JP3126175B2 - レーザ加工ヘッドの自動交換装置 - Google Patents

レーザ加工ヘッドの自動交換装置

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JP3126175B2
JP3126175B2 JP03247183A JP24718391A JP3126175B2 JP 3126175 B2 JP3126175 B2 JP 3126175B2 JP 03247183 A JP03247183 A JP 03247183A JP 24718391 A JP24718391 A JP 24718391A JP 3126175 B2 JP3126175 B2 JP 3126175B2
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/1462Nozzles; Features related to nozzles
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  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Automatic Tool Replacement In Machine Tools (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、レーザ加工機におい
てワークの材質や板厚などによって最適な焦点距離を備
えたレーザ加工ヘッドを装着するためのレーザ加工ヘッ
ドの自動交換装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、レーザ加工機では先端にレーザノ
ズルを装着したレーザ加工ヘッドと、ワークを載置した
ワークテーブルとを相対的に移動せしめ、ワークテーブ
ル上におけるワークの所望位置にレーザ加工ヘッドのレ
ーザノズルから、レーザビームを照射してレーザ加工を
行なっている。
【0003】このレーザ加工は、一般にピアス加工を行
なった後に切断加工を行なうために、ワークの材質や板
厚等によってレーザノズルに備えたレンズの焦点距離を
正確に合わせる必要があり、予め複数種のレーザ加工ヘ
ッドを備えておき、加工作業に対応して人手により交換
し且つ微調整が行なわれていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たようにレーザ加工ヘッドの交換や微調整を人手によっ
て行なったのでは、作業も煩雑であるばかりか精度の上
からも問題があった。
【0005】本発明は、上記した事情に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、人手を要することな
くレーザ加工ヘッドの交換を可能とし、且つ位置決めと
芯出しが正確に行なえるレーザ加工ヘッドの自動交換装
置を提供しようとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のレーザ加工ヘッドの自動交換装置は、レー
ザ加工ヘッドの取付部に係合するテーパ面を有し、前記
レーザ加工ヘッドの位置決めを行なう上下動自在な位置
決めシリンダと、この位置決めシリンダの先端側に設け
られ前記レーザ加工ヘッドの取付部をチャックするヘッ
ドクランプ用チャックと、前記位置決めシリンダの外方
に設けられ前記ヘッドクランプ用チャックを締着するた
めのテーパ面によって上記ヘッドクランプ用チャックを
締着することにより、前記レーザ加工ヘッドの芯出しを
行なう把握シリンダと、を備えてなることを特徴とする
ものである。
【0007】
【作用】上記のように構成されたレーザ加工ヘッドの自
動交換装置によれば、レーザ加工のヘッドの取付部を例
えば予め整列収納してある複数のレーザ加工ヘッド収納
部上に移動し、レーザ加工機のZ軸を定位置まで下降さ
せることにより、レーザ加工ヘッドの取付部を自動交換
装置内に挿入させる。
【0008】この挿入によってレーザ加工ヘッドは所定
位置に位置決めされ、位置決めシリンダと把握シリンダ
とを同時的に作動させることにより、位置決めシリンダ
によってレーザ加工ヘッドは所定位置に位置決め保持さ
れ、把握シリンダによってヘッドクランプ用チャックは
レーザ加工ヘッドの取付部を把持しながら芯出しを行な
い固定される。
【0009】このように取付けられたレーザ加工ヘッド
を交換するには、前記レーザ加工ヘッド収納部の所定位
置にZ軸を移動させて定位置まで下降し、前記位置決め
シリンダと把握シリンダとを解除させることにより、レ
ーザ加工ヘッドはZ軸より開放されて収納される。そし
てZ軸を次のレーザ加工ヘッド上で再度下降させること
により簡単に交換が行なわれる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1ないし図3に
よって説明する。
【0011】図2を参照するに、レーザ加工機1は箱形
状のX軸方向(図2において紙面の表裏方向)へ延伸さ
れたベース3を備えており、このベース3の上部にはX
軸方向に移動自在なワークテーブル5が設けてある。こ
のワークテーブル5の上方にはアーチ状に形成された門
型フレーム7が設けてあり、この門型フレーム7の上部
にはY軸キャレッジ9が設けてある。このY軸キャレッ
ジ9の上下端面にはガイドレール11が設けてあって、
このガイドレール11には前記ワークテーブル5に対し
て垂直方向(Z軸方向)に設けられた移動台13が設け
てある。この移動台13は前記Y軸キャレッジ9内に設
けられたY軸駆動用モータによって回転駆動されるボー
ルネジ(図示省略)に係合されており、ボールネジの駆
動によって前記ガイドレール11に沿ってY軸方向(図
2において左右方向)に往復動可能に構成されている。
【0012】この移動台13の上部にはベンドミラー1
5を収納したミラーボックス17が設けてあり、このミ
ラーボックス17の下側面には円筒状のZ軸キャレッジ
19が垂設されている。このZ軸キャレッジ19内に
は、その内周面に沿って上下動自在な円筒状のZ軸21
が設けてあって、このZ軸21の下端には後述するレー
ザ加工ヘッドの自動交換装置23を介して、レーザ加工
ヘッド25が脱着可能に設けてある。このレーザ加工ヘ
ッド25の先端部にはレーザノズル27が取付けられて
いる。
【0013】前記ベース3のY軸方向の一端側(図2に
おいて左端側)にはレーザ発振器29が配置されてお
り、このレーザ発振器29にはレーザビーム管31が接
続されている。このレーザビーム管31は上方に設けら
れ別のレーザビーム管33に接続されており、この接続
部にはベンドミラー35が装着されている。
【0014】上記構成により、レーザ発振器29で発振
されたレーザビームLBは、ベンドミラー35を介して
Z軸キャレッジ19上のベンドミラー15によって屈折
され、Z軸21内を通ってレーザノズル27より照射さ
れてワークテーブル5上のワークにレーザ加工が行なわ
れることになる。
【0015】このレーザ加工中の移動台13が移動され
てもレーザノズル27より照射されるレーザ光は変らず
にワークに照射されることになる。また、前記ワークテ
ーブル5のX軸方向への移動と相俟って、ワーク面に自
在なレーザ加工が施される。なお、前記門型フレーム7
の左側にはレーザ加工機1を制御する制御装置37が設
けらている。
【0016】前記門型フレーム7のサイズフレーム7L
には、種々の焦点距離を異なったレンズを備えたレーザ
加工ヘッド25を支承するレーザ加工ヘッド収納部39
が設けてある。このレーザ加工ヘッド収納部39は図3
に示すように、焦点距離の異なる複数種のレーザ加工ヘ
ッド25を円周上に適宜な間隔で収納するターンテーブ
ル41と、このターンテーブル41を回転させる回転軸
43とによって構成されている。前記ターンテーブル4
1にはレーザ加工ヘッド25のレーザノズル27の外周
部に当接支持する貫通孔45が形成されており、レーザ
加工ヘッド25はこの貫通孔45内に挿入して収納され
る。前記回転軸43は別に設けられた例えばモータ等の
駆動装置によって回転され、所望のレーザ加工ヘッド2
5が前記Z軸21の直下になる位置へ位置決めされるよ
うに構成されている。
【0017】レーザ加工ヘッド25は円筒状の本体部4
7と、この本体部47における上部の外周は僅かに円錘
台状に形成された取付部49とよりなり、取付部49を
設けた反対側の下端面にはレーザノズル27を取付ける
ための取付孔(図示せず)を有し、この取付孔の周辺に
は本体部47の端面が鍔状に突出している。前記本体部
47内には集光レンズ装置が備えられているが、公知の
ものであり詳細は省略する。
【0018】このレーザ加工ヘッド25をレーザ加工機
1のZ軸21に取付けるための自動交換装置23は、図
1に示すように構成されている。すなわち、図1におい
て、外周部はレーザ加工ヘッド25の外径寸法に等しい
円筒部51で、この円筒部51の内周面には一段径の大
きな段差部53が設けてある。この段差部53の開放口
側には一端が段差部53内に嵌合するリング状突部を有
するリング部材55が設けられており、このリング部材
55の内周面と前記円筒部51の内周面とは同径に形成
してある。この同径に形成された内周面には上下方向に
移動される把握シリンダ57が装着されている。
【0019】この把握シリンダ57は薄肉円筒のシリン
ダで、外周面上には前記段差部53内に係合する鍔状リ
ング59が間隙を設けて2本宛突出されている。この2
つの鍔状リング59の間にはリングシール61が設けて
あって、鍔状リング59と段差部53との気密性を高め
ている。また、把握シリンダ57と前記リング部材55
の内周面との間にもリングシール63が設けてある。こ
のように形成された把握シリンダ57のリングシール6
3を設けた反対側の内周面には、端面側に大きく広がる
テーパ面65が設けてある。このテーパ面65はその内
周側に設けたコレットチャックなどのごときヘッドクラ
ンプ用チャック67の締着面としての作用を行なう。
【0020】ヘッドクランプ用チャック67は前記把握
シリンダ57の内周面に接する内側リング89の一端に
接続されており、この内側リング69は薄肉円筒体で他
端側にはフランジ部71が形成してある。このフランジ
部71は前記リング部材55の端面側に設けられた円盤
状の蓋体73にねじ75により固定されている。前記フ
ランジ部71の内周側は厚肉部となっており、この厚肉
部は段差77をもって薄肉部に続いている。この厚肉部
から薄肉部へ続く段差77は、前記ヘッドクランプ用チ
ャック67の接続部分に及び内周面に形成された突起状
リング79まで延設されている。
【0021】この段差77内には位置決めシリンダ81
の外周に形成した突部83が上下方向に僅かな間隙を設
けて摺動され、この突部83に続く円筒部85は前記内
側リング69のフランジ部71の内周面に密接されてい
る。この位置決めシリンダ81の前記突部83と円筒部
85の外周面上には溝部を設けてリングシール87がそ
れぞれ設けてある。このような位置決めシリンダ81の
レーザ加工ヘッド25の取付部49に対応する内周端面
には、前記取付部49に形成したテーパ部に対応するテ
ーパ面89が形成してあり、そのテーパ面89の奥側に
はテーパ面のバネ性を助長する溝部91が設けてある。
また、テーパ面89を形成した外周側には小段差93が
設けてある。この小段差93と前記内側リング69の突
起状リング79との間にはバネ95が挿入してあって、
位置決めシリンダ81を常に上方に付勢するように構成
してある。
【0022】このような構造において、前記把握シリン
ダ57の鍔状リング59と、円筒部51内の段差部53
との間に形成された空間部A、また、内側リング69の
段差77と、位置決めシリンダ81との間に形成された
空間部Bには、それぞれ別に設けた管路(図示せず)よ
り圧力空気が送入排出されるように構成してある。な
お、前記蓋体73からヘッドクランプ用チャック67に
至る内側に設けられた空間部97は、レーザビームLB
の通路でレーザ加工ヘッド25に設けられた鏡胴99に
連通されている。
【0023】以上説明したレーザ加工ヘッドの自動交換
装置23は、前記蓋体73をレーザ加工機1のZ軸21
の下端面に取付けられ、Y軸キャレッジ9の移動台13
によってワークテーブル5上をY軸方向に移動される。
そして、図2の仮想線で示したように、前記移動台13
が門型フレーム7の左側に移動され、移動台13のZ軸
21がレーザ加工ヘッド収納部39の所定位置に移動さ
れてきたレーザ加工ヘッド25上に停止されると、Z軸
21はZ軸キャレッジ19内より所定位置迄降下し、レ
ーザ加工ヘッドの自動交換装置23がレーザ加工ヘッド
25の取付部49上に被せられる。
【0024】このZ軸21の降下によってレーザ加工ヘ
ッド25の上端面と、レーザ加工ヘッドの自動交換装置
23の円筒部51の下端面とは微細な隙間をおいて対峙
される。次に、圧力空気が前記空間部AおよびBに送入
されると、把握シリンダ57と位置決めシリンダ81と
が同時的に降下する。この場合、位置決めシリンダ81
のストロークは短いが、バネ95の弾力に抗するために
把握シリンダ57と同時的に作用する。
【0025】この作用により位置決めシリンダ81のテ
ーパ面89はレーザ加工ヘッド25の取付部49を支持
するとともに、把握シリンダ57のテーパ面65はヘッ
ドクランプ用チャック67の外側を締付け、ヘッドクラ
ンプ用チャック67は前記取付部49の外周部を締付け
て芯出しを行なう。これによって、レーザ加工ヘッド2
5は焦点距離及び光軸の中心を合致してZ軸21に取付
けられる。
【0026】以下はZ軸21を上昇させてレーザ加工ヘ
ッド25のレーザノズル27を、前記レーザ加工ヘッド
収納部39より引上げて移動台13をY軸方向に移動
し、所定位置にて停止せしめZ軸21をワーク上に降下
させてレーザ加工を行なうことができる。
【0027】次に、レーザ加工ヘッド25の交換につい
て説明する。加工の終了したレーザ加工ヘッド25は、
Z軸21を引上げた状態で移動台13によって移動さ
れ、前記レーザ加工ヘッド収納部39上に停止される。
そして、Z軸23の降下によってレーザ加工ヘッド25
はレーザ加工ヘッド収納部39の所定位置に降される
と、前記空間部AおよびB内の圧力空気は排出される。
この排出と同時に空間部Aには鍔状リング59の下側よ
り圧力空気が送入され、鍔状リング59を上方へ押し上
げる。一方、空間部Bはバネ95の弾性力によって位置
決めシリンダ81を押上げる。この押し上げによって把
握シリンダ57によって締付られていたヘッドクランプ
用チャック67は開放され、また、位置決めシリンダ8
1の押上げによってテーパ面89は取付部49より離
れ、レーザ加工ヘッド25はレーザ加工ヘッド収納部3
9に収納される。この収納によってZ軸21は引上げら
れ待機され、その間にレーザ加工ヘッド収納部39のタ
ーンテーブル41は、制御装置37の制御指令によって
回転されて次加工に必要なレーザ加工ヘッド25をZ軸
21の直下へ移動する。以下、前記と同様にZ軸21を
再び降下させて次のレーザ加工ヘッドを取付ける。
【0028】以上説明したように、本実施例のレーザ加
工ヘッドの自動交換装置23を用いることにより、レー
ザ加工ヘッド25は制御装置37のシーケンス制御によ
って自動化される利点がある。
【0029】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではなく、適宜の変更を行なうことによって、そ
の他の態様でも実施し得るものである。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
特許請求の範囲に記載されたとおりの構成であるから、
人手を要することなくレーザ加工ヘッドの交換を可能と
し、且つ位置決めおよび芯出しが正確に行なえ、レーザ
加工作業を自動化で行なうことが可能となる利点があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例であるレーザ加工ヘッドの自
動交換装置の断面図である。
【図2】図1のレーザ加工ヘッドの自動交換装置を装着
したレーザ加工機の側面図である。
【図3】図2のレーザ加工機に装着したレーザ加工ヘッ
ド収納部の斜視図である。
【符号の説明】
23 レーザ加工ヘッドの自動交換装置 25 レーザ加工ヘッド 49 取付部 57 把握シリンダ 67 ヘッドクランプ用チャック 81 位置決めシリンダ 89 テーパ面

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ加工ヘッド(25)の取付部(4
    9)に係合するテーパ面(89)を有し、前記レーザ加
    工ヘッド(25)の位置決めを行なう上下動自在な位置
    決めシリンダ(81)と、この位置決めシリンダ(8
    1)の先端側に設けられ前記レーザ加工ヘッド(25)
    の取付部(49)をチャックするヘッドクランプ用チャ
    ック(67)と、前記位置決めシリンダ(81)の外方
    に設けられ前記ヘッドクランプ用チャック(67)を締
    着するためのテーパ面によって上記ヘッドクランプ用チ
    ャック(67)を締着することにより、前記レーザ加工
    ヘッド(25)の芯出しを行なう把握シリンダ(57)
    と、を備えてなることを特徴とするレーザ加工ヘッドの
    自動交換装置。
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ATE479519T1 (de) * 2008-01-12 2010-09-15 Trumpf Maschinen Ag Maschinelle vorrichtung zur montage und/oder zur demontage einer laserdüse sowie laserbearbeitungsmaschine mit einer derartigen maschinellen vorrichtung
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