JP2554750B2 - レーザ加工方法 - Google Patents

レーザ加工方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はレーザビームを使用して、ワークを加工する
レーザ加工方法に関し、特に熱影響が生じ易い鋭角加工
部においても自動的に切断加工を効率よく施工するため
のレーザ加工方法に関する。
〔従来の技術〕
レーザビームを用いた切断加工は、材料の切断個所に
レーザブームを照射し、同時にノズル先端から、アシス
トガスを吹き付けている。金属材料の切断時には、アシ
ストガスは通常酸素を用い、レーザによる熱エネルギー
加工に酸化反応を協働させており、局部的な熱加工の集
合となっている。鋭角加工部においては、加工テーブル
の移動速度が実質的に低下し、単位時間あたりの加工材
料への投入熱量は増大し、特に折り返し直後では、熱伝
導により切断加工以前に、局部的な熱を既に持っている
ため、鋭角先端部は溶けて落ちてしまい、その近傍にお
いても、同じ理由から著しい切断面粗度低下を招いてい
た。
鋭角の小さい角度側が製品である場合と大きい角度側
が製品である場合により対処方法は異なっている。
鋭角側（切断通路の内側）が製品である場合には、ル
ープ処理と呼ばれている方法が用いられている。これ
は、鋭角の折り返し点を越えたところまで切断加工を続
行し、適当な大きさの円弧または直線を描いて加工を続
行し、折り返し点に戻り、本来目的とする加工軌跡を再
開するという方法であり、この方法を用いれば、加工テ
ーブルの慣性力とサーボモータとの相関関係に起因す
る、鋭角での実質的な加工速度の低下を軽減することが
できる。また、ループの大きさを大きくすれば実質上、
鋭角先端を冷却することになる。
逆に鋭角側（切断通路の外側）が製品である場合に
は、折り返し点に到達する以前に、加工条件を変化させ
て、入熱量を極力小さくする試みを行い、折り返し点以
降も適当な距離まで加工が進む間、同様の操作を行うと
いう方法がとられている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、鋭角側が製品である場合は、ループ処理部の
加工軌跡のプログラムを本来目的とする加工軌跡以外に
作る手間が生じ、加工する材料の板厚や鋭角の角度によ
りループの大きさを変化させる必要も生じる。また、不
要な加工が付加されるということになり、材料を必要以
上に消費してしまうことになる。
また、鋭角側が製品の場合は、加工条件の設定が著し
く困難であり、どの程度の位置に来たら加工条件を変化
させ、どの程度の位置まで加工が進行したら元の加工条
件に戻すか等、経験と勘にたよったノウハウが必要とな
り、また、入熱量をおさえる加工を行っているからに
は、切断加工不可能という限界が生じてくる。また、こ
の加工方法は加工条件をいろいろと変化させるものであ
るため、加工プログラムが複雑となり、運用上問題があ
る。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、
加工プログラムを複雑にしたり、本来必要としない部分
までの加工を行ったりすることなく、鋭角加工を自動的
に行うためのレーザ加工方法を提供することを目的とす
る。
〔課題を解決するための手段〕
本発明では上記課題を解決するために、 CNCレーザ加工機を使用してワークにレーザビームを
照射して切断加工を行うレーザ加工方法において、予め
加工プログラムを先読みして、加工通路が予め設定され
た許容角度以下の鋭角であることを検出した場合に、前
記鋭角の先端まで所定の加工条件で切断加工を行い、前
記レーザビームが前記鋭角の先端に到達した時、前記レ
ーザビームの照射を停止し、所定時間冷却媒体を前記鋭
角の先端近傍に噴射し、所定時間経過後、前記鋭角の先
端でレーザビームを照射して設定された穴あけ加工条件
で穴あけ加工を行い、穴あけ加工後前記所定の切断加工
条件で切断加工を再開することを特徴とするレーザ加工
方法が、提供される。
〔作用〕
数値制御装置（CNC）は加工プログラムを先読みし、
加工通路に許容角以下の鋭角があることを検出した場
合、この鋭角の先端までは所定の加工条件で加工を行
い、鋭角の先端で加工を停止し、冷却媒体で所定の時
間、先端近傍を冷却して、レーザビームの過熱により切
断面粗度の低下を防止する。冷却後に穴あけ加工条件で
切断加工を行った後に所定の切断加工を再開する。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第２図は本発明を実施するためのCNCレーザ装置の構
成を示したブロック図である。図において、プロセッサ
１は図示されていないROMに格納された制御プログラム
に基づいて、メモリ10に格納された加工プログラムを読
みだし、NCレーザ装置全体の動作を制御する。出力制御
回路２は内部にD/Aコンバータを内蔵しており、プロセ
ッサ１から出力された出力指令値を電流指令値に変換し
て出力する。励起用電源３は商用電源を整流した後、ス
イッチング動作を行って高周波の電圧を発生し、電流指
令値に応じた高周波電流を放電管４に供給する。
放電管４の内部にはレーザガス19が循環しており、励
起用電源３から高周波電圧が印加されると放電を生じて
レーザガス19が励起される。リア鏡５は反射率99.5％の
ゲルマニウム（Ge）製の鏡、出力鏡６は反射率65％のジ
ンクセレ（ZnSe）製の鏡であり、これらはファブリペロ
ー型共振器を構成し、励起されたレーザガス分子から放
出される10.6μｍの光を増幅して一部を出力鏡６からレ
ーザブーム７として外部に出力する。
出力されたレーザビーム７は、ベンダミラー８で方向
を変え、集光レンズ９によって0.2mm以下のスポットに
集光されてワーク31の表面に照射される。
メモリ10は加工プログラム、各種のパラメータ等を格
納する不揮発性メモリであり、バッテリバックアップさ
れたCMOSが使用される。なお、この他にシステムプログ
ラムを格納するROM、一時的にデータを格納するRAMがあ
るが、本図でこれらを省略してある。
位置制御回路11はプロセッサ１の指令によってサーボ
アンプ12を介してサーボモータ13を回転制御し、ボール
スクリュー14及びナット15によってテーブル16の移動を
制御し、ワーク31の位置を制御する。図では１軸のみを
表示してあるが、実際には複数の制御軸がある。表示装
置18にはCRT或いは液晶表示装置等が使用される。
送風機20にはルーツブロワが使用され、レーザガス19
を冷却器21a及び21bを通して循環する。冷却器21aはレ
ーザ発振を行って高温となったレーザガス19を冷却する
ための冷却器であり、冷却器21bは送風器20による圧縮
熱を除去するための冷却器である。
冷却媒体制御回路22は磁弁23をオン、オフして冷却媒
体26を制御する。冷却媒体としてはガス、水、水蒸気等
が使用される。
パワーセンサ24は熱電あるいは光電変換素子等で構成
され、リア鏡５から一部透過して出力されたレーザ光を
入力してレーザビーム７の出力パワーを測定する。A/D
変換器25はパワーセンサ24の出力をディジタル値を変換
してプロセッサ１に入力する。
第１図は本発明のレーザ加工方法を説明するための図
である。ワーク31で、切断加工開始点32から鋭角先端33
を経過し、切断終了点34まで切断加工を行う際、切断開
始点32で、穴あけ加工条件にて穴あけを行い、終了後、
切断加工条件にて鋭角先端33まで移動を行わせる。
数値制御装置（CNC）は、鋭角先端33に到達する以前
に、加工プログラムの先読みを行い、角度自動判別を行
い、設定された許容角よりも小さい角度であれば、鋭角
先端33に到達した時、レーザビームの照射を停止する信
号を出力して、レーザビームの照射を一定時間停止す
る。この間に、鋭角先端33の近傍に、ガス、水、噴霧状
の水などの冷却媒体26を用いて、鋭角先端33の冷却を行
わせる。所定時間経過後、穴明け加工条件にて、切断加
工開始点32で行った、穴明け加工と同様の加工を行い、
終了後、切断加工開始点32から鋭角先端33までと同じ切
断加工条件のもとでワーク31を切断終了点34まで移動さ
せ、切断終了点34に到達した時、レーザビームの照射を
停止させる。
本発明によって、炭酸ガスレーザ出力2KWにて、板厚1
6mmの30度鋭角加工を行った場合、空気を冷却媒体と
し、冷却時間が約２秒で、他の切断加工条件を変化させ
ることなく、面粗度が鋭角以外の部分と同様な加工を行
うことできた。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明では、許容角度以下の鋭
角を検出して、鋭角先端でレーザビームの照射を停止し
て、冷却媒体で鋭角の先端近傍を冷却後に加工を再開す
るようにしたので、作業社は加工軌跡のみを意識して、
切断加工プログラムを作成することができる。
また、従来失敗が多かった鋭角切断加工に対して、鋭
角を意識することなく、加工を行うことができる。
さらに、ループ処理は不要となるため、加工材料の使
用料を最小限にとどめることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明のレーザ加工方法を説明するための図、 第２図は本発明の実施するためのCNCレーザ装置の構成
を示したブロック図である。 ７……レーザビーム 26……冷却媒体 31……ワーク 32……切断加工開始点 33……鋭角先端 34……切断終了点

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】CNCレーザ加工機を使用してワークにレー
    ザビームを照射して切断加工を行うレーザ加工方法にお
    いて、 予め加工プログラムを先読みして、加工通路が予め設定
    された許容角度以下の鋭角であることを検出した場合
    に、前記鋭角の先端まで所定の加工条件で切断加工を行
    い、 前記レーザビームが前記鋭角の先端に到達した時、前記
    レーザビームの照射を停止し、所定時間冷却媒体を前記
    鋭角の先端近傍に噴出し、 所定時間経過後、前記鋭角の先端でレーザビームを照射
    して設定された穴あけ加工条件で穴あけ加工を行い、 穴あけ加工後前記所定の切断加工条件で切断加工を再開
    することを特徴とするレーザ加工方法。
  2. 【請求項２】前記冷却媒体はガスあるいは水のいずれか
    を使用することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
    のレーザ加工方法。
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