WO1989007035A1 - Power control system for cnc laser-beam machine tool - Google Patents

Description

明 細 書

C N C レーザ加工機のパワー制御方式 技 術 分 野

本発明は C N C レーザ加工機のパワー制御方式に閬し、 特 にコーナでの加工を改良した C N C レーザ加工機のパワー制 御方式に関する。 背 景 技 術

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ヱ ッ 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 4 0 ；ま被加 ェ物であり、 4 1 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 4 2 の前方で減速し、 コーナ部 4 2 で瞬間的に停止し、 コーナ 部 4 2 を通過して加速される。

従って、 コーナ部 4 2 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ェ ネルギ一の滞留、 過入熱がおこ り、 コーナ部に溶損を生じ、 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つて図に斜線で示す B部及び C部の 部分が溶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。

こ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 6 2 — 1 0 7 8 2 4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。 すなわち、 この方式で は広い範囲で ドロスフ リ一の加工結果を得ることは困難であ る。 発 明 の 開 示

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、 コ一 ナでの加工を改良した C N C 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 （ C N C ) とレーザ加工機とが結合された C N Cレーザ加工機のパワー制御方式において、 コ一ナで Θ加 ェ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 21丄 δ0 - 低減してレーザ出力を低減制御する こ とを特徵とする C N C レーザ加工機のパヮー制御方式が、

提供される。

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。 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杲

10 力く得られる。 図 面 の 簡 単 な 説 明

第 I 図は本発明を実施するための C N^T C レーザ加工機のブ π ッ ク図、

第 2図は X Υテーブルと レーザビームとの相対速度とデニ 一テ 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、

20 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。

発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第 I 図に本発明を実施するための C N C レーザ加工機のブ ロ ック図を示す。 図において、 1 0 はレーザ加工機を制御す るための数値制御装置 ( C N C ) である。 1 1 はメ モ リ であ り、 指令データが記憶されている。 1 2 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 X Yテーブルの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。

X Yテーブルを制御するための位置情報及び速度制御情報 はパルス分配手段 1 3 へ送られる。 パルス分配手段は位置制 御情報と速度制御情報から X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 1 4及び Y軸 加減速手段 1 5 へ送られる。 X軸加減速手段 1 4及び Y軸加 減速手段 1 5 は分配バルスを X Yテーブルの移動を制御する サーボモータを制御躯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、 X Yチー ブルを移動させる。

一方加減速のかけられた X軸及び Y軸の分配パルスは実速 度計箕手段 1 6 へ送られる。 実速度計箕手段 1 6 は X軸及び Y軸の分配パルスから被加工物の固定された X Yテーブルの 実速度を計箕する。 これは、 X軸の速度と Y軸の速度をべク 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 X Yテーブルとレーザヘッ 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夕 の速度帰還器、 例えばパルスコーダ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 1 2 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 1 7 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 コーナ部へきて、 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。

2 1 は表示装置であり、 C R T、 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 —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。

3 1 は高周波電源であり、 レーザ管への高周波電力を供袷 する。 3 2 はレーザ管であり、 高周波電源 3 1 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 X Yテーブルと レーザビーム との相対速度とデニ 一ティ比との関係を示す。 第 2図において、 横軸はデューテ ィ比 （％ ) であり、 縦軸は X Yテーブルの送り速度 F c ( M / m i n ) 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、 過入熱等による 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。

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 （ -Μ m i n ) である。 パルス加工で、 パルス周波 数 f 1 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 D 1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 f 2のときは、 領域 D 2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 f 3 のとき は、 領域 D 3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 スデュ一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 f 1、 ί 2、 f 3 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 ) f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。

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。 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 ェについてのべたが、 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。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 数値制御装置 （ C N C ) とレーザ加工機とが結合され た C N C 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 徵とする C N C 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 C N C 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 C N C 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 C N C レ 一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 せることを特徵とする特許請求の範囲第 1項記載の C X C レ 一ザ加工機のパワー制御方式。

6 . 前記出力パヮ一値の可変範囲が 0〜 1 0 0 %であるこ とを特徴とする特許請求の範囲第 1項記載の C N C レーザ加 ェ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箕 することを特徵とする特許請求の範囲第 1項記載の C N C レ 一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 C

C レーザ加工機のパヮ一制御方式。

9. 数値制御装置 （ C N C ) とレーザ加工機とが結合され た C N C 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 C N C レーザ加工機のパワー制御方式。