JPH0999384A - レーザ加工装置、レーザ加工方法、及び自動プログラミング装置 - Google Patents
レーザ加工装置、レーザ加工方法、及び自動プログラミング装置Info
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- JPH0999384A JPH0999384A JP7254883A JP25488395A JPH0999384A JP H0999384 A JPH0999384 A JP H0999384A JP 7254883 A JP7254883 A JP 7254883A JP 25488395 A JP25488395 A JP 25488395A JP H0999384 A JPH0999384 A JP H0999384A
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Abstract
穴の切り落としを行うことができるようにする。 【解決手段】 加工形状データ1は、丸穴の半径、丸穴
の中心座標、切断開始点等の丸穴に関するデータを有し
ている。移動経路生成手段111は加工形状データ1を
読み取り、曲率が少しずつ丸穴形状の半径に近づく曲線
を経て、丸穴形状の外周上の経路に達するような円滑な
移動経路を生成する。加工プログラム作成手段112
は、移動経路生成手段111により生成された移動経路
に基づき、丸穴形状の切削を行うための加工プログラム
113を作成する。加工プログラム113が実行される
ことにより、移動軸の加速度の変化の少ない移動経路に
より、高速で高精度の加工が実現される。
Description
ーザ加工装置に関し、特に加工ヘッドを滑らかに移動さ
せながら高速に穴あけを行うレーザ加工装置に関する。
断し丸穴を開ける場合、先ず、円周上あるいは円の内部
でピアシングを行う。ピアシングとは、切削開始点にお
いて板状のワークを貫通する穴を設けることである。こ
のピアシングにより開けられた穴から目的の円に沿って
レーザビームを照射する。
瞬にして穴が開く。そのため、薄板鋼板に対し加工を行
う場合には、加工ヘッドを移動させながらレーザビーム
のオンオフによりピアシング加工を行うことができる。
さらに、ピアシングの位置から目的の円弧まで、加工ヘ
ッドの経路を滑らかに進入させ、切りおわりに若干のオ
ーバラップを設けることにより、加工ヘッドを停止させ
ることなく丸穴の切り落としを行うことができる。
図である。この例では、丸穴70の切削を開始する以前
の加工ヘッドの位置を点P20、丸穴70の次に加工すべ
き形状の加工開始位置を点P26とする。また、ピアシン
グ位置は点P22である。
線、点P21→点P22は左回りの円弧移動である。点P22
→点P23は右回りの円弧移動であり、点P22においてレ
ーザビームの出力が開始される。点P23から円穴70の
外周に沿って右回りの円弧移動を行い、点P23に戻る。
点P23→点P24は、オーバラップ分の円弧移動である。
これにより、丸穴70が切り落とされる。
においてレーザビームの出力を停止する。そして、次の
加工位置点P26まで直線で移動する。以上の点P20→点
P26までの移動経路は、全て滑らかな経路となってい
る。従って、加工途中で加工ヘッドを停止させずに連続
的に移動させながら、レーザビームのオンオフにより目
的の丸穴形状の切り落としを行うことができる。この結
果、加工時間の大幅な時間短縮が実現している。
る加速度は速度の2乗に比例して増加するため、加工速
度が速くなると加速度の変化が無視できなくなる。上記
のような、円滑な経路であっても加速度が大きく変化す
る点が存在する。そして、この加速度の変化が、加工ヘ
ッドの経路を振動させ加工精度を悪化させているという
問題点がある。
回方向が反転している。円弧移動の場合の加速度は円弧
の中心を向いているため、点P22では加速度の方向が1
80°変わることになる。このような大きな加速度の変
化は、移動軸に衝撃を発生させる。移動軸に加えられた
衝撃はサーボ制御系に影響を及ぼし、加工ヘッドの経路
を振動させる。加工ヘッドの経路の振動はすぐには収ま
らないため、点P22で発生した振動は、切り落とすべき
丸穴の外周上の経路にも影響を及ぼす。その結果、加工
精度が低下していた。
のであり、加速度の変化を低く抑えた加工経路により丸
穴の切り落としを行うことのできるレーザ加工装置を提
供することを目的とする。
を低く抑えた加工経路により丸穴の切り落としを行うこ
とのできるレーザ加工方法を提供することである。さら
に、本発明の他の目的は、加速度の変化を低く抑えた移
動経路による丸穴の切り落としをレーザ加工装置に実行
させるための加工プログラムを作成することのできる自
動プログラミング装置を提供することである。
決するために、加工プログラムに従って穴形状の切断を
行うレーザ加工装置において、切断すべき丸穴形状の加
工形状データが入力されると、前記加工形状データに基
づき、曲率が少しずつ前記丸穴形状の半径に近づく経路
を経て前記丸穴形状の外周上の経路に達するような円滑
な移動経路を生成する移動経路生成手段と、前記移動経
路に基づき前記穴形状を切削するための加工プログラム
を作成する加工プログラム作成手段と、を有することを
特徴とするレーザ加工装置が提供される。
丸穴形状を指定する加工形状データが入力されると、移
動経路生成手段は、曲率が少しずつ前記丸穴形状の半径
に近づくような経路を経て前記丸穴形状の外周上の経路
に達する円滑な移動経路を生成する。加工プログラム作
成手段は、移動経路に基づき穴形状を切削するための加
工プログラムを作成する。この加工プログラムを実行す
ることにより、加速度の変化を低く抑えた加工経路によ
り丸穴の切り落としが可能となり、加工精度が向上す
る。
経路で移動させながら丸穴形状の切り落とし加工を行う
ためのレーザ加工方法において、曲率が少しずつ前記丸
穴形状の半径に近づく経路を経て前記丸穴形状の外周上
の経路に達するような円滑な移動経路により、丸穴形状
の切り落とし加工を行う、ことを特徴とするレーザ加工
方法が提供される。
切り落とし加工の移動経路における加速度の変化が低く
抑えられ加工精度が向上する。さらに、本発明では、レ
ーザ加工装置に実行させるべき加工プログラムを作成す
る自動プログラミング装置において、丸穴形状を含む加
工図形の加工形状データが入力されると、丸穴形状以外
の各図形の切断経路と図形間を結ぶ移動経路とを生成す
る一般移動経路生成手段と、加工形状データ内の丸穴形
状を指定するデータに基づき、曲率が少しずつ前記丸穴
形状の半径に近づく経路を経て前記丸穴形状の外周上の
経路に達するような円滑な丸穴移動経路を生成する丸穴
移動経路生成手段と、前記一般移動経路と前記丸穴移動
経路とに基づき、全ての加工図形を切削するための加工
プログラムを作成する加工プログラム作成手段と、を有
することを特徴とする自動プログラミング装置が提供さ
れる。この自動プログラミング装置によれば、一般移動
経路生成手段は、丸穴形状を含む加工図形の加工形状を
指定する加工形状データが入力されると、丸穴形状以外
の各図形の切断経路と図形間を結ぶ移動経路とを生成す
る。丸穴移動経路生成手段は、加工形状データ内の丸穴
形状を指定するデータに基づき、曲率が少しずつ丸穴形
状の半径に近づくような経路を経て丸穴形状の外周上の
経路に達する円滑な丸穴移動経路を生成する。加工プロ
グラム作成手段は、一般移動経路と丸穴移動経路とに基
づき、全ての加工図形を切削するための加工プログラム
を作成する。この加工プログラムをレーザ加工装置に実
行させることにより、加速度の変化を低く抑えた加工経
路により丸穴の切り落としが可能となり、加工精度が向
上する。
に基づいて説明する。図1は本発明のレーザ加工装置の
概略構成を示すブロック図である。加工形状データ1
は、丸穴の半径、丸穴の中心座標、切断開始点等の丸穴
に関するデータを有している。レーザ加工装置100内
の数値制御装置(CNC)110では、移動経路生成手
段111が加工形状データ1を読み取り、曲率が少しず
つ丸穴形状の半径に近づく曲線を経て丸穴形状の外周上
の経路に達するような、円滑な移動経路を生成する。曲
率が少しずつ丸穴形状の半径に近づくような曲線として
は、例えばスパイラル曲線を用いることができる。ま
た、2つ以上の円弧を用い、その半径を段階的に丸穴形
状の半径に近づけることもできる。
路生成手段111により生成された移動経路により丸穴
形状の切削を行うための加工プログラム113を作成す
る。加工プログラム113は、前処理演算手段114に
より解読される。補間手段115は、前処理演算手段1
14からの移動指令に従い、各軸に対する補間パルスを
出力することにより、サーボモータ101の回転を制御
する。レーザ発振器制御手段116は、前処理演算手段
114からのレーザ出力指令に従いレーザ発振器102
のレーザービームの出力を制御する。
状データ1としてレーザ加工装置100に与えると、移
動軸の加速度の変化の少ない移動経路が算出され、高速
で高精度の加工が実現される。
の全体構成を示す図である。図において、レーザ加工装
置は、数値制御装置(CNC)10、レーザ発振器20
及びレーザ加工機30から構成される。
を中心に構成されている。ROM12にはEPROMあ
るいはEEPROMが使用され、システムプログラムが
格納される。また、不揮発性メモリ13にはバッテリバ
ックアップされたCMOSが使用され、電源切断後も保
持すべき加工プログラムや各種パラメータ等が格納され
る。プロセッサ11はシステムプログラムに基づいて加
工プログラムを読み出し、装置全体の動作を制御する。
ッサ11からの出力制御信号を変換してレーザ発振器2
0に送る。レーザ発振器20は、出力制御信号に従って
パルス状のレーザビーム21を出射する。このレーザビ
ーム21は、ベンディングミラー22で反射してレーザ
加工機30に送られる。
されており、このCRT/MDI16を用いて各種のプ
ログラムやデータが対話形式で入力される。操作キー1
6aから、遅延時間データや有効遅延時間データ番号を
入力することができる。表示装置16bには、不揮発性
メモリ13に格納されている遅延時間データや、現在使
用可能な有効遅延時間データが表示される。
ーク38にレーザビーム21を照射するヘッド35、及
びワーク38が固定されるテーブル37を備えている。
ヘッド35に導入されて集光されたレーザビーム21
は、ノズル36からワーク38に照射される。
をX軸及びY軸の2方向に移動制御するためのサーボモ
ータ31及び32が設けられている。また、ヘッド35
をZ軸方向に移動制御するためのサーボモータ33が設
けられている。これらのサーボモータ31、32及び3
3は、CNC10側のサーボアンプ17、18及び19
にそれぞれ接続されており、プロセッサ11からの軸制
御信号に従ってその回転が制御される。テーブル37及
びヘッド35は、その回転に応じて移動する。ノズル3
6から照射されたレーザビーム21は、テーブル37の
移動に応じてワーク38上に軌跡を描き、ワーク38を
所定形状に切断する。
て、スパイラル曲線を経て切削円の外周上に達するよう
な移動経路を算出し、丸穴の切削を行う場合について説
明する。丸穴を開けるために、丸穴の半径、中心座標等
の加工形状データを指令する。切削速度、ピアシングの
位置、アプローチのR等は、パラメータとして予めCN
C10内に設定しておいても、加工形状データに含めて
も良い。指令された形状データに基づき、移動経路が算
出される。
上に達する加工経路を示す図である。この例では、丸穴
40の切削を開始する以前の加工ヘッドの位置を点
P0 、丸穴40の次に加工すべき形状の加工開始位置を
P6 とする。また、ピアシング位置は点P2 である。
線、点P1 →点P2 は円弧移動である。点P2 →点P3
はスパイラル曲線移動であり、点P2 においてレーザビ
ームの出力が開始されるとともに、移動速度が減速され
る(例えば、0.8倍の速度にする)。スパイラル曲線
は、点P3 において丸穴40に接している。点P3 から
円穴40の外周に沿って円弧移動を行い、点P3 に戻
る。点P3 →点P4 は、オーバラップ分の円弧移動であ
る。これにより、丸穴40が切り落とされ、点P 4 にお
いてレーザビームの出力を停止する。
動である。そして、次の加工形状の加工開始点である点
P6 まで直線で移動する。このような移動経路が生成さ
れると、この移動経路に従って丸穴加工を行うための加
工プログラムが作成される。図4はスパイラル曲線を経
て切削円の外周上に達する加工経路の加工プログラムを
示す図である。この例では、G03.1をスパイラル曲
線の指令と定めている。各ブロックと移動経路との関係
は、以下の通りである。シーケンスナンバーN010の
ブロックは、P0 →P1 の直線移動指令。シーケンスナ
ンバーN020のブロックは、P1 →P2 の円弧移動指
令。シーケンスナンバーN030のブロックは、P2 →
P3 のスパイラル曲線移動指令。シーケンスナンバーN
040のブロックは、P3 →P3 の丸穴40の円周上の
移動指令。シーケンスナンバーN050のブロックは、
P3 →P4 の円弧移動指令。シーケンスナンバーN06
0のブロックは、P4 →P5 の円弧移動指令。シーケン
スナンバーN070のブロックは、P5 →P6 の直線移
動指令。
り、点P2 における加速度の変化が小さくなる。つま
り、点P1 →点P2 の間の円弧移動の場合、加速度の方
向は円弧の中心方向である。一方、区間点P2 →点P3
の移動開始点付近ではほぼ直線に近く加速度は小さい、
そして次第に曲率半径が大きくなる。そのため、急激は
加速度の変化が発生しない。また、P2 →P3 のスパイ
ラル曲線は、速度を低下させている。このように速度を
若干遅くすることには、さらに衝撃を減らし加工精度を
向上させる効果がある。
ことにより加工精度が向上する。具体的に、図8で示し
た従来の移動経路で丸穴の切断を行った場合と比較した
結果を以下に示す。
した。この時の真円度が150μmであった。次に、同
じ丸穴を、図3に示す経路でスパイラル曲線移動時に減
速をせずに切断した。その時の真円度は100μmであ
った。そして、図3に示す経路でスパイラル曲線移動時
に速度を2割遅くした場合には、70μmの真円度を得
ることができた。
により、機械に与えられる衝撃が小さくなり、振動によ
って加工形状が乱れることがなくなる。また、モータに
過大な力が要求されることは、制御の不安定化の要因と
なっていたが、加速度の変化を抑えたことにより、制御
が不安定になることもなくなる。この結果、高精度の加
工を高速に行うことができる。
イラル曲線の移動指令としているが、円弧の移動指令で
あるG02,G03をスパイラル曲線の移動指令をする
ことも可能である。つまり、円弧の移動指令において、
円弧の終点の位置が円周上にない場合には、始点から終
点までスパイラル曲線で移動する。
達する加工経路を示す図である。この例では、丸穴50
の切削を開始する以前の加工ヘッドの位置を点P10、丸
穴50の次に加工すべき形状の加工開始位置をP17とす
る。また、ピアシング位置はP12である。
点P11→点P12は円弧移動である。点P12→点P13は円
弧移動であり、円弧の半径は丸穴50の半径よりも大き
い。点P13→点P14は円弧移動であり、点P13において
レーザビームの出力が開始されるとともに、移動速度が
減速される(例えば、0.8倍の速度にする)。しか
も、点P13→点P14の区間の円弧の半径は、丸穴50の
半径より大きく、点P12→点P13の円弧の半径よりも小
さい。点P14から丸穴50の外周に沿って円弧移動を行
い、点P14に戻る。点P14→点P15は、オーバラップ分
の円弧移動である。これにより、丸穴50が切り落とさ
れる。
においてレーザビームの出力を停止する。そして、次の
加工形状の加工開始点の座標点P17まで直線で移動す
る。図6は複数の円弧を経て切削円の外周上の達する加
工経路の加工プログラムを示す図である。各ブロックと
移動経路との関係は、以下の通りである。シーケンスナ
ンバーN010のブロックは、P10→P11の直線移動指
令。シーケンスナンバーN020のブロックは、P11→
P12の円弧移動指令。シーケンスナンバーN030のブ
ロックは、P12→P13の円弧移動指令。シーケンスナン
バーN040のブロックは、P13→P14の円弧移動指
令。シーケンスナンバーN050のブロックは、P14→
P14の丸穴50の円周上の移動指令。シーケンスナンバ
ーN060のブロックは、P14→P15の円弧移動指令。
シーケンスナンバーN070のブロックは、P15→P16
の円弧移動指令。シーケンスナンバーN080のブロッ
クは、P16→P17の直線移動指令。
り、点P12、点P13における加速度の変化が小さくな
る。つまり、点P11→点P12の間の円弧移動の場合、加
速度の方向は円弧の中心方向である。一方、区間点P12
→点P13の円弧は、回転方向は逆方向であるが半径が大
きい。そのため、点P12において、急激な加速度の変化
が発生しない。また、区間点P13→点P14の円弧の半径
は、点P12→点P13の円弧よりも小さいため、少しずつ
丸穴50の半径に近づく。従って、点P13、点P 14にお
いても、加速度の変化は小さい。
円周上の経路に移動することにより、加速度の変化を小
さくし加工精度を向上させることができる。なお、この
例では点P12〜点P14までに2つの円弧を介している
が、さらに多くの円弧を介してもよい。
の加工形状を指定するだけで、加速度変化の少ないレー
ザ加工を実行させることが可能となる。また、上記のよ
うな移動経路の加工プログラムは、自動プログラミング
装置で作成することもできる。
を示すブロック図である。この図は、丸穴を含む各種形
状の加工を連続して実行させるための加工プログラムを
作成する自動プログラミング装置60の構成を示してい
る。この自動プログラミング装置60の移動経路生成手
段61は、一般移動経路生成手段61aと丸穴移動経路
生成手段61bとで構成されている。
及びその他の各種加工形状データを含んでいる。自動プ
ログラミング装置60内の一般移動経路生成手段61a
は、複数の加工形状を連続して加工するための移動経路
を算出するとともに、丸穴の形状データを丸穴移動経路
生成手段61bに渡す。
状データを受け取ると、曲率が少しずつ丸穴形状の半径
に近づくような曲線を経て、丸穴形状の円周上の経路に
達するような移動経路を生成する。この移動経路は、一
般移動経路生成手段61aに渡される。一般移動経路生
成手段61a、丸穴移動経路生成手段61bが演算した
丸穴の移動経路を用いて、全体の移動経路を算出する。
経路生成手段61aの算出した移動経路に従って、加工
プログラム3を作成する。この加工プログラム3をレー
ザ加工装置に実行させることにより、加速度の変化が少
ない加工を行うことができる。
成手段を、自動プログラミング装置60の移動経路生成
手段61と同様に、一般移動経路生成手段と丸穴移動経
路生成手段とで構成することも可能である。
少しずつ丸穴形状の半径に近づく曲線を経て、切断すべ
き丸穴の外周円上の経路に達するようにしたため、加速
度の変化は小さくなり、機械に与えられる衝撃を抑制す
ることができる。この結果、振動によって加工形状が乱
れることはなく、高速で高精度の加工を行うことが可能
となる。
ック図である。
を示す図である。
加工経路を示す図である。
加工経路の加工プログラムを示す図である。
経路を示す図である。
経路の加工プログラムを示す図である。
ック図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 加工プログラムに従って丸穴形状の切断
を行うレーザ加工装置において、 切断すべき丸穴形状の加工形状データが入力されると、
曲率が少しずつ前記丸穴形状の半径に近づく経路を経て
前記丸穴形状の外周上の経路に達するような、円滑な移
動経路を生成する移動経路生成手段と、 前記移動経路に基づき前記丸穴形状を切削するための加
工プログラムを作成する加工プログラム作成手段と、 を有することを特徴とするレーザ加工装置。 - 【請求項2】 前記移動経路生成手段は、スパイラル曲
線を経て前記丸穴形状の外周上の経路に達するような移
動経路を生成することを特徴とする請求項1記載のレー
ザ加工装置。 - 【請求項3】 前記移動経路生成手段は、少なくとも2
つの径の異なる円弧を経て前記丸穴形状の外周上の経路
に達するような移動経路を生成することを特徴とする請
求項1記載のレーザ加工装置。 - 【請求項4】 加工ヘッドを滑らかな経路で移動させな
がら丸穴形状の切り落とし加工を行うためのレーザ加工
方法において、 曲率が少しずつ丸穴形状の半径に近づく経路を経て前記
丸穴形状の外周上の経路に達するような円滑な移動経路
により、前記丸穴形状の切り落とし加工を行う、 ことを特徴とするレーザ加工方法。 - 【請求項5】 丸穴形状の切り落とし加工を行う際に
は、少なくとも2つの径の異なる円弧を経て前記丸穴形
状の外周上の経路に達することを特徴とする請求項4記
載のレーザ加工方法。 - 【請求項6】 丸穴形状の切り落とし加工を行う際に
は、スパイラル曲線を経て前記丸穴形状の外周上の経路
に達することを特徴とする請求項4記載のレーザ加工方
法。 - 【請求項7】 レーザ加工装置に実行させるべき加工プ
ログラムを作成する自動プログラミング装置において、 丸穴形状を含む加工図形の加工形状データが入力される
と、丸穴形状以外の各図形の切削経路と図形間を結ぶ移
動経路とを生成する一般移動経路生成手段と、 加工形状データ内の丸穴形状のデータに基づき、曲率が
少しずつ前記丸穴形状の半径に近づく経路を経て前記丸
穴形状の外周上の経路に達するような円滑な丸穴移動経
路を生成する丸穴移動経路生成手段と、 前記一般移動経路と前記丸穴移動経路とに基づき、全て
の加工図形を切削するための加工プログラムを作成する
加工プログラム作成手段と、 を有することを特徴とする自動プログラミング装置。
Priority Applications (5)
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