JPH01197084A - Ｃｎｃレーザ加工機のパワー制御方式 - Google Patents
Ｃｎｃレーザ加工機のパワー制御方式Info
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- JPH01197084A JPH01197084A JP63018603A JP1860388A JPH01197084A JP H01197084 A JPH01197084 A JP H01197084A JP 63018603 A JP63018603 A JP 63018603A JP 1860388 A JP1860388 A JP 1860388A JP H01197084 A JPH01197084 A JP H01197084A
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- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
- G05B19/416—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control of velocity, acceleration or deceleration
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野］
本発明はＣＮＣレーザ加工機のパワー制御方式に関し、
特にコーナでの加工を改良したＣＮＣレーザ加工機のパ
ワー制御方式に関する。
特にコーナでの加工を改良したＣＮＣレーザ加工機のパ
ワー制御方式に関する。
レーザ加工機は数値制御装置と結合されて複雑な形状を
高速に加工することができ、広く使用されるようになっ
てきた。従来のレーザ加工機ではコーナ部や鋭角エツジ
部の加工の際、レーザビームと被加工物の相対速度を零
にして、方向変換する必要がある。即ち、コーナ部付近
では減速、停止、加速の動作を行う。
高速に加工することができ、広く使用されるようになっ
てきた。従来のレーザ加工機ではコーナ部や鋭角エツジ
部の加工の際、レーザビームと被加工物の相対速度を零
にして、方向変換する必要がある。即ち、コーナ部付近
では減速、停止、加速の動作を行う。
第５図にコーナでの加工例を示す。図において４０は被
加工物であり、４１はレーザビームでの加工をした加工
溝である。レーザビームは矢印Ａで示す方向に動くと、
コーナ部４２の前方で減速し、コーナ部４２で瞬間的に
停止し、コーナ部４２を通過して加速される。
加工物であり、４１はレーザビームでの加工をした加工
溝である。レーザビームは矢印Ａで示す方向に動くと、
コーナ部４２の前方で減速し、コーナ部４２で瞬間的に
停止し、コーナ部４２を通過して加速される。
従って、コーナ部４２でのレーザビームの相対速度が低
くなるので、連続発振状態での切断加工はもとより、パ
ルス発振状態における切断加工においてもレーザビーム
による熱エネルギーの滞留、過大熱がおこり、コーナ部
に溶接を生じ、切断の精度の低下と品質が極端に低下す
る。
くなるので、連続発振状態での切断加工はもとより、パ
ルス発振状態における切断加工においてもレーザビーム
による熱エネルギーの滞留、過大熱がおこり、コーナ部
に溶接を生じ、切断の精度の低下と品質が極端に低下す
る。
第６図にコーナ部での加工溝の詳細を示す。第６図は第
５図のコーナ部を拡大した図である。コーナ部ではレー
ザビームの相対速度の低下によって図に斜線で示すＢ部
及び０部の部分が？′８損し加工精度の低下をもたらす
。さらに、図のＤ部及びＥ部で示す部分が熱影響層が拡
大して、被加工物の材質を悪化させ、さらに加工断面の
面粗さにも悪影響を及ぼす。
５図のコーナ部を拡大した図である。コーナ部ではレー
ザビームの相対速度の低下によって図に斜線で示すＢ部
及び０部の部分が？′８損し加工精度の低下をもたらす
。さらに、図のＤ部及びＥ部で示す部分が熱影響層が拡
大して、被加工物の材質を悪化させ、さらに加工断面の
面粗さにも悪影響を及ぼす。
二のような課題を解決するためのレーザ出力の制御方式
として本出願人は特願昭６２−１０７８２４号を出願し
ている。この方式では、速度の低下に伴って、パルスデ
ューティを下げることにより、レーザ出力を低減して、
コーナ部の加工を制御している。
として本出願人は特願昭６２−１０７８２４号を出願し
ている。この方式では、速度の低下に伴って、パルスデ
ューティを下げることにより、レーザ出力を低減して、
コーナ部の加工を制御している。
しかし、パルスデューティを低減させる方式では一応の
改良が得られたものの、十分ではない。
改良が得られたものの、十分ではない。
すなわち、この方式では広い範囲でドロスフリーの加工
結果を得ることは困難である。
結果を得ることは困難である。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、コ
ーナでの加工を改良したＣＮＣレーザ加工機のパワー制
御方式を提供することを目的とする。
ーナでの加工を改良したＣＮＣレーザ加工機のパワー制
御方式を提供することを目的とする。
本発明では上記課題を解決するために、数値制御装置（
ＣＮＣ）とレーザ加工機とが結合されたＣＮＣレーザ加
工機のパワー制御方式において、 コーナでの加工速度の低下に応じて、パルスデューティ
とパルス周波数を低減してレーザ出力を低減制御するこ
とを特徴とするＣＮＣレーザ加工機のパワー制御方式が
、 提供される。
ＣＮＣ）とレーザ加工機とが結合されたＣＮＣレーザ加
工機のパワー制御方式において、 コーナでの加工速度の低下に応じて、パルスデューティ
とパルス周波数を低減してレーザ出力を低減制御するこ
とを特徴とするＣＮＣレーザ加工機のパワー制御方式が
、 提供される。
〔作用］
後で詳述するように、速度の低下にあわせてパルスデュ
ーティのみを低減しても、コーナ部での余分な溶損を防
止できる領域は限定されている。
ーティのみを低減しても、コーナ部での余分な溶損を防
止できる領域は限定されている。
この領域はパルス周波数を変えることにより、実験的に
広がることが判明した。従って、パルスデューティだけ
でなく、パルス周波数も速度の低下に応じて低減するこ
とにより、速度変化の全領域で良好な加工結果が得られ
る。
広がることが判明した。従って、パルスデューティだけ
でなく、パルス周波数も速度の低下に応じて低減するこ
とにより、速度変化の全領域で良好な加工結果が得られ
る。
以下、本発明の一実施例を図面の簡単な説明する。
第１図に本発明を実施するためのＣＮＣレーザ加工機の
ブロック図を示す。図において、１０はレーザ加工機を
制御するための数値制御装置（ＣＮＣ）である。１１は
メモリであり、指令データが記憶されている。１２は前
処理手段であり指令データを分け、実行可能な状態に変
換する。ここでは被加工物の固定されたＸＹ子テーブル
動きを制御するための位置制御情報及び速度制御情報と
レーザビームの出力パワーを制御する信号に分けられる
。
ブロック図を示す。図において、１０はレーザ加工機を
制御するための数値制御装置（ＣＮＣ）である。１１は
メモリであり、指令データが記憶されている。１２は前
処理手段であり指令データを分け、実行可能な状態に変
換する。ここでは被加工物の固定されたＸＹ子テーブル
動きを制御するための位置制御情報及び速度制御情報と
レーザビームの出力パワーを制御する信号に分けられる
。
ＸＹ子テーブル制御するための位置情報及び速度制御情
報はノ々ルス分配手段１３へ送られる。パルス分配手段
は位置情報と速度制御情報からＹ軸及びＹ軸への分配パ
ルスを出力する。分配パルスはそれぞれＸ軸加減速手段
１４及びＹ軸加減速手段１５へ送られる。Ｘ軸加減速手
段１４及びＹ軸加減速手段１５は分配パルスをＸＹ子テ
ーブル移動を制御するサーボモータを制御駆動するため
に分配パルスを加減速する。加減速のかけられた分配パ
ルスは図示されていないサーボモータ駆動回路に送られ
、サーボモータを駆動して、ＸＹ子テーブル移動させる
。
報はノ々ルス分配手段１３へ送られる。パルス分配手段
は位置情報と速度制御情報からＹ軸及びＹ軸への分配パ
ルスを出力する。分配パルスはそれぞれＸ軸加減速手段
１４及びＹ軸加減速手段１５へ送られる。Ｘ軸加減速手
段１４及びＹ軸加減速手段１５は分配パルスをＸＹ子テ
ーブル移動を制御するサーボモータを制御駆動するため
に分配パルスを加減速する。加減速のかけられた分配パ
ルスは図示されていないサーボモータ駆動回路に送られ
、サーボモータを駆動して、ＸＹ子テーブル移動させる
。
一方加減速のかけられたＹ軸及びＹ軸の分配パルスは実
速度計算手段１６へ送られる。実速度計算手段１６はＹ
軸及びＹ軸の分配パルスから被加工物の固定されたＸＹ
子テーブル実速度を計算する。これは、Ｙ軸の速度とＹ
軸の速度をベクトル的に合成することにより得られる。
速度計算手段１６へ送られる。実速度計算手段１６はＹ
軸及びＹ軸の分配パルスから被加工物の固定されたＸＹ
子テーブル実速度を計算する。これは、Ｙ軸の速度とＹ
軸の速度をベクトル的に合成することにより得られる。
得られた速度は略サーボモータの速度即ちＸＹ子テーブ
ルレーザヘッドの相対速度に等しい。さらに正確な速度
が必要な場合はサーボモータの速度帰還器、例えばパル
ス周波数等の速度から検出することも可能である。
ルレーザヘッドの相対速度に等しい。さらに正確な速度
が必要な場合はサーボモータの速度帰還器、例えばパル
ス周波数等の速度から検出することも可能である。
また、前処理手段１２から出力されたレーザビームの出
力パワーを制御するための信号は出力パワー制御手段１
７へ送られる。通常の加工では出力パワー制御手段１７
は指令された出力パワーをそのまま出力する。しかし、
レーザビームがコー、す部へきて、レーザビームとテー
ブルの相対速度が低下すると、速度の低下に応じて出力
パワーを下げる。
力パワーを制御するための信号は出力パワー制御手段１
７へ送られる。通常の加工では出力パワー制御手段１７
は指令された出力パワーをそのまま出力する。しかし、
レーザビームがコー、す部へきて、レーザビームとテー
ブルの相対速度が低下すると、速度の低下に応じて出力
パワーを下げる。
２１は表示装置であり、ＣＲＴ、液晶等の表示器が使用
され、機械の位置、速度、加工条件等が表示される。２
２はキーボードであり、レーザ加工機の指令値、各種の
データ、パラメータ等の入力に使用される。
され、機械の位置、速度、加工条件等が表示される。２
２はキーボードであり、レーザ加工機の指令値、各種の
データ、パラメータ等の入力に使用される。
３１は高周波電源であり、レーザ管への高周波電力を供
給する。３２はレーザ管であり、高周波電源３１からの
高周波電力によって、高周波放電をおこない、レーザ光
を発振増幅する。
給する。３２はレーザ管であり、高周波電源３１からの
高周波電力によって、高周波放電をおこない、レーザ光
を発振増幅する。
次に出力パワーの制御について述べる。
第２図にＸＹ子テーブルレーザビームとの相対速度とデ
ユーティ比との関係を示す。第２図において、横軸はデ
ユーティ比（％）であり、縦軸はＸＹ子テーブル送り速
度Ｆｃ（Ｍ／ｍ１ｎ）である。ａのように直線的に変化
させる場合と、ｂのように曲線状に変化させる場合があ
る。ａの直線がよいか、ｂの曲線がよいかは、被加工物
の材質、板厚、要求される加工速度及び加工精度等の条
件によって決定される。
ユーティ比との関係を示す。第２図において、横軸はデ
ユーティ比（％）であり、縦軸はＸＹ子テーブル送り速
度Ｆｃ（Ｍ／ｍ１ｎ）である。ａのように直線的に変化
させる場合と、ｂのように曲線状に変化させる場合があ
る。ａの直線がよいか、ｂの曲線がよいかは、被加工物
の材質、板厚、要求される加工速度及び加工精度等の条
件によって決定される。
このように、速度低下に対してパルスデューティ比を変
化させることによって、熱エネルギーの滞留、過大熱等
によるコーナ部の過大な溶損を防止し、ドロスフリーの
加工結果を得ることができる。
化させることによって、熱エネルギーの滞留、過大熱等
によるコーナ部の過大な溶損を防止し、ドロスフリーの
加工結果を得ることができる。
しかし、実験の結果このような良好な効果が得られるの
は一定の領域に限定されることが判明した。すなわち、
この領域を外れるとパルスデューティ比を変化させるこ
とのみで良好な加工結果は得られない。
は一定の領域に限定されることが判明した。すなわち、
この領域を外れるとパルスデューティ比を変化させるこ
とのみで良好な加工結果は得られない。
第３図にパルスデューティ比と加工領域の関係を示す。
図において、横軸はパルスデューティ比（％）であり、
縦軸は加工速度（Ｍ／ｍ１ｎ）である。パルス加工で、
パルス周波数ｆ１として、速度と共にパルスデューティ
比を低減して良好な加工結果が得られるのは、図の領域
Ｄ１の範囲であり、これを越えると良好な加工結果は得
られない。
縦軸は加工速度（Ｍ／ｍ１ｎ）である。パルス加工で、
パルス周波数ｆ１として、速度と共にパルスデューティ
比を低減して良好な加工結果が得られるのは、図の領域
Ｄ１の範囲であり、これを越えると良好な加工結果は得
られない。
また、パルス周波数がｆ２のときは、領域Ｄ２の範囲で
良好な加工結果が得られる。さらに、パルス周波数ｆ３
のときは、領域Ｄ３で良好な加工結果、すなわちドロス
フリーの状態が得られる。
良好な加工結果が得られる。さらに、パルス周波数ｆ３
のときは、領域Ｄ３で良好な加工結果、すなわちドロス
フリーの状態が得られる。
この結果から、コーナ部等で加工速度の低下により、パ
ルスデューティ比を減少させるのにともない、パルス周
波数をそれぞれｆｌ、ｆ２、ｆ３のように減少していく
と、良好な加工結果が得られる。
ルスデューティ比を減少させるのにともない、パルス周
波数をそれぞれｆｌ、ｆ２、ｆ３のように減少していく
と、良好な加工結果が得られる。
第４図にパルス周波数を連続的に変化させる場合の例を
示す。図において、各軸の意味は第３図と同じであり、
異なるのはパルス周波数ｆが連続的に変化することであ
る。
示す。図において、各軸の意味は第３図と同じであり、
異なるのはパルス周波数ｆが連続的に変化することであ
る。
パルス周波数をどのように変化させるかは、加工する材
料、板厚等によって実験的に決定される。
料、板厚等によって実験的に決定される。
上記の説明では、コーナ部での速度の低下に伴う場合の
加工についてのべたが、小面積に細かい加工、例えば微
細なスリットを加工するような「微細加工」の出力パワ
ーの制御等でも、上記のように、パルスデューティ比と
パルス周波数を同時に低下させることにより、良好な結
果が得られる。
加工についてのべたが、小面積に細かい加工、例えば微
細なスリットを加工するような「微細加工」の出力パワ
ーの制御等でも、上記のように、パルスデューティ比と
パルス周波数を同時に低下させることにより、良好な結
果が得られる。
以上説明したように本発明では、コーナ部等での速度の
低下に応じて、パルスデューティ比とパルス周波数を低
減するようにしたので、コーナ部での加工精度の向上、
熱影響層範囲の低減、加工断面の面粗さの改良等の効果
が得られる。
低下に応じて、パルスデューティ比とパルス周波数を低
減するようにしたので、コーナ部での加工精度の向上、
熱影響層範囲の低減、加工断面の面粗さの改良等の効果
が得られる。
第１図は本発明を実施するためのＣＮＣレーザ加工機の
ブロック図、 第２図はＸＹ子テーブルレーザビームとの相対速度とデ
ユーティ比との関係を示す図、第３図はパルスデューテ
ィ比と加工領域の関係を示す図、 第４図はパルス周波数を連続的に変化させる場合の例を
示す図、 第５図はコーナの加工例示す図、 第６図はコーナ部での加工溝の詳細を示す図である。 １０−−−−−・−一−−−・−・数値制御装置（ＣＮ
Ｃ）１１−−−−−−・−・〜 メモリ（指令データ）
１３−・−・・−・−・・パルス分配手段１６−−−−
−−−−−−・−実速度計算手段１７−・−・−−−−
−−一−−出力パワー制御手段２１−・−・−・−・−
表示装置 ２２−−−−−−−・−・・−キーボード３１−・−一
一−−−−−・・−裔周波電源３２−−−−〜−−−−
−・−レーザ管特許出願人 ファナック株式会社 代理人 弁理士 服部毅巖 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図
ブロック図、 第２図はＸＹ子テーブルレーザビームとの相対速度とデ
ユーティ比との関係を示す図、第３図はパルスデューテ
ィ比と加工領域の関係を示す図、 第４図はパルス周波数を連続的に変化させる場合の例を
示す図、 第５図はコーナの加工例示す図、 第６図はコーナ部での加工溝の詳細を示す図である。 １０−−−−−・−一−−−・−・数値制御装置（ＣＮ
Ｃ）１１−−−−−−・−・〜 メモリ（指令データ）
１３−・−・・−・−・・パルス分配手段１６−−−−
−−−−−−・−実速度計算手段１７−・−・−−−−
−−一−−出力パワー制御手段２１−・−・−・−・−
表示装置 ２２−−−−−−−・−・・−キーボード３１−・−一
一−−−−−・・−裔周波電源３２−−−−〜−−−−
−・−レーザ管特許出願人 ファナック株式会社 代理人 弁理士 服部毅巖 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図
Claims (9)
- （１）数値制御装置（ＣＮＣ）とレーザ加工機とが結合
されたＣＮＣレーザ加工機のパワー制御方式において、 コーナでの加工速度の低下に応じて、パルスデューティ
とパルス周波数を低減してレーザ出力を低減制御するこ
とを特徴とするＣＮＣレーザ加工機のパワー制御方式。 - （２）前記パルスデューティ比の変化は直線であること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のＣＮＣレーザ
加工機のパワー制御方式。 - （３）前記パルスデューティ比の変化は曲線であること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のＣＮＣレーザ
加工機のパワー制御方式。 - （４）前記パルス周波数を速度低下とともに段階的に変
化させることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
ＣＮＣレーザ加工機のパワー制御方式。 - （５）前記パルス周波数を速度低下とともに連続的に変
化させることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
ＣＮＣレーザ加工機のパワー制御方式。 - （６）前記出力パワー値の可変範囲が０〜１００％であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のＣＮＣ
レーザ加工機のパワー制御方式。 - （７）前記加工速度の検出は加減速後の各軸の速度から
計算することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
ＣＮＣレーザ加工機のパワー制御方式。 - （８）前記加工速度の検出はサーボモータの速度帰還器
から検出することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載のＣＮＣレーザ加工機のパワー制御方式。 - （９）数値制御装置（ＣＮＣ）とレーザ加工機とが結合
されたＣＮＣレーザ加工機のパワー制御方式において、 微細加工での加工速度の低下に応じて、パルスデューテ
ィとパルス周波数を低減してレーザ出力を低減制御する
ことを特徴とするＣＮＣレーザ加工機のパワー制御方式
。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63018603A JPH01197084A (ja) | 1988-01-29 | 1988-01-29 | Ｃｎｃレーザ加工機のパワー制御方式 |
| EP89901586A EP0358771B1 (en) | 1988-01-29 | 1989-01-18 | Power control system for cnc laser-beam machine tool |
| US07/415,233 US5012069A (en) | 1988-01-29 | 1989-01-18 | Power control method in a CNC laser machining system |
| DE89901586T DE68908987T2 (de) | 1988-01-29 | 1989-01-18 | Regelsystem für nummerisch gesteuerte laserstrahl-werkzeugmaschinen. |
| PCT/JP1989/000041 WO1989007035A1 (en) | 1988-01-29 | 1989-01-18 | Power control system for cnc laser-beam machine tool |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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