JP2018024006A - Additional processing head and processing machine - Google Patents

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Abstract

【課題】周方向に移動するノズルに材料を供給する機構を、簡易な構成により実現するとともに、ノズルの移動に伴ってワークへの材料の供給量が変動することを抑制する付加加工用ヘッド、および、そのような付加加工用ヘッドを備える加工機械、を提供する。【解決手段】付加加工用ヘッドは、材料粉末が導入される連結部５２と、ワークに向けて照射されるレーザ光３１１の周りで周方向に移動可能に設けられ、材料粉末を吐出するノズル７８と、連結部５２およびノズル７８の間に設けられ、連結部５２に導入された材料粉末をノズル７８に向けて供給するチューブ８１とを備える。チューブ８１は、可撓性を有し、レーザ光３１１の周りで周回するように設けられる。【選択図】図５PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a mechanism for supplying a material to a nozzle moving in the circumferential direction by a simple configuration, and to suppress fluctuation of the amount of material supplied to a work with the movement of the nozzle, an additional processing head. And a processing machine provided with such an additional processing head. SOLUTION: The additional processing head is provided so as to be movable in the circumferential direction around a connecting portion 52 into which the material powder is introduced and a laser beam 311 irradiated toward the work, and a nozzle 78 for discharging the material powder. And a tube 81 provided between the connecting portion 52 and the nozzle 78 and supplying the material powder introduced into the connecting portion 52 toward the nozzle 78. The tube 81 is flexible and is provided so as to orbit around the laser beam 311. [Selection diagram] FIG. 5

Description

この発明は、付加加工用ヘッドおよび加工機械に関する。   The present invention relates to an additional processing head and a processing machine.

付加加工を実施するための従来の装置として、たとえば、特開平１１−７７５号公報には、レーザ照射部の位置がどのように変化しても、同一量の粉末を安定して供給することを目的とした、レーザクラッディング装置が開示されている（特許文献１）。   As a conventional apparatus for performing additional processing, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 11-775 discloses that the same amount of powder is stably supplied regardless of how the position of the laser irradiation unit changes. An intended laser cladding apparatus is disclosed (Patent Document 1).

特許文献１に開示されたレーザクラッディング装置は、材料上に、金属、高分子材料またはセラミックス等の粉末を供給し、この粉末をレーザビームにより加熱溶融することによって、クラッド層を形成する。このようなレーザクラッディング装置において、材料上に供給する粉末の粉末供給管が複数、設けられるとともに、これらの粉末供給管の先端部が、ホルダの旋回収束溝に連結される。   The laser cladding apparatus disclosed in Patent Document 1 supplies a powder of metal, polymer material, ceramics, or the like on a material, and heats and melts this powder with a laser beam to form a cladding layer. In such a laser cladding apparatus, a plurality of powder supply pipes for powder to be supplied onto the material are provided, and the tip portions of these powder supply pipes are connected to the turning convergence grooves of the holder.

特開平１１−７７５号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-775

材料を付着することによってワークに３次元形状を作成するものとして、付加加工法（Additive manufacturing）がある。付加加工では、加工前後でワークの質量が増加する。このような付加加工を用いたワークの加工工程では、ワークおよび付加加工用ヘッドを相対移動させながら、付加加工用ヘッドからワークに向けて、材料を吐出するとともにレーザ光や電子ビーム等のエネルギー線を照射する。この際、ワークおよび付加加工用ヘッドの相対移動方向と、ワークに対する材料の吐出方向との間には、ワークへの材料の付着効率が良好となる最適な角度関係が存在する。   As a method for creating a three-dimensional shape on a workpiece by attaching a material, there is an additive manufacturing method. In additional machining, the workpiece mass increases before and after machining. In the workpiece machining process using such additional machining, while the workpiece and the additional machining head are moved relative to each other, the material is discharged from the additional machining head toward the workpiece and energy rays such as a laser beam and an electron beam are used. Irradiate. At this time, there exists an optimum angular relationship between the relative movement direction of the workpiece and the additional processing head and the discharge direction of the material with respect to the workpiece so that the efficiency of material adhesion to the workpiece is good.

一方、ワークおよび付加加工用ヘッドの相対移動方向は、加工の進行とともに変化する。このため、ワークおよび付加加工用ヘッドの相対移動方向と、ワークに対する材料の吐出方向との間で最適な角度関係を保つには、材料を吐出するノズルをエネルギー線の周りで周方向に移動させる必要がある。   On the other hand, the relative movement direction of the workpiece and the additional machining head changes as the machining progresses. For this reason, in order to maintain an optimal angular relationship between the relative movement direction of the workpiece and the additional processing head and the material discharge direction with respect to the workpiece, the nozzle that discharges the material is moved in the circumferential direction around the energy line. There is a need.

しかしながら、ノズルがエネルギー線の周りで周方向に移動する付加加工用ヘッドにおいては、ノズルに材料を供給するための機構を簡易な構成とすることが困難である。また、付加加工の加工精度を高く維持するため、ノズルの移動に伴う材料の供給量の変動を抑制することが求められる。   However, in the additional processing head in which the nozzle moves in the circumferential direction around the energy line, it is difficult to simplify the structure for supplying the material to the nozzle. In addition, in order to maintain high processing accuracy of the additional processing, it is required to suppress fluctuations in the amount of material supply accompanying the movement of the nozzle.

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、周方向に移動するノズルに材料を供給する機構を、簡易な構成により実現するとともに、ノズルの移動に伴ってワークへの材料の供給量が変動することを抑制する付加加工用ヘッド、および、そのような付加加工用ヘッドを備える加工機械を提供することである。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problem, and a mechanism for supplying a material to a nozzle that moves in the circumferential direction is realized with a simple configuration, and the material to the workpiece is moved as the nozzle moves. An additional processing head that suppresses fluctuations in the supply amount, and a processing machine including such an additional processing head.

この発明に従った付加加工用ヘッドは、ワークに対して材料を吐出するとともにエネルギー線を照射しながら相対移動可能な付加加工用ヘッドである。付加加工用ヘッドは、材料が導入される導入部と、ワークに向けて照射されるエネルギー線の周りで周方向に移動可能に設けられ、材料を吐出するノズルと、導入部およびノズルの間に設けられ、導入部に導入された材料をノズルに向けて供給する管部材とを備える。管部材は、可撓性を有し、エネルギー線の周りで周回するように設けられる。   The additional processing head according to the present invention is an additional processing head that is capable of relative movement while ejecting a material onto a workpiece and irradiating an energy beam. The additional processing head is provided so as to be movable in the circumferential direction around the energy line irradiated toward the workpiece, and between the introduction part and the nozzle. And a pipe member that supplies the material introduced into the introduction portion toward the nozzle. The tube member has flexibility and is provided so as to circulate around the energy ray.

このように構成された付加加工用ヘッドによれば、ノズルの周方向における移動に伴って、エネルギー線の周りで周回する管部材が変形することにより、導入部およびノズル間の相対的な位置関係の変化を吸収することができる。これにより、周方向に移動するノズルに材料を供給する機構を、簡易な構成により実現することができる。また、ノズルの周方向における移動に伴って、管部材の管路長が変化することがない。このため、ワークへの材料の供給量が変動することを抑制できる。   According to the additional processing head configured as described above, the relative positional relationship between the introduction portion and the nozzle is caused by the deformation of the tube member that circulates around the energy line as the nozzle moves in the circumferential direction. Can absorb changes. Thereby, the mechanism which supplies material to the nozzle which moves to the circumferential direction is realizable by simple structure. Further, the pipe length of the pipe member does not change with the movement of the nozzle in the circumferential direction. For this reason, it can suppress that the supply amount of the material to a workpiece | work fluctuates.

また好ましくは、付加加工用ヘッドは、管部材を、エネルギー線の周りで周回する形態に保持する保持部をさらに備える。   Preferably, the additional processing head further includes a holding unit that holds the tube member in a form of circling around the energy beam.

このように構成された付加加工用ヘッドによれば、ノズルの周方向における移動に伴って、管部材をエネルギー線の周りでより円滑に変形させることができる。   According to the additional processing head configured as described above, the tube member can be more smoothly deformed around the energy beam as the nozzle moves in the circumferential direction.

また好ましくは、管部材は、導入部およびノズルの間に着脱可能に設けられる。
このように構成された付加加工用ヘッドによれば、管部材の交換が容易になる。これにより、付加加工用ヘッドのメンテナンス性を向上させることができる。 Preferably, the pipe member is detachably provided between the introduction portion and the nozzle.
According to the additional processing head configured as described above, the replacement of the pipe member is facilitated. Thereby, the maintainability of the additional processing head can be improved.

また好ましくは、管部材は、エネルギー線の周りで複数回、周回するように設けられる。   Preferably, the tube member is provided so as to circulate a plurality of times around the energy ray.

このように構成された付加加工用ヘッドによれば、ノズルの周方向における移動に伴う管部材の変形量が小さく抑えられる。これにより、付加加工用ヘッドをコンパクトに構成することができる。   According to the additional processing head configured as described above, the deformation amount of the pipe member accompanying the movement of the nozzle in the circumferential direction can be suppressed to a small value. Thereby, the head for additional processing can be comprised compactly.

また好ましくは、管部材は、エネルギー線の軸方向に沿って螺旋状に設けられる。
このように構成された付加加工用ヘッドによれば、エネルギー線の軸中心に対する半径方向において、付加加工用ヘッドをコンパクトに構成することができる。 Preferably, the tube member is provided in a spiral shape along the axial direction of the energy beam.
According to the additional processing head configured as described above, the additional processing head can be configured compactly in the radial direction with respect to the axis center of the energy beam.

また好ましくは、付加加工用ヘッドは、ノズルが接続され、ノズルをエネルギー線の周りで周方向に移動させるように、±Ａ°の範囲で回転する回転部材と、エネルギー線が通される中空部を有し、回転部材の回転軸方向において回転部材と連設される固定部材とをさらに備える。管部材は、固定部材の周りで周回するように設けられる。回転部材が０°の位相位置にある時の管部材の周回径を基準にして、回転部材が０°から＋Ａ°の位相位置に向けて回転する間、管部材は、その周回径が大きくなるように変形し、回転部材が０°から−Ａ°の位相位置に向けて回転する間、管部材は、その周回径が小さくなるように変形する。   Preferably, the additional processing head includes a rotating member that rotates in a range of ± A ° so that the nozzle is connected and moves the nozzle in the circumferential direction around the energy line, and a hollow part through which the energy line passes. And a fixing member provided continuously with the rotating member in the rotation axis direction of the rotating member. The tube member is provided so as to go around the fixing member. While the rotating member rotates from 0 ° toward the phase position of + A ° with reference to the circumference of the tube member when the rotating member is at the 0 ° phase position, the circumference of the tube member increases. The tube member is deformed so that its circular diameter is reduced while the rotating member rotates from 0 ° toward the phase position of −A °.

このように構成された付加加工用ヘッドによれば、管部材が、固定部材の周りにおける周回径が変化するように変形することにより、導入部およびノズル間の相対的な位置関係の変化を吸収することができる。   According to the additional processing head configured as described above, the tube member is deformed so that the circumference diameter around the fixed member changes, thereby absorbing the change in the relative positional relationship between the introduction portion and the nozzle. can do.

また好ましくは、回転部材が−Ａ°の位相位置にある時、管部材は、固定部材と接触する。   Also preferably, when the rotating member is at a phase position of -A °, the tube member contacts the fixed member.

このように構成された付加加工用ヘッドによれば、エネルギー線の軸中心に対する半径方向において、付加加工用ヘッドをコンパクトに構成することができる。   According to the additional processing head configured as described above, the additional processing head can be configured compactly in the radial direction with respect to the axis center of the energy beam.

この発明に従った加工機械は、ワークの除去加工および付加加工が可能な加工機械である。加工機械は、上述のいずれかに記載の付加加工用ヘッドと、ワークを保持するワーク保持部と、ワークの除去加工のための工具を保持する工具保持部とを備える。   The processing machine according to the present invention is a processing machine capable of removing and adding a workpiece. A processing machine includes the additional processing head described in any of the above, a workpiece holding unit that holds a workpiece, and a tool holding unit that holds a tool for workpiece removal processing.

このように構成された加工機械によれば、ワークの除去加工および付加加工が可能な加工機械が備える付加加工用ヘッドにおいて、周方向に移動するノズルに材料を供給する機構を、簡易な構成により実現するとともに、ノズルの周方向における移動に伴ってワークへの材料の供給量が変動することを抑制できる。   According to the processing machine configured as described above, the mechanism for supplying the material to the nozzle moving in the circumferential direction in the additional processing head provided in the processing machine capable of removing and adding the workpiece can be easily configured. As a result, the supply amount of the material to the workpiece can be prevented from changing as the nozzle moves in the circumferential direction.

以上に説明したように、この発明に従えば、周方向に移動するノズルに材料を供給する機構を、簡易な構成により実現するとともに、ノズルの移動に伴ってワークへの材料の供給量が変動することを抑制する付加加工用ヘッド、および、そのような付加加工用ヘッドを備える加工機械を提供することができる。   As described above, according to the present invention, the mechanism for supplying the material to the nozzle moving in the circumferential direction is realized with a simple configuration, and the supply amount of the material to the workpiece varies as the nozzle moves. It is possible to provide a head for additional processing that suppresses this, and a processing machine including such a head for additional processing.

この発明の実施の形態における付加加工用ヘッドを備える加工機械を示す斜視図である。It is a perspective view showing a processing machine provided with a head for additional processing in an embodiment of this invention. 図１中の付加加工用ヘッドの内部構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the internal structure of the head for additional processing in FIG. 図１中の付加加工用ヘッドの内部構造を示す別の斜視図である。It is another perspective view which shows the internal structure of the head for additional processing in FIG. 図１中の付加加工用ヘッドの光学系を模式的に表した図である。It is the figure which represented typically the optical system of the head for additional processing in FIG. 図１中の付加加工用ヘッドの先端部を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the front-end | tip part of the head for additional processing in FIG. 付加加工時のワーク表面を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows the workpiece | work surface at the time of an additional process. ワークに行なわれる付加加工の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the additional process performed to a workpiece | work. 図７中の付加加工において、ワークおよび付加加工用ヘッドの相対移動方向と、材料粉末の吐出方向との関係を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the relative movement direction of the workpiece and the additional processing head and the discharge direction of the material powder in the additional processing in FIG. 7. 図５中のＩＸ−ＩＸ線上の矢視方向から見たレーザツールを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the laser tool seen from the arrow direction on the IX-IX line in FIG. 図５中のＩＸ−ＩＸ線上の矢視方向から見たレーザツールを示す別の断面図である。FIG. 6 is another cross-sectional view showing the laser tool viewed from the direction of the arrow on the line IX-IX in FIG. 5. 図５中のＩＸ−ＩＸ線上の矢視方向から見たレーザツールを示すさらに別の断面図である。FIG. 6 is still another cross-sectional view showing the laser tool viewed from the direction of the arrow on the line IX-IX in FIG. 5.

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings referred to below, the same or corresponding members are denoted by the same reference numerals.

図１は、この発明の実施の形態における付加加工用ヘッドを備える加工機械を示す斜視図である。図１中には、加工機械の加工エリア内の様子が示されている。   FIG. 1 is a perspective view showing a processing machine including an additional processing head according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a state in the processing area of the processing machine.

図１を参照して、加工機械１００は、ワークの付加加工（ＡＭ（Additive manufacturing）加工）と、ワークの除去加工（ＳＭ（Subtractive manufacturing）加工）とが可能なＡＭ／ＳＭハイブリッド加工機である。加工機械１００は、ＳＭ加工の機能として、固定工具を用いた旋削機能と、回転工具を用いたミーリング機能とを有する。   Referring to FIG. 1, a processing machine 100 is an AM / SM hybrid processing machine capable of workpiece addition processing (AM (Additive manufacturing) processing) and workpiece removal processing (SM (Subtractive manufacturing) processing). . The processing machine 100 has a turning function using a fixed tool and a milling function using a rotating tool as SM processing functions.

加工機械１００の全体構造について説明すると、加工機械１００は、第１主軸台１１１と、第２主軸台（不図示）と、工具主軸１２１と、下刃物台（不図示）とを有する。第１主軸台１１１、第２主軸台、工具主軸１２１および下刃物台は、スプラッシュガード２０６により囲われた加工エリア２００内に設けられている。   The overall structure of the processing machine 100 will be described. The processing machine 100 includes a first spindle stock 111, a second spindle stock (not shown), a tool spindle 121, and a lower tool rest (not shown). The first spindle stock 111, the second spindle stock, the tool spindle 121, and the lower tool rest are provided in a machining area 200 surrounded by a splash guard 206.

第１主軸台１１１は、固定工具を用いた旋削加工時にワークを回転させるための主軸１１２を有する。主軸１１２は、水平方向に延びるＺ軸に平行な中心軸２０１を中心に回転可能に設けられている。主軸１１２には、ワークを着脱可能に保持するためのチャック機構が設けられている。第２主軸台（不図示）は、第１主軸台１１１と同様の構造を有し、Ｚ軸方向において第１主軸台１１１と対向して設けられている。   The first spindle stock 111 has a spindle 112 for rotating a workpiece during turning using a fixed tool. The main shaft 112 is provided to be rotatable about a central axis 201 parallel to the Z axis extending in the horizontal direction. The spindle 112 is provided with a chuck mechanism for detachably holding the workpiece. The second spindle stock (not shown) has the same structure as the first spindle stock 111 and is provided to face the first spindle stock 111 in the Z-axis direction.

工具主軸（上刃物台）１２１は、回転工具を用いたミーリング加工時に回転工具を回転させる。工具主軸１２１は、鉛直方向に延びるＸ軸に平行な中心軸２０３を中心に回転可能に設けられている。工具主軸１２１には、回転工具を着脱可能に保持するためのクランプ機構が設けられている。   The tool spindle (upper tool rest) 121 rotates the rotary tool during milling using the rotary tool. The tool spindle 121 is provided to be rotatable around a central axis 203 parallel to the X axis extending in the vertical direction. The tool spindle 121 is provided with a clamp mechanism for detachably holding the rotary tool.

工具主軸１２１は、図示しないコラム等によりベッド上に支持されている。工具主軸１２１は、コラム等に設けられた各種の送り機構や案内機構、サーボモータなどにより、Ｘ軸方向、水平方向に延び、Ｚ軸方向に直交するＹ軸方向、およびＺ軸方向に移動可能に設けられている。工具主軸１２１がＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動することによって、工具主軸１２１に装着された回転工具による加工位置は、３次元的に変位する。工具主軸１２１は、さらに、Ｙ軸に平行な中心軸２０４を中心に旋回可能に設けられている。   The tool spindle 121 is supported on the bed by a column or the like (not shown). The tool spindle 121 extends in the X-axis direction, the horizontal direction, and can be moved in the Y-axis direction and the Z-axis direction orthogonal to the Z-axis direction by various feed mechanisms, guide mechanisms, servo motors, and the like provided in the column. Is provided. As the tool spindle 121 moves in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, the machining position by the rotary tool mounted on the tool spindle 121 is displaced three-dimensionally. The tool spindle 121 is further provided so as to be pivotable about a central axis 204 parallel to the Y axis.

下刃物台（不図示）は、旋削加工のための複数の固定工具を装着する。下刃物台は、いわゆるタレット形であり、複数の固定工具が放射状に取り付けられ、旋回割り出しを行なう。下刃物台は、図示しないサドル等によりベッド上に支持されている。下刃物台は、サドル等に設けられた各種の送り機構や案内機構、サーボモータなどにより、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に移動可能に設けられている。   A lower tool post (not shown) is equipped with a plurality of fixed tools for turning. The lower tool post has a so-called turret shape, and a plurality of fixed tools are attached in a radial manner to perform turning indexing. The lower tool rest is supported on the bed by a saddle or the like (not shown). The lower tool post is provided so as to be movable in the X-axis direction and the Z-axis direction by various feed mechanisms, guide mechanisms, servo motors, and the like provided in a saddle or the like.

加工機械１００は、付加加工用ヘッド２１を有する。付加加工用ヘッド２１は、ワークに対して材料粉末を吐出するとともにエネルギー線を照射することにより付加加工を行なう（指向性エネルギー堆積法（Directed Energy Deposition））。エネルギー線としては、代表的に、レーザ光および電子ビームが挙げられる。本実施の形態では、付加加工にレーザ光が用いられる。   The processing machine 100 has an additional processing head 21. The additional processing head 21 performs additional processing by ejecting material powder onto the workpiece and irradiating the workpiece with energy rays (Directed Energy Deposition). Examples of energy rays typically include laser light and electron beams. In the present embodiment, laser light is used for additional processing.

付加加工用ヘッド２１は、工具主軸１２１に着脱可能に設けられている。付加加工時、付加加工用ヘッド２１は、工具主軸１２１に装着される。工具主軸１２１が、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動することによって、付加加工用ヘッド２１による付加加工の加工位置が３次元的に変位する。さらに本実施の形態では、工具主軸１２１が中心軸２０４を中心に旋回することによって、付加加工用ヘッド２１による付加加工の向き（ワークに対するレーザ光の照射方向）が変化する。除去加工時、付加加工用ヘッド２１は、工具主軸１２１から離脱される。   The additional processing head 21 is detachably provided on the tool spindle 121. At the time of additional processing, the additional processing head 21 is mounted on the tool spindle 121. When the tool spindle 121 moves in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, the machining position of the additional machining by the additional machining head 21 is three-dimensionally displaced. Furthermore, in the present embodiment, the tool spindle 121 turns around the central axis 204, whereby the direction of additional machining by the additional machining head 21 (irradiation direction of laser light on the workpiece) changes. At the time of removal processing, the additional processing head 21 is detached from the tool spindle 121.

なお、付加加工用ヘッド２１を加工エリア２００内で移動させるためのヘッド移動機構が、工具主軸１２１とは別に設けられてもよい。   In addition, a head moving mechanism for moving the additional processing head 21 in the processing area 200 may be provided separately from the tool spindle 121.

付加加工用ヘッド２１は、ヘッド本体（本体部）２２と、レーザツール（エネルギー線出射部）２６と、ケーブル継手２３とから構成されている。   The additional processing head 21 includes a head main body (main body portion) 22, a laser tool (energy ray emitting portion) 26, and a cable joint 23.

ヘッド本体２２には、レーザ光および材料粉末が導入される。付加加工用ヘッド２１のうちヘッド本体２２が、工具主軸１２１に着脱可能に設けられている。レーザツール２６は、ワークに向けてレーザ光を出射するとともに、ワークにおけるレーザ光の照射領域を定める。   Laser light and material powder are introduced into the head body 22. The head body 22 of the additional processing head 21 is detachably attached to the tool spindle 121. The laser tool 26 emits laser light toward the work and determines an irradiation area of the laser light on the work.

なお、本実施の形態では、ワークにおけるレーザ光の照射領域を定める手段がレーザツール２６に設けられる場合について説明するが、このような構成に限られず、レーザ光の照射領域を定める手段の全部または一部が、ヘッド本体２２および／またはケーブル継手２３に設けられてもよい。   In the present embodiment, the case where the laser tool 26 is provided with means for determining the laser light irradiation area in the workpiece is described. However, the present invention is not limited to such a configuration, and all the means for determining the laser light irradiation area or A part may be provided in the head body 22 and / or the cable joint 23.

ケーブル継手２３は、ケーブル２４をヘッド本体２２に接続するための継手として設けられている。ケーブル２４は、加工エリア外に設置されたレーザ発振装置（不図示）から付加加工用ヘッド２１に向けてレーザ光を導くための光ファイバと、加工エリア外に設置された材料粉末供給装置（不図示）から付加加工用ヘッド２１に向けて材料粉末を導くための配管と、これらを収容する管部材とから構成されている。   The cable joint 23 is provided as a joint for connecting the cable 24 to the head body 22. The cable 24 includes an optical fiber for guiding laser light from a laser oscillation device (not shown) installed outside the processing area toward the additional processing head 21 and a material powder supply device (not shown) installed outside the processing area. It is composed of a pipe for guiding the material powder toward the additional processing head 21 from the figure, and a pipe member for accommodating them.

なお、付加加工用ヘッド２１を備える加工機械は、上記のＡＭ／ＳＭハイブリッド加工機械に限られない。たとえば、付加加工用ヘッド２１を備える加工機械は、旋盤ベースのＡＭ／ＳＭハイブリッド加工機械であってもよいし、マシニングセンタベースのＡＭ／ＳＭハイブリッド加工機械であってもよい。マシニングセンタベースのＡＭ／ＳＭハイブリッド加工機械の場合、ワークを保持するワーク保持部としてテーブルが用いられる。また、付加加工用ヘッド２１を備える加工機械は、付加加工のみ実行可能な加工機械であってもよい。   The processing machine including the additional processing head 21 is not limited to the AM / SM hybrid processing machine. For example, the processing machine including the additional processing head 21 may be a lathe-based AM / SM hybrid processing machine or a machining center-based AM / SM hybrid processing machine. In the case of a machining center-based AM / SM hybrid processing machine, a table is used as a work holding unit for holding a work. Further, the processing machine provided with the additional processing head 21 may be a processing machine that can execute only the additional processing.

続いて、図１中の付加加工用ヘッドの構造についてより詳細に説明する。図２は、図１中の付加加工用ヘッドの内部構造を示す斜視図である。図３は、図１中の付加加工用ヘッドの内部構造を示す別の斜視図である。図中には、レーザツール２６がヘッド本体２２から分離された状態が示されている。   Next, the structure of the additional processing head in FIG. 1 will be described in more detail. FIG. 2 is a perspective view showing the internal structure of the additional processing head in FIG. FIG. 3 is another perspective view showing the internal structure of the additional processing head in FIG. In the drawing, the laser tool 26 is separated from the head body 22.

図２および図３を参照して、まず、ヘッド本体２２およびレーザツール２６の連結機構について説明する。ヘッド本体２２およびレーザツール２６は、それぞれ、連結部５１および連結部５２を有する。連結部５１および連結部５２には、クランプ機構が内蔵されており、ヘッド本体２２に対するレーザツール２６の装着時、そのクランプ機構が作動することによって、連結部５１および連結部５２が互いに連結される。クランプ機構の一例として、バネ力によりクランプ状態を得て、油圧によりアンクランプ状態を得る機構が挙げられる。   With reference to FIG. 2 and FIG. 3, the connection mechanism of the head main body 22 and the laser tool 26 is demonstrated first. The head main body 22 and the laser tool 26 have a connecting portion 51 and a connecting portion 52, respectively. The connecting portion 51 and the connecting portion 52 have a built-in clamp mechanism. When the laser tool 26 is attached to the head body 22, the connecting portion 51 and the connecting portion 52 are connected to each other by operating the clamp mechanism. . An example of a clamping mechanism is a mechanism that obtains a clamped state by a spring force and obtains an unclamped state by hydraulic pressure.

次に、付加加工用ヘッド２１においてワークに対してレーザ光を照射するための機構について説明する。ヘッド本体２２は、光ファイバ４１、レーザ光入射管４２、レーザ光通路筐体４３、レーザ光通路管４４およびレーザ光通路筐体４５を有する。   Next, a mechanism for irradiating the workpiece with laser light in the additional processing head 21 will be described. The head body 22 includes an optical fiber 41, a laser light incident tube 42, a laser light passage housing 43, a laser light passage tube 44, and a laser light passage housing 45.

光ファイバ４１には、図１中のケーブル２４からレーザ光が導かれる。光ファイバ４１は、レーザ光入射管４２に接続されている。レーザ光入射管４２、レーザ光通路筐体４３、レーザ光通路管４４およびレーザ光通路筐体４５は、挙げた順に連なって設けられている。レーザ光入射管４２、レーザ光通路筐体４３、レーザ光通路管４４およびレーザ光通路筐体４５は、ヘッド本体２２におけるレーザ光の通路を形成している。   Laser light is guided to the optical fiber 41 from the cable 24 in FIG. The optical fiber 41 is connected to the laser light incident tube 42. The laser light incident tube 42, the laser light passage housing 43, the laser light passage tube 44, and the laser light passage housing 45 are provided in series in the order given. The laser light incident tube 42, the laser light passage housing 43, the laser light passage tube 44, and the laser light passage housing 45 form a laser light passage in the head body 22.

レーザツール２６は、レーザ光通路筐体４８およびレーザ光出射筐体４９を有する。レーザ光通路筐体４８およびレーザ光出射筐体４９は、連なって設けられている。レーザ光通路筐体４８およびレーザ光出射筐体４９は、レーザツール２６におけるレーザ光の通路を形成している。   The laser tool 26 has a laser beam passage housing 48 and a laser beam emitting housing 49. The laser light passage housing 48 and the laser light emitting housing 49 are provided in series. The laser beam passage housing 48 and the laser beam emitting housing 49 form a laser beam passage in the laser tool 26.

ヘッド本体２２およびレーザツール２６は、それぞれ、接続部４６および接続部４７を有する。ヘッド本体２２に対するレーザツール２６の装着時、接続部４６に接続部４７が接続されることによって、ヘッド本体２２およびレーザツール２６間でレーザ光の通路が連通する。   The head main body 22 and the laser tool 26 have a connection portion 46 and a connection portion 47, respectively. When the laser tool 26 is attached to the head main body 22, the connecting portion 47 is connected to the connecting portion 46, whereby the laser beam passage is communicated between the head main body 22 and the laser tool 26.

図４は、図１中の付加加工用ヘッドの光学系を模式的に表した図である。図２から図４を参照して、ヘッド本体２２は、コリメーションレンズ６１、反射鏡６２、反射鏡６３および保護ガラス６４を有する。   FIG. 4 is a diagram schematically showing the optical system of the additional processing head in FIG. 2 to 4, the head main body 22 includes a collimation lens 61, a reflecting mirror 62, a reflecting mirror 63, and a protective glass 64.

コリメーションレンズ６１は、レーザ光入射管４２に収容されている。コリメーションレンズ６１は、光ファイバ４１から入力されたレーザ光を平行光にして、反射鏡６２および反射鏡６３に向けて送る。反射鏡６２および反射鏡６３は、それぞれ、レーザ光通路筐体４３およびレーザ光通路筐体４５に収容されている。反射鏡６２および反射鏡６３は、コリメーションレンズ６１からのレーザ光を反射させてレーザツール２６に向けて送る。   The collimation lens 61 is accommodated in the laser light incident tube 42. The collimation lens 61 converts the laser light input from the optical fiber 41 into parallel light and sends it to the reflecting mirror 62 and the reflecting mirror 63. The reflecting mirror 62 and the reflecting mirror 63 are accommodated in the laser beam path housing 43 and the laser beam path housing 45, respectively. The reflecting mirror 62 and the reflecting mirror 63 reflect the laser light from the collimation lens 61 and send it toward the laser tool 26.

保護ガラス６４は、接続部４６に設けられている。保護ガラス６４は、ヘッド本体２２に内蔵された光学部品を外部雰囲気から保護するために設けられている。   The protective glass 64 is provided at the connection portion 46. The protective glass 64 is provided to protect the optical components built in the head body 22 from the external atmosphere.

レーザツール２６は、保護ガラス６５、集光レンズ６６および保護ガラス６７を有する。集光レンズ６６は、レーザ光通路筐体４８に収容されている。集光レンズ６６は、レーザ光をワーク上に集光するためのレンズであり、ワークにおけるレーザ光の照射領域を定める光学部品として設けられている。ワークにおけるレーザ光の照射領域を定める光学部品は、集光レンズ６６に限られず、たとえば、ミラーであってもよい。   The laser tool 26 has a protective glass 65, a condenser lens 66, and a protective glass 67. The condensing lens 66 is accommodated in the laser light path housing 48. The condensing lens 66 is a lens for condensing the laser beam on the workpiece, and is provided as an optical component that determines an irradiation area of the laser beam on the workpiece. The optical component that determines the irradiation area of the laser beam on the workpiece is not limited to the condenser lens 66, and may be a mirror, for example.

保護ガラス６５および保護ガラス６７は、それぞれ、接続部４７およびレーザ光出射筐体４９に設けられている。保護ガラス６５および保護ガラス６７は、レーザツール２６に内蔵された光学部品を外部雰囲気から保護するために設けられている。   The protective glass 65 and the protective glass 67 are provided in the connection portion 47 and the laser beam emission housing 49, respectively. The protective glass 65 and the protective glass 67 are provided to protect the optical components built in the laser tool 26 from the external atmosphere.

ヘッド本体２２には、実行する付加加工の条件に合わせて、複数のレーザツール２６（図４中では、レーザツール２６Ａ、レーザツール２６Ｂおよびレーザツール２６Ｃ）のうちいずれか１つのレーザツール２６が選択的に装着される。複数のレーザツール２６は、ワーク上に定められるレーザ光の照射領域の形状や大きさが互いに異なる。   For the head body 22, one of the laser tools 26 (laser tool 26A, laser tool 26B, and laser tool 26C in FIG. 4) is selected according to the conditions of the additional processing to be performed. It is installed. The plurality of laser tools 26 are different from each other in the shape and size of the laser light irradiation area defined on the workpiece.

図４中に示す例でいえば、レーザツール２６Ａは、集光レンズ６６Ａを有し、この集光レンズ６６Ａによって、ワーク上に直径２ｍｍの円形の照射領域を定める。レーザツール２６Ｂは、ホモジナイザー６８および集光レンズ６６Ｂを有し、このホモジナイザー６８および集光レンズ６６Ｂによって、ワーク上に３ｍｍ×８ｍｍの矩形の照射領域を定める。レーザツール２６Ｃは、集光レンズ６６Ｃを有し、この集光レンズ６６Ｃによって、ワーク上に直径４ｍｍの円形の照射領域を定める。   In the example shown in FIG. 4, the laser tool 26A has a condensing lens 66A, and the condensing lens 66A defines a circular irradiation area having a diameter of 2 mm on the workpiece. The laser tool 26B includes a homogenizer 68 and a condensing lens 66B, and a rectangular irradiation area of 3 mm × 8 mm is defined on the work by the homogenizer 68 and the condensing lens 66B. The laser tool 26C has a condensing lens 66C, and the condensing lens 66C defines a circular irradiation region having a diameter of 4 mm on the workpiece.

図５は、図１中の付加加工用ヘッドの先端部を示す斜視図である。図２から図５を参照して、次に、付加加工用ヘッド２１においてワークに対して材料粉末を吐出するための機構について説明する。   FIG. 5 is a perspective view showing the tip of the additional processing head in FIG. Next, a mechanism for discharging material powder to the workpiece in the additional processing head 21 will be described with reference to FIGS.

レーザツール２６は、固定部材７１、回転部材７６およびノズル７８を有する（図２および図３中では、ノズル７８の図示が省略されている）。   The laser tool 26 includes a fixed member 71, a rotating member 76, and a nozzle 78 (the nozzle 78 is not shown in FIGS. 2 and 3).

固定部材７１は、レーザ光出射筐体４９と隣り合って設けられている。固定部材７１は、レーザ光出射筐体４９に対して、レーザ光通路筐体４８の反対側に設けられている。固定部材７１は、レーザツール２６を構成する他の部品に固定して設けられている。   The fixing member 71 is provided adjacent to the laser light emitting housing 49. The fixing member 71 is provided on the opposite side of the laser beam passage casing 48 with respect to the laser beam emitting casing 49. The fixing member 71 is provided fixed to other parts constituting the laser tool 26.

回転部材７６は、中心軸２２１（図５を参照のこと）を中心に回転可能に設けられている。中心軸２２１は、レーザツール２６からワークに向けて照射されるレーザ光３１１の光軸に沿った方向に延びる。本実施の形態では、中心軸２２１が、レーザ光３１１の光軸と重なる。回転部材７６は、中心軸２２１の軸方向において、固定部材７１と連設されている。すなわち、回転部材７６および固定部材７１は、中心軸２２１の軸方向において並んで設けられている。   The rotating member 76 is provided so as to be rotatable about a central shaft 221 (see FIG. 5). The central axis 221 extends in a direction along the optical axis of the laser beam 311 irradiated from the laser tool 26 toward the workpiece. In this embodiment mode, the central axis 221 overlaps with the optical axis of the laser light 311. The rotating member 76 is connected to the fixed member 71 in the axial direction of the central shaft 221. That is, the rotating member 76 and the fixing member 71 are provided side by side in the axial direction of the central shaft 221.

固定部材７１には、中空部７４が形成されている（図５を参照のこと）。回転部材７６には、中空部７７が形成されている（図３を参照のこと）。レーザ光３１１は、中空部７４および中空部７７を通り、レーザツール２６からワークに向けて照射される。   The fixing member 71 has a hollow portion 74 (see FIG. 5). A hollow portion 77 is formed in the rotating member 76 (see FIG. 3). The laser beam 311 passes through the hollow portion 74 and the hollow portion 77 and is irradiated from the laser tool 26 toward the workpiece.

固定部材７１および回転部材７６の構造についてより具体的に説明すると、固定部材７１は、基部７２および円筒部７３から構成されている。基部７２は、レーザ光出射筐体４９と隣り合って設けられている。円筒部７３は、中空部７４を備えた円筒形状を有する。円筒部７３は、基部７２からレーザ光３１１の光軸方向に沿って円筒状に延出するように設けられている。回転部材７６は、基部７２から円筒状に延出する円筒部７３の先端に設けられている。回転部材７６は、中空部７７を備えた円板形状を有する。   More specifically, the structure of the fixing member 71 and the rotating member 76 will be described. The fixing member 71 includes a base portion 72 and a cylindrical portion 73. The base 72 is provided adjacent to the laser light emitting housing 49. The cylindrical portion 73 has a cylindrical shape with a hollow portion 74. The cylindrical portion 73 is provided so as to extend in a cylindrical shape from the base portion 72 along the optical axis direction of the laser light 311. The rotating member 76 is provided at the tip of a cylindrical portion 73 that extends from the base 72 in a cylindrical shape. The rotating member 76 has a disk shape with a hollow portion 77.

ノズル７８は、回転部材７６に接続されている。ノズル７８は、ワークに向けて材料粉末を吐出する。図１中のケーブル２４から付加加工用ヘッド２１に導かれた材料粉末は、後述するチューブ８１を通じてノズル７８に供給される。   The nozzle 78 is connected to the rotating member 76. The nozzle 78 discharges the material powder toward the workpiece. The material powder guided from the cable 24 in FIG. 1 to the additional processing head 21 is supplied to the nozzle 78 through a tube 81 described later.

ノズル７８は、回転部材７６からレーザ光３１１の光軸方向に沿って延出している。ノズル７８は、中心軸２２１（レーザ光３１１の光軸）からその半径方向に離れた位置に設けられている。ノズル７８は、回転部材７６から延出する先端に、材料粉末を吐出する吐出口７８ｊを有する。吐出口７８ｊは、中心軸２２１（レーザ光３１１の光軸）からその半径方向に離れた位置で開口している。吐出口７８ｊは、ワーク上に形成されるレーザ光３１１の照射領域（スポット）と対向して開口している。   The nozzle 78 extends from the rotating member 76 along the optical axis direction of the laser light 311. The nozzle 78 is provided at a position away from the central axis 221 (the optical axis of the laser beam 311) in the radial direction. The nozzle 78 has a discharge port 78j for discharging the material powder at the tip extending from the rotating member 76. The discharge port 78j is opened at a position away from the central axis 221 (the optical axis of the laser beam 311) in the radial direction. The discharge port 78j is opened facing the irradiation region (spot) of the laser beam 311 formed on the workpiece.

ノズル７８は、回転部材７６が中心軸２２１を中心に回転するのに伴って、ワークに向けて照射されるレーザ光３１１の周りで周方向に移動する。特に本実施の形態では、回転部材７６の回転中心である中心軸２２１が、レーザ光３１１の光軸と重なるため、ノズル７８はレーザ光３１１の光軸を中心に回転移動する。   The nozzle 78 moves in the circumferential direction around the laser beam 311 irradiated toward the workpiece as the rotating member 76 rotates about the central axis 221. In particular, in the present embodiment, since the central axis 221 that is the rotation center of the rotating member 76 overlaps the optical axis of the laser light 311, the nozzle 78 rotates around the optical axis of the laser light 311.

ヘッド本体２２は、回転駆動源としてのサーボモータ３１と、クラッチ板３２とを有する。レーザツール２６は、クラッチ板３３と、回転シャフト３４と、プーリベルト３５とを有する。   The head body 22 includes a servo motor 31 as a rotational drive source and a clutch plate 32. The laser tool 26 includes a clutch plate 33, a rotation shaft 34, and a pulley belt 35.

クラッチ板３２は、サーボモータ３１の出力軸に接続されている。回転シャフト３４は、クラッチ板３３に接続されている。ヘッド本体２２に対するレーザツール２６の装着時、クラッチ板３３がクラッチ板３２に摩擦係合することにより、サーボモータ３１から出力された回転が回転シャフト３４に伝達される。プーリベルト３５は、回転シャフト３４および回転部材７６に設けられたプーリ（不図示）間に掛け渡されている。回転シャフト３４の回転がプーリベルト３５を介して回転部材７６に伝達されることによって、回転部材７６が中心軸２２１を中心に回転する。   The clutch plate 32 is connected to the output shaft of the servo motor 31. The rotating shaft 34 is connected to the clutch plate 33. When the laser tool 26 is attached to the head body 22, the clutch plate 33 is frictionally engaged with the clutch plate 32, whereby the rotation output from the servo motor 31 is transmitted to the rotary shaft 34. The pulley belt 35 is stretched between pulleys (not shown) provided on the rotating shaft 34 and the rotating member 76. The rotation of the rotation shaft 34 is transmitted to the rotation member 76 via the pulley belt 35, whereby the rotation member 76 rotates about the central axis 221.

図６は、付加加工時のワーク表面を拡大して示す断面図である。図６を参照して、付加加工時、付加加工用ヘッド２１が装着された工具主軸１２１の移動、および／または、ワーク４００を保持する第１主軸台１１１の主軸１１２の回転によって（図１を参照のこと）、レーザツール２６をワーク４００に対向させつつ、付加加工用ヘッド２１およびワーク４００を相対的に移動させる。このとき、付加加工用ヘッド２１（レーザツール２６）からワーク４００に向けて、レーザ光３１１と、材料粉末３１２と、シールドおよびキャリア用のガス３１３とが吐出される。これにより、ワーク４００の表面に溶融点３１４が形成され、その結果、材料粉末３１２が溶着する。   FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of the workpiece surface during additional machining. Referring to FIG. 6, during the additional machining, the tool spindle 121 with the additional machining head 21 mounted thereon is moved and / or the spindle 112 of the first spindle stock 111 holding the workpiece 400 is rotated (see FIG. 1). (Refer to FIG. 2) The additional processing head 21 and the workpiece 400 are relatively moved while the laser tool 26 is opposed to the workpiece 400. At this time, the laser beam 311, the material powder 312, and the shield and carrier gas 313 are discharged from the additional processing head 21 (laser tool 26) toward the workpiece 400. As a result, a melting point 314 is formed on the surface of the workpiece 400, and as a result, the material powder 312 is welded.

具体的には、ワーク４００の表面に肉盛層３１６が形成される。肉盛層３１６上には、肉盛素材３１５が盛られる。肉盛素材３１５が冷却されると、ワーク４００の表面に加工可能な層が形成された状態となる。材料粉末としては、アルミニウム合金およびマグネシウム合金等の金属粉末や、セラミック粉末を利用することができる。   Specifically, the overlay layer 316 is formed on the surface of the workpiece 400. A build-up material 315 is placed on the build-up layer 316. When the build-up material 315 is cooled, a workable layer is formed on the surface of the workpiece 400. As the material powder, metal powder such as aluminum alloy and magnesium alloy, or ceramic powder can be used.

本実施の形態における付加加工用ヘッド２１においては、サーボモータ３１の制御によって、ワークに対する付加加工用ヘッド２１の相対移動方向を基準にして、材料粉末がノズル７８からワークに向けて吐出される方向が一定となるように、ノズル７８が回転駆動される。以下、そのような制御が行なわれる理由について説明する。   In the additional processing head 21 in the present embodiment, the direction in which the material powder is discharged from the nozzle 78 toward the workpiece is controlled by the servo motor 31 with reference to the relative movement direction of the additional processing head 21 with respect to the workpiece. The nozzle 78 is rotationally driven so that is constant. Hereinafter, the reason why such control is performed will be described.

図７は、ワークに行なわれる付加加工の一例を示す斜視図である。図８は、図７中の付加加工において、ワークおよび付加加工用ヘッドの相対移動方向と、材料粉末の吐出方向との関係を示す図である。   FIG. 7 is a perspective view showing an example of additional processing performed on the workpiece. FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the relative movement direction of the workpiece and the additional processing head and the discharge direction of the material powder in the additional processing in FIG.

図７および図８を参照して、付加加工用ヘッド２１による付加加工により、ワーク４００の表面上に波形状の肉盛層４０１を形成する場合が想定されている。この場合、ワーク４００および付加加工用ヘッド２１を波状に相対移動させながら、肉盛層４０１を積層してゆく。このとき、ワーク４００および付加加工用ヘッド２１の相対移動方向は、図８中の矢印２１３に示す方向となり、加工の進行とともに連続的に変化する。   With reference to FIGS. 7 and 8, it is assumed that a corrugated overlay layer 401 is formed on the surface of the workpiece 400 by additional processing by the additional processing head 21. In this case, the build-up layer 401 is laminated while the workpiece 400 and the additional processing head 21 are relatively moved in a wave shape. At this time, the relative movement direction of the workpiece 400 and the additional processing head 21 becomes a direction indicated by an arrow 213 in FIG. 8 and continuously changes as the processing proceeds.

材料粉末は、ノズル７８の吐出口７８ｊからワーク４００上のレーザ光３１１のスポット３１１ｐに向けて吐出される。レーザ光３１１の光軸方向から見て、ワーク４００に対する材料粉末の吐出方向は、図８中の矢印２１４に示す方向となる。この際、ワーク４００および付加加工用ヘッド２１の相対移動方向と、ワーク４００に対する材料粉末の吐出方向との間には、ワーク４００への材料粉末の付着効率が良好となる最適な角度関係が存在する。このような角度関係は、ワーク４００および付加加工用ヘッド２１の相対移動方向と、ワーク４００に対する材料粉末の吐出方向との角度を変えながら、ワーク４００への材料粉末の付着状況を調べることによって特定することができる。図中に示す付加加工の一例では、ワーク４００および付加加工用ヘッド２１の相対移動方向と、ワーク４００に対する材料粉末の吐出方向とがなす角度がθである場合に、ワーク４００への材料粉末の付着効率が最も良好となる（たとえば、ノズル７８からの材料粉末の吐出量に対して７０〜９０％の割合）。   The material powder is discharged from the discharge port 78j of the nozzle 78 toward the spot 311p of the laser beam 311 on the workpiece 400. When viewed from the optical axis direction of the laser beam 311, the discharge direction of the material powder to the workpiece 400 is a direction indicated by an arrow 214 in FIG. 8. At this time, there exists an optimum angular relationship between the relative movement direction of the workpiece 400 and the additional processing head 21 and the discharge direction of the material powder with respect to the workpiece 400 so that the adhesion efficiency of the material powder to the workpiece 400 is good. To do. Such an angular relationship is specified by examining the adhesion state of the material powder to the workpiece 400 while changing the angle between the relative movement direction of the workpiece 400 and the additional processing head 21 and the discharge direction of the material powder with respect to the workpiece 400. can do. In an example of the additional processing shown in the figure, when the angle formed by the relative movement direction of the workpiece 400 and the additional processing head 21 and the discharge direction of the material powder with respect to the workpiece 400 is θ, The adhesion efficiency is the best (for example, a ratio of 70 to 90% with respect to the discharge amount of the material powder from the nozzle 78).

本実施の形態における付加加工用ヘッド２１においては、ワーク４００および付加加工用ヘッド２１の相対移動方向の変化にかかわらず、ワーク４００および付加加工用ヘッド２１の相対移動方向と、ワーク４００に対する材料粉末の吐出方向とがなす角度がθに保たれるように、ノズル７８がレーザ光３１１の周りで回転駆動される。   In the additional processing head 21 in the present embodiment, the relative movement direction of the workpiece 400 and the additional processing head 21 and the material powder with respect to the workpiece 400 regardless of the change in the relative movement direction of the workpiece 400 and the additional processing head 21. The nozzle 78 is rotationally driven around the laser beam 311 so that the angle formed by the discharge direction of the nozzle is maintained at θ.

これにより、付加加工の全体に渡ってワーク４００への材料粉末の付着効率が良好となり、材料粉末の歩留まりを向上させることができる。また、ワーク４００への材料粉末の付着効率にばらつきが生じないため、周方向において一定の厚みを備えた肉盛層４０１を形成することができる。   Thereby, the adhesion efficiency of the material powder to the workpiece | work 400 becomes favorable over the whole additional process, and the yield of material powder can be improved. Further, since there is no variation in the adhesion efficiency of the material powder to the workpiece 400, the overlay layer 401 having a certain thickness in the circumferential direction can be formed.

続いて、付加加工用ヘッド２１におけるノズル７８への材料粉末の供給機構について説明する。   Next, a mechanism for supplying material powder to the nozzle 78 in the additional processing head 21 will be described.

図２、図３および図５を参照して、付加加工用ヘッド２１に導かれた材料粉末は、ヘッド本体２２から、レーザツール２６における連結部５２に導入される。レーザツール２６は、チューブ８１を有する。チューブ８１は、連結部５２およびノズル７８の間に設けられている。チューブ８１は、連結部５２に導入された材料粉末をノズル７８に向けて供給する。   With reference to FIGS. 2, 3, and 5, the material powder guided to the additional processing head 21 is introduced from the head body 22 to the connecting portion 52 in the laser tool 26. The laser tool 26 has a tube 81. The tube 81 is provided between the connecting portion 52 and the nozzle 78. The tube 81 supplies the material powder introduced into the connecting portion 52 toward the nozzle 78.

本実施の形態では、チューブ８１が、連結部５２およびノズル７８の間に着脱可能に設けられている。より具体的には、連結部５２には、配管継手８６が接続されている。ノズル７８の端部（吐出口７８ｊとは反対側の端部）には、配管継手８５が接続されている。チューブ８１の一方端が配管継手８６を介して連結部５２に接続され、チューブ８１の他方端が配管継手８５を介してノズル７８に接続されている。   In the present embodiment, the tube 81 is detachably provided between the connecting portion 52 and the nozzle 78. More specifically, a pipe joint 86 is connected to the connecting portion 52. A pipe joint 85 is connected to the end of the nozzle 78 (the end opposite to the discharge port 78j). One end of the tube 81 is connected to the connecting portion 52 via the pipe joint 86, and the other end of the tube 81 is connected to the nozzle 78 via the pipe joint 85.

このような構成によれば、材料粉末の供給路を形成するチューブ８１の内壁が摩耗した場合であっても、チューブ８１を容易に交換することができる。これにより、付加加工用ヘッド２１のメンテナンス性を向上させることができる。   According to such a configuration, even when the inner wall of the tube 81 forming the material powder supply path is worn, the tube 81 can be easily replaced. Thereby, the maintainability of the additional processing head 21 can be improved.

チューブ８１は、可撓性を有する。チューブ８１は、たとえば、樹脂製のフレキシブルチューブである。チューブ８１の内周面には、耐摩耗性を向上させるためのコーティング層が設けられてもよい。   The tube 81 has flexibility. The tube 81 is, for example, a resin flexible tube. A coating layer for improving wear resistance may be provided on the inner peripheral surface of the tube 81.

チューブ８１は、レーザ光３１１の周りで周回するように設けられている。チューブ８１の周回中心軸は、レーザ光３１１の光軸に略一致する。チューブ８１は、レーザ光３１１の周りで複数回、周回するように設けられている。図５中に示す例では、チューブ８１は、レーザ光３１１の周りで５回、周回するように設けられている。チューブ８１は、レーザ光３１１の光軸方向に沿って螺旋状に設けられている。すなわち、チューブ８１は、レーザ光３１１の光軸方向にずれながらレーザ光３１１の周りを周回している。   The tube 81 is provided so as to circulate around the laser beam 311. The rotation center axis of the tube 81 substantially coincides with the optical axis of the laser beam 311. The tube 81 is provided so as to circulate a plurality of times around the laser beam 311. In the example shown in FIG. 5, the tube 81 is provided to circulate around the laser beam 311 five times. The tube 81 is provided in a spiral shape along the optical axis direction of the laser beam 311. That is, the tube 81 circulates around the laser beam 311 while shifting in the optical axis direction of the laser beam 311.

チューブ８１は、固定部材７１（より具体的には、円筒部７３）の周りで周回するように設けられている。チューブ８１の周回中心軸は、回転部材７６の回転中心である中心軸２２１に略一致する。   The tube 81 is provided so as to go around the fixing member 71 (more specifically, the cylindrical portion 73). The rotation center axis of the tube 81 substantially coincides with the center axis 221 that is the rotation center of the rotation member 76.

固定部材７１（より具体的には、基部７２）には、留め具８２が取り付けられている。回転部材７６には、留め具８３が取り付けられている。チューブ８１は、レーザ光３１１の周りで周回する区間の一方端にて、留め具８２により固定部材７１に支持され、レーザ光３１１の周りで周回する区間の他方端にて、留め具８３により回転部材７６に支持されている。   A fastener 82 is attached to the fixing member 71 (more specifically, the base 72). A fastener 83 is attached to the rotating member 76. The tube 81 is supported by the fixing member 71 at one end of a section that circulates around the laser light 311, and is rotated by the fastener 83 at the other end of the section that circulates around the laser light 311. It is supported by the member 76.

レーザツール２６は、複数の保持ピン８８を有する。複数の保持ピン８８は、チューブ８１をレーザ光３１１（円筒部７３）の周りで周回する形態に保持するように構成されている。   The laser tool 26 has a plurality of holding pins 88. The plurality of holding pins 88 are configured to hold the tube 81 in a form of circling around the laser beam 311 (cylindrical portion 73).

より具体的には、保持ピン８８は、ピン形状を有する。保持ピン８８は、円筒部７３の外周面から径方向外側に突出するように設けられている。複数の保持ピン８８は、円筒部７３におけるチューブ８１の経路に沿って設けられている。すなわち、複数の保持ピン８８は、中心軸２２１の軸方向に位置をずらしながら、中心軸２２１の周方向に所定間隔（本実施の形態では、９０°間隔）を隔てて設けられている。チューブ８１は、中心軸２２１の軸方向に隣り合う保持ピン８８の間に位置決めされることにより、レーザ光３１１の周りで周回する形態に保持されている。   More specifically, the holding pin 88 has a pin shape. The holding pin 88 is provided so as to protrude radially outward from the outer peripheral surface of the cylindrical portion 73. The plurality of holding pins 88 are provided along the path of the tube 81 in the cylindrical portion 73. That is, the plurality of holding pins 88 are provided at a predetermined interval (90 ° interval in the present embodiment) in the circumferential direction of the central shaft 221 while shifting the position in the axial direction of the central shaft 221. The tube 81 is held between the holding pins 88 adjacent to each other in the axial direction of the central axis 221, thereby being held in a form that circulates around the laser beam 311.

なお、周方向において保持ピン８８が設けられる間隔は、特に限定されず、たとえば、１２０°間隔であってもよいし、６０°間隔であってもよい。周方向において保持ピン８８が設けられる間隔は、等間隔であることが好ましい。チューブ８１をレーザ光３１１の周りで周回する形態に保持する機構は、上記のピン構造に限られず、たとえば、円筒部７３の外周面上において中心軸２２１を中心に螺旋状に延びるリブ構造であってもよい。   The interval at which the holding pins 88 are provided in the circumferential direction is not particularly limited, and may be, for example, 120 ° intervals or 60 ° intervals. The intervals at which the holding pins 88 are provided in the circumferential direction are preferably equal intervals. The mechanism for holding the tube 81 around the laser beam 311 is not limited to the pin structure described above, and is, for example, a rib structure extending spirally around the central axis 221 on the outer peripheral surface of the cylindrical portion 73. May be.

チューブ８１は、直線状のチューブ材であってもよいし、予め螺旋状に成形されたチューブ材であってもよい。   The tube 81 may be a linear tube material, or may be a tube material that is previously formed in a spiral shape.

図９から図１１は、図５中のＩＸ−ＩＸ線上の矢視方向から見たレーザツールを示す断面図である。   9 to 11 are cross-sectional views showing the laser tool viewed from the direction of the arrow on the line IX-IX in FIG.

図５および図９から図１１を参照して、本実施の形態では、回転部材７６が、中心軸２１１を回転中心として±１８０°の範囲で回転する。図９中には、回転部材７６が０°の位相位置にある時のノズル７８の吐出口７８ｊおよびチューブ８１が示され、図１０中には、回転部材７６が＋１８０°の位相位置にある時のノズル７８の吐出口７８ｊおよびチューブ８１が示され、図１１中には、回転部材７６が−１８０°の位相位置にある時のノズル７８の吐出口７８ｊおよびチューブ８１が示されている。   With reference to FIGS. 5 and 9 to 11, in the present embodiment, rotating member 76 rotates within a range of ± 180 ° with center axis 211 as the rotation center. 9 shows the discharge port 78j of the nozzle 78 and the tube 81 when the rotating member 76 is at the 0 ° phase position, and FIG. 10 shows when the rotating member 76 is at the + 180 ° phase position. The discharge port 78j and the tube 81 of the nozzle 78 are shown. In FIG. 11, the discharge port 78j and the tube 81 of the nozzle 78 when the rotating member 76 is in the phase position of −180 ° are shown.

付加加工用ヘッド２１においては、ノズル７８の周方向における移動に伴って、材料粉末が導入される連結部５２と、材料粉末を吐出するノズル７８との間の相対的な位置関係が変化する。これに対して、レーザ光３１１の周りを周回するチューブ８１が、ノズル７８の移動方向に合わせて拡径方向または縮径方向に変形することによって、連結部５２およびノズル７８間の相対的な位置関係を吸収することができる。   In the additional processing head 21, as the nozzle 78 moves in the circumferential direction, the relative positional relationship between the connecting portion 52 into which the material powder is introduced and the nozzle 78 that discharges the material powder changes. On the other hand, the tube 81 that circulates around the laser beam 311 is deformed in the diameter increasing direction or the diameter decreasing direction in accordance with the moving direction of the nozzle 78, so that the relative position between the connecting portion 52 and the nozzle 78 is changed. Can absorb relationships.

より具体的には、回転部材７６が０°の位相位置にある時のチューブ８１の周回径を基準にして、回転部材７６が０°から＋１８０°の位相位置に向けて回転する間、チューブ８１は、その周回径が大きくなるように変形する（図９に示すチューブ８１から図１０に示すチューブ８１への変形）。回転部材７６が０°から−１８０°の位相位置に向けて回転する間、チューブ８１は、その周回径が小さくなるように変形する（図９に示すチューブ８１から図１１に示すチューブ８１への変形）。   More specifically, while the rotating member 76 rotates from the 0 ° to the + 180 ° phase position on the basis of the circumference of the tube 81 when the rotating member 76 is at the 0 ° phase position, the tube 81 is rotated. Is deformed so as to increase its circumference (deformation from the tube 81 shown in FIG. 9 to the tube 81 shown in FIG. 10). While the rotating member 76 rotates toward the phase position of 0 ° to −180 °, the tube 81 is deformed so that the circumference diameter becomes small (from the tube 81 shown in FIG. 9 to the tube 81 shown in FIG. 11). Deformation).

この際、チューブ８１をレーザ光３１１の周りで複数回、周回させる構成によって、ノズル７８の移動に伴うチューブ８１の周回径の変化量を小さく抑えることができる。これにより、付加加工用ヘッド２１をコンパクトに構成することができる。また、チューブ８１は、レーザ光３１１の光軸方向に沿って螺旋状に設けられるため、特にレーザ光３１１の光軸に対する半径方向（中心軸２１１の半径方向）において、付加加工用ヘッド２１をコンパクトに構成することができる。   At this time, the configuration in which the tube 81 circulates around the laser beam 311 a plurality of times can suppress the amount of change in the circulatory diameter of the tube 81 accompanying the movement of the nozzle 78. Thereby, the head 21 for additional processing can be comprised compactly. In addition, since the tube 81 is provided in a spiral shape along the optical axis direction of the laser light 311, the additional processing head 21 is compact, particularly in the radial direction with respect to the optical axis of the laser light 311 (radial direction of the central axis 211). Can be configured.

さらに本実施の形態では、回転部材７６が−１８０°の位相位置にある時、チューブ８１が、固定部材７１（円筒部７３の外周面）に接触する。このような構成によれば、ノズル７８の移動に伴って変化するチューブ８１の周回径の最大値を小さく抑えることができる。   Further, in the present embodiment, when the rotating member 76 is at the phase position of −180 °, the tube 81 contacts the fixing member 71 (the outer peripheral surface of the cylindrical portion 73). According to such a configuration, the maximum value of the circumference diameter of the tube 81 that changes with the movement of the nozzle 78 can be kept small.

なお、回転部材７６の回転範囲は、上記の±１８０°に限られず、付加加工時におけるレーザ照射の軌跡などを考慮して適宜、設定してもよい。この際、回転部材７６の回転範囲に合わせて、チューブ８１の周回数や全長などを変更してもよい。   Note that the rotation range of the rotating member 76 is not limited to the above ± 180 °, and may be set as appropriate in consideration of the locus of laser irradiation during the additional processing. At this time, the number of turns and the total length of the tube 81 may be changed according to the rotation range of the rotating member 76.

チューブ８１の周回形態は、上記のレーザ光３１１の光軸方向に沿った螺旋状に限られず、たとえば、レーザ光３１１の光軸を中心とする渦巻き形状であってもよい。   The winding form of the tube 81 is not limited to the spiral shape along the optical axis direction of the laser beam 311 described above, and may be a spiral shape centering on the optical axis of the laser beam 311, for example.

本発明が適用される付加加工法は、指向性エネルギー堆積法に限られず、たとえば、材料上に原料ガスを供給しながらレーザ光を照射するレーザＣＶＤ法であってもよい。   The additional processing method to which the present invention is applied is not limited to the directional energy deposition method, and may be, for example, a laser CVD method of irradiating a laser beam while supplying a raw material gas onto the material.

以上に説明した、この発明の実施の形態における付加加工用ヘッド２１および加工機械１００の構造を、本発明の構成と対応させて説明すると、本実施の形態における付加加工用ヘッド２１は、ワークに対して材料としての材料粉末を吐出するとともにエネルギー線としてのレーザ光３１１を照射しながら相対移動可能な付加加工用ヘッドである。付加加工用ヘッド２１は、材料粉末が導入される導入部としての連結部５２と、ワークに向けて照射されるレーザ光３１１の周りで周方向に移動可能に設けられ、材料粉末を吐出するノズル７８と、連結部５２およびノズル７８の間に設けられ、連結部５２に導入された材料粉末をノズル７８に向けて供給する管部材としてのチューブ８１とを備える。チューブ８１は、可撓性を有し、レーザ光３１１の周りで周回するように設けられる。   The structure of the additional processing head 21 and the processing machine 100 in the embodiment of the present invention described above will be described in correspondence with the configuration of the present invention. The additional processing head 21 in the present embodiment is a workpiece. On the other hand, the additional processing head is capable of relatively moving while discharging material powder as a material and irradiating a laser beam 311 as an energy ray. The additional processing head 21 is provided with a connecting portion 52 as an introduction portion into which the material powder is introduced, and a nozzle that is provided so as to be movable in the circumferential direction around the laser beam 311 irradiated toward the workpiece, and discharges the material powder. 78 and a tube 81 as a tube member that is provided between the connecting portion 52 and the nozzle 78 and supplies the material powder introduced into the connecting portion 52 toward the nozzle 78. The tube 81 has flexibility and is provided to circulate around the laser beam 311.

また、加工機械１００は、ワークの除去加工および付加加工が可能な加工機械である。加工機械１００は、付加加工用ヘッド２１と、ワークを保持するワーク保持部としての第１主軸台１１１および第２主軸台と、ワークの除去加工のための工具を保持する工具保持部としての工具主軸１２１および下刃物台とを備える。   The processing machine 100 is a processing machine capable of removing and adding a workpiece. The processing machine 100 includes a head 21 for additional machining, a first spindle base 111 and a second spindle base as work holding parts for holding a work, and a tool as a tool holding part for holding a tool for removing a work. A main spindle 121 and a lower tool post are provided.

このように構成された、この発明の実施の形態における付加加工用ヘッド２１および加工機械１００によれば、周方向に移動するノズル７８に材料粉末を供給する機構を、簡易な構成により実現するとともに、ノズル７８の移動に伴ってワークへの材料粉末の供給量が変動することを抑制できる。   According to the additional processing head 21 and the processing machine 100 configured as above according to the embodiment of the present invention, the mechanism for supplying the material powder to the nozzle 78 moving in the circumferential direction is realized with a simple configuration. It can suppress that the supply amount of the material powder to a workpiece | work is fluctuate | varied with the movement of the nozzle 78. FIG.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

この発明は、たとえば、指向性エネルギー堆積法による付加加工を実行するための付加加工用ヘッドに適用される。   The present invention is applied to, for example, an additional processing head for performing additional processing by a directional energy deposition method.

２１ 付加加工用ヘッド、２２ ヘッド本体、２３ ケーブル継手、２４ ケーブル、２６，２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ レーザツール、３１ サーボモータ、３２，３３ クラッチ板、３４ 回転シャフト、３５ プーリベルト、４１ 光ファイバ、４２ レーザ光入射管、４３，４５，４８ レーザ光通路筐体、４４ レーザ光通路管、４６，４７ 接続部、４９ レーザ光出射筐体、５１，５２ 連結部、６１ コリメーションレンズ、６２，６３ 反射鏡、６４，６５，６７ 保護ガラス、６６，６６Ａ，６６Ｂ，６６Ｃ 集光レンズ、６８ ホモジナイザー、７１ 固定部材、７２ 基部、７３ 円筒部、７４，７７ 中空部、７６ 回転部材、７８ ノズル、７８ｊ 吐出口、８１ チューブ、８２，８３ 留め具、８５，８６ 配管継手、８８ 保持ピン、１００ 加工機械、１１１ 第１主軸台、１１２ 主軸、１２１ 工具主軸、２０１，２０３，２０４，２１１，２２１ 中心軸、２０６ スプラッシュガード、３１１ レーザ光、３１１ｐ スポット、３１２ 材料粉末、３１３ ガス、３１４ 溶融点、３１５ 肉盛素材、３１６，４０１ 肉盛層、４００ ワーク。   21 Head for additional processing, 22 Head body, 23 Cable joint, 24 Cable, 26, 26A, 26B, 26C Laser tool, 31 Servo motor, 32, 33 Clutch plate, 34 Rotating shaft, 35 Pulley belt, 41 Optical fiber, 42 Laser light incident tube, 43, 45, 48 Laser light passage housing, 44 Laser light passage tube, 46, 47 connection portion, 49 Laser light emission housing, 51, 52 connection portion, 61 Collimation lens, 62, 63 Reflector , 64, 65, 67 Protective glass, 66, 66A, 66B, 66C Condensing lens, 68 Homogenizer, 71 Fixed member, 72 Base part, 73 Cylindrical part, 74, 77 Hollow part, 76 Rotating member, 78 Nozzle, 78j Discharge port , 81 Tube, 82, 83 Fastener, 85, 86 Piping joint, 88 Holding pin , 100 processing machine, 111 first spindle stock, 112 spindle, 121 tool spindle, 201, 203, 204, 211, 221 central axis, 206 splash guard, 311 laser beam, 311p spot, 312 material powder, 313 gas, 314 Melting point, 315 overlay material, 316, 401 overlay layer, 400 workpieces.

Claims (8)

ワークに対して材料を吐出するとともにエネルギー線を照射しながら相対移動可能な付加加工用ヘッドであって、
材料が導入される導入部と、
ワークに向けて照射されるエネルギー線の周りで周方向に移動可能に設けられ、材料を吐出するノズルと、
前記導入部および前記ノズルの間に設けられ、前記導入部に導入された材料を前記ノズルに向けて供給する管部材とを備え、
前記管部材は、可撓性を有し、エネルギー線の周りで周回するように設けられる、付加加工用ヘッド。 It is an additional processing head that can move relative to the workpiece while discharging the material and irradiating energy rays,
An introduction where the material is introduced;
A nozzle that is provided so as to be movable in the circumferential direction around the energy rays irradiated toward the workpiece, and that discharges the material;
A pipe member provided between the introduction part and the nozzle and supplying the material introduced into the introduction part toward the nozzle;
The tube member is a head for additional processing that has flexibility and is provided so as to circulate around an energy ray. 前記管部材を、エネルギー線の周りで周回する形態に保持する保持部をさらに備える、請求項１に記載の付加加工用ヘッド。   The additional processing head according to claim 1, further comprising a holding portion that holds the tube member in a form that circulates around an energy ray. 前記管部材は、前記導入部および前記ノズルの間に着脱可能に設けられる、請求項１または２に記載の付加加工用ヘッド。   The additional processing head according to claim 1, wherein the pipe member is detachably provided between the introduction portion and the nozzle. 前記管部材は、エネルギー線の周りで複数回、周回するように設けられる、請求項１から３のいずれか１項に記載の付加加工用ヘッド。   4. The additional processing head according to claim 1, wherein the tube member is provided so as to circulate a plurality of times around the energy beam. 5. 前記管部材は、エネルギー線の軸方向に沿って螺旋状に設けられる、請求項４に記載の付加加工用ヘッド。   The additional processing head according to claim 4, wherein the tube member is provided in a spiral shape along the axial direction of the energy beam. 前記ノズルが接続され、前記ノズルをエネルギー線の周りで周方向に移動させるように、±Ａ°の範囲で回転する回転部材と、
エネルギー線が通される中空部を有し、前記回転部材の回転軸方向において前記回転部材と連設される固定部材とをさらに備え、
前記管部材は、前記固定部材の周りで周回するように設けられ、
前記回転部材が０°の位相位置にある時の前記管部材の周回径を基準にして、前記回転部材が０°から＋Ａ°の位相位置に向けて回転する間、前記管部材は、その周回径が大きくなるように変形し、前記回転部材が０°から−Ａ°の位相位置に向けて回転する間、前記管部材は、その周回径が小さくなるように変形する、請求項１から５のいずれか１項に記載の付加加工用ヘッド。 A rotating member that rotates in a range of ± A ° so that the nozzle is connected and the nozzle is moved in the circumferential direction around the energy line;
A hollow member through which an energy beam passes, and a fixing member provided continuously with the rotating member in a rotating shaft direction of the rotating member,
The tube member is provided to circulate around the fixed member,
While the rotating member rotates from 0 ° to a phase position of + A ° with respect to the circumference of the tube member when the rotating member is at the 0 ° phase position, the tube member 6. The pipe member is deformed so that a circular diameter thereof is reduced while the diameter of the tube member is increased so that the rotating member rotates toward a phase position of 0 ° to −A °. The additional processing head according to any one of the above. 前記回転部材が−Ａ°の位相位置にある時、前記管部材は、前記固定部材と接触する、請求項６に記載の付加加工用ヘッド。   The additional processing head according to claim 6, wherein when the rotating member is at a phase position of −A °, the tube member is in contact with the fixing member. ワークの除去加工および付加加工が可能な加工機械であって、
請求項１から７のいずれか１項に記載の付加加工用ヘッドと、
ワークを保持するワーク保持部と、
ワークの除去加工のための工具を保持する工具保持部とを備える、加工機械。 A processing machine capable of removing and adding workpieces,
A head for additional processing according to any one of claims 1 to 7,
A work holding unit for holding a work;
A processing machine comprising a tool holding unit that holds a tool for workpiece removal processing.
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