JP2016112593A - レーザ・パンチ複合加工機におけるノズル交換方法及びレーザ・パンチ複合加工機並びにレーザ加工機 - Google Patents

Abstract

【課題】パンチ加工時にレーザ加工ヘッドに対するノズルの着脱交換を行うノズルの着脱交換方法及びレーザ・パンチ複合加工機を提供する。【解決手段】レーザ・パンチ複合加工機におけるレーザノズル交換方法であって、パンチ加工機において板状のワークＷに対するパンチ加工時、又はワークＷに対するパンチ加工及びレーザ加工の休止時に、レーザ加工機におけるレーザ加工ヘッド９に対して、前記ワークのパスラインの上方位置において、交換するノズル４５を保持したノズルホルダ４７を相対的に接近移動して、前記レーザ加工ヘッド９とノズルホルダ４７との間においてノズル４５の着脱交換を行う。前記ノズルホルダ４７は、前記レーザ加工ヘッド９の下方位置に相対的に進入しかつ相対的に上下動してノズル４５の着脱交換を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、板状のワークに対してレーザ加工とパンチ加工とを行うレーザ・パンチ複合加工機におけるレーザ加工ヘッドに対してノズルの着脱交換を行うノズル交換方法及びレーザ・パンチ複合加工機に係り、さらに詳細には、ワークのパンチ加工時に、レーザ加工ヘッドに対してノズルの交換を行うことのできるノズル交換方法及びレーザ・パンチ複合加工機並びにワークテーブルの上方においてノズル交換を行うことができるレーザ加工機に関する。

金属板などの板状のワークに対してパンチ加工（パンチング加工）を行う、例えばタレットパンチプレスなどのパンチプレスにおいては、ワークのパンチ加工を行う前に、段取り作業としてパンチ、ダイの着脱交換を行うことがある。また、レーザ加工機においては、ワークの材質や板厚及びレーザ加工方法などの相違によって、レーザ加工ヘッドに備えたノズルの着脱交換が行われている。さらに、レーザ加工機においては、ノズル先端部にスパッタ等が付着したり、レーザ加工位置からの反射光によってノズル先端部が焼損されると、ノズルの交換が行われるものである。

ところで、パンチプレスとレーザ加工機とを複合化したレーザ・パンチ複合加工機においても、レーザ加工ヘッドに対するノズルの着脱交換が必要である。そこで、パンチプレスとレーザ加工機とを複合化して、レーザ加工ヘッドに対するノズルの着脱交換を行う構成とすることも可能である。しかし、レーザ加工機においては、レーザ加工ヘッドの下方位置にノズル交換装置を備えた構成が一般的である（例えば特許文献１，２，３参照）。

特開２００６−２６３７６５号公報 特開２００８−３０７５５０号公報 特開２００９−１６６２３６号公報

前記特許文献１〜３に記載のごときレーザ加工機とパンチプレスとを複合化した場合、レーザ加工ヘッドに対して下方位置に配置したノズル交換装置によってノズルの着脱交換を行うことになる。この場合、レーザ加工ヘッドに対してノズルの交換を行う場合、ワークを移動してのパンチ加工を停止する必要がある。すなわち、前記ノズルの交換時には、ワークに対するレーザ加工及びパンチ加工の両加工を停止する必要がある。また、従来のレーザ加工機において、ノズル交換を行う場合には、ノズル交換位置へ加工ヘッドを大きく移動する必要がある。また、場合によっては、ノズル交換位置に対してワークを退避させる必要がある。

したがって、ワークの加工能率が低下するという問題がある。

本発明は、上述のごとき問題に鑑みてなされたもので、レーザ・パンチ複合加工機におけるレーザノズル交換方法であって、パンチ加工機において板状のワークに対するパンチ加工時、又はワークに対するパンチ加工及びレーザ加工の休止時に、レーザ加工機におけるレーザ加工ヘッドに対して、前記ワークのパスラインの上方位置において、交換ノズルを保持したノズルホルダを相対的に接近移動して、前記レーザ加工ヘッドとノズルホルダとの間においてノズルの着脱交換を行うことを特徴とするものである。

また、前記ノズル交換方法において、前記ノズルホルダは、前記レーザ加工ヘッドの下方位置に相対的に進入しかつ相対的に上下動してノズルの着脱交換を行うことを特徴とするものである。

また、レーザ・パンチ複合加工機にであって、当該レーザ・パンチ複合加工機によって加工される板状のワークのパスラインの上方位置に、レーザ加工ヘッドに対して着脱交換する交換ノズルを保持したノズルホルダを備え、このノズルホルダを、前記レーザ加工ヘッドに対して相対的に接近離反する方向へ移動自在に備えると共に、ノズル交換を行うための交換位置に、前記ノズルホルダを相対的に位置決め自在に備えていることを特徴とするものである。

また、前記レーザ・パンチ複合加工機において、前記ノズルホルダは、前記レーザ加工ヘッドの下方位置に相対的に進入自在かつ相対的に上下動自在に備えられていることを特徴とするものである。

また、前記レーザ・パンチ複合加工機において、レーザ加工位置及びパンチ加工位置に対してワークをＸ，Ｙ軸方向へ移動位置決め自在のワーク移動位置決め装置を備え、前記ノズルホルダは、前記ワーク移動位置決め装置との干渉を回避するために、前記ワーク移動位置決め装置よりも高く上昇自在であることを特徴とするものである。

また、レーザ加工機であって、当該レーザ加工機によって加工される板状のワークのパスラインの上方位置に、レーザ加工ヘッドに対して着脱交換する交換ノズルを保持したノズルホルダを備え、このノズルホルダを、前記レーザ加工ヘッドに対して相対的に接近離反する方向へ移動自在に備えると共に、ノズル交換を行うための交換位置に、前記ノズルホルダを相対的に位置決め自在に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、パンチプレスによるワークのパンチ加工時であっても、レーザ加工ヘッドに対してノズルの交換を行うことができる。したがって、レーザ・パンチ複合加工機における能率向上を図る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・パンチ複合加工機の全体的構成を概念的、概略的に示した斜視説明図である。 レーザ加工ヘッドに対してノズルを着脱交換する動作の斜視説明図である。 レーザ加工ヘッドに対してノズルを着脱交換する動作の正面説明図である。 ケーシング及びノズルホルダの斜視説明図である。 ノズルホルダの斜視説明図である。

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・パンチ複合加工機１は、パンチ加工機とレーザ加工機のフレームを兼ねたフレーム３を備えている。このフレーム３は、前後方向（Ｙ軸方向）に長い下部フレーム３Ｌを備えており、この下部フレーム３Ｌの上方には、コラム３Ｃを介して上部フレーム３Ｕが一体的に備えられている。すなわちフレーム３は環状に構成してあって、上下のフレーム３Ｕ，３Ｌの間には、左右方向（Ｘ軸方向）に貫通した中空部５が備えられている。なお、フレーム３の構成としては、環状に限ることなくＣ型のフレームに構成することも可能である。

前記中空部５内には、上下のタレット７Ｕ，７Ｌが上下に対向して水平に回転自在に備えられている。前記上部タレット７Ｕは、板状のワークＷにパンチ加工を行う複数の上型（パンチ）を着脱交換自在に支承するもので、前記上部フレーム３Ｕの下部に回転自在に備えられている。前記下部タレット７Ｌは、前記上型に対応した複数の下型（ダイ）を着脱交換自在に支承するもので、前記下部フレーム３Ｌの上部に回転自在に備えられている。

前記上下のタレット７Ｕ，７Ｌは、サーボモータ（図示省略）によって同期回転されるもので、板状のワークＷのパンチ加工を行うパンチ、ダイは、ワークＷに対してパンチ加工を行うパンチ加工位置へ割出し位置決め自在である。そして、前記上部フレーム３Ｕには、パンチ加工位置へ割出し位置決めされたパンチを打圧自在なストライカ（ラム）が上下動自在に備えられている。したがって、パンチ加工位置に対してワークＷの位置決めを行った後に、前記ストライカによってパンチを打圧することにより、パンチ加工位置のパンチとダイによってワークＷのパンチ加工が行われるものである。

なお、レーザ・パンチ複合加工機１における前記パンチプレス（上下のタレット７Ｕ，７Ｌ及びストライカを含む構成のパンチプレス）は、既によく知られてた構成であるから、前記パンチプレスについてのより詳細な説明は省略する。

前記ワークＷのレーザ加工を行うために、前記上部フレーム３Ｕには、レーザ加工ヘッド９がＹ軸方向へ移動自在かつ上下動自在に備えられている。すなわち、前記上部フレーム３Ｕには前後方向のガイドレール１１（図３参照）が備えられており、このガイドレール１１には前後スライダ１３が移動自在に備えられている。そして、この前後スライダ１３には上下スライダ１５が上下動自在に備えられており、この上下スライダ１５には前記レーザ加工ヘッド９が備えられている。

前記前後スライダ１３の前後動は、前記上部フレーム３Ｕに装着したサーボモータ１７（図１参照）により回転されるボールネジ（図示省略）によって前後動されるものである。そして、前記レーザ加工ヘッド９の上下動は、前記前後スライダ１３に備えたサーボモータ１９によって回転される上下方向のボールネジ２１の作用によって上下動されるものである。上記構成により、ワークＷの上面に対するレーザ加工ヘッド９の高さ位置を調節し、かつレーザ加工ヘッド９を前後方向に移動すると共にワークＷを左右方向に移動するとき、レーザ加工ヘッド９からワークＷへレーザ光を照射することにより、ワークＷのレーザ加工が行われるものである。

なお、レーザ・パンチ複合加工機において、レーザ加工ヘッド９を前後方向及び上下方向に移動位置決めする構成は、既によく知られた構成であるから、レーザ加工ヘッド９を前後方向及び上下方向へ移動位置決めする構成についてのより詳細な説明は省略する。

前記レーザ・パンチ複合加工機１には、前記パンチ、ダイによるパンチ加工位置及び前記レーザ加工ヘッド９によるレーザ加工位置に対してワークＷの移動位置決めを行うワーク移動位置決め装置２３が備えられている。このワーク移動位置決め装置２３は既によく知られた構成であるが、概略的に説明する。前記ワーク移動位置決め装置２３は、左右方向に長いキャリッジベース２５を前後方向に移動自在に備えている。そして、このキャリッジベース２５にはキャリッジ２７が左右方向へ移動自在に備えられており、このキャリッジ２７には、ワークＷの前後方向の一端縁をクランプ自在な複数のワーククランプ２９が備えられている。

なお、前記キャリッジベース２５の前後方向への移動位置決め及びキャリッジベース２５に対するキャリッジ２７の左右方向への移動位置決めは、サーボモータ（図示省略）によって回転されるボールネジ機構又はリニアモータによって行われるものである。この種の構成は、既に知られた構成であるから、ワーク移動位置決め装置２３の構成についてのより詳細な説明は省略する。

既に理解されるように、ワークテーブル３１上のワークＷの一端縁を、ワーク移動位置決め装置２３におけるワーククランプ２９によってクランプし、パンチ加工位置に対してワークＷの移動位置決めを行うことにより、パンチ加工位置に割出し位置決めしたパンチ、ダイによってワークＷのパンチ加工を行うことができる。また、レーザ加工ヘッド９を前後方向に移動位置決めすると共に、ワークＷを左右方向に移動位置決めするときに、レーザ加工ヘッド９からワークＷに対してレーザ光を照射することにより、ワークＷのレーザ加工が行われるものである。

前記構成において、パンチ加工位置に対してワークＷの移動位置決めを行って、ワークＷのパンチ加工を行うときに、レーザ加工ヘッド９に対してノズルの着脱交換を行う場合、前記特許文献１〜３に記載のように、レーザ加工ヘッド９の下方位置にノズル交換装置を備えた構成においては、ワークテーブル３１上のワークＷの存在により、前記レーザ加工ヘッド９のノズルの着脱交換は不可能である。

そこで、本実施形態においては、ワークＷのパンチ加工時（ワークＷのパンチ加工を行おうとするとき）に、レーザ加工ヘッド９に対するノズルの着脱交換を行い得るように、前記ワークテーブル３１の上方位置にノズル交換装置３３が備えられている。

より詳細には、前記レーザ加工ヘッド９のＹ軸方向への移動経路に対応した位置であって、前記上下のタレット７Ｕ，７Ｌに近接した位置において、前記上部フレーム３Ｕには、Ｘ軸方向へ水平に突出した固定ビーム３５が固定してある。そして、この固定ビーム３５の先端部には垂直なガイドビーム３７が一体的に固定してあり、このガイドビーム３７には上下方向のガイド部材３９（図３参照）が備えられている。

上記ガイド部材３９には、前記ガイドビーム３７に備えたリニアモータ、流体圧シリンダ、ボールネジ機構などのごとき適宜の上下動用アクチュエータ（図示省略）によって上下動される上下スライダ４１が上下動自在に案内支承されている。そして、この上下スライダ４１の下部には、前記レーザ加工ヘッド９方向へ突出したケーシング４３が一体的に備えられている。このケーシング４３には、前記レーザ加工ヘッド９に対して着脱交換する複数のノズル４５（図４，５には１個のみ図示）を着脱自在に支持するノズルホルダ４７がＸ軸方向、すなわち前記レーザ加工ヘッド９に対して接近離反する方向へ移動自在に備えられている。

より詳細には、前記ケーシング４３における床部材４９上には、図５に示すように、Ｘ軸方向のガイド部材５１が備えられており、このガイド部材５１に前記ノズルホルダ４７が移動自在に案内支承されている。そして、前記ノズルホルダ４７を、前記ガイド部材５１に沿って往復動するために、前記床部材４９には、例えば流体圧シリンダなどのごとき往復動用アクチュエータ５３が備えられており、この往復動用アクチュエータ５３に備えた、例えばピストンロッドなどのごとき往復作動杆５５が前記ノズルホルダ４７に連結してある。

上記構成により、前記往復動用アクチュエータ５３を作動することにより、前記ノズルホルダ４７は、前記ケーシング４３に対する突出動作及び引込み動作が行われるものである。前記引込み動作によって前記ノズルホルダ４７がハウジング４３内へ引き込まれたときに、前記ハウジング４３の開口部（図示省略）を閉じるために、前記ノズルホルダ４７の先端部には板状の閉鎖部材５７が備えられている。そして、前記閉鎖部材５７に近接した前記ノズルホルダ４７の先端部付近には、前記ノズル４５を着脱自在に支持する複数のノズル支持部材５９がＹ軸方向に直線的に配置してある。

さらに、前記ノズルホルダ４７には、前記ノズル支持部材５９に近接したＹ軸方向の側方位置には、前記レーザ加工ヘッド９に装着したノズル４５の先端部（下端部）の清掃を行うためのブラシ６１が備えられている。また、このブラシ６１に近接したＹ軸方向の側方位置には、レーザ加工ヘッド９に装着したノズル４５の先端部が接触自在なキャリブレーションプレート６３が備えられている。

したがって、レーザ加工ヘッド９に装着したノズル４５の下端部にブラシ６１を接触し、ノズル４５に対してブラシ６１を相対的にＸ，Ｙ軸方向へ移動することにより、前記ノズル４５の下端部の清掃を行うことができる。また、レーザ加工ヘッド９に備えたノズル４５の下端部を、キャリブレーションプレート６１の上面に接触して、又は予め設定された近接位置に設定して、ノズル４５の下端部に備えた近接センサの検出値の較正を行うことができるものである。

ところで、前記構成において、前記上下スライダ４１を上下動し、上下スライダ４１を最上昇したときには、前記ケーシング４３は前記ワーク移動位置決め装置２３との干渉を回避するために、図１，２に想像線で示すように、前記ワーク移動位置決め装置２３よりも高い位置に位置するものである。したがって、ワーク移動位置決め装置２３に備えたワーククランプ２９によってワークＷをクランプし、パンチ加工位置に対してＸ，Ｙ軸方向へ移動位置決めしてワークＷのパンチ加工を行うとき、前記ワーク移動位置決め装置２３を上下のタレット７Ｕ，７Ｌに近接した場合であっても、ワーク移動位置決め装置２３と前記ケーシング４３とが干渉するようなことはないものである。

ところで、前記レーザ加工ヘッド９に対してノズル４５を着脱する構成は、前記特許文献１〜３等に記載されているように、種々の構成を採用可能である。本実施形態においては、前記特許文献１における図２５に示されたボールチャックやコレッチャックなどの公知の構成を採用するものであるから、レーザ加工ヘッドに対してノズル４７を着脱する構成についての詳細な説明は省略する。

さて、前述したように、前記パンチ加工位置に対してワークテーブル３１上のワークＷの位置決めを行って、ワークＷに対してパンチ加工を行うとき（ワークＷにパンチ加工を行っている最中の場合は勿論のこと、パンチ加工の準備を行っている場合も含むものである）に、レーザ加工ヘッド９に対してノズル４５の着脱交換を行うには、次のように行うものである。

すなわち、図１に示すように、例えば、ワーク移動位置決め装置２３が上下のタレット７Ｕ，７ＬからＹ軸方向に離れた状態にあるときに（必ずしも、離れていなくてもよい）、レーザ加工ヘッド９を上昇した状態に保持してノズル交換装置３３に対応した位置に移動位置決めする。他方、ノズル交換装置３３においては、ケーシング４３を下降し、ノズルホルダ４７をレーザ加工ヘッド９の下方位置へ突出作動する。そして、前記ノズルホルダ４７において空きのノズル支持部材５９の上方位置にレーザ加工ヘッド９を相対的に移動位置決めし、レーザ加工ヘッド９に装着してあるノズル４５を、空きのノズル支持部材５９に支持する。そして、レーザ加工ヘッド９におけるチャックからノズル４５を離脱する。

なお、ノズル４５を離脱する前に、レーザ加工ヘッド９に装着したノズル４５の下端部にブラシ６１を接触し、ノズル４５に対してブラシ６１を相対的にＸ，Ｙ軸方向へ移動することにより、必要に応じて前記ノズル４５の下端部の清掃を行うことができる。

その後、前記ノズルホルダ４７に支持されている交換すべきノズル４５を支持しているノズル支持部材５９の上方位置にレーザ加工ヘッド９を相対的に位置決めする。そして、レーザ加工ヘッド９を下降し、又はノズルホルダ４７を上昇して、交換すべき前記ノズル４５をレーザ加工ヘッド９に装着する。上述のように、レーザ加工ヘッド９に別個のノズル４５を装着した後、前記ノズルホルダ４７をケーシング４３内に引き込み、初期の上昇位置に復帰する。

なお、ノズル装着後、レーザ加工ヘッド９に備えたノズル４５の下端部を、キャリブレーションプレート６１の上面に接触して、又は予め設定された近接位置に設定して、ノズル４５の下端部に備えた近接センサの検出値の較正を行う。

上述のように、ケーシング４３内にノズルホルダ４７が引き込まれると、ノズルホルダ４７に備えた閉鎖部材５７がケーシング４３の開口部を閉鎖することになる。したがって、ケーシング４３の内部は、例えばパンチに供給されるオイルミスト等による汚染が防止されるものである。

以上のごとき説明より理解されるように、本実施形態によれば、パンチ加工機における上下のタレット７Ｕ，７Ｌに備えたパンチ、ダイによるワークＷのパンチ加工時に、レーザ加工機におけるレーザ加工ヘッド９に対してノズル４５の着脱交換を行うことができる。したがって、ワークＷのパンチ加工後にレーザ切断加工を行う場合、改めてノズル４５の交換を行うことなく、レーザ切断加工に円滑に移行することができる。よって、ワークＷのパンチ加工に続いてレーザ切断加工を行う場合、レーザ切断加工を能率よく行い得るものである。

なお、本発明は、前述したごとき実施形態のみ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なものである。例えば、ノズルホルダ４７を扇形状に形成すると共に、前記上下スライダ４１の下部に水平に回動自在に備え、この扇形状のノズルホルダ４７を回動することによって、前記レーザ加工ヘッド９の下側に出入り自在な構成とすることも可能である。また、ノズルホルダ４７を円盤形状に形成して前記上下スライダ４１の下部に水平に回動自在に備える。そして、この円盤状のノズルホルダ４７とレーザ加工ヘッド９との間においてノズル４５の着脱交換を行うためのＡＴＣアーム（第２のノズルホルダに相当）をフレームに回転自在かつ上下動自在に備えた構成とすることも可能である。

さらには、ノズル交換装置３３をＹ軸方向へ移動可能に備えて、レーザ加工ヘッド９に対してＹ軸方向の所望の交換位置においてノズル４５の着脱交換を行う構成とすることも可能なものである。

なお、前記説明においては、レーザ・パンチ複合加工機の場合について説明した。しかし、前記ノズル交換装置３３を開いて、レーザ加工機におけるレーザ加工ヘッド９に対してノズル４５の着脱交換を行うことも可能である。

この場合、レーザ加工機によって加工される板状のワークＷのパスラインの上方位置に、レーザ加工ヘッド９に対して着脱交換する交換ノズル４５を保持したノズルホルダ４７を備え、このノズルホルダ４７を、前記レーザ加工ヘッド９に対して相対的に接近離反する方向へ移動自在に備えると共に、ノズル交換を行うための交換位置に、前記ノズルホルダ４９を相対的に位置決め自在に備えた構成とすればよいものである。

１ レーザ・パンチ複合加工機
７Ｕ 上部タレット
７Ｌ 下部タレット
９ レーザ加工ヘッド
２３ ワーク移動位置決め装置
２５ キャリッジベース
２９ ワーククランプ
３１ ワークテーブル
３３ ノズル交換装置
４１ 上下スライダ
４３ ケーシング
４５ ノズル
４７ ノズルホルダ
４９ 床部材
５７ 閉鎖部材
５９ ノズル支持部材

Claims (6)

1. レーザ・パンチ複合加工機におけるレーザノズル交換方法であって、パンチ加工機において板状のワークに対するパンチ加工時、又はワークに対するパンチ加工及びレーザ加工の休止時に、レーザ加工機におけるレーザ加工ヘッドに対して、前記ワークのパスラインの上方位置において、交換ノズルを保持したノズルホルダを相対的に接近移動して、前記レーザ加工ヘッドとノズルホルダとの間においてノズルの着脱交換を行うことを特徴とするレーザ・パンチ複合加工機におけるノズル交換方法。
2. 請求項１に記載のノズル交換方法において、前記ノズルホルダは、前記レーザ加工ヘッドの下方位置に相対的に進入しかつ相対的に上下動してノズルの着脱交換を行うことを特徴とするレーザ・パンチ複合加工機におけるノズル交換方法。
3. レーザ・パンチ複合加工機であって、当該レーザ・パンチ複合加工機によって加工される板状のワークのパスラインの上方位置に、レーザ加工ヘッドに対して着脱交換する交換ノズルを保持したノズルホルダを備え、このノズルホルダを、前記レーザ加工ヘッドに対して相対的に接近離反する方向へ移動自在に備えると共に、ノズル交換を行うための交換位置に、前記ノズルホルダを相対的に位置決め自在に備えていることを特徴とするレーザ・パンチ複合加工機。
4. 請求項３に記載のレーザ・パンチ複合加工機において、前記ノズルホルダは、前記レーザ加工ヘッドの下方位置に相対的に進入自在かつ相対的に上下動自在に備えられていることを特徴とするレーザ・パンチ複合加工機。
5. 請求項３又は４に記載のレーザ・パンチ複合加工機において、レーザ加工位置及びパンチ加工位置に対してワークをＸ，Ｙ軸方向へ移動位置決め自在のワーク移動位置決め装置を備え、前記ノズルホルダは、前記ワーク移動位置決め装置との干渉を回避するために、前記ワーク移動位置決め装置よりも高く上昇自在であることを特徴とするレーザ・パンチ複合加工機。
6. レーザ加工機であって、当該レーザ加工機によって加工される板状のワークのパスラインの上方位置に、レーザ加工ヘッドに対して着脱交換する交換ノズルを保持したノズルホルダを備え、このノズルホルダを、前記レーザ加工ヘッドに対して相対的に接近離反する方向へ移動自在に備えると共に、ノズル交換を行うための交換位置に、前記ノズルホルダを相対的に位置決め自在に備えていることを特徴とするレーザ加工機。