WO2019198212A1 - 付加製造装置、付加製造システムおよび付加製造方法 - Google Patents
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- B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
- B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
Definitions
- the present invention relates to an additional manufacturing apparatus, an additional manufacturing system, and an additional manufacturing method for performing a wire type additional manufacturing process.
- a shape error occurs with respect to the ideal bead shape depending on the angle difference between the wire supply direction and the processing head advance direction. It is known to do.
- the processing conditions are beam output, gas pressure, and the like, and an ideal bead shape refers to a bead shape in which the cross-sectional shape is symmetric and the ratio of the bead width to the height is constant.
- the occurrence of a bead-shaped shape error may be due to the occurrence of a bead-shaped eccentricity in which the cross-sectional shape is asymmetrical and the ratio between the width and height of the bead deviating from a certain value.
- Patent Document 1 The relationship between the machining direction and the bead shape eccentricity is described in Patent Document 1.
- Patent Document 1 when arc welding is performed while the welding torch is tilted and scanned in one direction orthogonal to the welding progress direction, a bias is generated in the heat input to the base material. It is explained that eccentricity occurs.
- the present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to obtain an additional manufacturing apparatus capable of preventing bead-shaped eccentricity with simple control.
- the additive manufacturing apparatus of the present invention can irradiate a beam to a wire nozzle that supplies a wire-shaped member to a processing region on the surface of the base material, and a wire-shaped member
- the additional processing is performed by controlling a processing head provided with a gas source and a gas nozzle that ejects gas to the processing region.
- the present invention obtains an angle formed by the direction in which the wire-shaped member is supplied and the traveling direction of the machining head when viewed in the beam irradiation direction, and selects machining conditions for additional machining based on the angle.
- a condition selection unit is provided.
- the additional manufacturing apparatus according to the present invention has an effect that the eccentricity of the bead shape can be prevented by simple control.
- FIG. 1st comparative example which is a case where the direction in which a wire is supplied, and the advancing direction of a processing head become a reverse direction.
- the figure which shows the 2nd comparative example which is a case where the direction in which a wire is supplied, and the advancing direction of a processing head become a right angle
- the figure which looked at FIG. 7 in the Y direction parallel to the surface of a base material The figure which shows the cross-sectional shape of the bead seen in the arrow direction in IX-IX of FIG.
- FIG. 3 is a diagram for explaining a beam profile of a laser beam according to the first embodiment;
- 1 is a diagram illustrating a hardware configuration when the functions of a numerical control device according to first and second embodiments are realized by a computer system.
- FIG. 1 is a block diagram showing a functional configuration of an additive manufacturing system 101 according to the first embodiment of the present invention.
- the additive manufacturing system 101 includes a CAM (Computer Aided Manufacturing) device 1A and an additive manufacturing device 10A.
- the additive manufacturing apparatus 10 ⁇ / b> A includes a numerical controller 2 ⁇ / b> A, a machining head 3, a servo amplifier 4, and a motor (not shown) driven by the servo amplifier 4.
- FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the machining head 3 according to the first embodiment.
- the processing head 3 includes a wire nozzle 31 that supplies a wire 30 that is a wire-shaped member, a laser head 32 that is a beam source capable of irradiating the tip of the wire 30 with a laser beam, and a processing region on the surface of the base material 51.
- the wire nozzle 31 supplies the wire 30 onto the base material 51 at a constant speed in a constant direction.
- the wire 30 supplied from the wire nozzle 31 is heated and melted by a laser beam in the processing region to form a bead 50. That is, the processing region is a region where the bead 50 on the surface of the base material 51 is formed.
- the gas nozzle 33 is installed with the laser head 32 sandwiched between the wire nozzle 31 and ejection of gas for cooling the bead 50 formed in the processing region is controlled by an electropneumatic valve.
- the processing head 3 moves in a traveling direction which is a direction perpendicular to the Z direction in FIG. 2, which is the irradiation direction of the laser beam, with the laser beam being applied to the tip of the wire 30.
- the bead 50 is formed so as to extend in a direction opposite to the traveling direction on the surface of the base material 51.
- the laser beam applied to the surface of the base material 51 is shielded by the wire 30 itself, the laser beam enters the base material 51 as described later depending on the relationship between the shielded region and the traveling direction of the processing head 3.
- the heat situation changes.
- the direction in which the laser beam is emitted from the laser head 32 the direction in which the wire nozzle 31 supplies the wire 30 and the direction in which the gas nozzle 33 ejects gas are opposite.
- the direction in which the laser beam is irradiated from the laser head 32 is the Z direction
- the directions parallel to the surface of the base material 51 are the X direction and the Y direction perpendicular to the Z direction.
- the direction in which the wire nozzle 31 supplies the wire 30 is projected perpendicularly to the XY plane, the direction is the X direction.
- the beam is a laser beam.
- the beam source may be changed to an electron beam generation source and the electron beam may be changed to a beam. Absent. That is, the beam source is not limited as long as a beam that can heat and melt the wire 30 can be used.
- the CAM device 1A includes a CAD (Computer-Aided Design) model 11 that specifies a target shape to be additionally manufactured, a machining path generation unit 12 that generates a machining path by analyzing the CAD model 11, and a machining path generation unit 12 A machining program conversion unit 13 that converts the generated machining path into the machining program 14.
- the machining program conversion unit 13 sends the created machining program 14 to the numerical controller 2A.
- the machining program 14 designates a machining path by instructing the locus of the machining head 3.
- the numerical control device 2A includes a machining program analysis unit 21, an axis movement amount generation unit 22, a machining condition selection unit 23, a machining condition output unit 24, and a machining condition table 25.
- the machining program analysis unit 21 determines the end point coordinates of each machining path specified by the machining program 14 by analyzing the machining program 14, and sends the end point coordinates of each machining path to the axis movement amount generation unit 22.
- the axis movement amount generation unit 22 receives the analysis result from the machining program analysis unit 21.
- the axis movement amount generation unit 22 generates a movement amount command value in each axis direction per control cycle of the numerical controller 2A based on the end point coordinates of each machining path.
- each axis is a drive shaft driven by a drive device (not shown) that can change the relative position between the machining head 3 and the base material 51.
- the axis movement amount generation unit 22 sends the generated movement amount command values in the respective axial directions to the servo amplifier 4 and the machining condition selection unit 23, respectively.
- the machining condition table 25 is a data table for setting in advance a set value of a machining condition corresponding to the traveling direction of the machining head 3.
- the machining condition selection unit 23 calculates the traveling direction ⁇ of the machining head 3 based on the movement amount command value in each axial direction received from the axial movement amount generation unit 22.
- the traveling direction of the processing head 3 is a direction perpendicular to the Z direction, which is the irradiation direction of the laser beam, as described above. Therefore, the traveling direction ⁇ of the machining head 3 can take an angle of 360 ° in the XY plane with the irradiation direction of the laser beam as an axis.
- the traveling direction ⁇ is an angle formed by the traveling direction of the processing head 3 and the reference direction when viewed in the laser beam irradiation direction.
- the traveling direction ⁇ of the processing head 3 is an angle formed by the direction in which the wire 30 is supplied and the traveling direction of the processing head 3 when viewed in the direction in which the laser beam is irradiated.
- the machining condition selection unit 23 refers to the machining condition table 25 and selects a machining condition in the machining condition table 25 using the traveling direction ⁇ of the machining head 3 obtained as described above. Then, the machining condition selection unit 23 sends a machining condition set value that is a set value of the selected machining condition to the machining condition output unit 24.
- the machining condition output unit 24 outputs the machining condition setting value received from the machining condition selection unit 23 to the laser head 32 and the gas nozzle 33.
- the laser head 32 receives the laser output value (kw) as the processing condition set value from the processing condition output unit 24, and controls the laser oscillator so as to be the laser output value.
- the gas nozzle 33 receives the gas pressure (MPa) as the processing condition set value from the processing condition output unit 24, and controls the electropneumatic valve so as to be the gas pressure.
- the servo amplifier 4 is a motor that moves a table (not shown) on which a base material 51 as a workpiece is mounted in the direction of each axis based on the movement amount command value in each axis direction received from the axis movement amount generation unit 22. To drive.
- the additive manufacturing apparatus 10A performs additional processing based on the processing condition table 25 in which processing conditions corresponding to the traveling direction of the processing head 3 are stored as described above.
- additional machining is always executed under the same machining conditions without considering the above will be described below using a comparative example.
- FIG. 3 is a diagram illustrating a first comparative example in which the direction in which the wire 30 is supplied and the traveling direction of the machining head 3 are opposite to each other.
- FIG. 4 is a diagram showing a cross-sectional shape of the bead 50 viewed in the direction of the arrow in IV-IV of FIG.
- FIG. 5 is a diagram illustrating a second comparative example in which the direction in which the wire 30 is supplied and the traveling direction of the machining head 3 are perpendicular to each other.
- FIG. 6 is a diagram showing a cross-sectional shape of the bead 50 viewed in the direction of the arrow in VI-VI of FIG. 3 and 5 are views of the bead 50 viewed in the laser beam irradiation direction.
- the cross-sectional shape of the bead 50 is symmetrical. This is because the shielding rate of the laser beam irradiated from the laser head 32 by the wire 30 is not biased between the right and left of the wire 30 on the paper surface of FIG. As a result, the heating of the base material 51 by the laser beam does not cause a deviation on the left and right sides of the base material 51 in FIG.
- the cross-sectional shape of the bead 50 is asymmetric as shown in FIG. Will occur.
- the broken line in FIG. 6 shows the symmetrical bead shape without eccentricity shown in FIG.
- the cross-sectional shape of the bead 50 is eccentric because the ratio of the laser beam irradiated from the laser head 32 to the base material 51 being shielded by the wire 30 is different between above and below the tip of the wire 30 on the paper surface of FIG. Because it will end up. That is, in FIG.
- the rate at which the laser beam irradiated from the laser head 32 to the base material 51 is shielded by the wire 30 is greater in the lower portion than in the upper portion of the wire 30.
- the processing head 3 advances to the right side on the paper surface of FIG. 5
- the upper base material 51 is heated more than the base material 51 below the tip of the wire 30.
- the height of the bead 50 on the base material 51 on the right side which is heated more than the left side where the ratio of the laser beam shielded by the wire 30 on the paper surface of FIG. Eccentricity occurs in the cross-sectional shape.
- the beam to the base material 51 immediately before the additional machining is determined by the angle difference between the wire supply direction and the traveling direction of the machining head 3 that is the welding progression direction.
- the shielding rate by the wire 30 of the irradiation amount changes.
- the width and height of the bead 50 formed by the additional processing change. This will be described in more detail using a comparative example.
- FIG. 7 is a diagram illustrating a third comparative example in which the direction in which the wire 30 is supplied and the traveling direction of the machining head 3 are the same direction.
- FIG. 7 is a view of the bead 50 viewed in the Z direction, which is the irradiation direction of the laser beam.
- FIG. 8 is a view of FIG. 7 viewed in the Y direction parallel to the surface of the base material 51.
- FIG. 9 is a diagram showing a cross-sectional shape of the bead 50 viewed in the direction of the arrow in IX-IX of FIG.
- FIG. 10 is a diagram illustrating a fourth comparative example in which the direction in which the wire 30 is supplied and the traveling direction of the machining head 3 are opposite to each other.
- FIG. 10 is a diagram illustrating a fourth comparative example in which the direction in which the wire 30 is supplied and the traveling direction of the machining head 3 are opposite to each other.
- FIG. 10 is a view of the bead 50 viewed in the Z direction, which is the irradiation direction of the laser beam.
- FIG. 11 is a diagram when FIG. 10 is viewed in the Y direction parallel to the surface of the base material 51.
- FIG. 12 is a diagram showing a cross-sectional shape of the bead 50 viewed in the direction of the arrow in XII-XII of FIG.
- the beam irradiation amount to the base material 51 immediately before the additional processing in the laser beam irradiation region 300 becomes smaller than that in the case of FIG.
- the area where the base material 51 is shielded in the laser beam irradiation region 300 is only the area of the bead 50. become. Therefore, in the laser beam irradiation region 300 of FIG.
- the area directly irradiated with the laser beam on the base material 51 immediately before the additional processing becomes larger than that in the case of FIG.
- the preheating to the base material 51 is increased as compared with the case of FIG. 10 and the temperature gradient at the time of cooling becomes slow.
- the bead width of the bead 50 is larger than that of FIG. It spreads and the bead height tends to decrease.
- the beam to the base material 51 immediately before the additional processing in the laser beam irradiation region 300 when the direction in which the wire 30 is supplied and the traveling direction of the processing head 3 are opposite, the beam to the base material 51 immediately before the additional processing in the laser beam irradiation region 300.
- the shielding rate by the wire 30 of the irradiation amount becomes larger than that in the case of FIG.
- the area where the base material 51 is shielded in the laser beam irradiation region 300 is the area of the bead 50 and the area of the wire 30 when viewed in the laser beam irradiation direction. Therefore, in the laser beam irradiation region 300 of FIG. 10, the area directly irradiated with the laser beam on the base material 51 immediately before the additional processing is smaller than in the case of FIG.
- the preheating of the base material 51 is smaller than that in the case of FIG. 7 and the temperature gradient during cooling becomes sharper, so that the bead width of the bead 50 is larger than that of FIG. 9 as shown in FIG. Narrowing tends to increase the bead height.
- the bead width and the bead height are different.
- FIG. 13 is a diagram illustrating how the traveling direction of the machining head 3 changes with respect to the direction in which the wire 30 is supplied in the first embodiment.
- FIG. 13 includes the case described with reference to FIGS.
- FIG. 14 is an enlarged view of a portion surrounded by a one-dot chain line in FIG.
- the traveling direction of the machining head 3 is indicated by a broken line.
- the irradiation region 300 of the laser beam in FIG. 14 is shielded by the wire 30 in the lower right part from the broken line. Therefore, in the lower right portion of the laser beam irradiation region 300 of FIG. 14 in the lower right portion, the preheating of the base material 51 tends to be smaller and the height of the bead 50 tends to be higher. The reason that the left side is higher than the right side of the bead 50 in FIG.
- the bead width and the bead height change due to the change in the preheating amount of the base material 51. Therefore, in order to keep the bead width and bead height constant, the direction in which the wire 30 is supplied and the traveling direction of the processing head 3 depend on the angle formed in the plane perpendicular to the direction in which the laser beam is irradiated.
- the laser output may be changed. Specifically, the shielding rate by the wire 30 of the beam irradiation amount to the base material 51 just before the additional processing is smaller in the case of FIG. 7 than in the case of FIG. Therefore, the laser output in the case of FIG. If the laser output in FIG. 7 is not changed, the laser output in FIG. 10 may be increased.
- the bead-shaped eccentricity is caused by the deviation of the preheating amount of the base material 51 depending on the angle formed by the direction in which the wire 30 is supplied and the traveling direction of the machining head 3 in the plane perpendicular to the direction of the laser beam irradiation. Has occurred. Therefore, in order to prevent bead-shaped eccentricity, it is only necessary to correct the deviation of the heat input amount in the laser beam irradiation region 300. Specifically, it is conceivable to adjust the gas pressure of the cooling gas ejected from the wire nozzle 31 or the beam profile of the laser beam depending on the angle.
- FIG. 15 is a diagram illustrating an example of the processing condition table 25 according to the first embodiment.
- a processing condition number is assigned for each range of the traveling direction ⁇ of the processing head 3 in a plane perpendicular to the direction of laser beam irradiation.
- the machining condition number is an index of the machining condition for specifying the machining condition, and the maximum number MAX of the machining condition number can be set by the user as a parameter.
- the direction in which the wire 30 is supplied from the wire nozzle 31 in the plane perpendicular to the laser beam irradiation direction is the positive direction of the X direction.
- the direction in which 30 is supplied and the traveling direction of the processing head 3 are at an angle formed in a plane perpendicular to the direction in which the laser beam is irradiated. Accordingly, the ranges of the traveling direction ⁇ of the machining head 3 corresponding to different machining condition numbers do not overlap each other, and the machining condition setting value corresponding to the given traveling direction ⁇ of the machining head 3 is uniquely determined.
- Stored as the processing condition setting values in FIG. 15 are the laser output value (kw), which is the output of the beam emitted from the beam source, and the gas pressure (MPa) of the gas ejected from the gas nozzle 33.
- each processing condition set value depending on the direction ⁇ can be obtained.
- values obtained in this way are stored.
- the machining condition in which the machining condition set value is stored in the machining condition table 25 is not limited as long as it has a correlation with the bead shape error and can be controlled from the numerical controller 2A.
- the machining condition selection unit 23 obtains the traveling direction ⁇ of the machining head 3 based on the movement amount command value in each axial direction received from the axial movement amount generation unit 22, and uses the obtained traveling direction ⁇ of the machining head 3. Then, the machining condition number in the machining condition table 25 is selected. The machining condition selection unit 23 sends a machining condition set value corresponding to the selected machining condition number to the machining condition output unit 24. The machining condition output unit 24 outputs the machining condition set value received from the machining condition selection unit 23 to the laser head 32 and the gas nozzle 33.
- the machining condition selection unit 23 uses the calculated traveling direction ⁇ of the machining head 3 to determine the machining condition number in the machining condition table 25. You can just choose. In this case, the machining condition selection unit 23 sends the selected machining condition number to the machining condition output unit 24.
- the processing condition output unit 24 refers to the processing condition table 25 based on the processing condition number sent from the processing condition selection unit 23 and outputs the corresponding processing condition set values to the laser head 32 and the gas nozzle 33.
- FIG. 16 is a diagram for explaining the selection of the machining conditions according to the first embodiment.
- the machining condition number 2 is selected by the machining condition selection unit 23.
- the numerical controller 2A adjusts the beam profile of the laser beam in place of or in addition to the gas pressure of the gas ejected from the wire nozzle 31 in order to prevent bead-shaped eccentricity.
- the machining condition for the beam profile may be added as the machining condition in which the machining condition set value is stored in the machining condition table 25.
- the beam profile of the laser beam is a processing condition that defines a change in intensity within the irradiation region of the beam.
- FIG. 17 is a diagram for explaining the beam profile of the laser beam according to the first embodiment.
- FIG. 17 shows how the laser beam irradiation area 300 is viewed in the Z direction, which is the direction in which the laser beam is irradiated, when the coordinate system is set as shown in FIG.
- the irradiation region 300 of the base material 51 includes a first region 301 and a second region 302.
- the traveling direction of the processing head 3 is the Y direction
- the first region 301 on which the wire 30 is present is irradiated to the base material 51 as compared with the second region 302 as shown in FIG.
- the rate at which the beam is shielded is large.
- the laser output value P1 of the laser beam irradiated from the laser head 32 to the first region 301 is equal to that of the laser beam irradiated from the laser head 32 to the second region 302.
- the beam profile is adjusted so as to be larger than the laser output value P2.
- a beam profile may be added as a processing condition, and the laser output value P1 and the laser output value P2 may be set for the first region 301 and the second region 302, respectively.
- the laser output value P1 that is the reference output is set as the laser output value (kw), and the ratio of the first area 301 and the second area 302 to the reference output is set as the beam profile. It may be.
- a numerical value 1 is set for the first region 301 and a numerical value (P2 / P1) is set for the second region 302 as the ratio to the reference output.
- the beam profile may be set as long as the heat distribution of the base material 51 in the irradiation region 300 can be adjusted without dividing the irradiation region 300 into two as described above. Therefore, a function that determines a laser output value in a two-dimensional plane that continuously changes the laser output of the laser beam irradiated in the irradiation region 300 may be defined. In order to prevent bead-shaped eccentricity, the heat distribution of the base material 51 in the irradiation region 300 may be adjusted by combining the gas pressure of the gas ejected from the wire nozzle 31 and the beam profile.
- the numerical control device 2A needs to be able to adjust the laser profile, but the adjustment method in that case is not limited.
- the processing condition setting value for the beam profile is given from the processing condition output unit 24 to the laser head 32.
- the laser head 32 may be a variable mirror whose reflectance changes, a multilaser having a plurality of light sources, or the like. If so, the laser profile can be adjusted.
- the direction in which the wire 30 is supplied and the traveling direction of the processing head 3 are the directions in which the laser beam is irradiated.
- an ideal bead is prevented by rotating the machining head so that the angle difference between the wire supply direction and the machining head traveling direction is always constant to prevent bead shape eccentricity.
- the method of shaping the shape was taken.
- the additional manufacturing system 101 including the additional manufacturing apparatus 10A according to the first embodiment it is not necessary to rotate the machining head. Therefore, it is possible to avoid problems such as twisting of the wire that occurs when the machining head is rotated, vibration of the wire tip near the machining point, cutting of the wire, and interference between the wire and the machine.
- FIG. FIG. 18 is a block diagram showing a functional configuration of the additive manufacturing system 102 according to the second embodiment of the present invention.
- the additive manufacturing system 102 includes a CAM device 1B and an additive manufacturing device 10B.
- the additional manufacturing apparatus 10 ⁇ / b> B includes a numerical controller 2 ⁇ / b> B, a machining head 3, a servo amplifier 4, and a motor (not shown) driven by the servo amplifier 4.
- the difference between the additive manufacturing system 102 and the additive manufacturing system 101 according to the first embodiment is that the CAM device 1B of the additive manufacturing system 102 has the processing condition selection unit 15 and the processing condition table 25, and the numerical control device 2B There is no processing condition selection section.
- the CAD model 11, the machining condition table 25, the axis movement amount generation unit 22, the machining head 3, and the servo amplifier 4 are the same as those in the first embodiment.
- differences between the additive manufacturing system 102 and the additive manufacturing system 101 will be described.
- the machining path generation unit 12 When the machining path generation unit 12 generates a machining path by analyzing the CAD model 11, the machining path generation unit 12 sends the generated machining path to the machining program conversion unit 13 and the machining condition selection unit 15.
- the machining condition selection unit 15 obtains a movement amount command value in each axial direction from the machining path received from the machining path generation unit 12 and calculates the traveling direction ⁇ of the machining head 3. Further, the machining condition selection unit 15 selects the machining condition number in the machining condition table 25 by referring to the machining condition table 25 using the traveling direction ⁇ of the machining head 3, and selects the selected machining condition number. This is sent to the machining program conversion unit 13.
- the machining program conversion unit 13 converts the machining path given from the machining path generation unit 12 and the machining condition number given from the machining condition selection unit 15 into the machining program 14.
- the machining condition number is designated by an M code. That is, the machining program 14 designates a machining path by instructing the locus of the machining head 3, and also includes information on a machining condition number that is information on the selected machining condition.
- the machining program analysis unit 21 of the numerical controller 2B analyzes the machining program 14 to determine the end point coordinates of each machining path specified by the machining program 14, and sets the end point coordinates of each machining path as the axis movement amount generation unit. 22 Further, the machining program analysis unit 21 reads the M code of the machining program 14 to acquire the machining condition number in each machining path and sends it to the machining condition output unit 26.
- the machining condition output unit 26 refers to the machining condition table 25 of the numerical controller 2B based on the machining condition number sent from the machining program analysis unit 21, and sets the corresponding machining condition set values to the laser head 32 and the gas nozzle 33. Output to.
- the direction in which the wire 30 is supplied and the traveling direction of the processing head 3 are formed in a plane perpendicular to the direction in which the laser beam is irradiated. Based on the angle, the machining conditions for the additional machining can be selected in the CAM device 1B.
- the numerical control devices 2A and 2B according to the first and second embodiments are realized by a computer system such as a personal computer or a general-purpose computer.
- FIG. 19 is a diagram illustrating a hardware configuration when the functions of the numerical control devices 2A and 2B according to the first and second embodiments are realized by a computer system.
- the functions of the numerical control devices 2A and 2B are realized by a computer system, the functions of the numerical control devices 2A and 2B are a CPU (Central Processing Unit) 201, a memory 202, a storage device 203, and a display device 204 as shown in FIG. And the input device 205.
- the functions of the additional manufacturing method executed by the numerical control devices 2A and 2B are realized by software, firmware, or a combination of software and firmware.
- the CPU 201 reads the software or firmware stored in the storage device 203 into the memory 202 and executes it, whereby the machining program analysis unit 21, the axis movement amount generation unit 22, the machining condition selection unit 23, and the machining condition output units 24 and 26. Realize the function. That is, when the functions of the machining program analysis unit 21, the axis movement amount generation unit 22, the machining condition selection unit 23, and the machining condition output units 24 and 26 are executed by the CPU 201, the computer system performs the first and second embodiments.
- a storage device 203 is provided for storing a program in which the step of executing the additive manufacturing method is executed as a result.
- the memory 202 corresponds to a volatile storage area such as RAM (Random Access Memory).
- the storage device 203 for storing the processing program 14 and the processing condition table 25 corresponds to a nonvolatile or volatile semiconductor memory such as a ROM (Read Only Memory) or a flash memory, and a magnetic disk.
- Specific examples of the display device 204 are a monitor and a display.
- Specific examples of the input device 205 are a keyboard, a mouse, and a touch panel.
- the configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.
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Abstract
母材の表面の加工領域にワイヤを供給するワイヤノズル(31)と、ワイヤの先端にビームを照射可能なビーム源と、ワイヤノズル(31)との間にビーム源を挟んで配置されて加工領域にガスを噴出するガスノズル(33)とが設けられた加工ヘッド(3)を制御することにより付加加工を行う付加製造装置において、ビームが照射される方向に観て、ワイヤが供給される方向と加工ヘッド(3)の進行方向とが成す角度を求め、角度に基づいて、付加加工の加工条件を選択する加工条件選択部を備える。
Description
本発明は、ワイヤ式の付加製造加工を行う付加製造装置、付加製造システムおよび付加製造方法に関する。
ワイヤ式の付加製造加工において、予め設定された加工条件で加工を行う場合、ワイヤの供給方向と加工ヘッドの進行方向との角度差分に依存して、理想のビード形状に対して形状誤差が発生することが知られている。加工条件は、ビーム出力、ガス圧などであり、理想のビード形状とは、断面形状が対称で、ビードの幅と高さとの比が一定なビード形状を指す。ビード形状の形状誤差が発生するとは、断面形状が非対称になるビード形状の偏心が生ずること、ビードの幅と高さとの比が一定の値からずれることが考えられる。
加工の進行方向とビード形状の偏心との関係については、特許文献1において説明されている。特許文献1では、溶接進行方向に対して直交する方向の一方に溶接トーチを傾斜させながら走査させてアーク溶接を行うと、母材に対する入熱に偏りが発生することが原因となってビードの偏心が発生することが説明されている。
ワイヤの供給方向と加工ヘッドの進行方向との角度差分が常に一定になるようにしてビード形状を理想的な形状にする方法として、加工物自体を回転させる方式がある。しかし、この方法を用いた場合、加工機に回転テーブルを装着する必要があるため、加工領域が狭くなる、機械の軸数が増え制御が複雑になるといった問題が発生する。したがって、ワイヤ式の付加製造加工において、簡易な制御でビード形状の偏心を回避することが求められていた。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な制御でビード形状の偏心を防ぐことができる付加製造装置を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の付加製造装置は、母材の表面の加工領域にワイヤ状の部材を供給するワイヤノズルと、ワイヤ状の部材にビームを照射可能なビーム源と、ワイヤノズルとの間にビーム源を挟んで配置されて加工領域にガスを噴出するガスノズルとが設けられた加工ヘッドを制御することにより付加加工を行う。本発明は、ビームが照射される方向に観て、ワイヤ状の部材が供給される方向と加工ヘッドの進行方向とが成す角度を求め、角度に基づいて、付加加工の加工条件を選択する加工条件選択部を備える。
本発明にかかる付加製造装置は、簡易な制御でビード形状の偏心を防ぐことができるという効果を奏する。
以下に、本発明の実施の形態にかかる付加製造装置、付加製造システムおよび付加製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかる付加製造システム101の機能構成を示すブロック図である。付加製造システム101は、CAM(Computer Aided Manufacturing)装置1Aおよび付加製造装置10Aを備える。付加製造装置10Aは、数値制御装置2Aと、加工ヘッド3と、サーボアンプ4と、サーボアンプ4に駆動される図示せぬモータとを備える。
図1は、本発明の実施の形態1にかかる付加製造システム101の機能構成を示すブロック図である。付加製造システム101は、CAM(Computer Aided Manufacturing)装置1Aおよび付加製造装置10Aを備える。付加製造装置10Aは、数値制御装置2Aと、加工ヘッド3と、サーボアンプ4と、サーボアンプ4に駆動される図示せぬモータとを備える。
図2は、実施の形態1にかかる加工ヘッド3の構成を示す図である。加工ヘッド3は、ワイヤ状の部材であるワイヤ30を供給するワイヤノズル31と、ワイヤ30の先端にレーザビームを照射可能なビーム源であるレーザヘッド32と、母材51の表面の加工領域にガスを噴出するガスノズル33と、を備える。ワイヤノズル31は、母材51の上に一定方向に一定速度でワイヤ30を供給する。ワイヤノズル31から供給されたワイヤ30は加工領域においてレーザビームにより加熱溶融されてビード50が形成される。すなわち、加工領域は、母材51の表面のビード50が形成される領域である。ガスノズル33は、ワイヤノズル31との間にレーザヘッド32を挟んで設置されており、加工領域に形成されたビード50を冷却するためのガスの噴出が電空弁により制御される。付加加工時には、ワイヤ30の先端にレーザビームが照射された状態で、レーザビームの照射方向である図2のZ方向と垂直な方向である進行方向に加工ヘッド3が移動する。これにより、母材51の表面上の当該進行方向とは反対の方向に延伸するようにビード50が形成される。このとき、母材51の表面に照射されるレーザビームはワイヤ30自体に遮蔽されるので、遮蔽された領域と加工ヘッド3の進行方向との関係により、後述するように母材51への入熱状況が変化する。レーザヘッド32からレーザビームが照射される方向に観て、ワイヤノズル31がワイヤ30を供給する方向とガスノズル33がガスを噴出する方向とは反対になっている。図2では、レーザヘッド32からレーザビームが照射される方向がZ方向であり、母材51の表面に平行な方向がZ方向と垂直なX方向およびY方向である。そして、ワイヤノズル31がワイヤ30を供給する方向をXY平面に垂直に投影するとX方向になっている。ここでは、ビーム源としてレーザ発振器を備えたレーザヘッド32を用いているので、ビームはレーザビームになっているが、ビーム源を電子ビーム発生源に変更して、電子ビームをビームにしてもかまわない。すなわち、ワイヤ30を加熱溶融できるビームが使用できるのであればビーム源は限定されない。
CAM装置1Aは、付加製造する対象形状を指定するCAD(Computer-Aided Design)モデル11と、CADモデル11を解析することにより加工経路を生成する加工経路生成部12と、加工経路生成部12が生成した加工経路を加工プログラム14に変換する加工プログラム変換部13と、を備える。加工プログラム変換部13は作成した加工プログラム14を数値制御装置2Aに送る。加工プログラム14は、加工ヘッド3の軌跡を指示することにより加工経路を指定している。
数値制御装置2Aは、加工プログラム解析部21と、軸移動量生成部22と、加工条件選択部23と、加工条件出力部24と、加工条件テーブル25と、を備える。
加工プログラム解析部21は、加工プログラム14を解析することにより加工プログラム14により指定された各加工経路の終点座標を決定して、各加工経路の終点座標を軸移動量生成部22に送る。
軸移動量生成部22は、加工プログラム解析部21による解析結果を受け取る。軸移動量生成部22は、各加工経路の終点座標に基づいて、数値制御装置2Aの制御周期当たりの各軸方向の移動量指令値を生成する。ここで、各軸とは、加工ヘッド3と母材51との相対位置を変化させることができる図示せぬ駆動装置が駆動する駆動軸である。軸移動量生成部22は、生成した各軸方向の移動量指令値をサーボアンプ4および加工条件選択部23のそれぞれに送る。
加工条件テーブル25は、加工ヘッド3の進行方向に応じた加工条件の設定値を予め設定しておくためのデータテーブルである。
加工条件選択部23は、軸移動量生成部22から受け取った各軸方向の移動量指令値に基づいて、加工ヘッド3の進行方向θを算出する。加工ヘッド3の進行方向は上述したようにレーザビームの照射方向であるZ方向と垂直な方向である。したがって、加工ヘッド3の進行方向θは、レーザビームの照射方向を軸として、XY平面内の360°の角度を取り得る。ここでは、進行方向θは、レーザビームの照射方向に観て、加工ヘッド3の進行方向と基準となる方向とが成す角度とする。そして、基準となる方向を正のX方向にとり、加工ヘッド3の進行方向が正のX方向である場合をθ=0度とする。図2のXの矢印の方向を正のX方向とするが、以下では、正のX方向を単にX方向と呼ぶ場合もある。したがって、θ=tan-1(Y方向の移動量指令値/X方向の移動量指令値)とすれば進行方向θが求まる。そして、図2では、ワイヤノズル31からワイヤ30が供給される方向をXY平面に垂直に投影すると基準となる方向である正のX方向になっている。したがって、加工ヘッド3の進行方向θは、レーザビームが照射される方向に観て、ワイヤ30が供給される方向と加工ヘッド3の進行方向とが成す角度になっている。
加工条件選択部23は、加工条件テーブル25を参照して、上記のようにして求めた加工ヘッド3の進行方向θを用いて、加工条件テーブル25の中の加工条件を選択する。そして、加工条件選択部23は、選択した加工条件の設定値である加工条件設定値を加工条件出力部24に送る。
加工条件出力部24は、加工条件選択部23から受け取った加工条件設定値をレーザヘッド32およびガスノズル33に出力する。
レーザヘッド32は、加工条件出力部24から加工条件設定値としてレーザ出力値(kw)を受け取って、当該レーザ出力値となるようにレーザ発振器を制御する。
ガスノズル33は、加工条件出力部24から加工条件設定値としてガス圧(MPa)を受け取って、当該ガス圧となるように電空弁を制御する。
サーボアンプ4は、軸移動量生成部22から受け取った各軸方向の移動量指令値に基づいて、被加工物である母材51を搭載する図示せぬテーブルを各軸の方向に動かすモータを駆動する。
実施の形態1にかかる付加製造装置10Aは、上述したように加工ヘッド3の進行方向に応じた加工条件が格納された加工条件テーブル25に基づいて付加加工を行うが、加工ヘッド3の進行方向を考慮しないで常に同一の加工条件で付加加工を実行した場合について、以下に比較例を用いて説明する。
図3は、ワイヤ30が供給される方向と加工ヘッド3の進行方向とが反対方向となる場合である第1比較例を示す図である。図4は、図3のIV-IVにおける矢印方向に観たビード50の断面形状を示す図である。図5は、ワイヤ30が供給される方向と加工ヘッド3の進行方向とが直角となる場合である第2比較例を示す図である。図6は、図5のVI-VIにおける矢印方向に観たビード50の断面形状を示す図である。図3および図5は、レーザビームの照射方向にビード50を観た図である。
図3に示すように、図3の紙面垂直方向であるレーザビームの照射方向からみてワイヤ30が供給される方向と加工ヘッド3の進行方向とが反対方向となる場合は、図4に示すようにビード50の断面形状は左右対称になる。これは、レーザヘッド32から照射されるレーザビームのワイヤ30による遮蔽率が図3の紙面上におけるワイヤ30の左右で偏りが生じないからである。その結果、レーザビームによる母材51の加熱に図4の母材51の左右で偏りが生じないので、ビード50の断面形状は左右対称になる。また、後で詳述するが、図3の紙面垂直方向であるレーザビームの照射方向からみてワイヤ30が供給される方向と加工ヘッド3の進行方向とが同じ場合も、ビード50の断面形状は変化するが左右対称になる。
これに対して、図5に示すように、ワイヤ30が供給される方向と加工ヘッド3の進行方向とが直角となる場合は、図6に示すようにビード50の断面形状は非対称になり偏心が生ずる。図6の破線で示したのは図3に示した偏心の無い対称なビード形状である。ビード50の断面形状に偏心が生ずるのは、レーザヘッド32から母材51に照射されるレーザビームがワイヤ30によって遮蔽される割合が、図5の紙面上におけるワイヤ30の先端より上と下とでは異なってしまうからである。すなわち、図5において、ワイヤ30の先端より上に比べて下の方がレーザヘッド32から母材51に照射されるレーザビームがワイヤ30により遮蔽される割合が大きくなる。その結果、図5の紙面上において、加工ヘッド3が右側へ進行したときに、ワイヤ30の先端より下の母材51に比べて上の母材51の方がより多く加熱される。これにより、図6の紙面上においてワイヤ30によりレーザビームが遮蔽される割合が大きい左側よりも多く加熱されることになる右側の母材51の上のビード50の高さが低くなり、ビード50の断面形状に偏心が生じる。
このように、ビーム源を熱源としたワイヤ式の溶接技術においては、ワイヤ供給方向と溶接進行方向である加工ヘッド3の進行方向とが成す角度差分により、付加加工直前の母材51へのビーム照射量のワイヤ30による遮蔽率が変化する。この遮蔽率の変化に依存して、付加加工により形成されるビード50の幅および高さが変化する。このことについて、比較例を用いてさらに詳細に説明する。
図7は、ワイヤ30が供給される方向と加工ヘッド3の進行方向とが同一方向となる場合である第3比較例を示す図である。図7は、レーザビームの照射方向であるZ方向にビード50を観た図である。図8は、図7を母材51の表面と平行なY方向に観た図である。図9は、図8のIX-IXにおける矢印方向に観たビード50の断面形状を示す図である。図10は、ワイヤ30が供給される方向と加工ヘッド3の進行方向とが反対方向となる場合である第4比較例を示す図である。図10は、レーザビームの照射方向であるZ方向にビード50を観た図である。図11は、図10を母材51の表面と平行なY方向に観た図である。図12は、図11のXII-XIIにおける矢印方向に観たビード50の断面形状を示す図である。
図7に示すように、ワイヤ30が供給される方向と加工ヘッド3の進行方向とが同一方向となる場合は、レーザビームの照射領域300において、付加加工直前の母材51へのビーム照射量のワイヤ30による遮蔽率が図10の場合に比べて小さくなる。図7の場合は、レーザビームが照射される方向に観て、ワイヤ30はビード50と重なる位置にあるので、レーザビームの照射領域300において母材51が遮蔽される面積はビード50の面積のみになる。したがって、図7のレーザビームの照射領域300において、付加加工直前の母材51にレーザビームが直接照射される面積が図10の場合に比べて大きくなる。その結果、母材51への予熱が図10の場合に比べて多くなり、冷却時の温度勾配が緩慢になることで、図9に示すように、図12に比べてビード50のビード幅が広がり、ビード高さが低くなる傾向となる。
他方、図10に示すように、ワイヤ30が供給される方向と加工ヘッド3の進行方向とが反対方向となる場合は、レーザビームの照射領域300において、付加加工直前の母材51へのビーム照射量のワイヤ30による遮蔽率が図7の場合に比べて大きくなる。図10の場合は、レーザビームが照射される方向に観て、レーザビームの照射領域300において母材51が遮蔽される面積はビード50の面積およびワイヤ30の面積となる。したがって、図10のレーザビームの照射領域300において、付加加工直前の母材51にレーザビームが直接照射される面積が図7の場合に比べて小さくなる。その結果、母材51への予熱が図7の場合に比べて少なくなり、冷却時の温度勾配が急激になることで、図12に示すように、図9に比べてビード50のビード幅が狭まり、ビード高さが高くなる傾向となる。以上説明したように、図7および図10の場合は、ビード形状の偏心は生じないものの、ビード幅およびビード高さが異なる結果となる。
図13は、実施の形態1においてワイヤ30が供給される方向に対して加工ヘッド3の進行方向が変化する様子を示す図である。図13は、図3から図12で説明した場合を含んでいる。図14は、図13の一点鎖線で囲った部分を拡大した図である。図14において、加工ヘッド3の進行方向が破線で示してある。図14のレーザビームの照射領域300は、破線より右下の部分においてワイヤ30で遮蔽されている。したがって、図14のレーザビームの照射領域300の破線より左上の部分に比べて右下の部分では、母材51の予熱が小さくなり、ビード50の高さがより高くなる傾向となる。図6のビード50の右側に比べて左側が高くなって偏心が生じた原因も同じ理由による。
以上説明したように、母材51の予熱量の変化によってビード幅およびビード高さが変化する。したがって、ビード幅およびビード高さを一定に保つためには、ワイヤ30が供給される方向と加工ヘッド3の進行方向とがレーザビームが照射される方向に垂直な面内において成す角度に依存して、レーザ出力を変化させればよい。具体的には、図10の場合に比べて付加加工直前の母材51へのビーム照射量のワイヤ30による遮蔽率が図7の場合は小さくなる。したがって、図7の場合のレーザ出力を小さくすればよい。図7の場合のレーザ出力を変えない場合は、図10の場合のレーザ出力を大きくすればよい。
また、ワイヤ30が供給される方向と加工ヘッド3の進行方向とがレーザビームが照射される方向に垂直な面内において成す角度に依存した母材51の予熱量の偏りによって、ビード形状の偏心は発生している。したがって、ビード形状の偏心を防ぐためには、レーザビームの照射領域300内における入熱量の偏りを補正すればよい。具体的には、上記角度に依存して、ワイヤノズル31から噴出される冷却用のガスのガス圧またはレーザビームのビームプロファイルを調整することが考えられる。
図15は、実施の形態1にかかる加工条件テーブル25の一例を示した図である。図15の加工条件テーブル25では、レーザビームが照射される方向に垂直な面内における加工ヘッド3の進行方向θの範囲毎に加工条件番号が付与されている。加工条件番号が加工条件を指定する加工条件のインデックスになっており、加工条件番号の最大数MAXはパラメータとしてユーザーが設定することが可能である。上述したように、レーザビームが照射される方向に垂直な面内においてワイヤノズル31からワイヤ30が供給される方向をX方向の正の方向としているので、加工ヘッド3の進行方向θは、ワイヤ30が供給される方向と加工ヘッド3の進行方向とがレーザビームが照射される方向に垂直な面内において成す角度になっている。したがって、異なる加工条件番号が対応する加工ヘッド3の進行方向θの範囲同士は重複しないようになっており、与えられた加工ヘッド3の進行方向θに対応する加工条件設定値は一意に定まる。図15の加工条件設定値として、ビーム源から照射されるビームの出力であるレーザ出力値(kw)およびガスノズル33が噴出するガスのガス圧(MPa)が格納されている。実際に形成されるビード形状の目標とするビード形状からの誤差と、各加工条件との加工ヘッド3の進行方向θに依存した相関関係を予め実験などにより求めておけば、加工ヘッド3の進行方向θに依存した各加工条件設定値を求めることができる。図15の加工条件設定値としては、このようにして求めた値が格納されている。加工条件設定値が加工条件テーブル25に格納される加工条件は、ビード形状の誤差と相関があり、数値制御装置2Aから制御できる加工条件であれば限定されない。
そして、加工条件選択部23は、軸移動量生成部22から受け取った各軸方向の移動量指令値に基づいて加工ヘッド3の進行方向θを求め、求めた加工ヘッド3の進行方向θを用いて、加工条件テーブル25の中の加工条件番号を選択する。加工条件選択部23は、選択した加工条件番号に対応する加工条件設定値を加工条件出力部24に送る。加工条件出力部24は、加工条件選択部23から受け取った加工条件設定値をレーザヘッド32およびガスノズル33に出力する。
なお、加工条件出力部24が加工条件テーブル25を参照できるのであれば、加工条件選択部23は、求めた加工ヘッド3の進行方向θを用いて、加工条件テーブル25の中の加工条件番号を選択するだけでもよい。この場合、加工条件選択部23は、選択した加工条件番号を加工条件出力部24に送る。加工条件出力部24は、加工条件選択部23から送られた加工条件番号に基づいて、加工条件テーブル25を参照して、対応する加工条件設定値をレーザヘッド32およびガスノズル33に出力する。
図16は、実施の形態1にかかる加工条件の選択の様子を説明する図である。図16は、図15の加工条件テーブル25において加工条件番号の最大数MAX=8の場合に、加工ヘッド3の進行方向θによってどの加工条件番号が選択されるかをXY平面上で表現した一例を示す図である。図16に示したように加工ヘッド3が進行する場合は、加工条件番号2が加工条件選択部23により選択される。
また、先に述べたように、数値制御装置2Aは、ビード形状の偏心を防ぐために、ワイヤノズル31から噴出されるガスのガス圧の代りに、またはそれに加えて、レーザビームのビームプロファイルを調整して選択してもよい。すなわち、加工条件設定値が加工条件テーブル25に格納されている加工条件として、ビームプロファイルについての加工条件を追加してもよい。レーザビームのビームプロファイルは、ビームの照射領域内の強度変化を規定する加工条件である。
図17は、実施の形態1にかかるレーザビームのビームプロファイルについて説明するための図である。図17は、図2に示されるように座標系が設定されている場合に、レーザビームの照射領域300をレーザビームが照射される方向であるZ方向に観た様子を示している。母材51の照射領域300は、第1領域301および第2領域302からなる。加工ヘッド3の進行方向がY方向である場合、図2に示されるようにワイヤ30が上に存在する第1領域301の方が第2領域302に比べて、母材51に照射されるレーザビームが遮蔽される割合が大きい。
このような場合は、図17の下に示すように、レーザヘッド32から第1領域301に照射されるレーザビームのレーザ出力値P1がレーザヘッド32から第2領域302に照射されるレーザビームのレーザ出力値P2より大きくなるようにビームプロファイルを調整する。加工条件テーブル25において、加工条件としてビームプロファイルが追加されていて、レーザ出力値P1およびレーザ出力値P2が、それぞれ第1領域301および第2領域302に対して設定されていてもよい。また、加工条件テーブル25において、レーザ出力値(kw)として基準出力であるレーザ出力値P1が設定されていて、ビームプロファイルとして、第1領域301および第2領域302に対する基準出力に対する比が設定されていてもよい。この場合、基準出力に対する比として、第1領域301に対しては数値1が設定されて、第2領域302に対しては数値(P2/P1)が設定されることになる。ビームプロファイルの設定は、上記のように照射領域300を二分割しなくても、照射領域300内での母材51の熱分布を調整することが可能であればよい。したがって、照射領域300内に照射されるレーザビームのレーザ出力が連続的に変化するような、2次元平面内でのレーザ出力値を定める関数を規定するものであってもよい。また、ビード形状の偏心を防ぐために、照射領域300内での母材51の熱分布をワイヤノズル31から噴出されるガスのガス圧とビームプロファイルとを組み合わせて調整してもよい。
なお、加工条件テーブル25にビームプロファイルについての加工条件設定値が格納されている場合、数値制御装置2Aがレーザプロファイルを調整可能である必要があるが、その場合の調整方法は限定されない。この場合、ビームプロファイルについての加工条件設定値は、加工条件出力部24からレーザヘッド32に与えられるが、レーザヘッド32が、反射率が変化する可変形ミラー、複数の光源を有するマルチレーザなどを有していれば、レーザプロファイルの調整が可能である。
以上説明したように、実施の形態1にかかる付加製造装置10Aを備えた付加製造システム101によれば、ワイヤ30が供給される方向と加工ヘッド3の進行方向とがレーザビームが照射される方向に垂直な面内において成す角度に基づいて、付加加工の加工条件の設定値を調整することにより、簡易な制御でビード形状の偏心を防ぐことが可能となり、さらに、ビード幅およびビード高さを一定に保つことも可能になる。
また、従来、自動溶接ロボットでは、加工ヘッドを回転させることで、ワイヤの供給方向と加工ヘッドの進行方向との角度差分が常に一定となるようにしてビード形状の偏心を防いで、理想のビード形状を造形する方式がとられていた。しかし、実施の形態1にかかる付加製造装置10Aを備えた付加製造システム101によれば、加工ヘッドを回転させる必要がない。したがって、加工ヘッドを回転させた場合に生ずるワイヤの捻れ、加工点付近でのワイヤ先端の振動、ワイヤの切断、ワイヤと機械との干渉といった問題を回避することができる。
実施の形態2.
図18は、本発明の実施の形態2にかかる付加製造システム102の機能構成を示すブロック図である。付加製造システム102は、CAM装置1Bおよび付加製造装置10Bを備える。付加製造装置10Bは、数値制御装置2Bと、加工ヘッド3と、サーボアンプ4と、サーボアンプ4に駆動される図示せぬモータとを備える。
図18は、本発明の実施の形態2にかかる付加製造システム102の機能構成を示すブロック図である。付加製造システム102は、CAM装置1Bおよび付加製造装置10Bを備える。付加製造装置10Bは、数値制御装置2Bと、加工ヘッド3と、サーボアンプ4と、サーボアンプ4に駆動される図示せぬモータとを備える。
付加製造システム102と実施の形態1にかかる付加製造システム101との違いは、付加製造システム102のCAM装置1Bが加工条件選択部15および加工条件テーブル25を有していて、数値制御装置2Bが加工条件選択部を有していないところである。CADモデル11、加工条件テーブル25、軸移動量生成部22、加工ヘッド3およびサーボアンプ4は、実施の形態1と同じである。以下、付加製造システム102が付加製造システム101と異なる点を説明する。
加工経路生成部12は、CADモデル11を解析することにより加工経路を生成すると、生成された加工経路を、加工プログラム変換部13および加工条件選択部15に送る。
加工条件選択部15は、加工経路生成部12から受け取った加工経路から各軸方向の移動量指令値を求めて、加工ヘッド3の進行方向θを算出する。さらに、加工条件選択部15は、加工ヘッド3の進行方向θを用いて、加工条件テーブル25を参照して、加工条件テーブル25の中の加工条件番号を選択して、選択した加工条件番号を加工プログラム変換部13に送る。
加工プログラム変換部13は、加工経路生成部12から与えられた加工経路および加工条件選択部15から与えられた加工条件番号を加工プログラム14に変換する。加工プログラム変換部13が生成した加工プログラム14において、加工条件番号がMコードで指定されている。すなわち、加工プログラム14は、加工ヘッド3の軌跡を指示することにより加工経路を指定すると共に、選択された加工条件についての情報である加工条件番号の情報も含んでいる。
数値制御装置2Bの加工プログラム解析部21は、加工プログラム14を解析することにより加工プログラム14により指定された各加工経路の終点座標を決定して、各加工経路の終点座標を軸移動量生成部22に送る。さらに、加工プログラム解析部21は加工プログラム14のMコードを読み取ることにより各加工経路における加工条件番号を取得して、加工条件出力部26に送る。
加工条件出力部26は、加工プログラム解析部21から送られた加工条件番号に基づいて、数値制御装置2Bの加工条件テーブル25を参照して、対応する加工条件設定値をレーザヘッド32およびガスノズル33に出力する。
以上説明したように、実施の形態2にかかる付加製造システム102によれば、ワイヤ30が供給される方向と加工ヘッド3の進行方向とがレーザビームが照射される方向に垂直な面内において成す角度に基づいて付加加工の加工条件をCAM装置1Bにおいて選択させることができる。
実施の形態1および2にかかる数値制御装置2A,2Bは、パーソナルコンピュータまたは汎用コンピュータといったコンピュータシステムにより実現される。図19は、実施の形態1および2にかかる数値制御装置2A,2Bの機能をコンピュータシステムで実現する場合のハードウェア構成を示す図である。数値制御装置2A,2Bの機能をコンピュータシステムで実現する場合、数値制御装置2A,2Bの機能は、図19に示すようにCPU(Central Processing Unit)201、メモリ202、記憶装置203、表示装置204および入力装置205により実現される。数値制御装置2A,2Bが実行する付加製造方法の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアは、プログラムとして記述されて記憶装置203に格納される。CPU201は、記憶装置203に記憶されたソフトウェアまたはファームウェアをメモリ202に読み出して実行することにより、加工プログラム解析部21、軸移動量生成部22、加工条件選択部23および加工条件出力部24,26の機能を実現する。すなわち、コンピュータシステムは、加工プログラム解析部21、軸移動量生成部22、加工条件選択部23および加工条件出力部24,26の機能がCPU201により実行されるときに、実施の形態1および2にかかる付加製造方法を実施するステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するための記憶装置203を備える。また、これらのプログラムは、加工プログラム解析部21、軸移動量生成部22、加工条件選択部23および加工条件出力部24,26の機能が実現する処理をコンピュータに実行させるものであるともいえる。メモリ202は、RAM(Random Access Memory)といった揮発性の記憶領域が該当する。加工プログラム14および加工条件テーブル25を記憶する記憶装置203は、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリといった不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスクが該当する。表示装置204の具体例は、モニタ、ディスプレイである。入力装置205の具体例は、キーボード、マウス、タッチパネルである。
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
1A,1B CAM装置、2A,2B 数値制御装置、3 加工ヘッド、4 サーボアンプ、10A,10B 付加製造装置、11 CADモデル、12 加工経路生成部、13 加工プログラム変換部、14 加工プログラム、15 加工条件選択部、21 加工プログラム解析部、22 軸移動量生成部、23 加工条件選択部、24,26 加工条件出力部、25 加工条件テーブル、30 ワイヤ、31 ワイヤノズル、32 レーザヘッド、33 ガスノズル、50 ビード、51 母材、101,102 付加製造システム、201 CPU、202 メモリ、203 記憶装置、204 表示装置、205 入力装置、300 照射領域、301 第1領域、302 第2領域。
Claims (8)
- 母材の表面の加工領域にワイヤ状の部材を供給するワイヤノズルと、前記ワイヤ状の部材の先端にビームを照射可能なビーム源と、前記ワイヤノズルとの間に前記ビーム源を挟んで配置されて前記加工領域にガスを噴出するガスノズルとが設けられた加工ヘッドを制御することにより付加加工を行う付加製造装置において、
前記ビームが照射される方向に観て、前記ワイヤ状の部材が供給される方向と前記加工ヘッドの進行方向とが成す角度を求め、前記角度に基づいて、前記付加加工の加工条件を選択する加工条件選択部を備える
ことを特徴とする付加製造装置。 - 前記角度に依存した前記加工条件が格納された加工条件テーブルと、
前記加工条件選択部は、加工経路を指定する加工プログラムに基づいて前記角度を求めて、前記角度および前記加工条件テーブルを用いて、前記加工条件を選択する
ことを特徴とする請求項1に記載の付加製造装置。 - 前記加工条件テーブルには、前記角度に依存した前記加工条件として前記ビームの出力値および前記ガスのガス圧が格納されている
ことを特徴とする請求項2に記載の付加製造装置。 - 前記加工条件テーブルには、前記角度に依存した前記加工条件として前記ビームの照射領域内の強度変化を規定するビームプロファイルが格納されている
ことを特徴とする請求項3に記載の付加製造装置。 - 母材の表面の加工領域にワイヤ状の部材を供給するワイヤノズルと、前記ワイヤ状の部材の先端にビームを照射可能なビーム源と、前記ワイヤノズルとの間に前記ビーム源を挟んで配置されて前記加工領域にガスを噴出するガスノズルとが設けられた加工ヘッドを制御することにより付加加工を行う付加製造システムにおいて、
前記ビームが照射される方向に観て、前記ワイヤ状の部材が供給される方向と前記加工ヘッドの進行方向とが成す角度に依存した前記付加加工の加工条件が格納された加工条件テーブルと、
加工経路に基づいて前記角度を求めて、前記角度および前記加工条件テーブルを用いて、前記加工条件を選択する加工条件選択部と、
前記加工条件選択部によって選択された加工条件についての情報を含んだ加工プログラムに基づいて、前記角度に基づいて、前記加工条件を選択する数値制御装置と、
を備えることを特徴とする付加製造システム。 - 前記加工条件テーブルには、前記角度に依存した前記加工条件として前記ビームの出力値および前記ガスのガス圧が格納されている
ことを特徴とする請求項5に記載の付加製造システム。 - 前記加工条件テーブルには、前記角度に依存した前記加工条件として前記ビームの照射領域内の強度変化を規定するビームプロファイルが格納されている
ことを特徴とする請求項6に記載の付加製造システム。 - 母材の表面の加工領域にワイヤ状の部材を供給するワイヤノズルと、前記ワイヤ状の部材の先端にビームを照射可能なビーム源と、前記ワイヤノズルとの間に前記ビーム源を挟んで配置されて前記加工領域にガスを噴出するガスノズルとが設けられた加工ヘッドを制御することにより付加加工を行う付加製造方法において、
前記ビームが照射される方向に観て、前記ワイヤ状の部材が供給される方向と前記加工ヘッドの進行方向とが成す角度を求めるステップと、
前記角度に基づいて、前記付加加工の加工条件を選択するステップと、
を備えることを特徴とする付加製造方法。
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