技術 三次元レーザ加工機による開先加工方法

0001

この発明は三次元レーザ加工機による開先加工方法に係り、さらに詳しくは、曲げ加工部分を含む突合せ溶接を行うワークに対する三次元レーザ加工機による開先加工方法に関するものである。

0002

従来より、図９（Ａ）に示されるようなフランジ１０１付きの二つのワークＷ１、Ｗ２を、図９（Ｂ）に示されるように直角に突当て溶接する場合には、まず図１０に示されるように各部材を展開してレーザ切断した後、曲げ線ＢＬに沿って曲げ加工して各ワークＷ１、Ｗ２を作成し、このワークＷ１、Ｗ２を突当て溶接するのが一般的である。

0003

しかしながら、図１１を参照するに、前述のように切断した後に、曲げ線ＢＬに沿って曲げ加工により各部材を作成する際に、ワークＷ１、Ｗ２の端面１０３において曲げ部分の外側は引っ張られて伸び、内側は圧縮されて端面１０３から外側へ突出するようになる。

0004

これでは、ワークＷ１、Ｗ２の突出部１０５同士がぶつかり合って適正な溶接ができなくなるので、突出部１０５を削り落とした後に突当て溶接を行うようにしており、面倒である。

0005

また、図１２（Ａ）に示されるように板厚により突当てができない場合には、図１２（Ｂ）に示されるように突当てることにより溶接欠陥を回避している。このため、自動溶接機におけるティーチングが複雑になるという問題がある。

0006

この発明の目的は、以上のような従来の技術に着目してなされたものであり、ワークを切断して曲げ加工を行った後にこの曲げ部分を含んで突当て溶接をする際の開先加工の簡素化を図ることのできる三次元レーザ加工機による開先加工方法を提供することにある。

0007

上記の目的を達成するために、請求項１による発明の三次元レーザ加工機による開先加工方法は、レーザ光線を照射するノズルの姿勢が自由に制御できる三次元レーザ加工機であって、自動プログラムにより前記三次元レーザ加工機を用いてワークの切断加工を行う際に、前記ワークの板厚や曲げ線の形状等の加工データから切断線のテーパ角度を設定し、このテーパ角度に対応して前記ノズルの姿勢を制御することを特徴とするものである。

0008

従って、加工条件に対応してノズルの姿勢を制御することにより、ワークの切断と同時に突当て溶接のための開先加工を行うことができる。

0009

請求項２による発明の三次元レーザ加工機による開先加工方法は、請求項１記載のテーパ角度が加工データに基づいて自動で決定されることを特徴とするものである。

0010

従って、自動によりノズルの姿勢を制御して、ワークの切断及び所定角度の開先加工を同時に行う。

0011

請求項３による発明の三次元レーザ加工機による開先加工方法は、請求項１記載のテーパ角度を、切断位置に対応して適宜作業者が入力することを特徴とするものである。

0012

従って、開先加工が必要な箇所におけるテーパ角度を適宜入力することにより、ノズルの姿勢を制御して所望の開先加工を行う。

0013

以下、この発明の実施の形態の例を図面に基づいて説明する。

0014

図７及び図８には、三次元レーザ加工機１の全体が示されている。すなわち、床面３に複数本（例えば４本）の支柱５が立設されている。この支柱５上には、Ｘ軸方向へ延伸した左右のＸ軸ガイド７、７が載置・固定されている。また、支柱５上におけるＹ軸方向にはサポートプレート９が設けられている。

0015

各Ｘ軸ガイド７、７間にはＸ軸キャレッジ１１がＹ軸方向に延びて設けられており、図示しないＸ軸サーボモータによりＸ軸方向へ移動・位置決め自在となっている。

0016

Ｘ軸キャレッジ１１の横にはＹ軸ガイド１３が併設されており、図示しないＹ軸サーボモータにより前記Ｙ軸ガイド１３に沿ってＹ軸方向へ移動・位置決め自在のＹ軸キャレッジ１５が設けられている。

0017

Ｙ軸キャレッジ１５には、図示しないＺ軸サーボモータによりＺ軸方向へ昇降自在のＺ軸コラム１７が装着されており、このＺ軸コラム１７の下端には、水平方向に延伸されたアーム１９を介して加工ヘッド２１が設けられている。加工ヘッド２１の先端にはノズル２３が着脱自在に装着されている。

0018

前記加工ヘッド２１は図示しないＡ軸サーボモータによりＸ−Ｙ平面内にある軸回り（すなわち、Ａ軸方向）へ回転・位置決め自在となっている。

0019

また、前記Ｚ軸コラム１７は図示しないＣ軸サーボモータによりＺ軸回り（すなわち、Ｃ軸方向）に回転・位置決め自在となっている。

0020

前記複数の支柱５により囲まれた領域における床面３上には、三次元形状をしたワークＷを載置・固定するワークテーブル２５が設けられている。その外側には、ＮＣ制御装置２７、レーザ発振器２９、レーザ発振器電源３１等が設けられている。

0021

従って、ワークテーブル２５上に固定されたワークＷに対してＸ軸キャレッジ１１、Ｙ軸キャレッジ１５、Ｚ軸コラム１７の移動により加工ヘッド２１を位置決めし、Ａ軸回り及びＣ軸回りに加工ヘッド２１の姿勢を制御して、ノズル２３からワークＷにレーザ光線を照射して加工を行う。

0022

前述のような三次元レーザ加工機１を用いると、ノズル２３の角度は自由に設定できるため、ワークＷの開先加工に使用することができる。

0023

すなわち、切断加工に先立ってティーチングを行う際に、切断するテーパ角度を指定してやると切断と同時に開先加工までを自動で一度に行うことができる。このテーパ角度の決定は、板厚や曲げ角度や曲げ線ＢＬ位置等の加工条件から自動的に判断するようにしてもよいし、ワークＷの切断位置に対応して適宜テーパ角度を入力するようにしてもよい。

0024

例えば図２（Ａ）に示されるワークＷ１、Ｗ２を突合せ溶接を行う場合には、図２（Ｂ）に示されるような展開した形状にワークＷ１、Ｗ２を切断加工した後に曲げ線ＢＬに沿って曲げ、これを突合せ溶接する。

0025

切断の際に、折れ点Ｐ０をティーチングポイントとするが、この折れ点Ｐ０付近では前述の従来技術の欄で説明したような不都合を回避すべく、板厚方向にえぐりを入れることが必要となる。

0026

このため、図１（Ａ）で示される切断線の位置に対して図１（Ｂ）で示されるようなテーパ角を付して切断する。すなわち、折れ点Ｐ０の前後においてはワークＷは表面に対して直角に切断されるが、折れ点Ｐ０付近では折れ点Ｐ０に近づくにつれて大きなテーパ角度をもって切断される。そして、折れ点Ｐ０では、直角の切断面に対してα度の傾きをもって切断される。

0027

このテーパ角は図３（Ａ）又は図３（Ｂ）に示されるように、ノズル２３の傾斜角度を変化させることにより制御される。ここで、テーパ角度の設定は、ワークＷにおける寸法の基準面が上面にある場合には図３（Ａ）に示されるようにテーパを付けるが、基準面が下面にある場合には図３（Ｂ）に示されるようにテーパを付けるように制御する。

0028

これにより、従来のように前述の折れ点Ｐ０付近に生じる突出部がぶつかって突合せ溶接できないという事態を回避することができる。

0029

また、例えば図４に示されるような溶接加工を行う場合には、図５に示されるような展開図でワークＷを切断加工し、その後折曲げる。図６を併せて参照するに、この切断加工においては、ワークＷにおいて突合せ溶接となる辺図５において辺ＬA の部分には例えば４５度の開先加工を行うが、折れ点Ｐ０を過ぎてもテーパを付けることにより折れ点Ｐ０位置における突出を防止している。

0030

これにより、前述の場合と同様、突起部同士がぶつかるのを防止して、突当て溶接を可能にする。

0031

以上の結果から、ワークＷのティーチングにより二次元的に与えられた切断形状に、曲げ線の位置や形状、あるいはテーパ角度等の情報を与えることにより、少ないティーチングポイント数で溶接のための開先加工を切断加工と同時に行うことができるので、開先加工形状を考慮した複雑なティーチングを行う必要がなくなる。これにより、加工効率の向上を図ることができる。

0032

なお、この発明は前述の実施の形態に限定されることなく、適宜な変更を行なうことにより、その他の態様で実施し得るものである。すなわち、前述の実施の形態において説明した三次元レーザ加工機１は一例に過ぎず、ノズルの姿勢を自由に制御できるものであれば適用できる。

0033

以上説明したように、請求項１の発明による三次元レーザ加工機による開先加工方法では、加工条件に対応してノズルの姿勢を制御することにより、ワークの切断と同時に突当て溶接のための開先加工を行うことができるので、加工効率を大幅に改善することができる。

0034

請求項２による発明の三次元レーザ加工機による開先加工方法では、自動によりノズルの姿勢を制御して、ワークの切断及び所定角度の開先加工を同時に行うので、熟練者でない作業者でも容易に開先加工ができ、また、加工効率を大幅に改善することができる。

0035

請求項３による発明の三次元レーザ加工機による開先加工方法では、開先加工が必要な箇所におけるテーパ角度を適宜入力することにより、ノズルの姿勢を制御して所望の開先加工を行うので、複雑な開先加工でも切断と同時に行うことができ、加工効率が大幅に改善される。

0036

図１この発明にかかる三次元レーザ加工機による開先加工方法による切断線と開先のテーパ角度との関係の一例を示すグラフである。
図２図１に示した開先形状による突合せ溶接及びワークの展開図を示す説明図である。
図３開先加工におけるノズルの姿勢を示す説明図である。
図４別の突合せ溶接の場合を示す斜視図である。
図５ワークの展開図である。
図６ワークの切断せんと開先のテーパ角度との関係を示すグラフである。
図７三次元レーザ加工機の一例を示す正面図である。
図８図７中VIII方向から見た平面図である。
図９従来の突合せ溶接の一例を示す説明図である。
図１０ワークの展開図である。
図１１ワークを曲げ加工した際の突起を示す説明図である。
図１２従来の突合せ溶接の一例を示す説明図である。

0037

１三次元レーザ加工機
２３ノズル
Ｗ ワーク