JP3357170B2 - Laser processing machine - Google Patents
Laser processing machineInfo
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- JP3357170B2 JP3357170B2 JP06470494A JP6470494A JP3357170B2 JP 3357170 B2 JP3357170 B2 JP 3357170B2 JP 06470494 A JP06470494 A JP 06470494A JP 6470494 A JP6470494 A JP 6470494A JP 3357170 B2 JP3357170 B2 JP 3357170B2
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、X軸方向に移動自在な
テーブルと、門型コラム上をY軸方向に移動自在な加工
ヘッドとを有するレーザ加工機に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser beam machine having a table movable in the X-axis direction and a processing head movable on a portal column in the Y-axis direction.
【0002】[0002]
【従来の技術】図4は従来のレーザ加工機の概要を示す
説明図である。全体を符号1で示すレーザ加工機は、ベ
ッド2上にX軸方向に移動自在に載置されたテーブル3
を有する。ベッド2上に門型に立設されたコラム5の前
面にはY軸方向の案内面6が設けられ、案内面6に沿っ
て加工ヘッド10が摺動自在に支持されている。サーボ
モータにより駆動される送りねじ8が加工ヘッド10を
Y軸方向に沿って制御する。コラム5にはレーザ発振器
が装備され、レーザ発振器から出力されたレーザビーム
は、導光管20を介してミラー22へ送られる。ミラー
22で反射されたレーザビームは、送りねじ8に平行な
導光管24の一端部に入光する。導光管24の他端部
は、加工ヘッド10の上端部に設けられたミラー部26
に結合されている。したがって、導光管24は加工ヘッ
ド10がY軸上を移動するのに伴い、そのY軸移動のス
トローク分だけ長さが変化する。加工ヘッド10に入光
したレーザビームは、加工ヘッド10内の集光レンズに
より集光される。集光されたレーザビームはノズル12
からテーブル3上に照射され、テーブル3上のワークを
加工する。2. Description of the Related Art FIG. 4 is an explanatory view showing an outline of a conventional laser beam machine. A laser processing machine generally designated by reference numeral 1 is a table 3 mounted on a bed 2 so as to be movable in the X-axis direction.
Having. A guide surface 6 in the Y-axis direction is provided on the front surface of a column 5 erected in a gate shape on the bed 2, and a processing head 10 is slidably supported along the guide surface 6. A feed screw 8 driven by a servomotor controls the processing head 10 along the Y-axis direction. The column 5 is equipped with a laser oscillator, and the laser beam output from the laser oscillator is sent to the mirror 22 via the light guide tube 20. The laser beam reflected by the mirror 22 enters one end of a light guide tube 24 parallel to the feed screw 8. The other end of the light guide tube 24 is connected to a mirror 26 provided at the upper end of the processing head 10.
Is joined to. Therefore, as the processing head 10 moves on the Y axis, the length of the light guide tube 24 changes by the stroke of the Y axis movement. The laser beam that has entered the processing head 10 is condensed by a condenser lens in the processing head 10. The focused laser beam is applied to the nozzle 12
Irradiates the work on the table 3.
【0003】しかしながら、一般にレーザビームは平行
光線ではなく、2〜3ミリラジアン程度の拡がり角を持
った拡散光となる。このためレーザ発振器から加工ヘッ
ド内に配設された集光レンズまでのレーザビーム伝導路
の長さ(以下光路長という)が変化すると、集光レンズ
における入光レーザビーム径が変化し、焦点位置でのレ
ーザビームの集光径が変化する。このことが、従来のレ
ーザ加工機において、加工ストロークの全域で安定した
加工を困難とする大きな要因となっている。However, in general, a laser beam is not a parallel beam but a diffused beam having a divergence angle of about 2 to 3 milliradians. Therefore, when the length of the laser beam conduction path from the laser oscillator to the condenser lens disposed in the processing head (hereinafter referred to as the optical path length) changes, the diameter of the incident laser beam at the condenser lens changes, and the focal position is changed. The focused diameter of the laser beam at the point changes. This is a major factor that makes it difficult to perform stable processing over the entire processing stroke in the conventional laser processing machine.
【0004】以下、光路長の変化がレーザ加工条件に及
ぼす影響を詳細に説明する。図5はレーザ発振器から出
力されたレーザビームの拡がりを示すレーザ加工機のモ
デル図である。いま、A点、B点におけるレーザビーム
径をそれぞれDA、DB、A点とB点間の距離をL(加
工ストロークに相当する)、レーザビームの拡がり角を
φとし、一例として、DB=20mm,L=1500m
m,φ=3ミリラジアンとすると DA=DB+L×φ ‥‥‥‥(1) =20+1500×0.003=24.5mm となる。図6は、焦点レンズでの入光レーザビーム径D
と焦点位置でのレーザビーム集光径δの関係を示す。一
般にGAUSSIAN BEAM モードと呼ばれる基
本モードのレーザビームが集光レンズを通過したとき、
焦点位置での集光径δは次式で表される。 δ=1.27λ×(f/D)+K×(D3/f2) ‥‥‥‥(2) 第1項は回折限界として、第2項は球面収差として物理
学的に知られている。 ここで、 λ:光の波長 f:レンズの焦点距離 D:入光レーザビーム径 K:レンズの材質とレンズの形状で決まる定数 いま、便宜的にCO2レーザのレーザビームを平行光線
とし、f=63.5mm、レンズの材質をZnSe(亜
鉛化セレン)、レンズの形状をプラノコンベックスとし
て、図5のA点、B点でのレンズ通過後の焦点位置にお
ける集光径δA、δBを計算してみると、DA=24.
5mm、DB=20mm、λ=10μm、K=0.03
0から δA=0.14mm、δB=0.10mm となる。各々の焦点位置での平均エネルギー密度比EB
/Aは集光面積に逆比例するので、B点ではA点のおよ
そ2倍となる。Hereinafter, the effect of a change in optical path length on laser processing conditions will be described in detail. FIG. 5 is a model diagram of a laser processing machine showing the spread of a laser beam output from a laser oscillator. Now, the laser beam diameters at point A and point B are DA and DB, the distance between point A and point B is L (corresponding to the processing stroke), and the divergence angle of the laser beam is φ. For example, DB = 20 mm , L = 1500m
Assuming that m and φ = 3 milliradians, DA = DB + L × φ ‥‥‥‥ (1) = 20 + 1500 × 0.003 = 24.5 mm. FIG. 6 shows the incident laser beam diameter D at the focusing lens.
And the laser beam focusing diameter δ at the focal position. When a laser beam in a fundamental mode generally called a GAUSSIAN BEAM mode passes through a condenser lens,
The light collection diameter δ at the focal position is represented by the following equation. δ = 1.27λ × (f / D) + K × (D3 / f2) ‥‥‥‥ (2) The first term is physically known as the diffraction limit, and the second term is known as the spherical aberration. Here, λ: wavelength of light f: focal length of lens D: diameter of incoming laser beam K: constant determined by lens material and lens shape Now, for convenience, let the laser beam of CO2 laser be a parallel beam, and f = The light-collecting diameters δA and δB at the focal point after passing through the lens at points A and B in FIG. 5 were calculated using 63.5 mm, the lens material as ZnSe (zinc selenium), and the lens shape as plano convex. Looking at, DA = 24.
5 mm, DB = 20 mm, λ = 10 μm, K = 0.03
From 0, δA = 0.14 mm and δB = 0.10 mm. Average energy density ratio EB at each focal position
Since / A is inversely proportional to the light-collecting area, point B is approximately twice as large as point A.
【0005】レーザ加工における加工の不安定性は、様
々な要因に起因するが、レーザビームの集光径の変化す
なわちエネルギー密度の変化が特に大きな要因であるこ
とは、一般に認められているところである。レーザ加工
機の大型化に伴って光路長の変化量Lはさらに大きくな
り、レーザビームの集光径の変化の影響が増大してき
た。The instability of processing in laser processing is caused by various factors. It is generally accepted that a change in the focused diameter of a laser beam, that is, a change in energy density is a particularly large factor. As the size of the laser beam machine increases, the variation L of the optical path length further increases, and the influence of the variation of the condensing diameter of the laser beam increases.
【0006】上記のように、Y軸に沿って加工ヘッドを
1軸移動させる方式のレーザ加工機においては、一般に
レーザ発振器のレーザビーム出口から加工点までの距離
が変化し、レーザビームの集光径が変化して加工が不安
定になるという問題があった。これに対して、本願出願
人は特願平4−151631号により、門型レーザ加工
機の加工ヘッドの1軸移動方式においても、レーザ発振
器のレーザビーム出口から加工点までの距離の変化量を
最小限にし、実用上この距離の変化量が加工の安定性を
何等阻害する要因とならないレーザ加工機を提案してい
る。As described above, in a laser processing machine of the type in which the processing head is moved along one axis along the Y axis, the distance from the laser beam exit of the laser oscillator to the processing point generally changes, and the laser beam is condensed. There was a problem that the diameter changed and processing became unstable. On the other hand, according to Japanese Patent Application No. Hei 4-151631, the applicant of the present application has set the amount of change in the distance from the laser beam exit of the laser oscillator to the processing point even in the one-axis moving method of the processing head of the portal laser processing machine. We propose a laser processing machine that minimizes this change in distance and does not hinder the processing stability in practice.
【0007】これによって従来型の門型レーザ加工機の
性能を飛躍的に向上させることができたが、さらに高速
化を図ろうとすると振動の影響が無視できなくなる。そ
こで、特願平4−151631号の方式を適用したレー
ザ加工機において、急な加減速を伴った加工における振
動の影響について図7に基づいて説明する。加工ヘッド
を急な加減速で移動させたとき生じる慣性力は旋回導光
管550に作用し、旋回導光管が振動する。この場合、
旋回導光管の中間に伸縮部材600’が設けられている
ため、旋回導光管の剛性の低下、重量の増加、および伸
縮部材のガタに起因して振動振幅が大きくなる。この振
動は旋回導光管の両端に設けられた旋回装置に装着され
たミラーの平行性を狂わすことになる。この結果、集光
レンズに入光されるレーザビームの光軸が変動し、焦点
位置が光軸に対して直角方向に振動する。このため、本
方式のレーザ加工機で高速加工を行ったとき、図8に示
すように、加減速時に切断加工の進行方向に対して直角
方向の振動を生じ、ワークの切断面に振動痕として残
り、加工ワークの商品価値を損ない、さらに自励振動を
生ずると、振幅が大きくなって切断加工そのものが不能
となる。Although the performance of the conventional portal-type laser beam machine has been dramatically improved by this, the effect of vibration cannot be ignored if the speed is to be further increased. Therefore, the effect of vibration in processing with rapid acceleration / deceleration in a laser processing machine to which the method of Japanese Patent Application No. 4-151163 is applied will be described with reference to FIG. The inertial force generated when the machining head is moved at a rapid acceleration / deceleration acts on the turning light guide tube 550, and the turning light guide tube vibrates. in this case,
Since the telescopic member 600 'is provided in the middle of the turning light guide tube, the vibration amplitude increases due to a decrease in rigidity of the turning light guide tube, an increase in weight, and play of the expandable member. This vibration disturbs the parallelism of the mirrors mounted on the turning devices provided at both ends of the turning light guide tube. As a result, the optical axis of the laser beam entering the condenser lens fluctuates, and the focal position oscillates in a direction perpendicular to the optical axis. For this reason, when high-speed processing is performed by the laser processing machine of the present method, as shown in FIG. 8, vibration is generated in a direction perpendicular to the traveling direction of the cutting processing during acceleration / deceleration, and as a vibration mark on the cut surface of the work. When the commercial value of the machined work is lost and self-excited vibration is generated, the amplitude becomes large and the cutting itself becomes impossible.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、レーザ加工
機における上記のような問題点を解消し、急な加減速を
伴った高速加工において生じる慣性力の影響を排除し
た、光路長ほぼ一定のレーザ加工機の提供を目的とす
る。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems in a laser beam machine and eliminates the influence of inertia generated in high-speed machining with rapid acceleration / deceleration, and has a substantially constant optical path length. The purpose of the present invention is to provide a laser beam machine.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上記課題は、X軸方向に
移動自在なテーブル120と、門型コラム上をY軸方向
に移動自在な加工ヘッド300と、X軸方向にレーザビ
ーム出口を有するレーザ発振器200と、レーザ発振器
と加工ヘッドを結合する導光装置500とを備えたレー
ザ加工機100において、レーザ発振器のレーザビーム
出口と伸縮部材で結合され、X軸方向に移動自在に配設
され、ミラーを備えた光路によりレーザビームを上方に
導く伸縮装置600と、伸縮装置の上部に旋回自在に配
設され、ミラーを備えた光路によりレーザビームを水平
方向に導く第1の旋回装置530と、加工ヘッドの上部
に旋回自在に配設され、ミラーを備えた光路によりレー
ザビームを下方に導く第2の旋回装置570と、第1お
よび第2の旋回装置を結合する長尺の旋回導光管550
とで導光装置を構成したレーザ加工機によって解決され
る。An object of the present invention is to provide a table 120 movable in the X-axis direction, a processing head 300 movable in the Y-axis direction on the portal column, and a laser beam outlet in the X-axis direction. In a laser beam machine 100 including a laser oscillator 200 and a light guide device 500 for coupling the laser oscillator and a processing head, the laser beam machine is coupled to a laser beam outlet of the laser oscillator by a telescopic member, and is movably disposed in the X-axis direction. A telescoping device 600 that guides the laser beam upward through an optical path having a mirror, and a first turning device 530 that is rotatably disposed above the telescopic device and guides the laser beam in the horizontal direction through an optical path that has a mirror. A second pivoting device 570, which is pivotably disposed above the processing head and guides the laser beam downward by an optical path having a mirror, and first and second pivoting devices. Combining the long swivel light pipe 550 of
Thus, the problem is solved by the laser beam machine that constitutes the light guide device.
【0010】[0010]
【作用】加工ヘッド300は、コラム150の案内面に
拘束されてY軸方向に直線運動をする。これに伴って旋
回導光管550の両端の旋回装置530,570は回転
運動を行い、かつ第1の旋回装置530は伸縮装置60
0とともにX軸方向の直線運動を行うので、旋回導光管
は円滑な旋回運動を行う。このときレーザ発振器200
と加工ヘッドとの間の光路長は伸縮部材の伸縮する長さ
だけ変動するが、この変動量は光路長全体に比べてきわ
めて小さく、加工条件に影響を与えない。また、旋回導
光管は一体構造であるからガタがなく、軽量で高い剛性
を持たせることができ、したがって急な加減速を伴う高
速加工においても振動の影響を排除することができ、光
路中のミラーの平行性が保たれる。なお、レーザ発振器
のレーザビーム出口と導光装置を結合する伸縮部材も、
加工ヘッドの作動距離に対してその十分の一以下の長さ
を伸縮するだけであるから、加工中のレーザビームの光
軸を変化させることはない。The working head 300 is linearly moved in the Y-axis direction while being restrained by the guide surface of the column 150. Accordingly, the turning devices 530 and 570 at both ends of the turning light guide tube 550 perform a rotating motion, and the first turning device 530 is a telescopic device 60.
Since a linear motion in the X-axis direction is performed together with 0, the turning light guide tube performs a smooth turning motion. At this time, the laser oscillator 200
The optical path length between the optical head and the processing head fluctuates by the length of the expansion and contraction of the expandable member. In addition, since the swiveling light guide tube has an integral structure, there is no backlash, and it can be lightweight and have high rigidity. Therefore, even in high-speed machining with sudden acceleration / deceleration, the influence of vibration can be eliminated, and Mirror is kept parallel. In addition, the expansion and contraction member that couples the laser beam outlet of the laser oscillator and the light guide device,
Since only one tenth or less of the working distance of the working head is expanded or contracted, the optical axis of the laser beam being processed is not changed.
【0011】[0011]
【実施例】図1は本発明の実施例を示す平面図、図2は
正面図である。全体を符号100で示すレーザ加工機
は、ベッド110上にX軸方向に移動するテーブル12
0を有し、テーブル120は上面にワーク130を載置
する。また、ベッド110上にはコラム150が立設さ
れている。このコラム150は、2本の案内面333を
介して加工ヘッド300のサドル310を摺動自在に支
持している。サドル310は、サーボモータ(図示しな
い)で駆動されるリードスクリュー330によりX軸に
直交するY軸方向に駆動される。加工ヘッド300の下
端部には、集光されたレーザビームをテーブル120上
に照射するノズル350が装着されている。コラム15
0の後部のベッド110上にはフレーム160が立設さ
れ、フレーム160上にレーザ発振器200が定置され
ている。レーザ発振器200の両側部のベッド110上
には、レーザ発振器の電源装置220とレーザ加工機全
体の制御装置を含む強電盤210とが配設されている。
レーザ発振器200から出光されたレーザビームは、全
体を符号500で示す導光装置を介して加工ヘッド30
0へ供給される。FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a front view. A laser processing machine, generally designated by the reference numeral 100, includes a table 12 that moves on a bed 110 in the X-axis direction.
0, the table 120 places the work 130 on the upper surface. In addition, a column 150 is erected on the bed 110. The column 150 slidably supports the saddle 310 of the processing head 300 via two guide surfaces 333. The saddle 310 is driven in a Y-axis direction orthogonal to the X-axis by a lead screw 330 driven by a servomotor (not shown). At the lower end of the processing head 300, a nozzle 350 that irradiates the focused laser beam onto the table 120 is mounted. Column 15
A frame 160 is erected on the bed 110 at the rear of the “0”, and the laser oscillator 200 is fixed on the frame 160. On the bed 110 on both sides of the laser oscillator 200, a power supply device 220 for the laser oscillator and a high-power board 210 including a control device for the entire laser processing machine are provided.
The laser beam emitted from the laser oscillator 200 is applied to the processing head 30 via a light guide device generally denoted by reference numeral 500.
0.
【0012】図3は導光装置500の縦断面図である。
レーザ発振器200で発振されたレーザビームは、入光
部510から導光装置500へ導入される。入光部51
0はハウジング531の内部に形成され、箱形のレーザ
発振器200のレーザビーム出口に伸縮部材615を介
して接続されている。ハウジング531は、発振器20
0のレーザ光軸に対して45°傾けて配設されたミラー
装置515を備えた光路により、レーザビームを直角に
折り曲げて上方へ導く。ハウジング531の下部には、
フレーム160にX軸方向に配設されたガイド部材60
5上を摺動するスライドブロック610が設けられ、伸
縮装置600を構成している。伸縮装置600は上部に
第1の旋回装置530を保持している。第1の旋回装置
530は、ハウジング531の上部にベアリング534
を介して回転自在に取り付けられた中空シャフト532
と、中空シャフト532の上端部に連結されたブロック
552とからなる。ブロック552は、ミラー装置54
0を備えた光路により、レーザビームを直角に折り曲げ
て水平方向に導く。ブロック552は、水平方向に配設
された長尺の旋回導光管550の一端部554を旋回自
在に支持している。FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the light guide device 500.
The laser beam oscillated by the laser oscillator 200 is introduced from the light entrance 510 to the light guide device 500. Light incident part 51
Numeral 0 is formed inside the housing 531, and is connected to a laser beam outlet of the box-shaped laser oscillator 200 via an elastic member 615. The housing 531 includes the oscillator 20
The laser beam is bent at a right angle and guided upward by an optical path including a mirror device 515 disposed at an angle of 45 ° with respect to the laser optical axis of zero. At the bottom of the housing 531
Guide member 60 disposed on frame 160 in the X-axis direction
A slide block 610 that slides on the top 5 is provided, and constitutes a telescopic device 600. The telescopic device 600 holds a first turning device 530 at the upper part. The first turning device 530 includes a bearing 534 on the top of the housing 531.
Hollow shaft 532 rotatably mounted via
And a block 552 connected to the upper end of the hollow shaft 532. The block 552 includes the mirror device 54
The laser beam is bent at a right angle and guided in the horizontal direction by an optical path with zero. The block 552 supports one end 554 of a long swirling light guide tube 550 disposed in the horizontal direction so as to be swivelable.
【0013】旋回導光管550の他端部555は、加工
ヘッド300側に設けられた第2の旋回装置570によ
り旋回自在に支持されている。第2の旋回装置570
は、加工ヘッド上部のハウジング320にベアリング5
75を介して回転自在に取り付けられた中空シャフト5
35と、中空シャフト535の上端部に連結されたブロ
ック553とからなる。ブロック553は、旋回導光管
550の他端部555を旋回自在に支持し、ミラー装置
560を備えた光路によりレーザビームを直角に折り曲
げて下方に導く。このような構成により、第2の旋回装
置570は、加工ヘッド300とともにY軸方向に往復
自在になっている。The other end 555 of the turning light guide tube 550 is rotatably supported by a second turning device 570 provided on the processing head 300 side. Second turning device 570
Is the bearing 5 on the housing 320 at the top of the machining head.
Hollow shaft 5 rotatably mounted via 75
35, and a block 553 connected to the upper end of the hollow shaft 535. The block 553 supports the other end 555 of the swirling light guide tube 550 so as to be swivelable, and guides the laser beam downward by bending the laser beam at a right angle through an optical path including the mirror device 560. With such a configuration, the second turning device 570 can reciprocate in the Y-axis direction together with the processing head 300.
【0014】導光管550は、第1の旋回装置530の
軸を旋回中心として旋回運動をする。すなわち、導光管
550はその両端が第1の旋回装置530と第2の旋回
装置570によって支持されており、その旋回半径は一
定であるが、第1の旋回装置530が伸縮装置600に
よりX軸方向に沿って移動自在に支持されているので、
第2の旋回装置570がY軸に沿って直線運動をするよ
うに拘束されていても導光管550は旋回運動が可能で
ある。上記のブロック553には第3のミラー装置56
0が設けられており、導光管550から送られてくるレ
ーザビームの光軸を直角に折り曲げて下方に導く。折り
曲げられたレーザビームはサドル310の下部に設けら
れた加工ヘッド300の集光レンズ(図示しない)を通
してノズル350へ供給される。ノズル350から照射
されるレーザビームは、ワーク130に必要な加工を施
す。The light guide tube 550 makes a revolving motion about the axis of the first revolving device 530 as a revolving center. That is, both ends of the light guide tube 550 are supported by the first turning device 530 and the second turning device 570, and the turning radius is constant. Since it is supported movably along the axial direction,
Even when the second turning device 570 is constrained to make a linear motion along the Y axis, the light guide tube 550 can make a turning motion. The block 553 includes the third mirror device 56.
0 is provided, and the optical axis of the laser beam sent from the light guide tube 550 is bent at a right angle and guided downward. The bent laser beam is supplied to the nozzle 350 through a condenser lens (not shown) of the processing head 300 provided below the saddle 310. The laser beam emitted from the nozzle 350 performs necessary processing on the work 130.
【0015】本発明の導光装置は以上のように構成され
ているので、レーザ発振器200から加工ヘッド300
までの光路長はほぼ一定である。すなわち図1におい
て、加工ヘッド300がY軸に沿って最大距離移動した
とき、第1の旋回装置530および第2の旋回装置57
0の両中心を結ぶ線とテーブル120の中心線とに挟ま
れる角度をθとし、第1と第2の旋回装置間の距離をR
とすれば、光路長の差rは、 r=R−Rcosθ =R(1−cosθ) となる。実際θの値は小さく、光路長の変化量は少な
い。例えば、R=3000mm、θ=14.5°の場
合、r=95mmである。したがって、従来技術のごと
く、加工ヘッドのY軸方向移動ストローク分だけ光路長
が変化する場合に比べて全体の光路長の変化は極めて小
さく、加工条件の変化はほとんどない。The light guide device of the present invention is constructed as described above.
The optical path length up to is almost constant. That is, in FIG. 1, when the processing head 300 moves the maximum distance along the Y axis, the first turning device 530 and the second turning device 57
The angle between the center line of the table 120 and the line connecting the two centers of 0 is θ, and the distance between the first and second turning devices is R.
Then, the difference r between the optical path lengths is: r = R−Rcos θ = R (1−cos θ). Actually, the value of θ is small, and the change amount of the optical path length is small. For example, when R = 3000 mm and θ = 14.5 °, r = 95 mm. Therefore, as compared with the case where the optical path length changes by the moving stroke of the processing head in the Y-axis direction as in the prior art, the change in the entire optical path length is extremely small, and the processing conditions hardly change.
【0016】また、旋回導光管550は一体構造である
からガタがなく、軽量で高い剛性を持たせることがで
き、したがって急な加減速を伴う高速加工においても振
動の影響を排除することができ、光路中のミラー54
0,560の平行性が保たれる。また、レーザ発振器2
00のレーザビーム出口と導光装置500を結合する伸
縮部材615は、加工ヘッド300の作動距離に対して
十分の一以下の長さを伸縮するだけであるから、加工中
のレーザビームの光軸を変化させることはない。Further, since the swiveling light guide tube 550 has an integral structure, there is no backlash, light weight and high rigidity can be provided. Therefore, even in high-speed machining involving rapid acceleration / deceleration, the influence of vibration can be eliminated. Yes, mirror 54 in the optical path
The parallelism of 0,560 is maintained. In addition, laser oscillator 2
Since the expansion and contraction member 615 that couples the laser beam outlet of the laser beam 00 and the light guide device 500 only expands and contracts by a length equal to or less than one tenth of the working distance of the processing head 300, the optical axis of the laser beam being processed is Will not change.
【0017】なお、本実施例においては、第1の旋回装
置530は、テーブル120の中心線上で、かつ加工ヘ
ッド300のY軸方向移動ストロークの半分の位置に配
設されている例が示されているが、これに限定される必
要はなく、レーザ加工機上の任意の固定部に設けること
は可能である。また、本発明では第1の旋回装置がX軸
方向に沿って移動自在に配設されているが、これの代わ
りに、第2の旋回装置570と加工ヘッド300との間
に伸縮装置を設けることにより、第2の旋回装置をY軸
方向と同時にX軸方向にも移動自在にすることが可能で
ある。In this embodiment, an example is shown in which the first turning device 530 is disposed on the center line of the table 120 and at a position half the moving stroke of the processing head 300 in the Y-axis direction. However, the present invention is not limited to this, and it can be provided at any fixed portion on the laser beam machine. Further, in the present invention, the first turning device is provided so as to be movable along the X-axis direction, but instead of this, a telescopic device is provided between the second turning device 570 and the processing head 300. This makes it possible to make the second turning device movable in the X-axis direction simultaneously with the Y-axis direction.
【0018】[0018]
【発明の効果】本発明は以上のように、レーザ加工機の
レーザビームの導光装置において、加工ヘッド側の端部
はY軸方向の直線運動を行い、一方反対側の端部はX軸
方向に直線運動を行い、全体として旋回運動を行う長さ
一定の旋回導光管によりレーザ発振器と加工ヘッドとの
間の光路を構成し、わずかにレーザ発振器との結合部の
み伸縮部材を使用する構成としたことにより、全体の光
路長がほぼ一定となり、安定したレーザ加工の条件が達
成される。また、上記旋回導光管は一体構造であるから
ガタがなく、軽量で高い剛性を持たせることができ、し
たがって急な加減速を伴う高速加工時に慣性力によって
生じる振動の影響を排除することができ、光路中のミラ
ーの平行性が保たれる。さらに、長時間運転した後にも
伸縮部材の摩耗によるガタの増加を生ずることがなく、
高い性能を維持できる。したがって、光路長の変化量を
極めて少なくしたことと、振動の影響を排除して複数の
ミラー間の平行性を維持したことにより、Y軸方向の加
工ヘッドの全ストロークにおいて均一な加工状態とな
り、加工面の精度が向上する。加工状態が一定となるの
で、加工プログラム上で加工条件を補正する等の操作を
必要としないばかりでなく、発振器の出力を最大に利用
した高速加工が達成でき、生産性の非常に高いレーザ加
工機を提供できる。しかも本発明は複雑な構成を必要と
しないので、上記のような優れた性能を有するレーザ加
工機を安価に提供することができる。As described above, according to the present invention, in the laser beam guide device of the laser beam machine, the end on the processing head side performs a linear motion in the Y-axis direction, while the end on the opposite side is in the X-axis direction. The optical path between the laser oscillator and the processing head is constituted by a rotating light guide tube of a fixed length that performs a linear motion in the direction and performs a rotating motion as a whole, and uses only a telescopic member only at the joint with the laser oscillator. With this configuration, the entire optical path length becomes substantially constant, and stable laser processing conditions are achieved. Also, since the swiveling light guide tube has an integral structure, there is no backlash, it can be lightweight and has high rigidity, and therefore, it is possible to eliminate the influence of vibration caused by inertial force during high-speed machining with rapid acceleration / deceleration. As a result, the parallelism of the mirror in the optical path is maintained. Furthermore, even after long hours of operation, there is no increase in play due to wear of the elastic member,
High performance can be maintained. Therefore, by minimizing the amount of change in the optical path length and eliminating the influence of vibration and maintaining the parallelism between the plurality of mirrors, a uniform machining state is achieved in all the strokes of the machining head in the Y-axis direction. The precision of the machined surface is improved. Since the processing state is constant, not only does it not require operations such as correcting the processing conditions on the processing program, but also achieves high-speed processing that makes maximum use of the output of the oscillator, and laser processing with extremely high productivity Machine can be provided. Moreover, since the present invention does not require a complicated configuration, a laser processing machine having the above-described excellent performance can be provided at low cost.
【図1】本発明によるレーザ加工機の実施例を示す平面
図である。FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of a laser beam machine according to the present invention.
【図2】図1の実施例の一部断面、正面図である。FIG. 2 is a partial cross-sectional and front view of the embodiment of FIG.
【図3】図1の実施例における導光装置の縦断面図であ
る。FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the light guide device in the embodiment of FIG.
【図4】従来のレーザ加工機の斜視図である。FIG. 4 is a perspective view of a conventional laser beam machine.
【図5】レーザ発振器から出力されたレーザビームの拡
がりを示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing the spread of a laser beam output from a laser oscillator.
【図6】焦点レンズでの入光レーザビーム径と焦点位置
でのレーザビーム集光径との関係を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing the relationship between the diameter of the incident laser beam at the focal lens and the focused diameter of the laser beam at the focal position.
【図7】急な加減速を伴った加工における振動の影響を
示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing the influence of vibration in machining accompanied by sudden acceleration / deceleration.
【図8】急な加減速を伴ったレーザ加工で切断面に生ず
る振動痕を示す説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram showing vibration traces generated on a cut surface by laser processing with rapid acceleration and deceleration.
100 レーザ加工機 120 テーブル 150 コラム 200 レーザ発振器 300 加工ヘッド 500 導光装置 515,540,560 ミラー 530 第1の旋回装置 550 旋回導光管 570 第2の旋回装置 600 伸縮装置 615 伸縮部材 REFERENCE SIGNS LIST 100 laser processing machine 120 table 150 column 200 laser oscillator 300 processing head 500 light guide device 515, 540, 560 mirror 530 first turning device 550 turning light guide tube 570 second turning device 600 telescopic device 615 expandable member
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−337674(JP,A) 実開 平5−65488(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 26/00 - 26/42 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-5-337674 (JP, A) JP-A-5-65488 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) B23K 26/00-26/42
Claims (1)
在に載置されたテーブルと、前記ベッド上に門型に立設
されY軸方向の案内面を有するコラムと、前記案内面上
を移動自在に装備された加工ヘッドと、前記コラムの加
工ヘッドと反対側に定置されX軸方向にレーザビーム出
口を有するレーザ発振器と、前記レーザ発振器と前記加
工ヘッドを結合する導光装置とを備えたレーザ加工機で
あって、ベッド上に立設されたフレームにX軸方向に配
設されたガイド部材と、ガイド部材上を摺動するスライ
ドブロックが設けられたハウジングと、ハウジングとレ
ーザービーム出口を連結する伸縮部材を有し、ミラーを
備えた光路によりレーザビームを上方に導く伸縮装置
と、前記伸縮装置の上部に旋回自在に設けられ、ミラー
を備えた光路によりレーザビームを水平方向に導く第1
の旋回装置と、前記加工ヘッドの上部に旋回自在に設け
られ、ミラーを備えた光路によりレーザビームを下方に
導く第2の旋回装置と、前記第1および第2の旋回装置
を結合する長尺の旋回導光管とを備えるレーザ加工機。1. A bed, a table mounted on the bed so as to be movable in the X-axis direction, a column erected on the bed and having a guide surface in the Y-axis direction, and a column on the guide surface. A processing head movably mounted, a laser oscillator fixed on the side opposite to the processing head of the column and having a laser beam exit in the X-axis direction, and a light guide device coupling the laser oscillator and the processing head. A laser processing machine equipped with a frame arranged on a bed in the X-axis direction.
Guide member and a slide that slides on the guide member.
Housing with the
A telescopic device that has a telescopic member for connecting the laser beam outlet and guides the laser beam upward through an optical path having a mirror; and Lead to the first
A turning device, a second turning device, which is rotatably provided above the processing head and guides a laser beam downward by an optical path having a mirror, and an elongate connecting the first and second turning devices. Laser processing machine provided with a turning light guide tube.
Priority Applications (1)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 1994-03-07 JP JP06470494A patent/JP3357170B2/en not_active Expired - Fee Related
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