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技術 レーザ加工ヘッドを備えた複合加工機

出願人 中村留精密工業株式会社
発明者 上河原敦宮本高志益子直人
出願日 2017年3月13日 (4年9ヶ月経過) 出願番号 2017-047620
公開日 2018年2月15日 (3年10ヶ月経過) 公開番号 2018-024074
状態 特許登録済
技術分野 金属の他の加工と複合作業 工作機械における自動工具交換
主要キーワード サブクランプ ボールプランジャー チャック保持 クランプ構造 アームタイ 突出付勢 両側一対 主軸中心
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2018年2月15日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (10)

課題

各種レーザ加工ヘッドと組み合せた複合加工機の提供を目的とする。

解決手段

レーザ加工ヘッドと工具とを交換可能に備え、前記レーザ加工ヘッド及び工具の自動交換装置を有することを特徴とする。

概要

背景

レーザビームを用いて、切断、穴開け、溶接肉盛り、積層、表面改質等のレーザ加工が施されているが、従来はそれぞれ用途に合せてレーザ加工装置製作されているため、それぞれ用途毎レーザ加工機を準備しなければならず、広いスペースが必要となるだけでなくコスト面でも高くなる。
また、ワークによってはレーザ加工の前後に切削研削等の機械加工が必要となる場合も多い。

特許文献1には、工作機械主軸台レーザ加工ヘッド旋回機構にて設ける技術を開示するが、レーザ加工ヘッドを工具自動交換可能にしたものではない。

概要

各種レーザ加工ヘッドと組み合せた複合加工機の提供を目的とする。レーザ加工ヘッドと工具とを交換可能に備え、前記レーザ加工ヘッド及び工具の自動交換装置を有することを特徴とする。

目的

本発明は、各種レーザ加工ヘッドと組み合せた複合加工機の提供を目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

レーザ加工ヘッド工具とを交換可能に備え、前記レーザ加工ヘッド及び工具の自動交換装置を有することを特徴とする複合加工機

請求項2

前記レーザ加工ヘッドはコリメータ部と集光部とに分離可能であり、前記集光部は前記自動交換装置にて取り替え可能になっていることを特徴とする請求項1記載の複合加工機。

請求項3

前記集光部は、切断、穴開け、溶接肉盛り、積層、表面改質等のレーザ加工の用途に合せて取り替え可能になっていることを特徴とする請求項2記載の複合加工機。

請求項4

前記レーザ加工ヘッドは工具を装着する工具主軸に装着可能であり、且つレーザ光伝達経路クランプ手段を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の複合加工機。

技術分野

0001

本発明はレーザビームによるレーザ加工と、切削研削等の機械加工とを備えた複合加工機に関する。

背景技術

0002

レーザビームを用いて、切断、穴開け、溶接肉盛り、積層、表面改質等のレーザ加工が施されているが、従来はそれぞれ用途に合せてレーザ加工装置製作されているため、それぞれ用途毎レーザ加工機を準備しなければならず、広いスペースが必要となるだけでなくコスト面でも高くなる。
また、ワークによってはレーザ加工の前後に切削や研削等の機械加工が必要となる場合も多い。

0003

特許文献1には、工作機械主軸台レーザ加工ヘッド旋回機構にて設ける技術を開示するが、レーザ加工ヘッドを工具自動交換可能にしたものではない。

先行技術

0004

特表2002−515344号公報

発明が解決しようとする課題

0005

本発明は、各種レーザ加工ヘッドと組み合せた複合加工機の提供を目的とする。

課題を解決するための手段

0006

本発明に係る複合加工機は、レーザ加工ヘッドと工具とを交換可能に備え、前記レーザ加工ヘッド及び工具の自動交換装置を有することを特徴とする。

0007

ここで、レーザ加工ヘッドとはレーザビームを照射し、切断、穴開け、溶接、肉盛り、積層、表面改質等の各種レーザ加工を行うためのヘッドをいう。
本発明で工具とは、バイトによる旋削加工、回転工具による切削加工砥石等による研削加工等の各種機械加工に用いられる工具をいう。
複合加工機には、ワークをチャック保持又は回転制御する主軸台とレーザ加工ヘッドを装着可能にした工具主軸を備えている。
本発明においてはレーザ加工ヘッド及び工具の自動交換装置を有しているので、レーザ加工の前後の機械加工と連動できるので、複数の工程を一台の複合加工機で行うことができる。
また、レーザ加工ヘッドは工具を装着する工具主軸に装着可能であり、且つレーザ光伝達経路クランプ手段を有するのが好ましい。
ここで、レーザ光の伝達経路とは、伝送ファイバや必要に応じて光線反射、変更ミラー等が含まれる。

0008

本発明において、前記レーザ加工ヘッドはコリメータ部と集光部とに分離可能であり、
前記集光部は前記自動交換装置にて取り替え可能になっていてもよい。
ここでコリメータ部とは、レーザ発振器等から出力されるレーザ光をコリメート(平行光化)する光学系の共通部分をいい、集光部とはレーザ加工の用途に合せてレーザ光の集光距離を変えるための部分をいう。
よって本発明において、前記集光部は、切断、穴開け、溶接、肉盛り、積層、表面改質等のレーザ加工の用途に合せて取り替え可能になっているのが好ましい。

0009

また、レーザ加工ヘッドにはレーザ加工の目的に応じて、アシストガスシールドガス、肉盛りや溶接に用いる粉末線材の供給部を有しており、それらをユニット化したレーザ加工ヘッドユニットとして工具主軸に装着、交換可能にしてもよい。

発明の効果

0010

本発明に係る複合加工機は、レーザ加工と機械加工とが行えるので、ワークの複雑な加工工程を一台の機械で行えるので汎用性が高く、全体としてコストダウンを図ることができる。

図面の簡単な説明

0011

本発明に係る複合加工機の構成例を示す。
工具主軸にレーザ加工ヘッドを装着した状態を示す。
集光部のコリメータ部への装着構造例を示す。(a)は集光部を装着した状態、(b)は集光部を取り外した状態を示す。
工具主軸の軸心レーザビーム光とをオフセットさせた例を示す。
(a)、(b)はレーザ加工ヘッドの工具主軸への装着構造例を示す。
レーザ加工ヘッドの第2の実施例を示し、(a)は工具主軸に装着した状態、(b)はヘッド部の断面図を示す。
レーザ加工ヘッドのクランプ例を示す。
レーザ加工ヘッドのクランプ例を示す。
レーザ加工ヘッドのクランプ例を示す。

実施例

0012

本発明に係る複合加工機の構造例を以下、図面に基づいて説明するが本発明はこれに限定されない。

0013

図1に、複合加工機10の構造例を示す。
本実施例では、ワークWをチャック保持し、回転制御可能な主軸台L11,主軸台R12を対向配置し、この上部側に工具主軸13を配置した例になっている。
本明細書では、対向主軸台L,Rの軸線方向をZ軸、工具主軸13の切り込み方向をX軸、これに前後方向に直交する方向をY軸と表現する。
2つの主軸の少なくとも一方はZ軸方向移動制御されている。
工具主軸13は、少なくともY軸まわり旋回制御(B軸制御)され、左右に配置したレーザ加工ヘッド自動交換装置14及び工具自動交換装置15との間にてレーザ加工ヘッド又は工具の引き取り、引き渡しを行うことができる。
ここで交換装置は図示を省略したが、公知のフィンガタイプアームタイプ等の構造を採用することができ、自動交換装置となっている。

0014

レーザ加工ヘッド自動交換装置14には、アシストガス管、シールドガス管、粉末・線材供給部等を組み合せてユニット化したレーザ加工ヘッド16をレーザ加工目的に合せて複数種類のユニットをマガジンにセットしてあってもよい。
本実施例では、図2,3に示すように、レーザ加工ヘッド16はコリメータ部16aと集光部16bとが分離可能となっていて、この集光部16bをレーザ加工の目的に合せて、集光方法、集光距離の異なる複数種類の集光部16bをマガジンにセットした例になっている。

0015

コリメータ部16aはレーザビームの光学系の共通部分であり、集光部16bはレーザビームの集光距離、方法を切断、穴開け、溶接、肉盛り、積層、表面改質等のレーザ加工目的に合せて調整した部分である。
これによりレーザヘッド自動交換装置14に設けたマガジンに各種集光部をストックしておき、この自動交換装置にて工具主軸13に装着してある集光部と取り換えるだけで各種レーザ加工ができる。

0016

コリメータ部16aと集光部16bとの分離方法に制限はない。
本実施例は図3に示すようにコリメータ部16a側に周廻り3点支持ボールプランジャー16dを配設し、集光部16bの周廻りに上下の円錐面で形成した把持凹部16gをボールプランジャー16dに差し込み装着及び引き抜き取り出し可能にした例となっている。
なお、ボールプランジャー16dはボール16eを周廻り中心方向にスプリング16fで脱落しないように突出付勢してある。
ボールプランジャー16dは周廻りに120°毎に3つ配置してあり、コリメータ部16aの軸心と集光部16bの軸心が一致するようになっている。
また、集光部16bがコリメータ部16aに対して相互に回転しないように、例えばキーとキー溝からなるロック機構を設けてもよい。

0017

コリメータ部16aはレーザビームを伝送する伝送ファイバ116c,コリメータレンズ116a,保護ガラス(第1)116bを有する例になっていて、集光部16bは保護ガラス(第2)216b,集光レンズ216a,保護ガラス(第3)216c,ノズル216dを有する例になっているが、集光部16bをコリメータ部16aに交換可能に脱着できれば、この構造例に限定されない。

0018

レーザ加工ヘッド16は工具主軸13への取付部19を有し、図2に示すように工具主軸13の軸心とレーザビーム17の光線と一致させるように、複数の反射ミラー18a,18bを配置したタイプ及び図4に示すように、工具主軸13の軸心とレーザビーム17の光線とをオフセットさせたタイプが例として挙げられる。
取付部19には図5に示すようにシャンク19aを有し、工具主軸13にチャックされる。

0019

工具主軸13からレーザ加工ヘッド16を取り外すと、図1に示すように工具自動交換装置15にてバイトや回転工具等の工具Tを工具主軸13に装置し、各種切削加工を行うことができる。
また本実施例では、対向主軸台L,Rの下側にタレット刃物台20を配置した例になっているが、必要に応じて複数のタレット刃物台やB軸制御されたその他の刃物台を設けてもよい。

0020

図6にレーザ加工ヘッドの第2の実施例を示す。
図3と共通する部分は、共通の符号を表記し、詳細な説明を省略する。
本実施例は、コリメータ部16Aに集光部(ノズル部)16Bを装着する方法として、集光部16B側にボールプランジャー16dを設け、コリメータ部16A側に把持凹部16Gを形成してある。

0021

複合加工機を、このように構成したことにより、主軸台にワークをチャック保持させ、各種レーザ加工をした後に各種工具を用いて切削、研削等の機械加工を行うことや、レーザ加工の前に機械加工を行うことができ、複数の異なる各種工程を一台の複合機で行うことができる。

0022

次に、取付部19のクランプ構造について説明する。
レーザ加工ヘッドを工具主軸に装着できるとともに、主軸中心とレーザ光中心とが一致するようにすると、工具の移動制御や旋回制御に合せてレーザ加工ヘッドの制御も可能になる。
しかし、レーザ加工ヘッドには前述したように、レーザ光の伝達経路を確保するためのクランプ手段が必要であり、工具主軸が旋回する場合にも安定した位置決め手段が要求される。

0023

図7(a)は、工具主軸端面にピン19bを設けてクランプさせる方法を示す。
図7(b)は、レーザ光の伝達経路を工具主軸の上部に設けたクランプ手段19cにクランプさせる方法を示す。
図8(a)は、工具主軸の端面に沿ってスライドするクランプ19dを採用した例を示し、(b),(c)は工具主軸の下部にサブクランプ19eを設けた例を示す。

図9は、レーザ光の伝達経路を工具主軸の上部に設けたローラ式クランプ19fを設けた例を示す。
このように、両側一対ローラでクランプすると、工具主軸の旋回によるねじれをローラが吸収してくれる。

0024

10複合加工機
11主軸台L
12 主軸台R
13工具主軸
14レーザ加工ヘッド自動交換装置
15工具自動交換装置
16 レーザ加工ヘッド
16aコリメータ部
16b集光部
16cチャック部
16dボールプランジャー
16g把持凹部
20タレット刃物台
116aコリメータレンズ
116b保護ガラス(第1)
116c伝送ファイバ
216a集光レンズ
216b 保護ガラス(第2)
216c 保護ガラス(第3)
216d ノズル

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