JPH1071485A - レーザ加工方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 レーザ加工ヘッドの振動をワークテーブルを
同期振動させて消去することによりワークの加工精度を
向上するレーザ加工方法及び装置を提供する。 【解決手段】 レーザ加工ヘッド２５をＸ、Ｙ軸方向に
走行せしめるＸ、Ｙ軸走行装置１１、２７を設けてい
る。ワークテーブル３が本体フレーム７とは分離して床
面に緩衝材５を介して固定され、レーザ加工ヘッドのＸ
軸方向の振動を伝達するＸ軸振動伝達部材１９がＸ軸走
行装置とワークテーブルを連結している。レーザ加工ヘ
ッドのＹ軸方向の振動を伝達するＹ軸振動伝達部材３３
がＹ軸走行装置とワークテーブルを連結している。ワー
クテーブル上のワークをレーザ加工する際のレーザ加工
ヘッド２５のＸ軸方向とＹ軸方向の振動は、Ｘ軸振動伝
達部材とＹ軸振動伝達部材を介してワークテーブル３に
伝達され、ワークテーブルは緩衝材により同じ周期及び
同じ振幅で振動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ加工方法及
びその装置に関し、特にレーザ加工ヘッドの振動をワー
クテーブルに伝達することによりワークの加工精度を向
上せしめるレーザ加工方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のレーザ加工装置においては、一般
的にワークを載置するワークテーブルと、このワークテ
ーブル上のワークをレーザ加工するレーザ加工ヘッドが
備えられており、このレーザ加工ヘッドがワークに対し
て相対的にＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に走行するよ
う設けられている。例えばワークテーブル上にワークが
固定され、レーザ加工ヘッドがＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ
軸方向に走行するレーザ加工装置や、ワークテーブルが
Ｘ軸方向に走行自在かあるいはワークがクランプ装置等
の把持手段でクランプされこの把持手段がワークテーブ
ル上をＸ軸方向に走行自在で、且つレーザ加工ヘッドが
Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に走行自在なレーザ加工装置などが
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、最近ではレ
ーザ発振器の大出力化及び切断技術の向上により、高速
でレーザ加工することが可能になってきており、この高
速レーザ加工に伴って従来のレーザ加工装置では高速レ
ーザ加工に追従できないために加工精度の低下が問題に
なってきた。

【０００４】例えば、図２に示すようにレーザ加工速度
が速くなるほど切断穴の形状が変形している。このよう
なレーザ加工精度の低下はレーザ加工ヘッドがコーナ部
やＲ部等の湾曲したレーザ加工形状に沿って走行すると
きのレーザ加工ヘッドの走行速度に加速度が生じている
ためであり、この現象はレーザ加工速度の高速化に伴っ
て生じてきたものである。

【０００５】この原因としては、レーザ加工装置におけ
るサーボ技術はＣＰＵの高速化等により向上しているの
でサーボ能力に問題があるのではなく、むしろレーザ加
工装置の機械剛性に起因するものであった。

【０００６】ちなみに、レーザ加工装置の機械剛性を向
上するためには、レーザ加工装置の各部材を強度アップ
するために各部材の肉厚を大きくすることや補強リブを
増加すること等の方法があるが、これらの方法はいずれ
もレーザ加工装置の重量増加につながるためにサーボ性
能を低下させたり、レーザ加工ヘッドの振動による他の
部材への衝撃力を増加させたりする等の理由でデメリッ
トであるので上記の問題点の解決にはならない。

【０００７】本発明は叙上の課題を解決するためになさ
れたもので、その目的は、レーザ加工ヘッドの振動をワ
ークテーブルに伝達することによりワークの加工精度の
向上を図るようにしたレーザ加工方法及びその装置を提
供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１によるこの発明のレーザ加工方法は、ワーク
テーブル上のワークをレーザ加工するレーザ加工ヘッド
と、このレーザ加工ヘッドをＹ軸方向に走行自在に備え
たＹ軸キャレッジと、このＹ軸キャレッジを本体フレー
ム上にＸ軸方向に走行自在に設けたレーザ加工装置にお
いて、前記本体フレームからワークテーブルを分離し、
この分離されたワークテーブルに、Ｙ軸キャレッジのＸ
軸方向の移動に伴う振動を伝達すると共に前記レーザ加
工ヘッドのＹ軸方向の移動に伴う振動を伝達し、前記ワ
ークテーブルをＹ軸キャレッジのＸ軸方向およびレーザ
加工ヘッドのＹ軸方向の振動と同周期及び同振幅で振動
せしめることを特徴とするものである。

【０００９】したがって、ワークテーブル上のワークを
レーザ加工する際、レーザ加工ヘッドやＹ軸キャレッジ
が走行してレーザ加工ヘッドがワークに対して相対的に
Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向へ移動する。レーザ加工
ヘッドの移動に伴って生じるＸ軸方向とＹ軸方向の振動
は、同じ周期及び同じ振幅でワークテーブルに伝達され
るので、ワークテーブルの動きとレーザ加工ヘッドでの
本来のレーザ加工軌跡とのずれとが同じくなり、製品の
レーザ形状精度が向上する。

【００１０】請求項２によるこの発明のレーザ加工装置
は、ワークテーブル上のワークをレーザ加工するレーザ
加工ヘッドと、このレーザ加工ヘッドをＹ軸方向に走行
せしめるＹ軸走行装置を備えたＹ軸キャレッジと、この
Ｙ軸キャレッジを本体フレーム上にＸ軸方向に走行せし
めるＸ軸走行装置とを設けたレーザ加工装置において、
前記本体フレームとは分離して床面に緩衝材を介して固
定したワークテーブルと、このワークテーブルに前記Ｙ
軸キャレッジのＸ軸方向の振動を伝達するようワークテ
ーブルとＸ軸走行装置とを連結したＸ軸振動伝達部材
と、前記ワークテーブルに前記レーザ加工ヘッドのＹ軸
方向の振動を伝達するようワークテーブルとＹ軸走行装
置とを連結したＹ軸振動伝達部材と、からなることを特
徴とするものである。

【００１１】したがって、ワークテーブル上のワークを
レーザ加工する際、Ｘ軸走行装置とＹ軸走行装置により
レーザ加工ヘッドやＹ軸キャレッジが走行してレーザ加
工ヘッドがワークに対して相対的にＸ軸方向、Ｙ軸方向
へ移動する。レーザ加工ヘッドの移動に伴って生じるＸ
軸方向とＹ軸方向の振動は、Ｘ軸振動伝達部材とＹ軸振
動伝達部材を介してワークテーブルに伝達される。ワー
クテーブルは本体フレームと分離して床面に緩衝材を介
して固定されているので、ワークテーブルに伝達された
Ｘ軸方向とＹ軸方向の振動は同じ周期及び同じ振幅でワ
ークテーブルに伝達される。而して、ワークテーブルの
動きと、レーザ加工ヘッドでの本来のレーザ加工軌跡と
のずれとが同じくなり、製品のレーザ形状精度が向上す
る。

【００１２】請求項３によるこの発明のレーザ加工装置
は、請求項２によるレーザ加工装置において、前記Ｙ軸
振動伝達部材の一端をＹ軸走行装置に固定し、Ｙ軸振動
伝達部材の他端をワークテーブルにＸ軸方向へ延伸して
固定されたガイドフレームに沿ってＸ軸方向に摺動自在
に設けてなることを特徴とするものである。

【００１３】したがって、Ｙ軸キャレッジがＸ軸方向に
走行してもＹ軸振動伝達部材はワークテーブルのガイド
フレームに沿って摺動しながら移動するので、レーザ加
工ヘッドの走行によるＹ軸方向の振動が確実にワークテ
ーブルに伝達される。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明のレーザ加工方法及
びその装置の実施の形態の例を図面に基いて詳細に説明
する。

【００１５】図１を参照するに、本実施の形態の例に係
わるレーザ加工装置１は、ワークを載置するワークテー
ブル３が床面上に複数の緩衝材５を介して固定されてお
り、このワークテーブル３のＹ軸方向の両側には、Ｘ軸
方向に長く延長された本体フレーム７が前記ワークテー
ブル３とは分離して床面上に固定されている。

【００１６】前記各本体フレーム７の上面にはＸ軸方向
に長いＸ軸ガイドレール９が設けられ、このＸ軸ガイド
レール９上をＸ軸走行装置１１によりＸ軸方向に走行自
在な門型のＹ軸キャレッジ１３が設けられている。

【００１７】つまり、Ｙ軸キャレッジ１３の下部は本体
フレーム７の上面に軸承されたＸ軸ボールネジ１５に螺
合され、このＸ軸ボールネジ１５はＸ軸サーボモータ１
７（Ｘ軸走行用回転駆動手段）により回転自在に設けら
れている。

【００１８】また、前記Ｘ軸ボールネジ１５はＸ軸サー
ボモータ１７が設けられている一端側と反対側の端部が
Ｘ軸振動伝達バー１９（Ｘ軸振動伝達部材）によりワー
クテーブル３の側壁面に連結されている。したがって、
Ｙ軸キャレッジ１３のＸ軸方向への走行による振動がＸ
軸振動伝達バー１９を経由してワークテーブル３に伝達
される。

【００１９】門型のＹ軸キャレッジ１３の横フレーム２
１にはＹ軸方向に長いＹ軸ガイドレール２３が設けら
れ、ワークテーブル３上に載置されたワークをレーザ加
工するレーザ加工ヘッド２５が前記Ｙ軸ガイドレール２
３に案内されＹ軸走行装置２７に駆動されてＹ軸方向に
走行自在に設けられている。

【００２０】より詳しくは、レーザ加工ヘッド２５はＹ
軸キャレッジ１３の横フレーム２１の下面に軸承された
Ｙ軸ボールネジ２９に螺合され、このＹ軸ボールネジ２
９はＹ軸サーボモータ３１（Ｙ軸走行用回転駆動手段）
により回転自在に設けられている。

【００２１】また、前記Ｙ軸ボールネジ２９はＹ軸サー
ボモータ３１に連結されている一端側と反対側の端部が
Ｙ軸振動伝達バー３３（Ｙ軸振動伝達部材）によりに連
結されている。つまり、Ｙ軸振動伝達バー３３の一端が
Ｙ軸ボールネジ２９の端部に固定され、Ｙ軸振動伝達バ
ー３３の他端がワークテーブル３の側壁面にＸ軸方向に
長く延長され固定されているガイドフレーム３５に摺動
自在設けられている。なお、このガイドフレーム３５は
ワークテーブル３の上面にＸ軸方向に長く固定すること
もでき、特に限定されない。

【００２２】したがって、レーザ加工ヘッド２５のＹ軸
方向への走行により生じる振動はＹ軸振動伝達バー３３
を経由してワークテーブル３に伝達される。なお、前記
レーザ加工ヘッド２５はＺ軸方向に移動自在である。

【００２３】上記のレーザ加工装置１の作用について説
明すると、ワークはワークテーブル３上に設置される。
Ｘ軸サーボモータ１７の回転駆動でＹ軸キャレッジ１３
がＸ軸ガイドレール９上を走行することによりワークに
対してＸ軸方向に移動し、またＹ軸サーボモータ３１の
回転駆動でレーザ加工ヘッド２５がＹ軸ガイドレール２
３上を走行することによりワークに対してＹ軸方向に移
動し、レーザ加工ヘッド２５自体がワークに対してＺ軸
方向に移動し、ワークがレーザ加工される。

【００２４】このレーザ加工に伴って、Ｙ軸キャレッジ
１３のＸ軸方向への走行により生じる振動はＸ軸ボール
ネジ１５およびＸ軸振動伝達バー１９を経由してワーク
テーブル３に伝達され、また、レーザ加工ヘッド２５の
Ｙ軸方向への走行により生じる振動はＹ軸ボールネジ２
９およびＹ軸振動伝達バー３３を経由してワークテーブ
ル３に伝達される。

【００２５】このワークテーブル３の下部は緩衝材５を
介して床面に固定されているので、ワークテーブル３は
上記レーザ加工ヘッド２５の走行に伴うＸ軸方向の振動
とＹ軸方向の振動と同じ周期、同じ振幅で振動すること
になる。そのためにレーザ加工ヘッド２５が本来のレー
ザ加工軌跡とずれた分だけワークテーブル３も同期して
動くことになるので、結果としてレーザ加工ヘッド２５
のレーザ加工速度が高速であったとしてもレーザ加工精
度が向上し、製品は所望のレーザ加工形状に加工され
る。

【００２６】なお、この発明は前述した実施の形態の例
に限定されることなく、適宜な変更を行うことによりそ
の他の態様で実施し得るものである。本実施の形態の例
ではレーザ加工装置としてワークテーブル上にワークが
固定され、レーザ加工ヘッドがＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ
軸方向に走行するレーザ加工装置を例にとって説明した
が、ワークテーブルが固定であってもワークはワークク
ランプ装置等でワークテーブル上をＸ軸方向に走行自在
で、レーザ加工ヘッドがＹ軸方向、Ｚ軸方向に走行する
レーザ加工装置およびその他のレーザ加工装置であって
も構わない。

【００２７】

【発明の効果】以上のごとき実施の形態の例から理解さ
れるように、請求項１の発明によれば、ワークテーブル
上のワークをレーザ加工する際、レーザ加工ヘッドやＹ
軸キャレッジが走行してレーザ加工ヘッドがワークに対
して相対的にＸ軸方向、Ｙ軸方向へ移動する。このとき
レーザ加工ヘッドの移動に伴って生じるＸ軸方向とＹ軸
方向の振動は、同じ周期及び同じ振幅でワークテーブル
に伝達されるので、ワークテーブルの動きとレーザ加工
ヘッドでの本来のレーザ加工軌跡とのずれとが同じくな
り、製品のレーザ形状精度の向上を図ることができる。

【００２８】また、レーザ加工装置の機械剛性を低下さ
せても製品のレーザ加工精度を確実に向上できるので、
レーザ加工装置の軽量化はコストダウンにも寄与し、レ
ーザ加工の高速化に寄与する。

【００２９】請求項２の発明によれば、ワークテーブル
上のワークをレーザ加工する際、Ｘ軸走行装置とＹ軸走
行装置によりレーザ加工ヘッドやＹ軸キャレッジが走行
してレーザ加工ヘッドがワークに対して相対的にＸ軸方
向、Ｙ軸方向へ移動する。ワークテーブルとＸ軸走行装
置がＸ軸振動伝達部材で連結され、ワークテーブルとＹ
軸走行装置がＹ軸振動伝達部材で連結されているので、
レーザ加工ヘッドの移動に伴って生じるＸ軸方向とＹ軸
方向の振動をＸ軸振動伝達部材とＹ軸振動伝達部材を介
してワークテーブルに伝達できる。また、ワークテーブ
ルは本体フレームと分離して床面に緩衝材を介して固定
されているので、ワークテーブルに伝達されたＸ軸方向
とＹ軸方向の振動を同じ周期及び同じ振幅でワークテー
ブルに伝達できる。ワークテーブルの動きと、レーザ加
工ヘッドでの本来のレーザ加工軌跡のずれとが同じくな
り、製品のレーザ形状精度の向上を図ることができる。

【００３０】請求項３の発明によれば、Ｙ軸キャレッジ
がＸ軸方向に走行してもＹ軸振動伝達部材はワークテー
ブルのガイドフレームに沿って摺動しながら移動するの
で、レーザ加工ヘッドの走行によるＹ軸方向の振動を確
実にワークテーブルに伝達できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の例を示すもので、レーザ
加工装置の斜視図である。

【図２】従来のレーザ加工装置でレーザ加工したときの
レーザ加工速度に対する加工形状の一例を示すものであ
る。

【符号の説明】

１ レーザ加工装置 ３ ワークテーブル ５ 緩衝材 ７ 本体フレーム １１ Ｘ軸走行装置 １３ Ｙ軸キャレッジ １７ Ｘ軸サーボモータ １９ Ｘ軸振動伝達バー ２３ Ｙ軸ガイドレール ２５ レーザ加工ヘッド ２７ Ｙ軸走行装置 ３３ Ｙ軸振動伝達バー ３５ ガイドフレーム

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークテーブル上のワークをレーザ加工
   するレーザ加工ヘッドと、このレーザ加工ヘッドをＹ軸
   方向に走行自在に備えたＹ軸キャレッジと、このＹ軸キ
   ャレッジを本体フレーム上にＸ軸方向に走行自在に設け
   たレーザ加工装置において、 前記本体フレームからワークテーブルを分離し、この分
   離されたワークテーブルに、Ｙ軸キャレッジのＸ軸方向
   の移動に伴う振動を伝達すると共に前記レーザ加工ヘッ
   ドのＹ軸方向の移動に伴う振動を伝達し、前記ワークテ
   ーブルをＹ軸キャレッジのＸ軸方向およびレーザ加工ヘ
   ッドのＹ軸方向の振動と同周期及び同振幅で振動せしめ
   ることを特徴とするレーザ加工方法。
2. 【請求項２】 ワークテーブル上のワークをレーザ加工
   するレーザ加工ヘッドと、このレーザ加工ヘッドをＹ軸
   方向に走行せしめるＹ軸走行装置を備えたＹ軸キャレッ
   ジと、このＹ軸キャレッジを本体フレーム上にＸ軸方向
   に走行せしめるＸ軸走行装置とを設けたレーザ加工装置
   において、 前記本体フレームとは分離して床面に緩衝材を介して固
   定したワークテーブルと、 このワークテーブルに前記Ｙ軸キャレッジのＸ軸方向の
   振動を伝達するようワークテーブルとＸ軸走行装置とを
   連結したＸ軸振動伝達部材と、 前記ワークテーブルに前記レーザ加工ヘッドのＹ軸方向
   の振動を伝達するようワークテーブルとＹ軸走行装置と
   を連結したＹ軸振動伝達部材と、からなることを特徴と
   するレーザ加工装置。
3. 【請求項３】 前記Ｙ軸振動伝達部材の一端をＹ軸走行
   装置に固定し、Ｙ軸振動伝達部材の他端をワークテーブ
   ルにＸ軸方向へ延伸して固定されたガイドフレームに沿
   ってＸ軸方向に摺動自在に設けてなることを特徴とする
   請求項２記載のレーザ加工装置。