JP2005334921A - レーザ加工機におけるノズルチェンジマガジン - Google Patents

Abstract

【課題】 レーザ加工機において、トーチとトーチの先端に交換自在に取付けられるノズルを有するレーザ加工工具のノズルチェンジマガジンを装備して、加工能率の向上を図る。
【解決手段】 レーザ加工機の加工エリアの外側に配置されるレーザ加工工具の段取りステーションは、トーチの先端のノズルを交換するノズルステーション３００を備える。ノズルチェンジステーション３００は、多数のマガジンを備えて、レーザ加工工具の先端のノズル６５を交換する。
【選択図】 図８

Description

本発明は、レーザ加工機における操作の非熟練化を可能とし、加工能力を各々の材質及び板厚に対して、品質及び生産性をそれぞれ最大限に発揮させ、長時間無人化運転を達成することができるノズルチェンジマガジンに関する。

従来、レーザ加工機であって、ノズルを自動で交換できるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなレーザ加工機は、テーブル上でノズルを交換し、ノズルの割出しは、Ｘ軸とＹ軸のテーブルの動力を利用して行うことができるノズル交換装置であった。
特開平６−２３５８０号公報

上述したノズル交換装置は、ネジ込み式のノズル脱着方式のため、ノズル保持部本体に、埃の付着等で機械的に芯がズレた場合、ノズルの回転回数にズレが発生するので、ノズルがネジ端点まで達しない場合があると、トーチがクランプとかアンクランプなどの確認が取れないので、事故の原因になった。
また、トーチの機械的中心軸と光軸が同じでない時がほとんどである。このとき、ノズル位置を光軸と合わせる必要があり、調整用ネジ（アジャストスクリュ）によって調整している。その場合、ノズルセンタと機械中心がズレてしまう。
ノズル交換位置が機械中心と一致するように装備されているため、ノズル保持部本体とノズルセンタとが一致せず、ノズル交換ができなくなる欠点があった。

そこで、本発明は、ノズルを自動交換するマガジンを備え、長時間の無人運転を達成するレーザ加工機を提供することを目的とするものである。

本発明のレーザ加工機は、基本的な手段として、ベッドと、ベッド上に配設されてワークを支持するパレットと、ベッドの長手方向の軸線であるＸ軸に沿って移動制御されるコラムと、コラムに支持されてＸ軸に直交するＹ軸に沿って移動制御されるサドルと、サドルに支持されてＸ軸とＹ軸が形成する平面に対して垂直なＺ軸に沿って移動制御される加工ヘッドと、加工ヘッドに対して交換自在に装着されるレーザ加工工具とを備える。そして、自動工具交換位置に配設されるレーザ加工工具のノズルチェンジマガジンを備えるものである。
レーザ加工工具は、集光レンズを含む光学系の手段を備えるトーチと、トーチの先端に交換自在に装着されるノズルを備える。
ノズルチェンジマガジンは、Ｘ軸とＹ軸により形成される平面上に平面配置され、Ｘ軸とＹ軸により形成される平面に対して交差する平面に配置されることもできる。
さらに、ノズルチェンジマガジンの配置は、単列の配置、複数列の配置、マトリックス列の配置を含むものである。
次に、ノズルチェンジマガジンは、ノズルを載置するノズルスタンドを備え、ノズルスタンドは、外周の固定部に対して平面内で摺動自在に支持される弾性体を備える。
また、トーチは、先端に装備される継手部を備え、ノズルをワンタッチで着脱するカップリングを有するものである。

多種多様な加工が、長時間無人化運転ができる。
ノズル中心と機械中心がずれた場合でも、フローティング機構により、ノズル交換できる。
ノズルを内蔵した工具を直線軸（例えば、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）によって移動自在に構成したため、ノズルマガジンの設置場所の制限が極めて少なくなる。
機械の安全カバーを開けずに、加工中でも、任意の時間に安全にノズルの出し入れを可能とし、ノズルのメンテナンス及びノズルの交換も行うことができる。

図１は、本発明のレーザ加工機の全体構成を示す斜視図、図２は平面図、図３は正面図、図４は要部の斜視図、図５は側面図である。
全体を符号１で示すレーザ加工機は、ベッド１０上に配設されるパレット（テーブル）２０を有し、板状のワークＷ_１が載置される。ベッド１０の長手方向の延長線上にはパレット交換装置１２が配置され、次加工用のワークＷ_２を載置したパレット２０ａが用意されている。

ベッド１０上の両側には、長手方向に沿って一対のガイドレール３４が取付けられており、ガイドレール３４上には、コラム３０がＸ軸方向に移動自在に装備される。

コラム３０のＸ軸上の駆動手段は、例えば、リニアモータが使用されており、ガイドレール３４に設けた固定子と直動ガイド３２に設けた移動子との間でリニアモータが形成される。

コラム３０には、Ｘ軸に直交するＹ軸に沿ってガイドレール４４が設けてあり、サドル４０がＹ軸上で移動自在に装備される。サドル４０は、ガイドレール４４に係合する直動ガイド４２を備え、ガイドレール４４と直動ガイド４２との間でリニアモータが形成される。

サドル４０は、Ｘ軸、Ｙ軸が形成する平面に垂直なＺ軸方向にガイドレールが設けあり、加工ヘッド５０がＺ軸に沿って移動自在に装備される。加工ヘッド５０は、レーザ発振装置７２から送られてくるレーザ光が導入される光学系を備える。

レーザ加工ヘッド５０には、レーザ加工工具６０が交換自在に装備される。加工エリアは、カバー９０で覆われ、安全が確保される。ベッド１０に隣接して強電盤７０やレーザ発振装置７２が配設される。オペレータが様々な駆動を指示する操作盤８０は、ベッド１０上の長手方向の端部に配設される。ベッド１０上の操作盤８０に近い方の端部には、レーザ加工工具の段取りステーション１００が装備される。

図６は、レーザ加工工具の段取りステーション１００をテーブル側からみた正面図、図７は平面図である。
レーザ加工工具の段取りステーション１００は、トーチとノズルを備えたレーザ加工工具のツールチェンジマガジンを備えた工具ステーション２００とレーザ加工工具のノズルのノズルチェンジマガジンを備えたノズルステーション３００を備える。

図８は、ノズルステーションの正面図、図９は平面図、図１０は左側面図である。
全体を符号３００で示すノズルステーションは、ベース３０２に設けられるシリンダ３１０を有し、ピストンロッド３１２により昇降されるマガジンベース３１４を有し、ベース３１４上に設けられるマガジン３２０を備える。
マガジン３２０には、複数のストッカ３２１が装備され、各ストッカ３２１には交換用のノズル６５が格納される。

図１０に示すように、ノズルステーション３００は、上部を覆うカバー３６０を有し、カバー３６０はノズル交換時のみに開かれ、待機状態にあっては、常時閉じられている。
シリンダ３１０の作動によりマガジンベース３１４はノズル交換位置まで上昇する。このときには、カバー３６０は開かれる。
ノズルのストッカ３２１は、ノズルが載置されるスタンド３２２と、ノズルを把持する開閉自在のフック３２４を備える。
フック３２４の外側には上下動するピン３３２が配設される。このピン３３２はベース３１４にとりつけられたシリンダ３３０の作用により上下動する。このピン３３２の上下動は、平行リンク３４０により平行移動が確保される。

図１１は、レーザ加工工具のトーチ６１とノズル６５との着脱構造を説明する断面図である。
図１１の（ａ）は、レーザ加工工具のトーチ６１にノズル６５を取付けた状態を示す。図１１の（ｂ）は、レーザ加工工具のトーチ６１からノズル６５を取外した状態を示す。
トーチ６１の先端には継手部６２が装備される。この継手部６２は、カプラ６２２と、カプラ６２２の内側に出入自在に支持されるボール３２１と、カプラ６２２を付勢するスプリング６２３を備える。
ノズル６５は、円筒形状の本体６５１の外側には、ボール３２１が入り込む溝６５２が形成してある。
ノズル６５がトーチの継手部６２に装着された状態にあっては、カプラ６２２のボール６２１がノズル６５の溝６５２に嵌合し、ノズル６５を保持する。
ノズルステーション側に設けられたピン２３２がスプリング６２３に抗してソケット６２０を押上げると、ボール３２１はカプラ３２２の内に引き込まれ、ワンタッチでノズル６５をトーチ６１の継手部６２から引き抜くことが可能になる。
また、ノズルスタンド３２２は、スプリング３２３により外周の固定部材に対して矢印で示すように、平面内で摺動自在に支持されている。
そこで、ノズルスタンド３２２上に載置されているノズル６５の軸線が、トーチ６１の軸線に対してズレている場合にも、このズレを吸収してノズル６５の着脱を行うことができる。

図１２−１，図１２−２は、ノズルを取外し、ノズルステーションにノズルを戻す作業を示す説明図である。
図１２−１の（ａ）は、ノズルステーションのノズルマガジンの待機状態を示し、フック３２４を左右に開いた状態を示す。
同図の（ｂ）は、レーザ加工ヘッドをＺ軸方向に下降させ、レーザ加工工具の先端のノズル６５をスタンド３２２上にセットし、フック３２４を閉じる。
同図の（ｃ）は、ピン３３２を上昇させて、トーチ６１の継手部６２のソケット６２０をスプリング６２３に抗して押し上げる。この操作により、カプラ６２２のボール６２１はトーチのクランプを解放する。

図１２−２の（ｄ）において、ノズルをアンクランプした状態で加工ヘッドをＺ軸方向に上昇させる。
同図の（ｅ）は、取外したノズル６５がスタンド３２２上に戻された状態を示す。ピン３３２を下降させ、ノズルの戻し作業は完了する。

図１３は、上述した図１２の操作を示すフローチャートである。

図１４−１，図１４−２はノズルステーションに用意されているノズルをレーザ加工工具のトーチに取付ける作業を示す説明図である。
図１４−１の（ａ）は、待機状態を示し、ノズル６５はスタンド３２２に載置されている。
同図の（ｂ）は、加工ヘッドをＺ軸方向に下降させるとともに、ピン３３２を上昇させて、トーチ６１先端の継手部６２のカプラを開く。
同図の（ｃ）は、レーザ加工ヘッドを更に下降させて、継手部６２にノズル６５を挿入する。

図１４−２の（ｄ）において、ピン３３２を下降させてノズル６５を継手部６２にクランプし、フック３２４を開く。
同図の（ｅ）は、加工ヘッドをＺ軸方向に上昇させて、フック３２４を閉じて、ノズル取付作業を完了する。

図１５は、上述した図１４の操作を示すフローチャートである。

上述した実施例にあっては、ノズルチェンジマガジンは、ベッドの端部に配置された場合を示している。
ノズルチェンジマガジンは、その他の所望の位置に適宜な構造で配置される。
図１６は、ノズルチェンジマガジンの他の配置の例を示す説明図である。
ノズルチェンジマガジン３８０は、横架３０の端部に対して軸３８４により回転自在に支持されている。マガジン３８０は円周上に配設される複数のスタンド３８６を有し、前述した実施例と同様の機構により、加工ヘッド５０にとりつけられるノズルを自動的に交換する。
この構成にあっては、加工ヘッドをＹ軸方向に移動するだけでノズル交換が実行でき、交換時間の短縮を図ることができる。
ノズルチェンジマガジンは、上述した例のほかに、平面的に、又は立体的に構成し、配置することができる。

また、上述した実施例にあっては、Ｘ軸とＹ軸上の駆動手段には、リニアモータの例を説明したが、ボールねじを用いても本発明を適用することができる。

さらに、上述した実施例にあっては、トーチ先端の継手部に、カプラユニットの内側に出力自在に支持されるものとしてボールの例を説明したが、コロを用いても本発明を適用することができる。

本発明のレーザ加工機の全体の斜視図。 本発明のレーザ加工機の平面図。 本発明のレーザ加工機の要部の正面図。 本発明のレーザ加工機の要部の斜視図。 本発明のレーザ加工機の要部の側面図。 レーザ加工工具の段取りステーションの正面図。 レーザ加工工具の段取りステーションの平面図。 ノズルステーションの正面図。 ノズルステーションの平面図。 ノズルステーションの詳細図。 トーチとノズルとの着脱構造を示す断面図。 ノズル取外しの作用を示す説明図。 ノズル取外しの作用を示す説明図。 ノズル取外しのフローチャートを示す図。 ノズル取付けの作用を示す説明図。 ノズル取付けの作用を示す説明図。 ノズル取付けのフローチャートを示す図。 ノズルチェンジマガジンの他の例を示す説明図。

符号の説明

１ レーザ加工機
１０ ベッド
２０ パレット
３０ コラム
４０ サドル
５０ 加工ヘッド
６０ レーザ加工工具
７０ 強電盤
７２ レーザ発振器
８０ 制御盤
９０ カバー
１００ レーザ加工工具の段取りステーション
２００ レーザ加工機の工具ステーション
３００ レーザ加工機のノズルステーション

Claims (8)

1. ベッドと、ベッド上に配設されてワークを支持するパレットと、ベッドの長手方向の軸線であるＸ軸に沿って移動制御されるコラムと、コラムに支持されてＸ軸に直交するＹ軸に沿って移動制御されるサドルと、サドルに支持されてＸ軸とＹ軸が形成する平面に対して垂直なＺ軸に沿って移動制御される加工ヘッドと、加工ヘッドに対して交換自在に装着されるレーザ加工工具とを備えるレーザ加工機において、自動工具交換位置に配設されるレーザ加工工具のノズルチェンジマガジンを備えるレーザ加工機におけるノズルチェンジマガジン。
2. レーザ加工工具は、集光レンズを含む光学系の手段を備えるトーチと、トーチの先端に交換自在に装着されるノズルを備える請求項１記載のレーザ加工機におけるノズルチェンジマガジン。
3. ノズルチェンジマガジンは、Ｘ軸とＹ軸により形成される平面上に平面配置される請求項１記載のレーザ加工機におけるノズルチェンジマガジン。
4. ノズルチェンジマガジンは、Ｘ軸とＹ軸により形成される平面に対して交差する平面に配置される請求項１記載のレーザ加工機におけるノズルチェンジマガジン。
5. ノズルチェンジマガジンの配置は、単列の配置、複数列の配置、マトリックス列の配置を請求項３又は４記載のレーザ加工機におけるノズルチェンジマガジン。
6. ノズルチェンジマガジンは、ノズルを載置するノズルスタンドを備え、ノズルスタンドは、外周の固定部に対して平面内で摺動自在に支持される弾性体を備える請求項１記載のレーザ加工機におけるノズルチェンジマガジン。
7. トーチは、先端に装備される継手部を備え、ノズルをワンタッチで着脱するカップリングを有する請求項２記載のレーザ加工機におけるノズルチェンジマガジン。
8. ベッドと、ベッド上に配設されてワークを支持するパレットと、ベッドの長手方向の軸線であるＸ軸に沿って移動制御されるコラムと、コラムに支持されてＸ軸に直交するＹ軸に沿って移動制御されるサドルと、サドルに支持されてＸ軸とＹ軸が形成する平面に対して垂直なＺ軸に沿って移動制御される加工ヘッドと、加工ヘッドに対して交換自在に装着されるレーザ加工工具とを備えるレーザ加工機において、
   レーザ加工工具のノズルチェンジマガジンを備え、レーザ加工工具のノズルチェンジマガジンの上部を覆い、レーザ加工工具のノズル交換時のみに開かれる防塵カバーを備えるレーザ加工機におけるノズルチェンジマガジン。
   

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