JPH0557469A - レーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザ光によりワークの切断加工を行うレー
ザ加工方法において、穴明け時、アシストガスを穴内へ
充分に流入させ、ピアッシングを安定して良好に行い、
切断加工に移行するのに必要な大径の穴を形成する。 【構成】 ピアッシングを行う際に、まず、レーザ光Ｌ
の焦点ＰをワークＷの表面から所定量離した状態で、穴
明け時よりも高いレーザ出力と高いアシストガス圧とで
レーザ光Ｌの照射を行って、ワークＷの表面に大径でか
つ浅い凹所Ｃを形成する。次に、レーザ光Ｌの焦点Ｐを
ワークＷの表面付近に合わせ、穴明け時のレーザ出力と
アシストガス圧とでレーザ光Ｌの照射を行って、凹所Ｃ
の底部から連続して穴Ｈを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、レーザ光によりワー
クの切断加工を行うレーザ加工方法に関するもので、主
として比較的厚いワークの加工に適用されるレーザ加工
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、この種のレーザ加工において
は、図２に示すように、レーザ発振器１から出力される
レーザ光Ｌが、ミラー２等で案内されて加工ヘッド３の
レンズ４に入射され、このレンズ４によってノズル５の
外方の焦点Ｐにおいて集光される。又、加工ヘッド３に
はアシストガス供給装置６からアシストガスが供給さ
れ、そのアシストガスがノズル５からレーザ光Ｌと同軸
状に噴出されて、ワークＷの加工が行われる。

【０００３】前記加工ヘッド３はサーボ制御回路７によ
り加工経路に沿って、例えばＸ，Ｙ，Ｚ方向へ３軸制御
される。これと同時に、ノズル５あるいはノズル５の近
傍に設けられたギャップセンサ８により、ノズル５の先
端からワークＷの表面までの距離すなわちギャップ量が
検出され、その検出データに基づいてギャップコントロ
ーラ９により、加工時のギャップ量が所定値となるよう
にノズル５の高さが制御される。

【０００４】一方、この種のレーザ加工に際しては、切
断加工のスタート点で穴あけ加工、すなわちピアッシン
グを行う必要がある。このピアッシング時のレーザ出力
を切断加工時と同一条件とした場合には、レーザ出力が
強すぎるため、穴があかないうちにワークＷの内部にレ
ーザ光Ｌの熱が蓄積されて溶融金属ができやすい。そし
て、この溶融金属が突然一度に飛び散って爆発が生じ、
これにより溶融金属がレンズ４にまで跳ね上がって、レ
ンズ４を破損させたりする等の危険があった。

【０００５】このような危険を防止するために、従来の
レーザ加工においては、ピアッシング時のレーザ出力値
を切断加工時の出力値よりも低い値に設定していた。と
ころが、このように、爆発を生じない程度の低いレーザ
出力値でピアッシングを行った場合、レーザ出力が弱す
ぎるため、ピアッシングの効率が悪くてピアッシング時
間が長くかかり、加工能率を低下させるという問題があ
った。

【０００６】特に、板厚が厚いワークＷについては、こ
の問題点が顕著に現れる。実際に、板厚１２ｍｍの鋼板
を従来の方法でピアッシングしたところ、ピアッシング
終了までに４０〜６０秒の長い時間がかかり、しかも、
その所要時間のばらつきも大きかった。

【０００７】このため、従来では通常レーザ光Ｌの焦点
ＰをワークＷの表面に合わせ、レーザ光Ｌのエネルギー
密度が最も高い状態でピアッシングを行うようにしてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のような
加工方法では、ピアッシング時間は短縮できる反面、焦
点位置での加工のため、形成される穴径が小さくなる。
特に、板厚が厚いワークＷについては、この穴の直径が
０．１〜０．３ｍｍ程度の小さなものになる。そして、
ピアッシングで形成される穴径が切断加工開始時に必要
な穴径より小さくなると、切断加工を行う際にアシスト
ガスがピアッシング穴に流れ込まないため、発振条件や
アシストガス圧をピアッシング加工から切断加工に切り
換えると同時にアシストガスの吹上げを起こすおそれが
あり、前記爆発時と同様に溶融金属が跳ね上がったり、
切断加工にスムーズに移行することができなかったりし
た。

【０００９】更に、図５に示すように、透孔が形成され
る前に、ピアッシング時に生じる溶融金属ＭがワークＷ
の表面のピアッシング穴の周囲に付着して盛り上がって
しまうため、ピアッシング穴がその盛り上がり分だけ深
くなるのと同じになり、又、ピアッシング穴の入口が狭
くなって、同穴内へのアシストガスＡの流入を妨げてい
た。従って、ピアッシング穴内に充分にアシストガスＡ
が供給されないため、内部に熱がこもって爆発が起こり
やすかった。このため、レーザ出力をより低くする必要
が生じ、よって形成される穴径が更に小さなものとな
る。

【００１０】この発明は、このような従来の技術に存在
する問題点に着目してなされたものであって、その目的
とするところは、穴明け時にアシストガスを穴内へ充分
に流入させ、ピアッシングを安定して良好に行うことが
でき、切断加工に移行するのに必要な大径の穴を形成す
ることができるレーザ加工方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明では、レーザ光によりワークの切断加工
を行うレーザ加工方法において、ピアッシングを行う際
に、まず、レーザ光の焦点をワークの表面から所定量離
した状態で、穴明け時よりも高いレーザ出力と高いアシ
ストガス圧とでレーザ光の照射を行って、ワークの表面
に凹所を形成し、次に、レーザ光の焦点をワークの表面
付近に移動した状態で、穴明け時のレーザ出力とアシス
トガス圧とでレーザ光の照射を行って、前記凹所の底部
から穴明けを行うことを特徴とするものである。

【００１２】

【作 用】上記のようなレーザ加工方法によれば、ピア
ッシング時に、まず、レーザ光の焦点をワークの表面か
ら所定量離した状態で、比較的高いレーザ出力と高いア
シストガス圧とでレーザ光の照射を行って、ワークの表
面に大径でかつ浅い凹所を瞬時に形成する。このため、
ワークの表面の凹所の周囲に溶融金属が付着して盛り上
がりが生じたりするのを防ぐことができる。引き続き、
レーザ光の焦点をワークの表面付近に移動し、設定され
た穴明け時のレーザ出力とアシストガス圧とでレーザ光
の照射を行って、前記凹所の底部から連続して穴明けを
行う。この際に、穴内で生じる溶融金属はアシストガス
とともに凹所に案内されて外方へ広く吹き飛ばされる。
又、穴が明くまでに、わずかに溶融金属が残留しても、
大径の凹所にとどまることができ、ワークの表面に盛り
上がったり、穴の周囲に付着して穴径を狭くしたり、塞
いだりするようなことがない。従って、その穴内にアシ
ストガスが凹所に案内されて効率よく供給される。従っ
て、ピアッシングを安定して良好に行うことができ、切
断加工に移行するのに必要な大径の穴を形成することが
できる。

【００１３】

【実施例】以下、この発明を具体化したレーザ加工方法
の一実施例を、図１〜図３に基づいて詳細に説明する。

【００１４】さて、この実施例の加工方法においては、
ワークＷ上にピアッシングを行う場合、図２に示すＮＣ
装置１０により、サーボ制御回路７を介して加工ヘッド
３をＺ軸方向、すなわち光軸方向に移動させ、ノズル５
の先端とワークＷの表面との間のギャップ量を、図３に
示すように変更制御する。それと同時に、図２に示すレ
ーザ発振制御回路１１により、レーザ発振器１から出力
されるレーザ光Ｌの出力値を制御しながらレーザ加工を
行う。

【００１５】すなわち、ピアッシング開始時には、図３
に示すようにギャップ量Ｇ１を通常の設定値よりも大き
くし、図１（ａ）に示すように、レーザ光Ｌの焦点Ｐが
ワークＷの表面よりも上方へ所定量離れるように設定す
る。又、レーザ光Ｌの出力値及びアシストガスＡの圧力
値をピアッシングに適した穴明け時の設定値よりも高い
値に設定する。この状態でワークＷの表面に所定時間Ｔ
１レーザ光Ｌを照射して、大径でかつ浅い凹所Ｃを形成
する。

【００１６】この凹所Ｃの形成時には、レーザ光Ｌの焦
点ＰがワークＷの表面よりも上方へ所定量離して設定さ
れているため、ワークＷ上ではレーザ光Ｌが分散され、
そのレーザ光Ｌの出力値がたとえ高い値に設定されてい
ても、ワークＷの表面の凹所Ｃの周囲に溶融金属が付着
して盛り上がりが生じたりすることはなく、大径でかつ
浅い凹所Ｃを安定して形成することができる。

【００１７】その後、図３に示すように、ピアッシング
開始から所定時間Ｔ１経過して、ワークＷの表面に所定
深さの凹所Ｃが形成された後、ギャップ量Ｇ２をピアッ
シング開始時のギャップ量Ｇ１よりも減少させ、図１
（ｂ）に示すように、レーザ光Ｌの焦点ＰをワークＷの
表面付近に設定する。この状態で、ワークＷの表面に爆
発を生じない程度に設定されたレーザ出力及びアシスト
ガス圧でレーザ光Ｌを照射し、凹所Ｃの底部から連続し
て穴Ｈを形成する。

【００１８】そして、図３に示すように、穴Ｈの形成開
始時から形成終了時までの所定時間Ｔ２の間に、ギャッ
プ量をＧ２からＧ３へと徐々に減少させ、穴Ｈの形成に
従ってレーザＬの焦点ＰをワークＷの内部へと徐々に追
い込んでいく。

【００１９】この穴Ｈの形成時には、図４に示すよう
に、穴Ｈ内で生じる溶融金属ＭはアシストガスＡととも
に凹所Ｃに案内されて穴Ｈの外方へ広く吹き飛ばされ
る。又、穴Ｈが明くまでに溶融金属Ｍがわずかに残留し
ても、その溶融金属Ｍは大径の凹所Ｃにとどまることが
でき、ワークＷの表面に盛り上がったり、穴Ｈの周囲に
付着して穴径を狭くしたり、塞いだりするようなことが
ない。従って、アシストガスＡの吹き上がりもなく、大
径の凹所Ｃに案内されて穴Ｈ内にアシストガスＡが効率
よく供給されるため、穴Ｈの形成を安定して良好に行う
ことができ、切断加工に移行するのに必要な大径の穴Ｈ
が形成される。ちなみに、板厚が９ｍｍ以上の比較的厚
いワークＷにおいては、切断開始時に必要な穴Ｈの直径
が０．５〜０．８ｍｍであるが、この実施例の加工方法
によれば、直径が０．８〜１．０ｍｍの大きな穴径を得
ることができた。従って、ピアッシングから切断加工に
移行する際に、アシストガスの吹き上がりによりセルフ
バーニングを生じ、溶融金属Ｍが跳ね上がったりするこ
とがなく、その移行をスムーズに行うことができる。

【００２０】なお、この発明は前述した実施例に限定さ
れるものではなく、例えば、凹所Ｃの形成後に穴Ｈを形
成する際に、レーザＬの出力値及びアシストガスの圧力
を、穴Ｈの形成に従って適宜に変更制御するように構成
する等、この発明の趣旨から逸脱しない範囲で、任意に
変更して具体化することも可能である。

【００２１】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように、ピア
ッシング開始時、先ず大径の凹所を形成した後に穴明け
を行うので、穴明け時にアシストガスが凹所に案内され
て穴内にスムーズに流れ込む。従って、穴内に充分にア
シストガスが送り込まれるので、ピアッシングを安定し
て良好に行うことができ、切断加工に移行するのに必要
な大径の穴を形成することができて、その移行をスムー
ズに行うことができるという優れた効果を奏する。又、
凹所形成時に、レーザ出力値及びアシストガス圧値を穴
明け時よりも高い値に設定することにより、非常に効率
よく瞬時に凹所を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を具体化したレーザ加工方法の一実施
例を工程順に示す概略断面図である。

【図２】そのレーザ加工方法が用いられるレーザ加工装
置の制御系を例示する構成図である。

【図３】ギャップ量の制御方法を示す図である。

【図４】本発明によるピアッシング時のアシストガスの
流れを示す概略断面図である。

【図５】従来方法によるピアッシング時のアシストガス
の流れを示す概略断面図である。

【符号の説明】

Ｌレーザ光 、Ｐ 焦点、Ａ アシストガス、Ｗ ワー
ク、Ｃ 凹所、Ｈ 穴。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光によりワークの切断加工を行う
   レーザ加工方法において、ピアッシングを行う際に、ま
   ず、レーザ光の焦点をワークの表面から所定量離した状
   態で、穴明け時よりも高いレーザ出力と高いアシストガ
   ス圧とでレーザ光の照射を行って、ワークの表面に凹所
   を形成し、次に、レーザ光の焦点をワークの表面付近に
   移動した状態で、穴明け時のレーザ出力とアシストガス
   圧とでレーザ光の照射を行って、前記凹所の底部から穴
   明けを行うことを特徴とするレーザ加工方法。