JPH01237090A

JPH01237090A - レーザ加工機の加工速度設定方法及び装置

Info

Publication number: JPH01237090A
Application number: JP63063627A
Authority: JP
Inventors: Yukihiko Ooashi; 幸彦大芦; Naohisa Matsushita; 直久松下
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1988-03-18
Filing date: 1988-03-18
Publication date: 1989-09-21

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔概　要〕レーザ加工機において円あるいは円弧加工を行う際の加
工速度を自動的に設定する方法及び装置に関し、加工形状の大きさ如何に拘らず所望の形状精度を与える
最大加工速度を設定する方法及び装置を提供することを
目的とし、レーザビームと被加工物とをＮＣ装置により相対移動さ
せながらレーザビームにより円ないしは円弧加工するに
際し、被加工物に要求される加工形状の径と、形状精度
、ＮＣ装置の位置決め系の遅れ、加工速度に依存する切
断幅、から最大加工速度を算出するように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、レーザ加工機において円あるいは円弧加工を
行う際の加工速度を自動的に設定する方法及び装置に関
する。

近年、例えば板金加工の中で、レーザ加工の占める地位
は大きくなる一方である。このレーザ加工において、Ｃ
Ａ　Ｄ　（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ａｉｄｅｄ　Ｄｅｓｉｇ
ｎ）データからＮ　Ｃ（Ｎｕｓｅｒｉｃａｌ　Ｃｏｎｔ
ｒｏｌ）データを作成する際の、加工速度を設定するた
めの情報（パラメータ）は板材の材質、板厚及びＣＡＤ
からの形状データであり、これらの限られた情報から所
望の形状精度を与える加工速度、特に最大加工速度を決
定する必要がある。

〔従来の技術〕

従来のレーザ加工速度の設定に際しては、加工形状の如
何に拘らず、板材の材質と板厚のみに応じて決定してい
た。しかも、その多くは作業者の熟練に顛るところが大
きく、材質と板厚とからおおよその加工速度（レーザ送
り速度）をわりだしていた、これとは別に、加工速度を
自動的に設定する装置も公知であるが、その場合にもＮ
Ｃデータの作成に板材の形状（径）データは考慮されて
いない。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかるに、レーザ加工は周知の如く、比較的定速のワイ
ヤーカット放電加工やＮＣフライス加工に比べて高速な
ため、特に、円あるいは円弧（以下、特に断らない限り
単に円と言った場合には円の一部、部ち円弧を含むもの
とする）の加工形状精度は径の大きさ、加工速度、加工
機械の位置決め系の遅れ等の影響を受け、材質や板厚と
は本来無関係である。

そのため、板金製品としての形状精度にばらつきがある
のみならず、十分な形状精度を得ることが出来なかった
。そのため、厳格な形状精度を要求される製品の場合に
は、加工速度を調整して再加工を行ったり、あるいはリ
ーマ等の仕上げ工具を用いて仕上げ加工を行わざるを得
なかった。

本発明はこのような従来の問題を解消すべく、形状の大
きさ如何に拘らず所望の形状精度を与える最大加工速度
を設定する方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明の基本構想はレーザによる円加工に際して、ＣＡ
ＤデータからＮＣデータを作成する場合に、形状データ
、要求形状精度、加工機械の位置決め系の遅れ（サーボ
系のオフセット）、及び加工時の切断幅から、形状の大
きさによらず要求精度を満足する最大加工速度を自動的
に設定することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明によれば、レーザビ
ームと被加工物とをＮＣ装置により相対移動させながら
レーザビームにより円ないしは円弧加工するに際し、被
加工物に要求される加工形状の径と、形状精度、ＮＣ装
置の位置決め系の遅れ、加工速度に依存する切断幅、か
ら最大加工速度を算出することを構成上の特徴とする。

また、本発明に係るレーザ加工機の加工速度設定装置は
、第１図に示すように、形状データを格納したＣＡＤデ
ータファイル（１）から加工形状データを取り込んで円
及び円弧形状を図形認識により抽出する形状認識部（２
）と、加工形状する形状が内円加工か外円加工かを判定
して加工時のオフセット方向を決定する内形状・、外形
状判定部（３）と、要求される加工形状の形状精度を設
定する形状精度設定部（４）と、オフセット量及び加工
速度と切断幅の関係を規定する所定の切断幅算出式の係
数を設定する係数設定部（５）と、加工形状の大きさ、
要求形状精度、オフセフ目り切断幅から要求形状精度を
満足する最大加工速度を求める加工速度算出式の係数を
設定する加工速度算出式係数設定部（６）と、この加工
速度算出式を解いて加工速度を設定する加工速度算出部
（７）とを有する。

〔作　用〕

本発明はＮＣサーボ系の位置決め系の遅れにより、実際
のレーザ加工のレーザビームの中心軌跡はＣＡＤの形状
データにオフセットをかけたＮＣ制御ｎ装置内部で表現
されたレーザビーム中心の軌跡よりも常に小さくなると
いう現象を利用したものである。即ち、第２図において
、９はＮＣ１１１Ｊ？１装置内部で表されたレーザビー
ム中心の軌跡（計算値）を示し、１０は加工時に実際に
レーザビーム中心が通る軌跡を示す。Ｓは加工開始点で
ある。

このように、Ｎｃｌｌ？１１装置内で表されるレーザ中
心の軌跡はＣＡＤの形状データにオフセットを組み入れ
たものであるが、実際の加工軌跡は１０で示す如く必ず
軌跡９より小さくなる。この軌跡の差ΔＲが加工誤差で
ある。その値はサーボ理論から下記の数式（加工速度多
項式）により導かれることが知られている。

但し、Ｒ（−ｍ）・軌跡９の半径Ｆ　（ｗｍ／５ｅｃ）＝加工速度Ｔ　、　　（ｓｅｅ）・位置決め系の時定数また、上式
（１）はサーボモータ自体の指数的加減速度の時定数Ｔ
ｘ　　（ｓｅｃ）を使って表すと、の基本式に置き換え
られることも知られている。

本発明ではいずれの式を用いてもよい。

誤差ΔＲは上式から理解されるように、加工形状たる円
（または円弧）の半径Ｒが小さい程、また、加工速度Ｆ
が速い程大きくなる。

ここで−例として、第７図に示す如（板材５１から丸穴
５５を有する斜線部５３をレーザ加工により切り出す場
合を想定する。斜線部５３自体も丸穴５５をレーザによ
り穴あけ加工する。斜線部５３の中で、直線部の加工は
本発明の対象外であるので、ここでは丸穴５５と円弧エ
ツジ部分（以下、アール部と呼ぶ）５７の加工のみが問
題となる。

第７図において、まず丸穴５５に着目すると、この部分
は円の中心から見た場合に内側（中心のある部分）が捨
てる部分となり、また、アール部（半径Ｒ’）５７では
その円弧の中心から見て円の外側が捨てる部分となる。

以下、便宜上、前者（内側が不要）を“内円加工”、後
者（外側が不要）を“外円加工゛と呼ぶことにする。円
（または円弧）加工はこの“内円加工”または“外円加
工”のいずれかに大別される。

この両者の場合の作用について以下に更に詳細に説明す
る。

第３図（Ａ）は上記の内円加工ｅ）場合を、また同図（
Ｂ）は外円加工の場合を夫々示す。

まず第３図（Ａ）において、第２図と同様に、９はＮＣ
制御装置内部で表現されるレーザ中心の軌跡を示し、１
０は実際の加工時のレーザ中心の軌跡を示す。また、１
１はＣＡＤデータの表す円（実際に加工したい円）を示
す、レーザ加工においては、レーザビームにより加工さ
れる加工幅Ｗはレーザビーム径りよりも小さい（第８図
）。喚言すれば、レーザ加工ではビーム周囲の熱で溶け
る部分があるので、ビーム径の大きさに加工することは
出来ず、加工幅Ｗは必ずビーム径りよりも大きくなる。

後述の如く、切断幅（加工幅）は加工速度が速くなる程
減少する関係にある。

第３図（Ａ）において、１２はレーザビームにより実際
に加工される円（レーザビームの外径よりも外側に位置
する）を示す。

従って、同図において、斜線部が形状誤差（第２図のΔ
Ｒに相当）となる。

また第３図（Ｂ）に示す外円加工の場合においても、第
３図の内円加工の場合と全く同様にして斜線部で示され
る形状誤差が生じる。この形状誤差（精度）は製品の用
途等によって要求値が異なり、予め設計等により決めら
れるものである。

一方、上式（１）または（２）におけるＲ（半径）とＴ
１、Ｔ□　（時定数）も既知数であり、ΔＲと共に加工
速度多項式係数設定部により設定される。かくして、こ
の加工速度多項式により形状精度を満足する最大加工速
度を決定することが出来る。

第６図は加工速ｊ［Ｆと切断幅Ｗとの関係を示すもので
、下記式（３）により与えられる。

Ｗ電ａＦ＋ｂ　　　　　　　　・・・　（３）但し、ａ
−係数、ｂ一定数項である。

実際には、実験により加工速度Ｆと切断幅Ｗとの関係を
調査し、ＦとＷとの関係が１次関数式で表現できるもの
と仮定して、実験データに最小自乗法を適用して（３）
式の係数ａ、定数項すを定める。

〔実施例〕

第４図は本発明の一実施例を示す。同図に示す実施例は
レーザ加工においてＣＡＤデータから、工具（レーザ）
の運動と加工条件を備えたＮＣデータを自動作成する装
置を示し、基本的には第１図に示す構成と同様の構成の
加工条件設定部７１と、工具運動部７３とを有するポス
トモジュール７５として構成されている。

工具連動部７３は工具に相当するレーザの運動を記述す
る工具運動記述部１４を有し、そのデータはＮＧデータ
ファイル８に格納される。

加工条件設定部７１では、まず形状データ（径等）を格
納したＣＡＤデータファイルｌから、ステップ５０１　
（第５図）で形状認識部２に読み込み、円及び円弧を図
形認識により抽出する（ステップ５０３）、次いで、そ
れに基づき、加工する形状が内円加工か外円加工かを内
形状・外形状判定部３により判定しくステップ５０７）
、加工の際のオフセットをかける方向を決定する。一方
、ステップ５０５で、切断幅算出式係数設定部５により
設定されるオフセント量及び加工速度と切断幅の関係を
それ自体公知の加工速度多項式係数設定部６に与える（
ステップ５１１）、また、製品として要求される形状精
度（４Ｒ）を例えばキーボード装置２０等の外部入力装
置により形状精度設定部４に人力しくステップ５０９）
、加工速度多項式係数設定部６内の式（１）または（２
）に与える。尚、このデータ入力は外部に入力手段によ
らず形状精度設定部４に予め格納されているものとして
もよい。

以上により、式（１）または（２）におけるΔＲ，Ｒ，
Ｔ、が設定される（ステップ５１１）。

加工速度算出部７でこの多項式を解くことにより要求さ
れる形状精度を満足する最大加工速度が求められる（ス
テップ５１３）、次いで、こうして求めた最大加工速度
に設定して（ステップ５１５）、レーザ出力設定部１３
の出力を決定する。以上の如くして所定の加工個所（例
えば、第７図における丸穴５５）の加工速度が求まると
、ステップ５１７で加工すべき全個所（例えば、第７図
におけるアール部５７）について加工速度が決定された
か否かを検出し、全加工速が求まるまでステップ５０７
以下のステップを繰り返す。

尚、レーザ出力設定部１３は板材の材質、板厚から、加
工速度算出部７で設定された加工速度で切断を可能とす
るレーザの出力を決定すると同時に、レーザをパルス状
で加えるパルス発振とするか、連続して加える連続発振
とするかのレーザ照射条件も決定する。

〔発明の効果〕

以上の如く、本発明によれば、使用するレーザ加工機の
位置決め系（サーボ系）の遅れ、切断幅と加工速度の関
係を解析することにより、製品として要求される形状精
度を入力するだけで、形状の大きさに拘らず常に安定し
た形状精度を与える加工速度を決定することが出来、歩
留まりの向上に寄与するところ大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構成を示すブロック図、第２図は
ＮＣ制御装置内部で表現されたレーザ中心の軌跡と加工
時に実際にレーザ中心が動く軌跡の関係を示す図、第３
図（Ａ）、（Ｂ）は夫々内円加工時、外円加工時におけ
る、ＮＣ１１ｉｌ［ｌ装置内部で表現されたレーザ中心
の軌跡、加工時の実際のレーザ中心の軌跡、ＣＡＤデー
タの表す円弧、実際に加工される円弧の関係を示す図、
第４図は本発明の実施例を示すブロック図、第５図は本
発明を実施するフローチャートの実施例を示す図、第６
図は切断幅と加工速度との関係を示す線図、第７図は加
工形状の一例を示す図、第８図はレーザビーム径に対す
る実際の切断幅の関係を説明する図。１・・・ＣＡＤデータファイル、２・・・形認識部、３・・・内形状・外形状判定部、４・・・形状精度設定部、５・・・切断幅算出式係数設定部、６・・・加工速度多項式係数設定部、７・・・加工速度算出部、８・・・ＮＣデータファイル。

Claims

【特許請求の範囲】１、レーザビームと被加工物とをＮＣ装置により相対移
動させながらレーザビームにより円ないしは円弧加工す
るに際し、被加工物に要求される加工形状の径と、形状
精度、ＮＣ装置の位置決め系の遅れ、加工速度に依存す
る切断幅、から最大加工速度を算出することを特徴とす
るレーザ加工機の加工速度設定方法。２、レーザビームと被加工物とをＮＣ装置により相対移
動させながらレーザビームにより円ないしは円弧加工す
るレーザ加工機において、被加工物に要求される加工形
状の径と、形状精度、ＮＣ装置の位置決め系の遅れ、加
工速度に依存する切断幅、から最大加工速度を算出する
手段を有することを特徴とするレーザ加工機の加工速度
設定装置。３、所定の加工形状データに基づき、レーザビームと被
加工物とをＮＣ装置により相対移動させながらレーザビ
ームにより円ないしは円弧加工するレーザ加工機におい
て、加工形状データを取り込んで形状を認識する形状認
識部（２）と、加工形状の内円加工と外円加工とを判定
して加工時のオフセット方向を決定する内形状・外形状
判定部（３）と、要求される加工形状の形状精度を設定
する形状精度設定部（４）と、オフセット量及び加工速
度と切断幅の関係を規定する所定の切断幅算出式の係数
を設定する係数設定部（５）と、加工形状の大きさ、要
求形状精度、オフセット量、切断幅から要求形状精度を
満足する最大加工速度を求める加工速度算出式の係数を
設定する加工速度算出式係数設定部（６）と、加工速度
算出式を解いて加工速度を設定する加工速度算出部（７
）とを有するレーザ加工機の加工速度設定装置。