JP2012076142A - 長尺材のレーザ切断加工方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長尺材のワークの先端部側を基端部側を切断分離するレーザ切断加工方法及び装置を提供する。
【解決手段】長尺材の基端部側を把持したメインチャックによって長尺材Ｗを回転する工程と、前記メインチャック５に対して接近離反する方向であって、前記長尺材Ｗの長手方向へ移動自在なキャリッジ７に当該キャリッジ７の移動方向に対して直交する方向へ移動自在に備えたレーザ加工ヘッド９によって前記長尺材Ｗのレーザ加工を行うとき、前記長尺材Ｗを支持するサポートチャック１１を前記キャリッジ７と一体的に長尺材Ｗの長手方向へ移動する工程と、前記長尺材Ｗの先端部側ＷＡを前記レーザ加工ヘッド９によってレーザ加工を行う工程と、レーザ加工を行った長尺材の先端部側を前記基端部側から切断分離するときに、互いに直交する方向から長尺材を把持自在かつ長尺材と一体的に回転自在な回転クランプを備えると共に長尺材の長手方向へ移動自在な一対の製品サポートによって前記長尺材の先端部側を支持する工程、の各工程を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばパイプ材やチャンネル材などのごとき長尺材のレーザ切断加工を行うレーザ切断加工方法及び装置に係り、さらに詳細には、前記長尺材の先端部側を切断分離するとき、前記先端部側を安定した状態に保持して切断加工を行うことのできるレーザ切断加工方法及び装置に関する。

従来、例えばパイプ材やチャンネル材などのごとき長尺材のレーザ切断加工を行う場合、上記長尺材の基端部側をスクロールチャックによって把持し、先端部側を適宜の支持機構によって支持する構成である。そして、前記スクロールチャックを回転して長尺材を回転すると共に、レーザ加工ヘッドからレーザ光を照射して穴開け加工や切り欠き加工等のレーザ切断加工を行っている（特許文献１、２参照）。

特開２００８−３０１０８号公報 特開２０１０−１２４７９号公報

前記特許文献１に記載の発明は、Ｘ軸方向へ移動自在なテーブル上にスクロールチャック及び支持機構を備え、テーブルをＸ軸方向へ移動することにより、前記スクロールチャック及び支持機構によって支持した長尺のワークをＸ軸方向へ移動し、レーザ加工ヘッドによって前記ワークにレーザ加工を行う構成である。すなわち、特許文献１に記載の発明は、テーブルのＸ軸方向の長さ寸法以下の長尺のワークを加工対象とするものである。

前記特許文献２に記載の発明は、長尺のワークを支持するパイプサポート装置を、レーザ加工ヘッドを備えたＸ軸キャリッジと一体的に移動しつつ前記ワークにレーザ加工を行うものであるから、前記パイプサポート装置によって支持された部分に近接した部分のレーザ加工を行うこととなり、長尺のワークの撓み等を防止した状態において精度のよいレーザ加工を行うことができる。また、前記パイプサポート装置によってワークを把持して、ワークを長手方向に移動できるので、前記Ｘ軸キャリッジのＸ軸方向への移動範囲の長さよりも長い範囲に亘ってワークにレーザ加工を行うことができ、望ましいものである。

しかし、前記特許文献１、２に記載の発明は、長尺のワークの先端部側を基端部側から切断分離しようとする場合、前記先端部側を支持することまでは記載されていない。したがって、例えば、長尺の基端部側の所定範囲に亘ってレーザ加工を行った後、基端部側から先端部側を切断分離する場合に問題がある。この場合、例えば水平なローラ又はＶ字形にローラを配置したローラテーブルによって前記先端部側を支持することも可能である。しかし、ワークが、例えば角パイプやチャンネル材などの場合には、ワークの回転が円滑に行われ得ないので問題がある。

本発明は、前述のごとき従来の問題に鑑みてなされたもので、長尺材のレーザ切断加工方法であって、長尺材の基端部側を把持したメインチャックによって長尺材を回転する（ａ）工程と、前記メインチャックに対して接近離反する方向であって、前記長尺材の長手方向へ移動自在なキャリッジに当該キャリッジの移動方向に対して直交する方向へ移動自在に備えたレーザ加工ヘッドによって前記長尺材の先端部側のレーザ加工を行う（ｂ）工程と、レーザ加工を行った長尺材の先端部側を前記基端部側から切断分離するときに、長尺材を把持自在かつ長尺材と一体的に回転自在な回転クランプを備えると共に長尺材の長手方向へ移動自在な少なくとも一対の製品サポートによって前記長尺材の先端部側を支持する（ｃ）工程、の各工程を備えていることを特徴とするものである。

また、長尺材のレーザ切断加工装置であって、長尺材の基端部側を把持して当該長尺材を回転するためのメインチャックと、当該メインチャックに対して接近離反する方向であって前記長尺材の長手方向へ移動自在のキャリッジと、当該キャリッジの移動方向に対して直交する方向へ前記キャリッジに移動自在に支持されたレーザ加工ヘッドと、前記長尺材の先端部側を前記基端部側から切断分離するときに、上記先端部側を把持自在かつ長尺材と一体的に回転自在な回転クランプを備えると共に長尺材の長手方向へ移動自在な一対の製品サポートと、を備えていることを特徴とするものである。

また、前記長尺材のレーザ切断加工装置において、前記製品サポートは、前記メインチャックに対して接近離反する方向へ位置調節自在なベースフレームに、リング状の回転フレームを回転自在に備え、この回転フレームの一側面に、長尺材を把持自在な一対のワーク把持部材を、当該回転フレームの回転中心を中心として互いに接近離反自在に備え、前記回転フレームの他側面に、前記ワーク把持部材の接近離反作動方向に対して直交する方向に互いに接近離反作動を行って長尺材を把持自在な別個の一対のワーク把持部材を備えていることを特徴とするものである。

また、前記長尺材のレーザ切断加工装置において、前記ワーク把持部材が長尺材を把持した状態にロック自在なロック手段を備えていることを特徴とするものである。

本発明によれば、長尺材の基端部側から切断分離される先端部側を、一対の製品サポート装置によって支持するものであるから、先端部側の長さ寸法が種々の場合であっても、上記先端部側の両端側を支持することができるものである。したがって、基端部側から先端部側を切断分離するとき、先端部側を安定した状態に支持できるものである。

そして、製品サポート装置を長尺材の長手方向へ移動することにより、切断分離された先端部側を、切断分離した位置から離反する方向へ搬出することができるものである。よって、長尺材の新たなレーザ加工位置がレーザ加工ヘッドと対応するように長手方向に移動して、基端部側のレーザ加工を行う場合、続けてレーザ加工を行うことができるものである。

本発明の実施形態に係るレーザ切断加工装置の全体的構成及び作用を概念的、概略的に示した説明図である。 製品サポートの全体的構成を示す斜視説明図である。 製品サポートの主要な構成を示した正面説明図である。 製品サポートの主要な構成を示した正面説明図である。 製品サポートの主要な構成を示した背面説明図である。

図１に概念的、概略的に示すように、本発明の実施形態に係るレーザ切断加工装置１は、例えばパイプ材やチャンネル材、アングル材などの長尺のワーク（長尺材）Ｗにレーザ加工を行うもので、例えばテーブルなどのごとき支持ベース３を備えている。この支持ベース３のＸ軸方向（図１において左右方向）の一端側にはメインチャック５が装着してある。このメインチャック５は、前記ワークＷを長手方向に挿通自在な中空状の回転軸（図示省略）を備えており、この回転軸の一端部には、前記ワークＷを互いに直交する方向から把持自在な二対のスクロール爪（図示省略）を備えた構成である。

上記メインチャック５の構成は、前記特許文献２に記載のパイプ回転手段（パイプ回転装置）と同様の構成であって、前記ワークＷを把持自在である。そして、ワークＷを把持した状態においてサーボモータ（図示省略）を正転、逆転することにより、ワークＷを長手方向の軸心回りに回転して回転割出しを行うことができるものである。なお、前記メインチャック５の構成は、前記特許文献２に記載の前記パイプ回転装置と同一の構成であってもよいものであるから、前記メインチャック５の構成、作用についてのより詳細な説明は省略する。

前記レーザ切断加工装置１には、前記メインチャック５に把持された前記ワークＷの長手方向（Ｘ軸方向）へ移動自在なキャリッジ７が備えられている。このキャリッジ７はＸ軸方向に対して直交するＹ軸方向（図１において紙面に垂直な方向）に長く構成してあり、このキャリッジ７には、前記ワークＷにレーザ加工を行うためのレーザ加工ヘッド９がＹ軸方向へ移動自在に備えられている。なお、上記キャリッジ７、レーザ加工ヘッド９は、例えば、前記特許文献２に記載のＸ軸キャリッジ、レーザ加工ヘッドと同一の構成であってもよく、既に周知の構成であるから、前記キャリッジ７、レーザ加工ヘッド９の構成、作用についての詳細な説明は省略する。

前記レーザ切断加工装置１において、前記支持ベース３上には、ワークＷのレーザ加工位置に近接した位置を支持するためのサポートチャック１１が前記キャリッジ７と一体的にＸ軸方向へ移動自在に備えられている。このサポートチャック１１は、前記特許文献２に記載のパイプサポート装置と同様の構成であって、前記キャリッジ７と一体的に連結自在な係合ピン１３を上下動自在に備えている。なお、前記サポートチャック１１の構成は、特許文献２に記載のパイプサポート装置と同一の構成であってもよいものであるから、サポートチャック１１のより詳細な構成、作用についての説明は省略する。

上記構成により、サポートチャック１１によってワークＷを相対的に移動可能に支持し、かつ当該サポートチャック１１をキャリッジ７と一体的に連結した状態において、キャリッジ７をＸ軸方向へ移動位置決めすると共にメインチャック５によってワークＷの回転割出しを行って、ワークＷにレーザ加工を行うことにより、ワークＷに対して種々の形状の穴加工や切欠き加工を行うことができる。この際、サポートチャック１１がワークＷのレーザ加工位置に近接した位置を支持しているので、ワークＷの撓みを防止した状態においてレーザ加工を行うことができ、精度の良いレーザ加工を行うことができる。

そして、前記サポートチャック１１によってワークＷを把持し、メインチャック５によるワークＷの把持を解放した状態にあるときに、サポートチャック１１を、図１において、左方向へ移動することにより、ワークＷの未加工部分を、前記メインチャック５の左側へ、すなわちレーザ加工ヘッド９の動作領域に対応した位置へ引き出すことができるものである。

すなわち、前記特許文献２に記載のレーザ切断加工装置と同様の作用、効果を奏し得るものである。

前述のごとく長尺のワークＷにレーザ加工を行った後、前記メインチャック５に把持されているワークＷの基端部側から、レーザ加工が行われた先端部側を切断分離するとき、ワークＷの先端部側を支持する必要がある。そこで、前記レーザ切断加工装置１には、ワークＷの先端部側を支持する一対の製品サポート１５Ａ，１５Ｂが備えられている。上記製品サポート１５Ａ，１５Ｂは、前記支持ベース３上にＸ軸方向へ移動位置決め自在に備えられている。

すなわち、図１（Ａ）に概略的に示すように、前記製品サポート１５Ａ，１５Ｂは、前記キャリッジ７のＸ軸方向への移動範囲の範囲外の位置へ位置決め自在である。そして、ワークＷの先端部側を切断分離するときには、図１（Ｂ）に示すように、切断分離される製品ＷＡの長さに対応して互いに両端部側を保持するように離隔して位置決めされる。そして、製品ＷＡを切断分離した後には、一対の製品サポート１５Ａ，１５Ｂを、前記メインチャック５から離反する方向（図１（Ｃ）において左方向）へ移動することにより、一対の製品サポート１５Ａ，１５Ｂによって製品ＷＡを支持した状態でもって加工位置から搬出することができるものである。

したがって、前記ワークＷの先端部側を切断分離した後、ワークＷの未加工部分、すなわち新たなレーザ加工位置を、レーザ加工ヘッド９の動作領域内に引き出して、ワークＷの基端部側のレーザ加工を続けて行うような場合、前記サポートチャック１１によってワークＷを把持する。そして、メインチャック５によるワークＷの把持を解放して相対的に移動自在に支持する。その後、キャリッジ７と一体的にサポートチャック１１を、図１（Ｃ）において左方向へ移動することにより、ワークＷをメインチャック５に対して左方向へ引き出し移動することができる。よって、ワークＷの基端部側の未加工部分のレーザ加工を続けて行うことができることになる。

そして、ワークＷの先端部側のレーザ加工を行っているときに、前記一対の製品サポート１５Ａ，１５Ｂから製品ＷＡを取り外して次工程へ搬出することができるので、ワークＷのレーザ加工の能率向上を図ることができるものである。

前記一対の製品サポート１５Ａ，１５Ｂは同一構成であるから、一方の製品サポート１５Ａ（１５Ｂ）の構成について詳細に説明する。製品サポート１５Ａ（１５Ｂ）は、前記支持ベース３に備えたＸ軸方向のガイド部１７（図２参照）にＸ軸方向（前記メインチャック５に対して接近離反する方向）へ移動自在に支持されたベースフレーム１９を備えている。このベースフレーム１９には複数のブラケット２１が備えられており、各ブラケット２１には、Ｘ軸方向の軸心回りに回転自在な支持ローラ（ガイドローラ）２３が回転自在に備えられている。

そして、前記複数の支持ローラ２３の間には、ワークＷを互いに直交する方向から把持自在かつワークＷと一体的に回転自在な回転クランプ２４の一部を構成するところのリング円板状の回転フレーム２５が回転自在に支持されている。この回転フレーム２５の回転中心は、前記メインチャック５における回転軸の軸心と一致してある。そして、前記回転フレーム２５の一側面及び他側面には、前記ワーク（製品）を把持自在な一対のワーク把持部材２７Ａ，２７Ｂが、前記回転フレーム２５の回転中心Ｏを中心として互いに接近離反自在に備えられている。

より詳細には、前記回転フレーム２５の一側面には、図３に示すように、互いに平行なガイド部材２９Ａ，２９Ｂが前記回転中心Ｏを間にして離隔して備えられている。そして、上記ガイド部材２９Ａ，２９Ｂには、前記ワーク把持部材２７Ａ，２７Ｂとしての把持ローラを、図３において上下に対向して備えた一対の把持部材ホルダ３１Ａ，３１Ｂが、図３において上下動自在に備えられている。前記把持部材ホルダ３１Ａは、図３において下側が開口したコ字形状に構成してあり、把持部材ホルダ３１Ｂは、図３において上側が開口したコ字形状に構成してある。

そして、前記把持部材ホルダ３１Ａ，３１Ｂにおいて、図３において左右両側に備えたそれぞれの上下方向のアーム部３３Ａ，３３Ｂには上下方向の長穴３５Ａ，３５Ｂがそれぞれ形成してある。上記長穴３５Ａ，３５Ｂの部分には、互いに対向する上下方向のラック３７Ａ，３７Ｂが備えられている。そして、前記把持部材ホルダ３１Ａ，３１Ｂを介して前記ワーク把持部材２７Ａ，２７Ｂを互いに接近離反する方向（図３において上下方向）に移動するために、前記ガイド部材２９Ａ，２９Ｂにはそれぞれ支持ブラケット３９Ａ，３９Ｂがボルト等のごとき複数の固定具によって一体的に取付けてあり、この各支持ブラケット３９Ａ，３９Ｂには、対向した前記ラック３７Ａ，３７Ｂと噛合したピニオン（図示省略）を一体的に備えたピニオン軸４１Ａ，４１Ｂが回転自在に支持されている。

したがって、例えば一方のピニオン軸４１Ａを、適宜の工具を介して正回転、逆回転することにより、一対の把持部材ホルダ３１Ａ，３１Ｂは、図３において互いに上下方向の逆方向へ同時に移動されることになる。よって、一対の把持部材ホルダ３１Ａ，３１Ｂに備えられた一対のワーク把持部材（把持ローラ）２７Ａ，２７Ｂは、回転フレーム２５の回転中心Ｏを間にして互いに接近離反する方向へ移動することになる。すなわち、ワーク把持部材２７Ａ，２７Ｂは、図３においての長尺のワークＷの上下方向の軸心位置を、前記回転中心Ｏに一致した状態に保持されるものである。

前記ワーク把持部材２７Ａ，２７ＢがワークＷを把持した状態にロック自在なロック手段４３が備えられている。すなわち、前記支持ブラケット３９Ａには、前記ピニオン軸４１Ａを回転自在に支持した支持孔に至るスリット４５が形成してある。そして、前記支持ブラケット３９Ａには、前記スリット４５を形成することによって構成された締付片４７に、前記スリット４５を通過して先端部を螺合した締付ボルト４９が回転自在に備えられている。

したがって、前記締付ボルト４９を締付けると、前記スリット４５が締付けられて、ピニオン軸４１Ａが固定されることになる。よって、ピニオン軸４１Ａを締付け固定した状態においては、ラック３７Ａ，３７Ｂを、図３において上下方向に移動することができず、一対のワーク把持部材２７Ａ，２７Ｂは不動状態にロックされるものである。そして、締付ボルト４９を緩めることにより、ピニオン軸４１Ａを回転することができ、一対のワーク把持部材２７Ａ，２７Ｂを互いに接近離反する方向へ移動することができるものである。

前記回転フレーム２５の他側面には、前記ワーク把持部材２７Ａ，２７Ｂの把持方向に対して直交する方向（図３においては左右方向）からワークＷを把持自在な別個の一対のワーク把持部材５１Ａ，５１Ｂ（図５参照）が備えられている。このワーク把持部材５１Ａ，５１Ｂを、回転フレーム２５の回転中心Ｏを間にして互いに接近離反する構成は、前記ワーク把持部材２７Ａ，２７Ｂを互いに接近離反する構成と同一であるから、同一機能を奏する構成要素には同一符号を付することとして重複した説明は省略する。

以上のごとき説明より理解されるように、一対の製品サポート１５Ａ，１５Ｂは、長尺のワークＷのレーザ加工を行うときには、キャリッジ７、レーザ加工ヘッド９の移動領域から離れた位置、すなわちレーザ加工の邪魔にならない位置へ退避（図１（Ａ）の状態）することができるものである。そして、ガイド部１７に沿って製品サポート１５Ａ，１５ＢをＸ軸方向へ移動するときには、前記ベースフレーム１９に立設した柄部材５３（図２参照）を把持して手動的に移動することができる。

したがって、ワークＷの基端部側から先端部側（製品ＷＡ）を切断分離するとき、前記ワーク把持部材２７Ａ，２７Ｂ及び５１Ａ，５１Ｂを互いに大きく離隔した状態において、ワークの先端部側を支持すべく適宜位置へ移動位置決めすることができる（図１（Ｂ）参照）。そして、前記ワーク把持部材２７Ａ，２７Ｂ及び５１Ａ，５１Ｂを互いに接近動作することにより、先端部側を把持することができるものである。

この際、前記ワーク把持部材２７Ａ，２７Ｂの接近離反動作方向と、前記ワーク把持部材５１Ａ，５１Ｂの接近離反動作方向は互いに直交する方向であるから、ワークＷの軸芯を回転フレーム２５の回転中心Ｏに常に一致した状態に把持することができる。したがって、ワークＷが、例えば角パイプやチャンネル材等の場合であっても、ワークＷの基端部側から先端部側を切断分離するとき、先端部側を安定した状態に保持することができ、精度のよい切断分離のレーザ加工を行うことができるものである。

そして、先端部側の切断分離を行った後には、製品サポート１５Ａ，１５Ｂをメインチャック５から離反する方向へ移動することにより、製品サポート１５Ａ，１５Ｂによって製品ＷＡを保持（支持、把持）した状態のままレーザ加工領域から製品を搬出することができるものである。したがって、ワークＷの基端部側のレーザ加工を続けて行うような場合、次のレーザ加工を能率よく開始することができるものである。また、レーザ加工領域から製品を搬出した後に、前記製品サポート１５Ａ，１５Ｂから製品ＷＡを別工程へ移送することができるものである。よって、製品サポート１５Ａ，１５Ｂからの製品ＷＡの取り出し作業をあわてることなく余裕が生じるものである。

なお、本発明は、前述したごとき実施形態に限るものではなく、適宜の変更を行うことにより、その他の形態でもって実施可能である。前記説明においては、回転フレーム２５の両側（一側面及び他側面）に一対のワーク把持部材２７Ａ、２７Ｂを設けた構成を説明したが、回転フレーム２５の片側（一側面）のみにワーク把持部材２７Ａとブラケットなどを介してワーク把持部材２７Ｂを設けることも可能である。また、回転フレーム２５を支持ローラ（ガイドローラ）２３で回転自在に支持する例を説明したが、この支持ローラはベアリングの支持など適宜別の形態で回転支持することも可能である。

１ レーザ切断加工装置
３ 支持ベース
５ メインチャック
７ キャリッジ
９ レーザ加工ヘッド
１１ サポートチャック
１３ 係合ピン
１５Ａ，１５Ｂ 製品サポート
１９ ベースフレーム
２４ 回転クランプ
２５ 回転フレーム
２７Ａ，２７Ｂ，５１Ａ，５１Ｂ ワーク把持部材（把持ローラ）
３１Ａ，３１Ｂ 把持部材ホルダ
３３Ａ，３３Ｂ アーム部
３７Ａ，３７Ｂ ラック
３９Ａ，３９Ｂ 支持ブラケット
４１Ａ，４１Ｂ ピニオン軸
４３ ロック手段
４５ スリット
４７ 締付片
４９ 締付ボルト

Claims (4)

1. 長尺材のレーザ切断加工方法であって、
   （ａ）長尺材の基端部側を把持したメインチャックによって長尺材を回転する工程、
   （ｂ）前記メインチャックに対して接近離反する方向であって、前記長尺材の長手方向へ移動自在なキャリッジに当該キャリッジの移動方向に対して直交する方向へ移動自在に備えたレーザ加工ヘッドによって前記長尺材の先端部側のレーザ加工を行う工程、
   （ｃ）レーザ加工を行った長尺材の先端部側を前記基端部側から切断分離するときに、長尺材を把持自在かつ長尺材と一体的に回転自在な回転クランプを備えると共に長尺材の長手方向へ移動自在な少なくとも一対の製品サポートによって前記長尺材の先端部側を支持する工程、
   の各工程を備えていることを特徴とする長尺材のレーザ切断加工方法。
2. 長尺材のレーザ切断加工装置であって、長尺材の基端部側を把持して当該長尺材を回転するためのメインチャックと、当該メインチャックに対して接近離反する方向であって前記長尺材の長手方向へ移動自在のキャリッジと、当該キャリッジの移動方向に対して直交する方向へ前記キャリッジに移動自在に支持されたレーザ加工ヘッドと、前記長尺材の先端部側を前記基端部側から切断分離するときに、上記先端部側を把持自在かつ長尺材と一体的に回転自在な回転クランプを備えると共に長尺材の長手方向へ移動自在な一対の製品サポートと、を備えていることを特徴とする長尺材のレーザ切断加工装置。
3. 請求項２に記載の長尺材のレーザ切断加工装置において、前記製品サポートは、前記メインチャックに対して接近離反する方向へ位置調節自在なベースフレームに、リング状の回転フレームを回転自在に備え、この回転フレームの一側面に、長尺材を把持自在な一対のワーク把持部材を、当該回転フレームの回転中心を中心として互いに接近離反自在に備え、前記回転フレームの他側面に、前記ワーク把持部材の接近離反作動方向に対して直交する方向に互いに接近離反作動を行って長尺材を把持自在な別個の一対のワーク把持部材を備えていることを特徴とする長尺材のレーザ切断加工装置。
4. 請求項３に記載の長尺材のレーザ切断加工装置において、前記ワーク把持部材が長尺材を把持した状態にロック自在なロック手段を備えていることを特徴とする長尺材のレーザ切断加工装置。

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