WO1992016333A1

WO1992016333A1 - Dispositif a tete d'usinage au laser

Info

Publication number: WO1992016333A1
Application number: PCT/JP1992/000281
Authority: WO
Inventors: Yukio Uchino; Konrad Popp
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 1991-03-12
Filing date: 1992-03-09
Publication date: 1992-10-01
Anticipated expiration: 1993-09-12
Also published as: DE69220494D1; JP3157847B2; EP0598901B1; US5374804A; EP0598901A4; DE69220494T2; JPH04367389A; EP0598901A1

Description

明細書

レーザ加工へッド装置

技術分野

この発明は、レーザ加工機でワークに切断加工などを行う際にヮークにレーザ光を照射する新規なレーザ加工へッド装置に関する。

背景技術

従来、 3次元形状（立体形状）のワークをレーザ加工機で切断加ェなどを行なう場合には、 3次元加工用のレーザ加工へッド装置が使用されている。このレーザ加工へッド装置としては、上下方向 ( Z軸方向）へ移動自在な Z軸移動体と、この Z軸移動体の軸心回り（A軸方向）に回動自在な A軸回転体と、この A軸回転体に直交する軸回り（ B軸方向）に回動自在かつ下端部にノズルを支承した B軸回転体とで構成されている。

そして、 Z軸移動体の駆動機構としての、 Z軸モータの出力は 1 対のかさ歯車で減速されビニオンに伝達される。このビニオンの回転はラックの上下直線運動に変換されると共に、ラックは Z軸移動体に固定されているため、 Z軸移動体はリニアモーションガイドにガイドされながら Z軸方向へ移動される。

また、 A軸回転体の駆動機構としての、 A軸モータは前記 Z軸移動体に固定されており、 A軸モータに取付けたビニオンから A軸回転体に取付けた平歯車に伝達されて A軸回転体は Z軸移動体の軸心回りに回動される。

さらに、 B軸回転体の駆動機構としての、 B軸モータは A軸回転体に固定され、しかも B軸モータの出力は B軸モータに取付けたビ二オンから B軸回転体に取付けた平歯車に伝達され、 B軸回転体は B軸方向に回動される。

ところで、上述した従来のレーザ加工へッド装置における Z軸移動体を Z軸方向へ移動させるために 3対の歯車によって動力伝達され、それぞれ複雑なバックラッシュ解消機構が必姜であり組立、保守が困難である。また、 Z軸移動体が重いため、スプリングなどのバランサを Z軸移動体に設けなければならない。

A軸回転体を回動せしめるために、平歯車とピニオンとのバックラッシュをなくすため、平歯車は厚さ方向で 2枚に分割されており、 2枚の位相を微かにずらすことでビニオンの歯を挾んでいる。しかも、 A軸回転体内にレーザ光を通過せしめる筒状体が設けられている。そのため構造が複雑であり、組立作業が難かしい。

また、 B軸回転体を回動せしめるために、 A軸回転体と同様のバックラッシュ解消機構を必要とすると共に、 B軸回転体がワークと接触する恐れもある。しかも、平歯車は構造上、防塵対策が出来ないので鑌びたり、レーザ加工によるスパッタなどが付着したりするとともに、 B軸モータのケーブルが中継するためのスリッブリングが必要となり高価でもある。

この発明の目的は、上記問題点を改善するため、 A軸回転体をレ一ザ光を通過せしめる保護と回転軸を兼ねるようにし、全体の構造としてシンブルにかつコンパク卜化し、軽量化を図ったレーザ加工へッド装置を提供することにある。

発明の開示

上記目的を達成するために、この発明は、レーザ加工機におけるレーザ加工へッドを上下動自在かつ垂直軸心回りに回動自在に設けてなるレーザ加工へッド装置にして、下端部にレーザノズルを支承したノズル支持杆をレーザ光が通過自在なパイブ状に形成すると共に、上記ノズル支持杆をレーザ加工機のフレームに上下動自在に支承して設け、上記ノズル支持杆を軸心回りに回動自在に設け、ノズル支持杆をレーザ光の保護管と回転軸とを兼用してなることを特徵とするレーザ加工へッド装置である。

前記レーザ加工へッド装置において、前記ノズル支持杆がパイブ状のボールねじスプライン軸よりなり、このスプライン軸は、レーザ加工機の前記フレームに設けられたボールねじナツト部およびボ一ルスブラインナツト部に上下動自在に案内支承されていることを特徴とするものである。

また、この発明は、レーザ加工機におけるフレームに回転自在かつ固定自在に支承されたボールねじナツトとボ一ルスブラインナツトとを上下に離隔して設けると共に、上記両ナツトにボールねじスブライン軸を上下動かつ回転自在に嵌入支持して設け、上記ボールねじスブライン軸の下端部に設けたレーザノズルを、ボールねじスブライン軸と直交する方向の軸心回りに回転自在に支承して設け、上記レーザノズルを回転するためのシャフトをレーザ光が通過自在なパイブ状に形成すると共に、前記ボールねじスプライン軸内に回動自在に設けてなることを特徴とするレーザ加工へッド装置である。

この発明のレーザ加工へッド装置を採用することにより、下端部にレーザノズルを支承したノズル支持杆がレーザ光を通過自在にパイブ状に形成され、かつ軸心回りに回動自在に設けられていることにより、ノズル支持杆はレーザ光の保護管と回転軸の兼用をなすため、シンブルとなる。また、ノズル支持杆自体の上下動並びに回動の構造がコンパクト化されると共に軽量化される。

図面の簡単な説明

図 1 は、この発明の第 1実施例を示すレーザ加工へッド装置の縦断面図。

図 2は、この発明の第 2実施例を示すレーザ加工装置の斜視図。図 3は、図 2の装置の縦断面図。

発明を実施するための最良の形態

以下、この発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

まず、この発明の第 1実施例が図 1 に示されている。図 1 において、 X軸キヤレツジ 1が、 Y軸方向（紙面に対して直交した方向）に延伸して設けられている。この X軸キヤレツジ 1 は、 X軸方向 (図 1 において左右方向）へ移動自在に、図示省略のレーザ加工機の例えば X軸フレームに取り付けられている。前記 X軸キヤレツジ 1 には 2本の Y軸方向に平行に延伸したガイドレール 3が敷設されており、このガイドレール 3にはガイド部材 5を介して Y軸方向へ移動自在な Y軸移動体 7が設けられている。この Y軸移動体 7にはレーザ加工へッド装置 9が設けられている。すなわち、レーザ加工ヘッド装置 9のうちのレーザ支持杆としての Z軸移動体を兼ねた A軸移動体 1 1は、上下方向（ Z軸方向）へ延伸し、相対的に回転自在に重ねて設けられた 2本のパイブ 1 1 a、 1 1 bから構成される 2重構造体である。しかも、この A軸移動体 1 1は前記 Y軸移動体 7に複数のボールブッシュとュニット化したニードルベアリング 1 3を介して上下動自在かつ回動自在に案内され O o

前記 A軸移動体 1 1の上端部にはベンドミラー 1 5を備えたベンドミラー装置 1 7が支持ブラケット 1 9に取付けられている。また、 A軸移動体 1 1の内側パイブ l i bはこのブラケット 1 9に固定されている。この支持ブラケット 1 9の図 1において右側部 1 9 Rには、軸受 2 1を介して上下方向へ延伸したボールねじ 2 3の上端部が回転自在に支承されている。このボールねじ 2 3の下部は前記 Y 軸移動体 7に軸受 2 5を介して回転自在に支承されている。

前記ボールねじ 2 3の下端部にはブーリ 2 7が装着されており、このプーリ 2 7には図示省略のタイミングベルト，プーリを介して Z軸用駆動モータが連動連結されている。このボールねじ 2 3の上部側にはナツ卜部材 2 9が嫘合されており、このナツト部材 2 9には前記 A軸移動体 1 1 に複数のベアリング 3 1を介して支承された支持フレーム 3 3の図 1 において右部が固定されて'いる。

また、この支持フレーム 3 3の上部において、前記 A軸移動体 1 1の外側パイブ 1 1 aにプーリ 3 5が嵌着されていると共に、前記支持フレーム 3 3の図 1 において右端部には A軸用駆動モータ 3 7 が取付けられている。この A軸用駆動モータ 3 7の出力軸には駆動ブ一リ 3 9が固定されており、この駆動ブーリ 3 9 と前記プーリ 3 5 とにはタイミングベルト 4 1が巻回されている。

上記構成により、図示省略の Z軸用駆動モータを駆動せしめると、プーリ，タイミングベルトおよびプーリ 2 7を介してボールねじ 2 3が回転される。このボールねじ 2 3が回転されることにり、ナツト部材 2 9，支持フレーム 3 3を介して A軸移動体 1 1が上下動されることになる。また、 A軸駆動用モータ 3 7を駆動せしめると、駆動ブーリ 3 9 , タイミングベルト 4 1およびブ一リ 3 5を介して A軸移動体 1 1の外側パイブ 1 1 aが内側パイブ 1 1 bの回りを軸心回りすなわち A軸方向に所定角だけ回動されることになる。

前記 A軸移動体 1 1の外側パイブ 1 1 aの下端部にはレーザノズル 4 3を装着した B軸移動体 4 5が設けられており、この B軸移動体 4 5内にはベンドミラ一 4 7 , 4 9が備えられている。この B軸移動体 4 5を回動するために、前記 A軸移動体 1 1の下部には B軸用駆動モータ 5 1が取付けられていて、例えば複数のギヤを介して A軸移動体 1 1 と直交した方向である B軸方向へ回動されることになる。

而して、レーザ光 L Bはベンドミラ一 1 5で折曲げられて A軸移動体 1 1 のパイブ内を通過し、 B軸移動体 4 5内に備えられたベンドミラー 4 7， 4 9を経てレーザノズル 4 3から下方へ照射されて図示省略のワークにレーザ加工が行なわれることになる。そしてヮークが 3次元形状（立体形状）の場合には、 A軸移動体 1 1を上下動させるだけでなく、 A軸移動体 1 1および B軸移動体 4 5をそれぞれ A軸， B軸方向へ回動せしめることによつて容易にレーザ加工を行なうことができる。

また、 A軸移動体 1 1がレーザ光 L Bの保護管と A軸方向の回動を行なう際の回転軸を兼用しているため、レーザ加工へッド装置 9 を軽量化させることができると共に従来に比べてコンパクト化させることができる。

次に、この発明の第 2実施例が図 2および図 3に示されている。図 2および図 3に示されているように Y軸方向（図 2において左右方向，図 3において紙面に対して直交する方向）に延伸した X軸キャレツジ 5 3が設けられており、この X軸キヤレツジ 5 3は例えば図示省略の X軸フレームに対して X軸方向（図 3において左右方向）へ移動するようになつている。

前記 X軸キヤレツジ 5 3には 2本の平行なガイドレール 5 5が敷設されており、このガイドレール 5 5にはガイド部材 5 7を介して Y軸方向へ移動自在な Y軸移動体 5 9が設けられている。この Y軸移動体 5 9にはレーザ加工へッド装置 6 1が設けらている。

すなわち、レーザ加工ヘッド装置 6 1のうちのレーザ支持杆としてのボールねじスプライン軸 6 3が中空形状に形成されていて、しかも上下方向（ Z軸方向）に設けられている。このボールねじスブライン軸 6 3の外周軸には螺旋状のボールねじ溝 6 3 Aと上下方向へボールスプライン溝 6 3 Bとが形成されている。

このボールねじ溝 6 3 Aにはボールねじナット 6 5が螺合されていると共に、ボールスブライン溝 6 3 Bにはボールスブラインナツト 6 7が係合されている。また、前記ボールねじスプライン軸 6 3 の下部には A軸回転体 6 9が取付けられている。

前記 Y軸移動体 5 9上には Z軸ベース 7 1がー体的に設けられていると共に、 Y軸移動体 5 9 と Z軸ベース 7 1 との間には Z軸モ一タベース 7 3が設けられている。この Z軸モータベース 7 3には Z 軸用駆動モータ 7 5が設けられており、この Z軸用駆動モータ 7 5 の出力軸には駆動ブーリ Ί 7が嵌着されている。また、前記ボールねじナツト 6 5の外周にはブーリ 7 9が取付けられていて、このブーリ 7 9 と前記駆動ブーリ 7 7 とには夕イミングベルト 8 1が巻回されている。

前記 Y軸移動体 5 9には A軸用駆動モータ 8 3が設けられており、この A軸用駆動モータ 8 3の出力軸には駆動プーリ 8 5が嵌着されている。また、ボールスプラインナット 6 7の外周にはプーリ 8 7 が取付けられていて、このブーリ 8 7 と前記駆動ブーリ 8 5 とにはタイミングベルト 8 9が巻回されている。

前記 Z軸ベース 7 1の上部にはベンドミラー 9 1を備えたベンドミラ一装置 9 3が設けられており、このベンドミラ一装置 9 3の図 3において右側にはレーザ光 L Bを通過せしめるためのパイブ状の X軸方向へ延伸したレーザ管 9 5が接続されている。

前記ボールねじスプライン軸 6 3の上部における外周部には複数のベアリングを介して B軸モータベース 9 7が支承されており、また前記 Z軸ベース Ί 1 には Z軸方向へ延伸したガイドバー 9 9が設けられている。このガイドバー 9 9によつて案内される一対のガイドローラ 1 0 1が前記 B軸モータベース 9 7に回転自在に支承されている。

前記ボールねじスプライン軸 6 3の内周にはパイブ形状の Z軸方向へ延伸した B軸シャフト 1 0 3が設けられており、この B軸シャフト 1 0 3の上端部における外周にはブーリ 1 0 5が嵌着され、しかもボールねじスプライン軸 6 3の上端部に取付けられている。また、前記 B軸モータベース 9 7の図 3において右側には B軸用駆動モータ 1 0 7が設けられており、この B軸用駆動モータ 1 0 7の出力軸には駆動ブーリ 1 0 9が嵌着されている。この駆動ブ一リ 1 0 9 と前記ブーリ 1 0 5 とにはタイミングベルト 1 1 1が巻回されている。

前記 B軸シャフト 1 0 3の下端部には、ベベルギヤ 1 1 3が取付けられており、このべベルギヤ 1 1 3には別のベベルギヤ 1 1 5力啮合されている。このべベルギヤ 1 1 5は B軸回転体 1 1 7内に備えられている。しかも、この B軸回転体 1 1 7の下端部にはレーザノズル 1 1 9が装着されている。

また、前記 A軸回転体 6 9および B軸回転体 1 1 7にはレーザ光 L Bを曲げるためのベンドミラー 1 2 1， 1 2 3を備えたベンドミラー装置 1 2 5， 1 2 7が設けられている。上記構成により、 Z軸用駆動モータ 7 5を駆動せしめると、出力軸，プーリ 7 7 , タイミングベルト 8 1 , プーリ 7 9を介してボ一ルねじナツト 6 5が回転される。このボールねじナット 6 5が回転されることにより、ボールねじスプライン軸 6 3 , A軸回転体 6 9 および B軸回転体 1 1 7が上下動することにより、レーザノズル 1 1 9が上下動されることになる。なお、上下動される際には、ガイドバ一 9 9に挾まれた一対のガイドローラ 1 0 1 とボールねじスブライン軸 6 3によってガイドされてスムーズに上下動されることになる。

A軸回転体 6 9をボールねじスプライン軸 6 3の軸心回りである A軸方向に回動させる場合には、 A軸用駆動モータ 8 3を駆動せしめると、出力軸，駆動ブーリ 8 5，タイミングベルト 8 9 , プーリ 8 7を介してボールスブラインナツト 6 7が回転される。このボールスプラインナット 6 7が回転することにより、ポールねじスブライン軸 6 3が回転する。しかも、このボールねじスプライン軸 6 3 は A軸回転体 6 9に固定されているため、 A軸回転体 6 9が A軸方向に回動されることになる。このとき、 B軸回転体 1 1 7は A軸回転体 6 9に回転自在に取付けられているため、一緒に A軸方向に回動 sれる。

また、このとき、ボールねじスプライン軸 6 3は上下運動も行なわれるため、例えば前記ボールねじスブライン軸 6 3が上昇又は下降するのをキャンセルするように、 Z軸用駆動モータ 7 5を適宜に回転せしめてボールねじナツト 6 5を回転せしめてボールねじスブライン軸 6 3が上下動しないようにする。

—方、 B軸回転体 1 1 7は垂直面上での旋回運動を行なおうとするため、 B軸用駆動モータ 1 0 7を適宜方向へ駆動させることによりその動作がキャンセルされることになる。

B軸回転体 1 1 7を B軸方向へ回動させる場合には、 B軸用駆動モータ 1 0 7を駆動せしめると、出力軸，駆動ブーリ 1 0 9，タイミングベル 1 1 1 , プーリ 1 0 5を介して B軸シャフト 1 0 3が回転される。この B軸シャフト 1 0 3が回転することにより、ベベルギヤ 1 1 3 , 1 1 5を介して B軸回転体 1 1 7が B軸方向に回動されることになる。なお、 Z軸べ一ス 7 1 に固定されたガイドバー 9 9 と、 B軸モータベース 9 7に固定された一対のガイドローラ 1 0 1が B軸モータベース 9 7の回り止めと Z軸方向のガイドの役目を果している。

また、レーザ光 L Bはレーザ管 9 5内を通ってベントミラー 9 1 で曲げられ、ボールねじスプライン軸 6 3の内面に設けられた B軸シャフト 1 0 3内を通って、ベンドミラー 1 2 1， 1 2 3で曲げられてレーザノズル 1 1 9から下方へ照射されて、図示省略のワークにレーザ加工が行なわれる。

図示省略のワークが 3次元形状（立体形状）の場合には Z軸方向だけでなく、 A軸， B軸回転体 6 9 , 1 1 7を A軸， B軸方向に回動されることにより容易に行なわれる。

このように、レーザノズル支持杆としてのボールねじスブライン軸 6 3がパイブ形状となっているため、レーザ光 L Bの保護管と A 軸回転体 6 9が A軸方向に回動する際の回転軸の役目を果しており、レーザ加工へッド装置 6 1 自体を軽量化させることができると共に、従来に比べてコンパクト化させることができる。

また、このような構造とすることにより、 Z軸移動重量の軽減，駆動，ガイド機構の合理化が図られると共に、レーザ加工ヘッド装置 6 1のまわりに突起物がないからワークへの接近性がよくなる。またモータ用ケーブル中継用スリッブリングが廃止される。

さらに、ボールねじスプライン軸 6 3，ボールねじナット 6 5，ボールスプラインナツト 6 7を採用して Z軸方向の移動を行なっているため、駆動系がシンブルになると共に、高速で正確に移動させることができる。

なお、この発明は、前述した実施例に限定させることなく、適宜の変更を行なうことにより、その他の態様で実施し得るものである _t 本実施例では各軸モータ出力の伝達にブ一リ，タイミングベルトを使用しているが、それ以外の平歯車，チヱンなどの伝達機構でもよい。また、 B軸モータを軸回転体に固定したものも考えられる。

産業上の利用可能性

本発明のレーザ加工へッド装置は、従来のものに比べて、構造がシンプル化され、かつ装置自体も軽量化かつコンパクト化されるという利点をもつてレーザ加工機に利用される。

Claims

請求の範囲

【請求項 1】レーザ加工機におけるレーザ加工へッドを上下動自在かつ垂直軸心回りに回動自在に設けてなるレーザ加工へッド装置（9、 6 1 ) にして、下端部にレーザノズル（ 4 3、 1 1 9 ) を支承したノズル支持杆（1 1、 6 3) をレーザ光（L B) が通過自在なパイブ状に形成すると共に、前記ノズル支持杆（ 1 1、 6 3) をレーザ加工機のフレームに上下動自在に支承して設け、前記ノズル支持杆を軸心回りに回動自在に設け、前記ノズル支持杆を前記レ —ザ光の保護管と回転軸とを兼用してなることを特徵とするレーザ加工へッド装置。

【請求項 2】請求項 1記載のレーザ加工へッド装置であって、前記ノズル支持杆がパイブ状のボールねじスプライン軸（6 3) よりなり、前記ボールねじスプライン軸（63) は、レーザ加工機の前記フレームに設けたボールねじナツト部（65) およびボ一ルスブラインナツト部（6 7) に上下動自在に案内支承されていることを特徵とするもの。

【請求項 3】レーザ加工機におけるフレームに回転自在かつ固定自在に支承されたボールねじナット（65) とボールスブラインナット（67) とを上下に離隔して設けると共に、前記両ナツト (65、 6 7) にボールねじスプライン軸（6 3) を上下動かつ回転自在に嵌入支持して設け、前記ボールねじスプライン軸の下端部に設けたレーザノズル（ 1 1 9) を、ボールねじスプライン軸と直交する方向の軸心回りに回転自在に支承して設け、莉記レーザノズルを回転するためのシャフト（ 1 03) をレーザ光が通過自在なパイブ状に形成すると共に、前記ボールねじスプライン軸内に回動自在に設けてなることを特徴とするレーザ加工へッド装置（ 6 1 ) 。