13: When the
The movement of the machining head at this time is indicated by a broken line arrow in FIGS. 7A and 7B because it moves from P1x to P1 ′ and moves at a fast feed speed.
ステップＳ１４：加工ヘッド６がピアッシング加工開始位置Ｐ１’に到達すると、ＮＣ制御部３は加工ノズル５がワーク１０１に衝突しないように、切断加工開始位置Ｐ１”まで移動するため、倣い制御部１０およびＺ軸駆動部７に指令を出し、ワーク１０１に近づく方向（−Ｚ軸方向）へ、倣い制御を行いながら倣い速度で加工ヘッド６を、ＮＣ記憶部１２に設定されている切断加工開始位置の倣い高さまで降下させる。ここで、Ｐ１”はＰ１’よりも更にワークに近い位置となり、Ｐ１’とＰ１”間の障害の有無は確認できておらず、前工程であるピアッシング加工において、ワーク上面にドロスやスパッタが付着している可能性もあり、加工ヘッドがこれらの障害に衝突するのを避けるため、倣い制御にて移動させるのである。
なお、このときの加工ヘッドの移動は、図７（ａ）および（ｂ）における、Ｐ１’→Ｐ１”への移動となり、倣い速度での移動となるので、一点鎖線矢印で示してある。
Step S14: When the
Note that the movement of the machining head at this time is a movement from P1 ′ to P1 ″ in FIG. 7A and FIG.
ステップＳ１５：ＮＣ制御部３はレーザ発振器２へレーザビームのＯＮ指令を出し、さらにＸ軸駆動部９およびＹ軸駆動部８に移動指令を出し、切断加工位置Ｐ１から所定の形状１１１に切断加工を開始する。
Step S15: The
ステップＳ１６：Ｐ１の切断加工が完了すると、次の切断加工位置Ｐ２の切断加工開始位置であるＰ２”へ移動するため、Ｐ１”の時と同様、ステップＳ１１からＳ１５を行う。すなわち、Ｐ１上の退避高さＰ１ｘまで加工ヘッド６を上昇させ、ピアッシング加工位置Ｐ２上の点Ｐ２ｘまで加工ヘッド６を水平移動させ、Ｐ２ｘからＰ２’まで加工ヘッド６を下降させ、Ｐ２’からＰ２”まで加工ヘッドを倣い制御して下降させる。そして、切断加工を実施する。
このように切断加工位置Ｐ１からＰ４までのすべての加工形状に対してこの処理を繰り返す。切断加工が全て終了した場合、後工程は完了となる。
Step S16: When the cutting process of P1 is completed, the process moves to P2 ″ which is the cutting process start position of the next cutting process position P2, and therefore, Steps S11 to S15 are performed as in the case of P1 ″. That is, the
In this way, this process is repeated for all the machining shapes from the cutting positions P1 to P4. When all the cutting processes are completed, the subsequent process is completed.
本願発明は、上述した構成を備え制御をおこなうことで、前工程であるピアッシング加工時に、倣い制御で加工ヘッドが移動したピアッシング加工開始位置の倣い高さＺ軸座標値を記憶し、切断加工時に切断加工開始位置に加工ヘッドを移動させるときに、通常であれば倣い制御により移動させるところを、記憶しておいたピアッシング加工開始位置の倣い高さまで早送り速度で加工ヘッドを移動させ、更に切断加工開始位置まで加工ヘッドを降下させる時のみ倣い制御を行うものである。 The invention of the present application stores the scanning height Z-axis coordinate value of the piercing processing start position where the processing head has moved by scanning control at the time of piercing processing, which is the previous process, by performing control with the above-described configuration, and at the time of cutting processing When the machining head is moved to the cutting start position, it is usually moved by scanning control. The machining head is moved at a rapid feed rate to the stored copying height of the piercing start position, and further cut processing is performed. The copying control is performed only when the machining head is lowered to the start position.
これにより、切断加工時において、加工ヘッドを退避高さから切断加工開始位置まで下降させる時間を短縮することができる。特に、退避高さからピアッシング加工開始位置までの下降を、倣い速度から早送り速度に変更した分、短縮することができる。 Thereby, at the time of a cutting process, the time which descends a process head from a retracted height to a cutting process start position can be shortened. In particular, the descent from the retracted height to the piercing start position can be shortened by changing the scanning speed to the rapid feed speed.
例えば、一般的な値として、退避高さからピアッシング加工開始高さまでの距離（退避距離とも呼ぶ）は５０ｍｍ（図６においてＰ１ｘとＰ１’との間の距離）程度である。また、倣い速度は、１５ｍ／ｍｉｎ程度、早送り速度は、６５ｍ／ｍｉｎ程度である。この場合、退避距離５０ｍｍを倣い速度で加工ヘッドを移動させた場合の時間と、早送り速度で移動させた時間の差は、早送り速度での移動の方が、倣い速度での移動よりも、約０．１５ｓｅｃ早く移動できる。すなわち、切断加工開始時１回につき、言い換えればピアッシング１回につき０．１５ｓｅｃ加工時間を短縮できると言うことである。ピアッシングは、製品１個につき最低一回は必要であり（製品中に穴等があれば、穴の個数分更に必要となる）、例えば１０００個の製品を切断加工した場合には、最低でも１５０ｓｅｃの時間短縮が可能となり、加工効率の向上につながる。 For example, as a general value, the distance from the retracted height to the piercing start height (also referred to as the retracted distance) is about 50 mm (the distance between P1x and P1 'in FIG. 6). The copying speed is about 15 m / min, and the fast-forward speed is about 65 m / min. In this case, the difference between the time when the machining head is moved at the scanning speed with a retraction distance of 50 mm and the time when the machining head is moved at the fast feed speed is approximately equal to the movement at the fast feed speed than the movement at the scanning speed. Can move 0.15 seconds faster. That is, the processing time can be reduced by 0.15 sec per cutting start, in other words, per piercing. Piercing is required at least once per product (if there are holes in the product, it will be further required for the number of holes). For example, when 1000 products are cut and processed, at least 150 sec. Can be shortened, leading to improved processing efficiency.
さらに、ピアッシング加工毎にピアッシング加工開始位置の倣い高さを記憶するようにしたので、厚みの異なる複数のワークを加工する場合も、ワーク毎にピアッシング加工開始位置の倣い高さを記憶するため、ワーク毎に加工プログラムを切り替えることなく、同じ加工プログラムを用いてレーザ加工することができる。 Furthermore, since the copying height of the piercing processing start position is stored for each piercing process, even when processing a plurality of workpieces having different thicknesses, the copying height of the piercing processing start position is stored for each workpiece. Laser machining can be performed using the same machining program without switching the machining program for each workpiece.
実施の形態２．
実施の形態１においては、ピアッシング加工時にピアッシング加工開始位置の倣い高さを記憶し、切断加工時に加工ヘッドを記憶しておいた倣い高さまで早送り速度で移動し、切断加工開始位置までを倣い制御で移動させるものであった。
本実施の形態におけるレーザ加工装置の構成は、実施の形態１の図１、図２と同様であるが、制御フローが相違する。前工程となるピアッシング加工時の制御フローは実施の形態１と同様に、ピアッシング加工開始位置の倣い高さ（Ｚ軸座標値）を記憶する。一方、後工程となる切断加工時には、記憶された倣い高さ（Ｚ軸座標値）を用いてＺ軸退避位置から切断加工開始位置まで早送り速度で位置決めするものである。
In the first embodiment, the copying height at the piercing processing start position is stored at the time of piercing processing, moved to the scanning height stored at the processing head at the time of cutting processing at a fast feed speed, and is copied to the cutting processing start position. It was something to move with.
The configuration of the laser processing apparatus in the present embodiment is the same as that in FIGS. 1 and 2 of the first embodiment, but the control flow is different. As in the first embodiment, the control flow at the time of piercing processing as the previous process stores the scanning height (Z-axis coordinate value) of the piercing processing start position. On the other hand, at the time of cutting processing as a subsequent process, positioning is performed from the Z-axis retracted position to the cutting processing start position at a rapid feed speed using the stored scanning height (Z-axis coordinate value).
実施の形態１においては、ピアッシング加工時にワーク正面に発生するドロスやスパッタに加工ヘッドが衝突するのを避けるため、ピアッシング加工開始位置から切断加工開始位置までは倣い制御にて加工ヘッドを移動させた。しかし、薄板加工や低出力における加工のように、ピアッシング加工時にワーク上面にドロスやスパッタがほとんど発生しない加工の場合、加工ヘッドがドロスやスパッタに衝突する可能性がほとんど無いので、本実施の形態のように早送り速度にて加工ヘッドを移動させることができ、実施の形態１より更に加工時間の短縮が可能となる。 In the first embodiment, the machining head is moved by copying control from the piercing machining start position to the cutting machining start position in order to prevent the machining head from colliding with dross or spatter generated in front of the workpiece during piercing machining. . However, since there is almost no possibility that the machining head will collide with dross or spatter when processing with little dross or spatter on the workpiece top surface during piercing processing, such as thin plate processing or low power processing, this embodiment As described above, the machining head can be moved at a fast feed speed, and the machining time can be further reduced as compared with the first embodiment.
ここで、本実施の形態における制御フローについて、実施の形態１と異なる後工程のフローについて、図８、図９を用いて説明する。
図８は、後工程の制御フローのフローチャートであり、図９は、複数の加工形状１１１から１１４をレーザ加工する加工プログラムを用い、図８のフローを実施した場合の加工ヘッド６の移動の様子を示した図である。図９の記号や矢印は、実施の形態１における図５、図７と同様である。また、以下の各ステップ番号Ｓ２１からＳ２６は、図８のステップ番号に対応している。
Here, regarding the control flow in the present embodiment, a post-process flow different from that in the first embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 8 is a flowchart of the control flow of the post-process, and FIG. 9 is a state of movement of the
ステップＳ２１およびＳ２２は、実施の形態１のステップＳ１１およびＳ１２と同様である。 Steps S21 and S22 are the same as steps S11 and S12 of the first embodiment.
ステップＳ２３：加工ヘッド６が切断加工位置Ｐ１上の点Ｐ１ｘまで到達すると、ＮＣ制御部３にて、ＮＣ記憶部１２に加工条件として設定されているピアッシング加工時の倣い高さ設定値（Ｎ）と切断加工時の倣い高さ設定値（Ｍ）、そして前工程となるピアッシング加工時に記憶されたピアッシング加工開始位置の倣い高さＺ軸座標値（Ｌ）を用いて、以下の式にて切断加工開始位置のＺ軸座標を計算する。
目標座標値Ｚ＝Ｌ＋（Ｎ−Ｍ）
なお、ＮＣ制御部３にこの計算処理をさせるタイミングは、ステップＳ２２の後である必要はなく、後工程の加工が開始された際、すなわちステップＳ２１の前に、切断加工位置Ｐ１”からＰ４”すべてに対して計算処理を実行しておいてもよい。
Step S23: When the
Target coordinate value Z = L + (NM)
Note that the timing for causing the
ステップＳ２４：計算が完了すると、ＮＣ制御部３はＺ軸駆動部７に指令を出し、加工ヘッド６を切断加工開始位置Ｐ１”（目標座標値Ｚ）まで早送り速度で移動する。
なお、このときの加工ヘッドの移動は、図７（ａ）および（ｂ）における、Ｐ１ｘ→Ｐ１”への移動となり、早送り速度での移動となるので、破線矢印で示してある。
Step S24: When the calculation is completed, the
The movement of the machining head at this time is indicated by a broken line arrow in FIGS. 7A and 7B because it is a movement from P1x to P1 ″ and a movement at a fast feed speed.
ステップＳ２５およびＳ２６は、実施の形態１のステップＳ１５およびＳ１６と同様である。 Steps S25 and S26 are the same as steps S15 and S16 of the first embodiment.
本実施の形態におけるレーザ加工装置においては、上記制御フローとすることで、実施の形態１のものに比べ、退避高さからピアッシング加工開始位置までを早送り速度で加工ヘッドを移動する点は同じであるが、ピアッシング加工開始位置から切断加工開始位置まで（例えば、図７においては、Ｐ１’とＰ１”の間）を倣い速度ではなく早送り速度で加工ヘッドを下降することができるので、より加工時間を短縮できる。 In the laser processing apparatus in the present embodiment, the control flow is the same as in the first embodiment in that the processing head is moved at a rapid feed speed from the retracted height to the piercing processing start position. However, since the machining head can be lowered from the piercing machining start position to the cutting machining start position (for example, between P1 ′ and P1 ″ in FIG. 7) at a rapid feed speed instead of a scanning speed, the machining time is further increased. Can be shortened.
実施の形態３．
実施の形態１および２においては、ピアッシング加工開始位置の倣い高さが、切断加工開始位置の倣い高さよりも高い場合にて説明した。上述したように、ピアッシング加工開始位置の方が高いのが一般的だからである。しかし、逆にピアッシング加工開始位置の方が低い場合でも、本願発明を適用することは可能である。
In the first and second embodiments, the case where the copying height at the piercing start position is higher than the copying height at the cutting start position has been described. This is because the piercing start position is generally higher as described above. However, the present invention can be applied even when the piercing start position is lower.
図１０は、本願発明を、ピアッシング加工開始位置の倣い高さが、切断加工開始位置の倣い高さよりも低い場合に適用した場合の、切断加工時の加工ヘッドの移動の様子を示したものである。加工ヘッドの移動のさせ方としては、図１０（ａ）から（ｃ）の３通りについて説明する。 FIG. 10 shows how the machining head moves during cutting when the present invention is applied when the copying height at the piercing start position is lower than the copying height at the cutting start position. is there. Three ways of moving the processing head will be described with reference to FIGS.
図１０（ａ）に示したものは、実施の形態１と同様の制御によるものである。実施の形態１と同様に、切断時に退避高さＰ１ｘから記憶しておいたピアッシング加工開始位置倣い高さＰ１’へ、加工ヘッドを早送りで移動させ（Ｐ１ｘからＰ１’への破線矢印）、その後、切断開始位置倣い高さまで倣い制御で加工ヘッドを移動させる（Ｐ１’からＰ１”への一点鎖線矢印）。 FIG. 10A shows the same control as that in the first embodiment. Similarly to the first embodiment, the machining head is moved at a rapid feed from the retracted height P1x stored at the time of cutting to the piercing machining start position scanning height P1 ′ (broken arrow from P1x to P1 ′), and thereafter Then, the machining head is moved by scanning control up to the cutting start position scanning height (a dashed line arrow from P1 ′ to P1 ″).
図１０（ｂ）および（ｃ）に示したものは、実施の形態２と同様の制御によるものである。実施の形態２と同様に、ピアッシング加工時の倣い高さ設定値（Ｎ）、切断加工時の倣い高さ設定値（Ｍ）、およびピアッシング加工時に記憶されたピアッシング加工開始位置の倣い高さＺ軸座標値（Ｌ）から、Ｌ＋（Ｎ−Ｍ）の式にて切断加工開始位置のＺ軸座標を計算しこの値を用いる。 What is shown in FIGS. 10B and 10C is based on the same control as in the second embodiment. Similar to the second embodiment, the copying height setting value (N) at the time of piercing processing, the scanning height setting value (M) at the time of cutting processing, and the scanning height Z of the piercing processing start position stored at the time of piercing processing. From the axis coordinate value (L), the Z-axis coordinate of the cutting processing start position is calculated by the formula of L + (NM), and this value is used.
図１０（ｂ）においては、切断時に退避高さＰ１ｘから記憶しておいたピアッシング加工開始位置倣い高さＰ１’へ、加工ヘッドを早送りで移動させ（Ｐ１ｘからＰ１’への破線矢印）、その後、上記式にて計算された切断加工開始位置のＺ軸座標位置まで早送り速度で加工ヘッドを移動させる（Ｐ１’からＰ１”への破線矢印）。 In FIG. 10B, the machining head is moved at high speed from the retracted height P1x stored at the time of cutting to the piercing machining start position scanning height P1 ′ (broken arrow from P1x to P1 ′), and thereafter Then, the machining head is moved at a rapid feed speed to the Z-axis coordinate position of the cutting machining start position calculated by the above formula (broken arrow from P1 ′ to P1 ″).
一方、図１０（ｃ）においては、ピアッシング加工開始位置Ｐ１’を経由せずに、切断時に退避高さＰ１ｘから直接、上記式にて計算された切断加工開始位置のＺ軸座標位置まで早送り速度で加工ヘッドを移動させる（Ｐ１ｘからＰ１”への破線矢印）。本実施の形態の場合、図１０（ｃ）に示す最も短時間で加工ヘッドを移動させることができる。 On the other hand, in FIG. 10C, the rapid traverse speed from the retracted height P1x during cutting to the Z-axis coordinate position of the cutting processing start position calculated by the above formula without passing through the piercing processing starting position P1 ′. To move the machining head (broken arrow from P1x to P1 ″). In the case of this embodiment, the machining head can be moved in the shortest time shown in FIG.
１ 加工機本体
２ レーザ発振器
３ ＮＣ制御部
４ 操作部
５ 加工ノズル
６ 加工ヘッド
７ Ｚ軸駆動部
８ Ｙ軸駆動部
９ Ｘ軸駆動部
１０ 倣い制御部
１１ ハイトセンサ
１２ ＮＣ記憶部
１３ 加工テーブル
１０１ ワーク
１１１〜１１２ 加工形状
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記レーザ発振器から出力されるレーザ光をワークに照射する加工ヘッドと、
前記加工ヘッドとワークとのＸＹＺ３軸方向の相対位置を変化するＸＹＺ各軸駆動部と、
前記加工ヘッドの先端に設けられワークと加工ヘッドとの距離を測定するセンサと、
前記センサの測定値に基づき前記加工ヘッドとワークとのＺ軸方向の相対位置を所望の位置に制御する倣い制御部と、
前記レーザ発振器、前記ＸＹＺ各軸駆動部、および前記倣い制御部の動作を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
ピアッシング加工時に、前記Ｚ軸駆動部により前記加工ヘッドとワークとの相対距離を所定の値に変化させる際に、前記倣い制御部により倣い動作を実施すると共に、前記加工ヘッドが所定の位置に到達したとき前記加工ヘッドの位置を記憶し、
切断加工時に、前記記憶した加工ヘッドの位置に、前記Ｚ軸駆動部により倣い制御をせずに前記加工ヘッドを移動させるものである、
レーザ加工装置。 A laser oscillator that outputs laser light;
A machining head for irradiating a workpiece with laser light output from the laser oscillator;
XYZ axis drive units that change the relative positions of the machining head and the workpiece in the XYZ 3-axis direction;
A sensor provided at the tip of the machining head for measuring the distance between the workpiece and the machining head;
A scanning control unit that controls the relative position of the machining head and the workpiece in the Z-axis direction to a desired position based on the measurement value of the sensor;
A control unit for controlling the operation of the laser oscillator, the XYZ axis drive unit, and the scanning control unit;
The controller is
During piercing processing, when the relative distance between the processing head and the workpiece is changed to a predetermined value by the Z-axis drive unit, the scanning control unit performs a copying operation and the processing head reaches a predetermined position. The position of the machining head is memorized,
At the time of cutting, the machining head is moved to the position of the stored machining head without performing copying control by the Z-axis drive unit.
Laser processing equipment.
切断加工時に、前記記憶した位置に前記加工ヘッドを移動させた後、更に前記Ｚ軸駆動部により前記加工ヘッドとワークとの相対距離を所定の値に変化させる際に、前記倣い制御部により倣い動作を実施し前記加工ヘッドとワークとの相対距離を所定の値に変化させるものである、
請求項１に記載のレーザ加工装置。 The controller is
After cutting the machining head to the memorized position at the time of cutting, when the relative distance between the machining head and the workpiece is changed to a predetermined value by the Z-axis drive unit, copying is performed by the scanning control unit. The operation is performed and the relative distance between the machining head and the workpiece is changed to a predetermined value.
The laser processing apparatus according to claim 1.
ピアッシング加工開始位置の倣い高さ設定値をＮ、切断加工開始位置の倣い高さ設定値をＭ、前記記憶した加工ヘッドの位置をＬとした場合、Ｌ＋（Ｎ−Ｍ）を演算し、
前記切断加工時に、加工ヘッドを前記記憶した高さまで移動させた後、更に前記Ｚ軸駆動部により前記演算した結果得られる高さまで倣い制御をせずに加工ヘッドを移動させるものである、
請求項１に記載のレーザ加工装置。 The controller is
When the scanning height setting value at the piercing processing start position is N, the scanning height setting value at the cutting processing start position is M, and the stored processing head position is L, L + (N−M) is calculated.
At the time of the cutting process, after moving the machining head to the stored height, the machining head is further moved to the height obtained as a result of the calculation by the Z-axis drive unit without performing copying control.
The laser processing apparatus according to claim 1.
前記レーザ発振器から出力されるレーザ光をワークに照射する加工ヘッドと、
前記加工ヘッドとワークとのＸＹＺ３軸方向の相対位置を変化するＸＹＺ各軸駆動部と、
前記加工ヘッドの先端に設けられワークと加工ヘッドとの距離を測定するセンサと、
前記センサの測定値に基づき前記加工ヘッドとワークとのＺ軸方向の相対位置を所望の位置に制御する倣い制御部と、
前記レーザ発振器、前記ＸＹＺ各軸駆動部、および前記倣い制御部の動作を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
ピアッシング加工時に、前記Ｚ軸駆動部により前記加工ヘッドとワークとの相対距離を所定の値に変化させる際に、前記倣い制御部により倣い動作を実施すると共に、前記加工ヘッドが所定の位置に到達したとき前記加工ヘッドの位置を記憶し、
ピアッシング加工開始位置の倣い高さ設定値をＮ、切断加工開始位置の倣い高さ設定値をＭ、前記記憶した加工ヘッドの位置をＬとした場合、Ｌ＋（Ｎ−Ｍ）を演算し、
切断加工時に、前記Ｚ軸駆動部により前記演算した結果得られる高さまで倣い制御をせずに加工ヘッドを移動させるものである、
レーザ加工装置。 A laser oscillator that outputs laser light;
A machining head for irradiating a workpiece with laser light output from the laser oscillator;
XYZ axis drive units that change the relative positions of the machining head and the workpiece in the XYZ 3-axis direction;
A sensor provided at the tip of the machining head for measuring the distance between the workpiece and the machining head;
A scanning control unit that controls the relative position of the machining head and the workpiece in the Z-axis direction to a desired position based on the measurement value of the sensor;
A control unit for controlling the operation of the laser oscillator, the XYZ axis drive unit, and the scanning control unit;
The controller is
During piercing processing, when the relative distance between the processing head and the workpiece is changed to a predetermined value by the Z-axis drive unit, the scanning control unit performs a copying operation and the processing head reaches a predetermined position. The position of the machining head is memorized,
When the scanning height setting value at the piercing processing start position is N, the scanning height setting value at the cutting processing start position is M, and the stored processing head position is L, L + (N−M) is calculated.
At the time of cutting, the machining head is moved to the height obtained as a result of the calculation by the Z-axis drive unit without performing the copying control.
Laser processing equipment.
ピアッシング加工時に、
倣い制御によってピアッシング加工の開始位置へ加工ヘッドを移動する工程と、
加工ヘッドがピアッシング開始位置に移動完了したときの加工ヘッドの高さを記憶する工程と、
切断加工時に、
前記記憶した高さまで加工ヘッドを倣い制御をせずに移動する工程と、
を備えたレーザ加工方法。 In a laser processing method in which a plurality of piercing processes are performed prior to a cutting process,
During piercing processing,
A step of moving the machining head to the starting position of piercing by copying control;
Storing the height of the machining head when the machining head is moved to the piercing start position;
When cutting
A step of moving the machining head to the stored height without copying control;
A laser processing method comprising:
加工ヘッドを前記記憶した高さまで移動させた後、更に倣い制御によって切断加工の開始位置へ加工ヘッドを移動する工程と、
を備えた請求項５に記載のレーザ加工方法。 During the cutting process,
A step of moving the machining head to the memorized height and then moving the machining head to the cutting start position by scanning control;
The laser processing method of Claim 5 provided with these.
前記切断加工時において、
加工ヘッドを前記記憶した高さまで移動させた後、更に前記演算した結果得られる高さまで倣い制御をせずに加工ヘッドを移動する工程と、
を備えた請求項６に記載のレーザ加工方法。 A step of calculating L + (N−M), where N is the scanning height setting value of the piercing processing start position, M is the scanning height setting value of the cutting processing start position, and L is the stored height;
During the cutting process,
After moving the machining head to the stored height, and further moving the machining head to the height obtained as a result of the calculation without performing copying control;
The laser processing method of Claim 6 provided with these.
ピアッシング加工時に、
倣い制御によってピアッシング加工の開始位置へ加工ヘッドを移動する工程と、
加工ヘッドがピアッシング開始位置に移動完了したときの加工ヘッドの高さを記憶する工程と、
ピアッシング加工開始位置の倣い高さ設定値をＮ、切断加工開始位置の倣い高さ設定値をＭ、前記記憶した高さをＬとした場合、Ｌ＋（Ｎ−Ｍ）を演算する工程と、
切断加工時において、
前記演算した結果得られる高さまで倣い制御をせずに加工ヘッドを移動する工程と、
を備えたレーザ加工方法。 In a laser processing method in which a plurality of piercing processes are performed prior to a cutting process,
During piercing processing,
A step of moving the machining head to the starting position of piercing by copying control;
Storing the height of the machining head when the machining head is moved to the piercing start position;
A step of calculating L + (N−M), where N is the scanning height setting value of the piercing processing start position, M is the scanning height setting value of the cutting processing start position, and L is the stored height;
At the time of cutting
A step of moving the machining head without performing copying control to the height obtained as a result of the calculation;
A laser processing method comprising:
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