(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークテーブルをＸ軸方向に移動自在に設け、該ワークテーブルの上方のフレームにＹ軸方向およびＺ軸方向に移動自在のタレットディスクを設け、該タレットディスクのＹ軸方向への移動に同期してＹ軸方向へ移動するレーザービーム案内機構を設け、前記タレットディスクに切削工具を装着する複数の工具ステーションとレーザー加工ヘッドを装着するレーザーステーションとを設け、該レーザーステーションと対向する工具ステーションに前記レーザービーム案内機構からレーザービームを取入れる連結管を設け、該連結管と前記レーザービーム案内機構の連結部とを着脱自在に設け、前記連結管からのレーザービームをレーザー加工ヘッドに導くレーザー導光路をタレットディスクに設けたことを特徴とするレーザー複合加工装置。
【請求項２】
複数のレーザー加工ヘッドと複数の切削工具とを装着したツールマガジンを備えた自動工具交換装置を前記レーザー複合加工装置に設けたことを特徴とする請求項１に記載のレーザー複合加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザー複合加工装置に関する。さらに詳細にはレーザー加工に加えて、ドリル加工、ミーリング加工、タッピング加工などの切削加工が可能なレーザー複合加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のレーザー複合加工装置として、例えば特開平４−２０１１４２号公報に示すものがある。このレーザー複合加工装置は板材の如きワークに対して、レーザー加工に加えて、パンチング加工、タッピング加工などのサブ加工を行うものである。このレーザー複合加工装置の主たる構成は、ワークを支持したワークキャリッジをＸ軸方向に移動位置決め自在に設け、該軸ワークキャリッジの上方の位置に、前記ワークキャリッジの移動方向に直交するＹ軸方向に移動位置決め自在の複合加工ヘッドを設けてなるものである。そして、この複合加工ヘッドにレーザー加工ヘッドとサブ加工ヘッドとを設け、該サブ加工ヘッドには、パンチング加工とタッピング加工を行う上部工具装着部を加工中心位置に水平回動自在に設け、前記上部工具装着部の加工中心位置に同期してＹ軸方向に移動位置決め自在の下側工具を装着する下側ユニットを設け、付属の自動工具交換装置によって必要な工具を工具マガジンから選択してサブ加工ヘッドに着脱自在に設けたことを特徴とするものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来のレーザー複合加工装置においては、レーザー加工ヘッドとサブ加工ヘッドの加工中心位置が離隔しているので、規定のサイズのワークを加工する場合その離隔する距離の分だけ機械の寸法を大きくするか、機械の寸法を大きくすることに制限を付けるなならば加工可能なワークサイズの寸法が小さくなるという問題がある。また、前記従来のレーザー複合加工装置においては、サブ加工ヘッドにおいて使用する工具については、付属の自動工具交換装置（ＡＴＣ）によって必要な工具を工具マガジンから選択してサブ加工ヘッドに着脱可能ではあるがレーザー加工ヘッドについては交換をすることができないという問題がある。
【０００４】
本発明は上述の如き問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の課題はレーザー加工と切削加工の加工中心位置を同一にすると共に、複数のレーザー加工ヘッドと複数の切削工具とを装着したツールマガジンを備えた自動工具交換装置によってレーザー加工ヘッドと切削工具とが交換可能なレーザー複合加工装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する手段として、請求項１に記載のレーザー複合加工装置は、ワークテーブルをＸ軸方向に移動自在に設け、該ワークテーブルの上方のフレームにＹ軸方向およびＺ軸方向に移動自在のタレットディスクを設け、該タレットディスクのＹ軸方向への移動に同期してＹ軸方向へ移動するレーザービーム案内機構を設け、前記タレットディスクに切削工具を装着する複数の工具ステーションとレーザー加工ヘッドを装着するレーザーステーションとを設け、該レーザーステーションと対向する工具ステーションに前記レーザービーム案内機構からレーザービームを取入れる連結管を設け、該連結管と前記レーザービーム案内機構の連結部とを着脱自在に設け、前記連結管からのレーザービームをレーザー加工ヘッドに導くレーザー導光路をタレットディスクに設けたことを特徴とするものである。
【０００６】
従って、レーザー加工時と切削加工時の加工中心位置が同一となるので、加工プログラムが容易になると共に、従来のレーザー複合加工装置が加工可能なワークサイズと同一のワークサイズを加工するものとすれば、従来に比較してコンパクトなレーザー複合加工装置とすることができる。また、ひとつのタレットディスクに複数の切削工具とレーザー加工ヘッドとを装着することができるので、工具交換を行わなくても装着された工具だけでかなりの加工をカバーすることができ加工能率を向上させることができる。
【０００７】
請求項２に記載のレーザー複合加工装置は、請求項１に記載のレーザー複合加工装置において、複数のレーザー加工ヘッドと複数の切削工具とを装着したツールマガジンを備えた自動工具交換装置を前記レーザー複合加工装置に設けたことを特徴とする特徴とするものである。
【０００８】
従って、ツールマガジンに焦点距離の相違するレーザー加工ヘッドまたはワークとの間隙を検出するセンサーを備えたレーザー加工ヘッドなどを用意することが可能であり、レーザー加工するワークの板厚などに対応して適当なレーザー加工ヘッドと交換することが可能となるので、カバーできるレーザー加工の範囲が広くなる。同様に多種類の切削工具を用意できるので可能な切削加工の範囲が広くなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について図面によって説明する。図１は本発明に係わるレーザー複合加工装置の一実施の形態を示したものであり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ断面を示したものである。また図３は、図１の複合加工ヘッド１０の斜視図であり一部を破断して示してある。
【００１０】
図１および図３を参照するに、レーザー複合加工装置１はＸ軸方向（紙面に直交する方向）に延伸する基台３を有しており、この基台３のＸ軸方向のほぼ中央に門形のフレーム５を設けてある。この門形のフレーム５の梁部の一側面には一対のＹ軸ガイドレ−ル７が設けてあり、このＹ軸ガイドレ−ル７にＹ軸キャリッジ９が複数のＹ軸ガイド１１を介してＹ軸方向（前記Ｘ軸に直交する方向）に移動自在に係合してある。
【００１１】
前記Ｙ軸キャリッジ９の背面（図１において）にはＹ軸ボールナット１３が設けてあり、このＹ軸ボールナット１３は前記フレーム５の梁部に設けた一対の軸受け１５に両端部を軸支されたＹ軸ボールねじ１７が螺合させてある。そしてこのＹ軸ボールねじ１７の一端部には、このＹ軸ボールねじ１７を駆動するＹ軸駆動モーター１９が設けてある。なお、このＹ軸駆動モーター１９は図示省略のＮＣ制御装置によって適宜に回転駆動される様になっている。
【００１２】
上記構成において、前記Ｙ軸駆動モーター１９を図示省略のＮＣ制御装置によって適宜に駆動することによって、Ｙ軸キャリッジ９をＹ軸方向の任意の位置に移動位置決めすることができる。
【００１３】
また、前記Ｙ軸キャリッジ９の表側（図１において）には一対のＺ軸ガイドレ−ル２１が前記Ｘ，Ｙ軸に直交するＺ軸方向（図１において上下方向）に設けてある。このＺ軸ガイドレ−ル２１には、コの字形のＺ軸キャリッジ２３がＺ軸キャリッジ２３に設けた複数のＺ軸ガイド２５を介して移動自在に設けてある。また、このＺ軸キャリッジ２３の上部のＹ軸キャリッジ９には、このＺ軸キャリッジ２３を駆動するＺ軸駆動モーター２７を取付けるＺ軸駆動モーター取付け台２９が設けてある。
【００１４】
Ｚ軸キャリッジ２３のコの字形の溝部にはＺ軸ボールナット３１が設けてあり、このＺ軸ボールナット３１には、一端を前記Ｙ軸キャリッジ９に設けた軸受け３３に軸支され、他端をＺ軸駆動モーター取付け台２９に設けた軸受け３５に軸支されたＺ軸ボールねじ３７が螺合させてある。そして前記モーターブラケット２９の上部に取付けらたＺ軸駆動モーター２７の出力軸３９は、例えば歯車減速機構４１を介してＺ軸ボールねじ３７の上端に連結してある。
【００１５】
上記構成において、前記Ｚ軸駆動モーター２７を図示省略の前記ＮＣ制御装置によって適宜に駆動することによって、Ｚ軸キャリッジ２３をＹ軸キャリッジ９に対してＺ軸方向の任意の位置に移動位置決めすることができる。
【００１６】
前記Ｚ軸キャリッジ２３の表側（図１において）には、タレットディスク４３の回転軸４５がＺ軸キャリッジ２３に設けた軸受け４７に回転可能に軸支してある。前記回転軸４５はＺ軸キャリッジ２３の裏側まで延伸して設けてあり、この回転軸４５の軸端にウォームホイール４９が設けてあり、このウォームホイール４９にはタレットディスクを回転割出しするタレットディスク駆動モーター（図示省略）に回転駆動されるタレットディスク駆動軸５１に設けたウォームギヤ５３が係合してある。なお、タレットディスク駆動モーター（図示省略）は図示省略の前記ＮＣ制御装置によって回転駆動される様になっている。
【００１７】
また、前記タレットディスク４３の外周は８角形に形成してあり、この８角形の外周面には、後述のレーザー加工ヘッドＬＨ、ドリルまたはタップなどの切削工具ＣＴ等を交換自在に装着する工具ステーションとなっている。前記工具ステーションの内の一つはレーザーステーションとなっていて、このレーザーステーションには集光レンズ４４を備えたレーザー加工ヘッドＬＨが装着してある。そして、このレーザーステーションに対向する工具ステーションには、レーザービームＬＢを取入れる連結管５５が設けてあり、この連結管５５からのレーザービームＬＢを前記レーザー加工ヘッドＬＨに導くため、タレットディスク４３の軸心を通り前記レーザーステーションまでレーザー導光路５７が設けてある。そして、残余の工具ステーションには各種サイズのドリルまたはタップなどの前記切削工具ＣＴがタレットディスク４３の回転中心から放射方向に向けて装着してある。
【００１８】
前記タレットディスク４３の回転軸４５を回転させて、前記レーザーステーションまたは工具ステーションの回転割出しを行ったとき、回転割出しされたステーションを固定位置決めするためのショットピンシリンダー５９が前記Ｚ軸キャリッジ２３に設けてある。このショットピンシリンダー５９には進退自在のショットピン６１が設けてあり、またショットピンシリンダー５９は図示しない切替え弁を経て空圧源に接続してあり、この切替え弁を操作することでショットピン６１を前記タレットディスク４３のレーザーステーションおよび工具ステーションに対応した位置に設けた係止孔６３に係脱することができる。なおまた、前記工具ステーションに装着された切削工具ＣＴが加工位置に回転割出しされた場合、その切削工具ＣＴは図示しない工具駆動モーターにより、例えばタレット旋盤などに使用される公知の動力伝達機構を介して適宜に回転駆動できる様になっている。
【００１９】
上記構成において、タレットディスク４３のレーザーステーションに装着されたレーザー加工ヘッドＬＨまたは工具ステーションに装着された必要な切削工具ＣＴを加工位置に割出すには、ショットピンシリンダー５９を作動させてショットピン６１をタレットディスクの係止孔６３から抜いた後、タレットディスク駆動モーターを図示省略の前記ＮＣ制御装置によって適宜に駆動することによって、所望する切削工具ＣＴまたはレーザー加工ヘッドＬＨを加工位置に割出しすることができる。そして、切削工具ＣＴまたはレーザー加工ヘッドＬＨを加工位置に割出した後、ショットピンシリンダー５９を作動させてショットピン６１をタレットディスクの係止孔６３に係合させることによりタレットディスク４３を固定することができる。
【００２０】
さて、図１を参照するに、レーザー発振器（図示省略）からのレーザービームＬＢは、複数のベンドミラーＢＭと、Ｙ軸方向に伸縮自在のレーザービーム保護管６５を備えたレーザービーム案内機構６７を経由して前記レーザー加工ヘッドＬＨに導かれる様になっている。レーザービーム案内機構６７は、このレーザービーム案内機構６７をＹ軸方向に移動自在に支持する支持機構（図示省略）に支承されていると共に、図示省略の駆動装置により前記Ｙ軸キャリッジ９と同期してＹ軸方向の任意の位置に移動位置決めされるように設けてある。
【００２１】
また前記レーザービーム案内機構６７には、前記タレットディスク４３に設けられた連結管５５と着脱自在で、かつＺ軸方向に伸縮自在の連結部６９が設けてある。なお、前記レーザービーム保護管６５および連結部６９には、例えばジャバラ或いはテレスコーピックチューブなどを用いることができる。
【００２２】
上記構成において、タレットディスク４３のレーザー加工ヘッドＬＨを加工位置に割出し（図１に示した状態）、タレットディスク４３の連結管５５とレーザービーム案内機構６７の連結部６９とを連結すれば、レーザー発振器（図示省略）からのレーザービームＬＢは複数のベンドミラーＢＭを経てレーザー加工ヘッドＬＨに導かれることになる。従って、連結管５５と連結部６９とが連結された状態においてタレットディスク４３とレーザービーム案内機構６７とをＹ軸方向に移動させれば、レーザー加工ヘッドＬＨから出射されるレーザービームはＹ軸方向に移動することになる。なお、タレットディスク４３をＺ軸方向に移動させた場合、前記レーザービーム案内機構６７の連結部６９はタレットディスク４３と共にＺ軸方向に移動する。
【００２３】
さて前記基台３には、ワークテーブル７１が一対のＸ軸ガイドレール７３により、Ｘ軸方向（Ｙ軸に直交）に移動自在に設けてあり、Ｘ軸駆動（図示省略）モーターを前記ＮＣ制御装置（図示省略）の制御の下にＸ軸方向に移動位置決めできる様に設けてある。このワークテーブル７１には、山形のワーク支持部を有するワーク支持板７５備えた、複数の支持梁７７がＸ軸方向に回動可能に軸支してある。
【００２４】
この支持梁７７の両端部に設けた回転軸７８は、前記ワークテーブル７１に回動可能に軸支されており、このワークテーブル７１をＸ軸方向に移動させたときに前記タレットディスク４３に装着されたレーザー加工ヘッドＬＨまたは切削工具ＣＴの直下に位置する支持梁７７のみが適宜な回動手段により一定角度だけ回動される様に設けてある。また、前記ワークテーブル７１にはワーク支持板７５上に載置されたワークＷのＸ軸方向の一側端部をクランプする複数の固定クランプ装置７９と、他側端部をクランプする複数の移動クランプ装置８１とが設けてある。この移動クランプ装置８１は、適宜な手段によりＹ軸方向に移動することができる様になっているものである。
【００２５】
以上の構成により、ワークテーブル７１のワーク支持板７５上に載置されたワークＷは、複数の固定クランプ装置７９および移動クランプ装置８１によって固定され、固定されたワークＷは、Ｘ軸駆動（図示省略）モーターをＮＣ制御装置（図示省略）で適宜に制御することにより、Ｘ軸方向の任意の位置に位置決めすることができる。また、前記タレットディスク４３のレーザーステーションに装着されたレーザー加工ヘッドＬＨまたは工具ステーションに装着された必要な切削工具ＣＴを加工位置に割出すと共に、タレットディスク４３をＹ軸方向およびＺ軸方向の任意の位置に位置決めすることができる。従って、レーザー加工ヘッドＬＨまたは必要な切削工具ＣＴを使用してワークＷに所望するレーザー加工または所望の位置にドリル加工またはタッピング加工などの切削加工を行うことができる。
【００２６】
図１および図２にその概要を示すように、前記ワークテーブル７１に設けたワーク支持板７５の下方には、スクラップＳＣを定位置に落下させるためのホッパー８３を設け、このホッパー８３の直下にスクラップコンベア８５が設けてある。従って、レーザー加工およびドリル加工またはタッピング加工などの切削加工によって発生したスクラップＳＣはスクラップコンベア８５によってレーザー複合加工装置１の外部に容易に搬送することができる。なお、前記スクラップコンベア８５には公知のものを利用できるのでその構造についての説明は省略した。
【００２７】
更に、前記タレットディスク４３に装着されたレーザー加工ヘッドＬＨまたは、ドリルまたはタップなどの切削工具を自動的に交換する自動工具交換装置（ＡＴＣ）８７と、ドリルおよびタップなどの切削工具とレーザー加工ヘッドＬＨとを備えたツールマガジン８９とをレーザー複合加工装置１の左側面（図１において左側）に設けてある。この自動工具交換装置（ＡＴＣ）にはフライス盤などの工作機械に使用されている公知の自動工具交換装置を応用することができる。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、レーザー加工時と切削加工時の加工中心位置が同一なので、従来に比較してコンパクトなレーザー複合加工装置とすることができる。また、ひとつのタレットディスクに複数の切削工具とレーザー加工ヘッドとを装着することができるので、工具交換を行わなくても装着された工具だけでかなりの加工をカバーすることができ加工能率が向上する。
【００２９】
請求項２に記載の発明によれば、ツールマガジンに焦点距離の相違するレーザー加工ヘッドまたはワークとの間隙を検出するセンサーを備えたレーザー加工ヘッドなどを用意することが可能であり、レーザー加工するワークの板厚などに対応して適当なレーザー加工ヘッドと交換することが可能となるのでカバーできるレーザー加工の範囲が広くなる。同様に多種類の切削工具を用意できるので可能な切削加工の範囲が広くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるレーザー複合加工装置の一実施の形態を示す正面図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線にそった断面図。
【図３】図１の複合加工ヘッド１０を一部を破断して示した拡大斜視図。
【符号の説明】
１  レーザー複合加工装置
３  基台
５  フレーム
７  Ｙ軸ガイドレ−ル
９  Ｙ軸キャリッジ
１０  複合加工ヘッド
１１  Ｙ軸ガイド
１３  Ｙ軸ボールナット
１５  軸受け
１７  Ｙ軸ボールねじ
１９  Ｙ軸駆動モーター
２１  Ｚ軸ガイドレ−ル
２３  Ｚ軸キャリッジ
２５  Ｚ軸ガイド
２７  Ｚ軸駆動モーター
２９  Ｚ軸駆動モーター取付け台
３１  Ｚ軸ボールナット
３３  軸受け
３５  軸受け
３７  Ｚ軸ボールねじ
３９  出力軸
４１  歯車減速機構
４３  タレットディスク
４４  集光レンズ
４５  回転軸
４７  軸受け
４９  ウォームホイール
５１  タレットディスク駆動軸
５３  ウォームギヤ
５５  連結管
５７  レーザー導光路
５９  ショットピンシリンダー
６１  ショットピン
６３  係止孔
６５  レーザービーム保護管
６７  レーザービーム案内機構
６９  連結部
７１  ワークテーブル
７３  Ｘ軸ガイドレール
７５  ワーク支持板
７７  支持梁
７８  回転軸
７９  固定クランプ装置
８１  移動クランプ装置
８３  ホッパー
８５  スクラップコンベア
８７  自動工具交換装置（ＡＴＣ）
８９  ツールマガジン
ＣＴ  切削工具
ＬＢ  レーザービーム
ＬＨ  レーザー加工ヘッド
ＳＣ  スクラップ
Ｗ  ワーク
【図１】
0003691570.tif 000002
【図２】
0003691570.tif 000003
【図３】
0003691570.tif 000004