JP7268158B2 - レーザビームによりパイプまたは成形材を切断するパイプ加工機械 - Google Patents

Description

本発明は、レーザビームによりパイプまたは成形材を切断するパイプ加工機械であって、機械ベッドを備えており、機械ベッドには、加工しようとするパイプまたは成形材をＸ軸に沿って送る送りステーションが設けられている、パイプ加工機械に関する。パイプ加工機械はさらに、パイプまたは成形材が切断ヘッドに向かって押し込まれる押込みチャックを有している。この場合、切断ヘッドは、Ｘ軸に対して垂直に延在し、通常水平方向に延在するＹ軸と、Ｙ軸に対して垂直に延在し、通常鉛直方向に延在するＺ軸とに沿って移動可能に配置されている。

このようなパイプ加工機械は、例えば独国特許出願公開第１０２０１６１０６０６７号明細書または欧州特許第２０１７０２３号明細書から公知である。このようなパイプ加工機械では、機械ベッドとは別個に形成された加工ステーションが設けられており、加工ステーションには、切断ヘッドがＹ軸およびＺ軸に沿って移動可能に配置されている。つまり、公知の機械は２つの構成群を有している。すなわち、一方は、送りステーションと押込みチャックとを備えた機械ベッドであり、他方は、切断ヘッドと、切断ヘッドを軸に沿って案内するガイドとを備えた加工ステーションである。別個の構成は、各構成群を互いに別個に製造しかつ運搬することができる、という利点を有している。しかしながら、実地では、機械の設置に比較的手間がかかる、ということが判った。それというのも、２つの構成群は、最終的にパイプまたは成形材の精密な切断を保証するために、互いに正確に位置調整されねばならないからである。さらに、機械動力学に関して複数の欠点が生じる場合がある。それというのも、概ね静止している加工ステーションに対して機械ベッドの振動が生じる場合があり、これにより、不正確な加工が生じる恐れがあるからである。

本発明の根底を成す課題は、前記欠点を解消する、冒頭で述べた形式のパイプ加工機械を提供することにある。

この課題は、特許請求項１記載の特徴を有するパイプ加工機械により解決される。

つまり本発明では、機械ベッドに軸方向支持体が配置されており、軸方向支持体に、切断ヘッドが移動可能に支持されておりかつ押込みチャックが配置されている、ということが想定されている。一方では、切断ヘッドが軸方向支持体に移動可能に設けられており、かつ他方では、押込みチャックも軸方向支持体に配置されていることにより、個々の機能コンポーネントが互いに永続的に正確に位置調整されている機械が実現され得る。機械の組立てに際して、機械の手間のかかる設置が省かれる。機械ベッドを備えて形成される軸方向支持体は、個々の構成部材相互の正確な位置決めが生じるように、機械ベッドを備えて製造され得る。

機械ベッドは、特に軸方向支持体と一体に形成されていてよく、この場合、機械ベッドは軸方向支持体と解離不能に結合されていてよい。

この場合、有利には、機械ベッドと軸方向支持体とは溶接により接合されている。接合後に、好適にはただ１回の張設で、機械ベッドと共に軸方向支持体の、特に切削加工が行われる。これにより、機械ベッドと軸方向支持体の両構成部材が接合後に一緒に加工されるため、正確な位置調整が永続的に保たれ続ける、ということが保証され得る。

ただし、機械ベッドと軸方向支持体とは、ねじにより互いに接合されている、ということも考えられる。

軸方向支持体の、Ｘ軸を中心として生じ得るねじれを回避するためには、軸方向支持体が、Ｙ方向において、つまり水平方向において、機械ベッドよりも大きな延在長さを有していると有利である。これにより、より大きな設置面ひいてはより高いねじれ剛性が生じることにより、全体として機械の頑丈な構成が生じることになる。

さらに、押込みチャックが、Ｘ軸の方向において移動不能に、軸方向支持体に固定されて配置されていると有利である。このことも、各構成部材を永続的に正しい位置に位置調整することに寄与する。さらに、レーザカットにおけるより高い精度も達成され得る。それというのも、この場合は加工時のツールセンターポイント（ＴＣＰ）が、押込みチャックに対して一定の距離を有しているからである。この場合、この距離は比較的小さくてよいので、機械および／または加工しようとするパイプまたは成形材における不都合な振動が最小化され得る。切断ヘッドと押込みチャックとが同一構成群内で実現されているため、押込みチャックにより案内されたパイプまたは成形材と切断ヘッドとの間の望ましくない振動が、十分に阻止され得る。

本発明の１つの別の形態では、軸方向支持体にＹガイドが設けられており、Ｙガイドは、切断ヘッドをＹ軸に沿って移動させることができるようにＹガイドに沿って移動可能なキャリッジを備えている、ということが想定されている。さらにＹキャリッジには、切断ヘッドをＺ軸に沿って移動させることができるようにＺガイドに沿って移動可能なキャリッジを備えたＺガイドが設けられている。この場合、切断ヘッドはＺキャリッジに配置されている。説明した配置により比較的簡単に、切断ヘッドをＹ軸に沿ってかつこれとは関係なくＺ軸に沿って移動させることができるようになっている。

本発明の１つのさらに別の実施形態では、切断ヘッドは、追加Ｘ軸に沿って移動可能である、ということが想定されている。この構成により、切断ヘッドを追加的に、追加Ｘ軸に沿って移動させることができ、これにより、切断ヘッドと押込みチャックとの間に、より大きな自由空間が生じることになる。このことは、押込みチャックが固定されているにもかかわらず、長い輪郭の切断を可能にすると共に、衝突の危険を低下させる。

本発明ではさらに、軸方向支持体はＹガイドを有しており、Ｙガイドは、切断ヘッドをＹ軸に沿って移動させることができるようにＹガイドに沿って移動可能なＹキャリッジを備えており、Ｙキャリッジには追加Ｘガイドが設けられており、追加Ｘガイドは、切断ヘッドを追加Ｘ軸に沿って移動させることができるように追加Ｘガイドに沿って移動可能な追加Ｘキャリッジを備えている、ということが想定されていてよい。この場合、この形態では、追加ＸキャリッジにＺガイドが設けられており、Ｚガイドは、切断ヘッドをＺ軸に沿って移動させることができるようにＺガイドに沿って移動可能なＺキャリッジを備えており、この場合、切断ヘッドはＺキャリッジに配置されている。

好適にはさらに、切断ヘッドは、Ｙ軸を中心としてＢ軸に沿って旋回可能に配置されている、ということが想定されている。この場合、切断ヘッドがＺキャリッジに設けられている場合には、これによりＺキャリッジに、Ｙ軸を中心としてＢ軸に沿って切断ヘッドを旋回させる旋回ガイドが設けられていてよい。

切断ヘッドの、押込みチャックからより離れた位置において、切断ヘッドは押込みチャックと衝突すること無しに、Ｂ軸を中心として押込みチャックに向かう方向または押込みチャックから離れる方向に旋回させられてよい。これにより、特に斜め切断、すなわちパイプ表面に対して垂直でないレーザ切断が実現され得る。

今日のパイプ切断機械では、斜め切断用に、押込みチャックはＸ方向に沿って切断ヘッドから離され、これにより、切断ヘッドの回転が可能になる。この場合、Ｂ軸はＸ方向において定置であり続ける。この場合、切断ヘッドが回転すると、ＴＣＰと押込みチャックとの間に異なる距離が生じる。このことは、精度の損失につながる。

追加Ｘ軸を備えた本発明による一つの形態では、追加Ｘ軸は、斜め切断に際してＴＣＰを押込みチャックに対して常に一定の距離に保つために利用され得、この距離において追加Ｘ軸は、Ｂ軸に対して補償運動を実施する。このことは、斜め切断加工の精度に利点をもたらす。

一つの別の形態では、追加Ｘ軸は、高動的軸として形成されかつＸ軸に重ねられてよい。これにより、小さな輪郭の製造における生産性の利点を生ぜしめることができる。それというのも、追加Ｘ軸は、パイプを移動させるＸ軸よりも大幅に動的に形成されていてよいからである。

一つの択一的な形態では、上述した軸のシーケンス、すなわちＹ軸、追加Ｘ軸、Ｚ軸、Ｂ軸に代えて、以下の軸シーケンス、すなわち、追加Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｂ軸、またはＹ軸、Ｚ軸、追加Ｘ軸、Ｂ軸が想定されていてもよい。

機械ベッドと軸方向支持体とが、互いに正確な位置に永続的に配置されていることにより、軸方向支持体に、別の機能構成部材を配置するためのインタフェースが設けられていると有利である。このような構成部材は、特にカメラ、センサ、装置板、保護フード、コントロールパネル、シーム位置認識装置および／またはシーム位置調整装置であってよい。

本発明の別の有利な形態および詳細は、本発明の２つの実施形態をより詳細に説明する以下の説明から看取され得る。

本発明によるパイプ加工機械の側面図である。 図１に示した機械の正面図である。 図１に示した機械の一部を示す等角投影図である。 本発明による第２の機械の正面図である。 図４に示した機械の一部を示す等角投影図である。

図１～図３には、レーザビームによりパイプまたは成形材を切断するパイプ加工機械１０が示されている。機械１０は、機械ベッド１２を有しており、機械ベッド１２には、加工しようとするパイプまたは成形材をＸ軸１６に沿って送る送りステーション１４が設けられている。パイプまたは成形材（図示せず）を支持するためには、機械ベッド１２に複数のワーク支持体１８が設けられている。

機械１０の正面側において、機械ベッド１２の自由端部には、軸方向支持体２０が設けられており、軸方向支持体２０は、機械ベッド１２と一体に、特に解離不能に結合されている。好適には、軸方向支持体２０は機械ベッド１２に溶接されている。この場合、機械ベッド１２および軸方向支持体２０の加工は、好適には機械ベッド１２と軸方向支持体２０とを接合してから行われる。これにより、各構成部材およびそれらの機能部分を、互いに正確な位置で永続的に対応するように配置することができる。

ただし本発明では、機械ベッドと軸方向支持体とが、例えばねじ締結により互いに解離可能に接合されていることも考えられる。

軸方向支持体２０には切断ヘッド２２が設けられており、切断ヘッド２２は、Ｘ軸１６に対して垂直にかつ水平方向に延在するＹ軸２４と、Ｘ軸に対して垂直に、鉛直方向に延在するＺ軸２６とに沿って移動可能に配置されている。軸方向支持体２０はさらに、押込みチャック２８を有しており、押込みチャック２８を介して、軸方向支持体２０に加工しようとするパイプまたは成形材を通して案内し、かつ押込みチャック２８により、パイプまたは成形材を加工中に緊締することができるようになっている。押込みチャック２８は、Ｘ軸の方向において固定されて、軸方向支持体２０に移動不能に配置されている。

切断ヘッド２２から出る、加工しようとするパイプまたは成形材を切断するレーザビームの供給用には、レーザ発生器（図示せず）が設けられており、レーザ発生器が発生させたレーザビームは、変向手段（やはり詳しくは図示せず）を介して切断ヘッド２２に向かって変向させられる。

特に図３から明らかになるように、軸方向支持体２０は、Ｙ軸２４の方向において、機械ベッド１２よりも大きな延在長さを有している。これにより、安定した頑丈な配置が生じることになる。特に、Ｘ軸１６を中心としたねじれが確実に阻止され得る。

さらに、特に図３から明らかになるように、軸方向支持体にはＹガイド３０が設けられており、Ｙガイド３０内を、Ｙキャリッジ３２がＹ軸２４の方向に移動可能である。この場合、Ｙキャリッジ３２はＺガイド３４を想定したものであり、Ｚガイド３４に沿ってＺキャリッジ３６が移動可能に配置されている。Ｚキャリッジ３６の終端には切断ヘッド２２が配置されており、この場合、切断ヘッド２２はＹ軸２４を中心として、矢印３８により示唆したＢ軸に沿って回動可能である。

この場合、切断ヘッド２２の、Ｙ軸２４、Ｚ軸２６およびＢ軸３８に沿った制御は、機械制御装置を介して行われ、機械制御装置は、切断ヘッド２２を移動させるように相応して配置されかつ構成された駆動ユニットを制御する。この場合、機械制御装置は、機械ベッド１２と一体に形成され、特に機械ベッド１２と解離不能に結合された制御装置キャビネット内に設けられていてよい。制御装置キャビネットは、特に機械ベッド１２に溶接されていてよい。

図４および図５には、本発明による別のパイプ加工機械５０が示されており、その構成は実質的に、パイプ加工機械１０の構成に相当する。対応する構成部材には、対応する符号が付されている。

パイプ加工機械１０とは異なり、パイプ加工機械５０では、切断ヘッド２２を追加的に、追加Ｘ軸５２に沿って移動させることができるようになっている。このためには、Ｙキャリッジ３２に追加Ｘガイド５４が設けられており、追加Ｘガイド５４に沿って追加Ｘキャリッジ５６が移動可能である。この場合、キャリッジ５６はＺガイド３４を有しており、Ｚガイド３４に沿ってＺキャリッジ３６が移動可能である。パイプ加工機械１０に相応して、パイプ加工機械５０でも、Ｚキャリッジ３６に設けられた切断ヘッドは、Ｙ軸２４を中心としてＢ軸３８に沿って旋回可能である。

機械１０の場合と同様に、機械５０にも、ＣＮＣ制御される駆動装置が設けられており、駆動装置により切断ヘッド２２は最終的に、Ｙ軸２４、Ｚ軸２６、追加Ｘ軸５２およびＢ軸３８に沿って移動可能である。

Claims (12)

1. レーザビームによりパイプまたは成形材を切断するパイプ加工機械（１０，５０）であって、機械ベッド（１２）を備えており、該機械ベッド（１２）には、加工しようとするパイプまたは成形材をＸ軸（１６）に沿って送る送りステーション（１４）が設けられており、さらに、前記パイプまたは前記成形材が切断ヘッド（２２）に向かって押し込まれる押込みチャック（２８）を備えており、前記切断ヘッドは、前記Ｘ軸（１６）に対して垂直に延在するＹ軸（２４）と、該Ｙ軸（２４）に対して垂直に延在するＺ軸（２６）とに沿って移動可能に配置されている、パイプ加工機械（１０，５０）において、
   前記機械ベッド（１２）に軸方向支持体（２０）が配置されており、該軸方向支持体（２０）に、前記切断ヘッド（２２）が移動可能に支持されておりかつ前記押込みチャック（２８）が配置されており、
   前記機械ベッド（１２）は、前記軸方向支持体（２０）と一体に形成されており、
   前記機械ベッド（１２）は、前記軸方向支持体（２０）と解離不能に結合されていることを特徴とする、パイプ加工機械（１０，５０）。
2. 前記機械ベッド（１２）と前記軸方向支持体（２０）とは、溶接またはねじ締結により接合されている、請求項１に記載のパイプ加工機械（１０，５０）。
3. 前記軸方向支持体（２０）は、Ｙ方向（２４）において前記機械ベッド（１２）よりも大きな延在長さを有している、請求項１または２に記載のパイプ加工機械（１０，５０）。
4. 前記押込みチャック（２８）は、前記Ｘ軸（１６）の方向において移動不能に、前記軸方向支持体（２０）に配置されている、請求項１から３までのいずれか一項に記載のパイプ加工機械（１０，５０）。
5. 前記軸方向支持体（２０）はＹガイド（３０）を有しており、該Ｙガイド（３０）は、前記切断ヘッド（２２）を前記Ｙ軸（２４）に沿って移動させることができるように前記Ｙガイド（３０）に沿って移動可能なＹキャリッジ（３２）を備えており、該Ｙキャリッジ（３２）にはＺガイド（３４）が設けられており、該Ｚガイド（３４）は、前記切断ヘッド（２２）を前記Ｚ軸（２６）に沿って移動させることができるように前記Ｚガイド（３４）に沿って移動可能なＺキャリッジ（３６）を備えており、該Ｚキャリッジ（３６）に前記切断ヘッド（２２）が配置されている、請求項１から４までのいずれか一項に記載のパイプ加工機械（１０）。
6. 前記切断ヘッド（２２）は、追加Ｘ軸（５２）に沿って移動可能である、請求項１から４までのいずれか一項に記載のパイプ加工機械（１０，５０）。
7. 前記追加Ｘ軸（５２）は、斜め切断に際して前記切断ヘッドもしくはツールセンターポイント（ＴＣＰ）が前記押込みチャック（２８）に対して一定の距離に保たれるように調整されている、請求項６に記載のパイプ加工機械（１０，５０）。
8. 前記追加Ｘ軸（５２）は、前記Ｘ軸（１６）を用いた移動に重ねるための高動的軸として調整されている、請求項６または７に記載のパイプ加工機械（１０，５０）。
9. 前記軸方向支持体（２０）はＹガイド（３０）を有しており、該Ｙガイド（３０）は、前記切断ヘッド（２２）を前記Ｙ軸（２４）に沿って移動させることができるように前記Ｙガイド（３０）に沿って移動可能なＹキャリッジ（３２）を備えており、該Ｙキャリッジ（３２）には追加Ｘガイド（５４）が設けられており、該追加Ｘガイド（５４）は、前記切断ヘッド（２２）を前記追加Ｘ軸（５２）に沿って移動させることができるように前記追加Ｘガイド（５４）に沿って移動可能な追加Ｘキャリッジ（５６）を備えており、該追加Ｘキャリッジ（５６）にはＺガイド（３４）が設けられており、該Ｚガイド（３４）は、前記切断ヘッド（２２）を前記Ｚ軸（２６）に沿って移動させることができるように前記Ｚガイド（３４）に沿って移動可能なＺキャリッジ（３６）を備えており、該Ｚキャリッジ（３６）に前記切断ヘッド（２２）が配置されている、請求項６、７または８に記載のパイプ加工機械（５０）。
10. 前記切断ヘッド（２２）は、前記Ｙ軸（２４）を中心として旋回可能（Ｂ軸）に配置されている、請求項１から９までのいずれか一項に記載のパイプ加工機械（１０，５０）。
11. 前記軸方向支持体（２０）は、別の機能構成部材を配置するための別のインタフェースを有している、請求項１から１０までのいずれか一項に記載のパイプ加工機械（１０，５０）。
12. 前記機械ベッド（１２）と一体に形成された制御装置キャビネットが設けられている、請求項１から１１までのいずれか一項に記載のパイプ加工機械（１０，５０）。

Images