JPH0422969B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は焼入れ装置に関し、特にレーザを使用
して偏心部を有する軸等のコーナ部分を焼入れす
るレーザ焼入れ装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、各種軸の段付部や例えばクランクシヤ
フト等の偏心部を有する軸等においては、コーナ
部がコーナＲをつけたにしても強度的に弱くその
部分から亀裂を生じたり破損したりしていた。

そのために、従来は高周波焼入れ等の通常の熱
処理方法によつて、軸全体あるいは軸の一部を焼
入れして軸の強度を増加させていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら従来技術においては、焼入れにば
らつきがあり一定した焼入れ深さを得ることが困
難であつた。更に、ある部分のみ焼入れしたい場
合でも、その部分を焼入れするうちに熱エネルギ
の蓄積により結局、全体を焼入れする状態になつ
てしまい部分焼入れは困難で、無駄な労力と費用
を費やすというような問題点があつた。又、例え
ばクランクシヤフト等のように偏心部を有する軸
においては焼入れの作業性も悪く非能率的である
という問題点があつた。

本発明は、上記事情に鑑み提案されたものでそ
の第１の目的は、偏心部を有する例えばクランク
シヤフト等の軸の偏心部のコーナの焼入れ可能
な、しかも一方のコーナを焼入れした後、次に
180゜回転して他方のコーナを焼入れする等部分焼
入れ可能なように回転自在なレーザヘツドを有す
るレーザ焼入れ装置を提供することである。

そして第２の目的は、偏心部を有する例えばク
ランクシヤフト等の偏心部の回転が描く円軌跡に
レーザヘツドが同期して、追従して動き偏心部の
コーナ部の焼入れをするレーザ焼入れ装置を提供
することである。

〔問題点を解決するための手段と作用〕

本発明の前記目的は下記レーザ焼入れ装置によ
り達成できた。その構成は、レーザ発振機、レー
ザ発振機用制御装置、操作盤を備えたレーザ加工
機において、レーザ発振機から発振されたレーザ
光を所定の方向に偏光照射すべく垂直方向に移動
可能に設けられ、この移動方向と直交する平面内
で回転可能に取り付けられ、かつ、前記レーザ光
を焼入れ箇所に照射するミラーを備えたレーザヘ
ツドと、このレーザヘツドを垂直方向に移動する
第１の駆動装置と、前記レーザヘツドを回転割出
しする第２の駆動装置と、前記レーザヘツドの移
動方向と直交する方向に第１の軸である回転軸を
有し、かつ、この回転軸に平行して偏心した位置
に第２の時を有する被加工物を載置したテーブル
と、このテーブル上の被加工物を前記回転軸まわ
りに回転させる第３の駆動装置と、前記回転軸の
軸線方向に移動させる第４の駆動装置と、前記回
転軸の軸線方向と前記レーザヘツドの垂直移動方
向に対して直角な方向に前記テーブルを移動させ
る第５の駆動装置と、前記回転軸まわりに回転す
る被加工物偏心部の前記第２の軸および軸端部周
囲を焼入れるに際し、前記第３の駆動装置により
被加工物を回転させながら前記第１の駆動装置お
よび第５の駆動装置の動作により、レーザヘツド
を被加工物に対して相対的に位置ずらし、同じ向
きを維持したレーザヘツドにより照射される焼入
点が、被加工物の回転軸に対し前記第２の軸の軸
径相当量偏心して円軌跡を描くように円弧補間制
御させる制御部とからなるレーザ焼入れ装置であ
る。

而して、上記の如き構成によつて、偏心部を有
する例えばクランクシヤフト等が回転を開始する
と、回転軸に直交するテーブル（Ｙ軸）、レーザ
ヘツド（Ｚ軸）の動きで前記偏心部の動きに同期
して、追従してレーザヘツドが動き偏心部のコー
ナ部分の焼入れを行なうことになる。そして、あ
る部分の焼入れを終了すると、ボツクス内の駆動
源を駆動させ、駆動歯車と歯車の噛合によつてレ
ーザヘツドに連結した筒体部を180゜回転させて反
対側のコーナ部分の焼入れ等の熱処理を開始す
る。

〔実施例〕

以下、本発明の１実施例を図面に基づいて更に
詳しく説明する。

(1) まず、本発明の装置が適用される機械につい
て説明する。

第１図は、本発明に使用されるレーザ加工機
の全体正面図を示し、第２図はレーザヘツド部
近傍の拡大一部断面図を示す。

第１図および第２図において、レーザ加工機
１のベツド２上にテーブル３が図略の駆動源に
よりＸ方向、Ｙ方向に移動可能に設けられてい
る。該テーブル３上には、一端を回転自在にチ
ヤツク４により把持され他端をローラ５で支持
されたクランクシヤフト６が載置されている。
今、クランクシヤフト６にレーザ光を照射すべ
くレーザヘツド７がボツクス８に装着され、該
ボツクス８はユニツト９に取付けられていて左
方に位置するレーザ発振機１０に連通してい
る。又、右側前面には操作盤１１があり、左側
前面には発振機用制御装置１２が移動可能に設
けられている。

次にレーザヘツド７について詳述する。レー
ザヘツド７先端部にはミラー（図略）が内挿さ
れていて、筒体部１３内部を反射してきたレー
ザ光を更に特定の角度に反射してクランクシヤ
フト６の所望のコーナ部に照射するようになつ
ている。前記レーザヘツド７は、筒体部１３に
連結しており、ユニツト９に取付けられたボツ
クス８内に設けられている軸受押え１５、軸受
１４により回転自在に軸承されている。前記筒
体部１３の一部には歯車１６が外嵌され、ボツ
クス８内のブラケツト１７に固定された第２の
駆動装置である駆動源１８に連結した駆動歯車
１９と噛合して、駆動源１８により筒体部１３
を180゜回転させる働きをする。前記筒体部１３
の上部は伸縮可能になつていてレーザヘツド７
は第１の駆動装置により上下動（Ｚ方向）可能
である。又、筒体部１３の上部にもミラー（図
略）が内設されていて、前記レーザ発振機１０
から発振されるレーザ光を90゜反射させレーザ
ヘツド７へと導いている。

上記の如き構成のレーザ加工機の概略の動作
を説明する。

レーザ発振機１０から発振されたレーザ光
は、レーザ加工機１内の所定の通路を進み、レ
ーザヘツド７上部の筒体部１３内に設けられた
ミラーによつて90゜向きを変えられ、レーザヘ
ツド７先端に向かつて進む。そしてレーザ光は
筒体部内部の所定の位置に設けられているレン
ズ（図略）によつて、焦点距離を調節され、更
にレーザヘツド７先端に取付けられたミラー
で、例えばクランクシヤフト６等の所定のコー
ナ部に向くように角度調節され照射される。

一方、例えばクランクシヤフト６等はジヤー
ナル部２０を回転軸（Ａ軸）として第３の駆動
装置である駆動源２１により回転する。この時
偏心しているクランクシヤフト６等のコーナ部
にレーザ光を照射しているレーザヘツド７も、
テーブル３のＹ軸方向の移動とレーザヘツド７
のＺ軸方向の移動によつて偏心部の回転に同期
して、追従して動くことになる。一方のコーナ
部のレーザ光による焼入れを終了したら、ボツ
クス８内の駆動源１８の駆動によつて、駆動歯
車１９を回転させ、更に該駆動歯車１９と噛合
している歯車１６を回転させる。そして他方の
コーナ部をレーザ光による熱処理を行なうべく
180゜回転させ駆動源１８の駆動を止める。

次に前述した通りの動作によつて他方のコー
ナ部のレーザ光による焼入れを行なう。以後、
順次テーブル３の第１の駆動装置によるＸ方向
移動によつて偏心部の位置決めを行いコーナ部
の焼入れをして行く。

(2) 次に、本発明の具体的な構成を説明する。

第５図は本発明の構成の一例を表わすブロツ
ク線図を示す。

同図において、レーザ焼入れ装置は中央処理
装置（以後CPUと呼称する）５０にメインバ
ス５０ａを介して、キーボード付デイスプレイ
５１及びその入出力ポート５１ａと、各種加工
条件を組込んだ加工プログラム５２と、レーザ
ヘツド座標値やオーバーライド等のデータを組
込んだフアイル５３と、円弧補間のためにテー
ブルを前後方向即ちＹ軸方向に駆動する第５の
駆動装置であるＹ軸制御サーボモータ５４、そ
のアンプ５４ａ及び補間器５４ｂと、一秒毎の
発生パルス数を表わすレートマルチプライヤ５
５ａ、補間器５４ｂと同期させるF.P同期５５
ｂとからなり√２制御を行なうF.P（フイード
パルス）制御部５５と、円弧補間のためにレー
ザヘツド７を上下方向即ち、Ｚ軸方向に駆動す
る第１の駆動装置であるＺ軸制御サーボモータ
５６、そのアンプ５６ａ及び補間器５６ｂと、
一秒毎の発生パルス数を表わすレートマルチプ
ライヤ５７ａ、補間器５６ｂと同期させるＦ・
Ｐ同期５７ｂからなり√２制御を行なうF.P
（フイードパルス）制御部５７と、直線補間の
ために回転軸（Ａ軸）を回転させるＡ軸制御サ
ーボモータ５８（駆動源２１）、そのアンプ５
８ａ及び補間器５８ｂと、一秒毎の発生パルス
数を表わすレートマルチプライヤ５９ａ、補間
器５８ｂと同期させるＦ・Ｐ同期５９ｂからな
り√２＝０、即ち、周速制御キヤンセルを行な
うF.P（フイードパルス）制御部５９と、該F.P
制御部５９へ入力する回転軸（Ａ軸）の速度を
演算する演算部６０とを組込んで構成する。

上述の如く構成された本装置の動作を説明す
る。

まず第３図に基づいて原理的な説明をする。第
３図はレーザヘツド７先端と偏心部の焼入れ点の
回転時に描く軌跡を示す。例えばクランクシヤフ
ト６等の回転軸（Ａ軸）を回転させると偏心部焼
入点Ｐは回転軸に対して直交する面で円運動する
軌跡を描きながら回転する（２点鎖線で示す）。

レーザヘツド７は、前記回転軸（Ａ軸）回転に
追従してレーザヘツド７先端と焼入れを施す偏心
部焼入れ点Ｐとは一定距離を保ちつつ、偏心部Ｅ
は回転しながら実線部分上を回転移動することに
なる。

このようにお互いがある一定の相対速度をもち
ながら１回転してはじめて偏心ピンの円周全体が
焼入れされる。

第４図はレーザ焼入れ装置の全体の流れを示す
フローチヤート図を示す。

同図において、スタートしてまず第段でＹ
軸、Ｚ軸、半径、角度等からレーザヘツドの始点
座標を決定し、第段で0゜〜360゜のどれ位の範囲
を必要とするかの円弧補間の範囲を決定する。次
に第段で、例として次に示すような計算式によ
り円弧のF.P（フイードパルス）数をもとめる。

（全円の場合）F.P数＝（１＋√２／２）・Ｒ・４ 今、Ｒを100として上記の式を完成させると、 F.P数＝（１＋√２／２）×100×４＝682.8 となる。

次に第段で、円弧のF.Pを基準として直線の
F.P数を求め、第段で例として次に示すような
計算式により直線の速度を求める。

Ａ軸の速度＝直線のF.P数／円弧のF.P数×Ｆ またはＡ軸の速度＝直線の長さ／円弧の長さ×Ｆ 今、円弧の速度（Ｚ、Ｙ）を1000として上記の
式を完成させると、 Ａ軸の速度＝360.0／682.8×1000＝52.72 となりこれが同期速度である。

次に第段でオーバライドを変えるか否かチエ
ツクする。例えばクランクシヤフト６等の偏心部
の大きさ等によつては同一速度で熱処理を行なう
に適さない場合がある。このような場合には回転
速度を変える必要があり、第６図に示すようなオ
ーバライドを表わす図に従つてスピードを変えて
行く。

第段で、オーバライドを変える必要があると
判断されれば第段で、全周か否か判断し全周必
要でない時は第段で、始点から終点まで座標上
で範囲を決定し第段にすすむ。第段で、全周
必要なら第段に進み、データによつてオーバラ
イドを決定して第段に進む。第段で、今まで
の各データを設定して第段で所望の偏心部のコ
ーナ部の焼入れが実行されることになる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、被加工物の
回転にレーザヘツドが追従して動くので、特に、
例えばクランクシヤフト等のように偏心した部分
を有する被加工物において有効な焼入れが可能と
なつた。更にレーザヘツド先端のミラーの取付角
度の調節が自在なため、コーナ部あるいは別の部
分等所望の部分の焼入れが可能である。

又、従来にないレーザによる焼入れのため、熱
変形が少なく一定の均一な焼入れ深さを保つこと
ができる。更に焼入れによるエネルギ蓄積はオー
バライドを変えることで取除くことができ、利用
価値の大きなレーザ焼入れ装置を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に使用されるレーザ加工機の全
体正面図を示し、第２図はレーザヘツド部近傍の
拡大一部断面図を示し、第３図はレーザヘツド先
端と偏心部の焼入れ点の回転時に描く軌跡図を示
し、第４図は本発明のフローチヤート図を示し、
第５図は本発明の構成の一例を表わすブロツク線
図を示し、第６図はオーバーライドを表わす図を
示す。 １……レーザ加工機、２……ベツド、３……テ
ーブル、６……クランクシヤフト、７……レーザ
ヘツド、１０……レーザ発振機、１３……筒体
部、１６……歯車、１９……駆動歯車、５０……
中央処理装置、５２……加工プログラム、５４…
…Ｙ軸制御サーボモータ、５５……F.P（フイー
ルドパルス）制御部、５６……Ｚ軸制御サーボモ
ータ、５７……F.P（フイールドパルス）制御部、
５８……Ａ軸制御サーボモータ、５９……F.P
（フイールドパルス）制御部、６０……演算部、
Ｅ……偏心部、Ｈ……レーザヘツド先端、Ｐ……
偏心部焼入点。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ レーザ発振機、レーザ発振機用制御装置、操
   作盤を備えたレーザ加工機において、レーザ発振
   機から発振されたレーザ光を所定の方向に偏光照
   射すべく垂直方向に移動可能に設けられ、この移
   動方向と直交する平面内で回転可能に取り付けら
   れ、かつ、前記レーザ光を焼入れ箇所に照射する
   ミラーを備えたレーザヘツドと、 このレーザヘツドを垂直方向に移動する第１の
   駆動装置と、 前記レーザヘツドを回転割出しする第２の駆動
   装置と、 前記レーザヘツドの移動方向と直交する方向に
   第１の軸である回転軸を有し、かつ、この回転軸
   に平行して偏心した位置に第２の軸を有する被加
   工物を載置したテーブルと、 このテーブル上の被加工物を前記回転軸まわり
   に回転させる第３の駆動装置と、 前記回転軸の軸線方向に移動させる第４の駆動
   装置と、 前記回転軸の軸線方向と前記レーザヘツドの垂
   直移動方向に対して直角な方向に前記テーブルを
   移動させる第５の駆動装置と、 前記回転軸まわりに回転する被加工物偏心部の
   前記第２の軸および軸端部周囲を焼入れるに際
   し、前記第３の駆動装置により被加工物を回転さ
   せながら前記第１の駆動装置および第５の駆動装
   置の動作により、レーザヘツドを被加工物に対し
   て相対的に位置をずらし、同じ向きを維持したレ
   ーザヘツドにより照射される焼入点が、被加工物
   の回転軸に対し前記第２の軸の軸径相当量偏心し
   て円軌跡を描くように円弧補間制御させる制御部
   とからなるレーザ焼入れ装置。