(57)【要約】【課題】  レーザ加工機において、トーチとトーチの先端に交換自在に取り付けられるノズルを有するレーザ加工工具のツールチェンジマガジンを装備して、加工能率の向上を図る。【解決手段】  レーザ加工機の加工エリアの外側に配置されるレーザ加工工具の段取りステーション１００は、レーザ加工機の工具ステーション２００を備える。レーザ加工機の工具ステーション２００は、例えば４台のツールチェンジマガジン２２０を備えて、加工ヘッド５０により、レーザ加工工具６０をツールチェンジマガジン２２０に戻したり、ツールチェンジマガジン２２０内の新たなレーザ加工工具６０を装着する。【選択図】        図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベッドと、ベッド上に配設されてワークを支持するパレットと、ベッドの長手方向の軸線であるＸ軸に沿って移動制御されるコラムと、コラムに支持されてＸ軸に直交するＹ軸に沿って移動制御されるサドルと、サドルに支持されてＸ軸とＹ軸が形成する平面に対して垂直なＺ軸に沿って移動制御される加工ヘッドと、加工ヘッドに対して交換自在に装着されるレーザ加工工具とを備えるレーザ加工機において、加工エリアの外側に用意される自動工具交換位置に配設されるレーザ加工工具のツールチェンジマガジンを備えるレーザ加工機におけるツールチェンジマガジン。
【請求項２】
レーザ加工工具は、集光レンズを含む光学系の手段を備えるトーチと、トーチの先端に交換自在に装着されるノズルを備える請求項１記載のレーザ加工機におけるツールチェンジマガジン。
【請求項３】
ツールチェンジマガジンは、Ｘ軸とＹ軸により形成される平面上に平面配置される請求項１記載のレーザ加工機におけるツールチェンジマガジン。
【請求項４】
ツールチェンジマガジンは、Ｘ軸とＹ軸により形成される平面に対して交差する平面に配置される請求項１記載のレーザ加工機におけるツールチェンジマガジン。
【請求項５】
ツールチェンジマガジンの配置は、単列の配置、複数列の配置、マトリックス列の配置を含む請求項３又は４記載のレーザ加工機におけるツールチェンジマガジン。
【請求項６】
ベッドと、ベッド上に配設されてワークを支持するパレットと、ベッドの長手方向の軸線であるＸ軸に沿って移動制御されるコラムと、コラムに支持されてＸ軸に直交するＹ軸に沿って移動制御されるサドルと、サドルに支持されてＸ軸とＹ軸が形成する平面に対して垂直なＺ軸に沿って移動制御される加工ヘッドと、加工ヘッドに対して交換自在に装着されるレーザ加工工具とを備えるレーザ加工機において、
レーザ加工工具のツールチェンジマガジンを備え、該ツールチェンジマガジンの上部を覆い、レーザ加工工具の工具交換時のみに開かれる防塵シャッタを備えるレーザ加工機におけるツールチェンジマガジン。
【請求項７】
上記防塵シャッタは、内圧と外圧との差を求め、外部からの空気または埃の進入を防止できる請求項６記載のレーザ加工機におけるツールチェンジマガジン。
【請求項８】
オペレータが様々な駆動を指示するための操作盤が、前記ベッドの長手方向の端部に配設される請求項１記載のレーザ加工機におけるツールチェンジマガジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工機における操作の非熟練化を可能とし、加工能力を各々の材質及び板厚に対して、品質及び生産性をそれぞれ最大限に発揮させ、長時間無人化運転を達成することができるツールチェンジマガジン（以下、「マガジン」ともいう）に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プラズマ加工機であって、トーチを自動で交換できるようにしたものが知られている（特許文献１参照）。この文献は、プラズマ加工機、ＮＣ装置により割出自在なストッカ（円板）を備えたトーチ交換システムであった。
【特許文献１】特開平６−３０４７５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述したトーチ交換システムは、割出し機構を利用して、工具交換を行っているので、直線軸以外の余分な駆動系（回転軸）が必要であり、機械全体のコストが高くなり、機械構成が複雑で信頼性が低くなった。
【０００４】
また、ストッカの円周上に工具が配列されているため、多数個の工具を装備しようとする場合、円板が長大になり、広大なスペースを要する。
ストッカは、加工エリア内にあるため、機械稼動中にストッカから工具を手動で交換を行うには非常に危険な作業となり、工具交換するには、加工を停止することが必要となるので、生産性が著しく低下した。
【０００５】
円板状のストッカ内に加工点と円板ストッカの回転中心間の距離が固定的に設置されているので、ストッカがその領域内に限定的に設置される必要あり、ストッカの工具本数や工具のサイズが限定され、又、ワークの出し入れの際に、円板ストッカとワークが干渉し、操作性が著しく低下した。
そこで本発明は、レーザ加工工具を自動交換するマガジン備え、長時間無人化運転を達成するレーザ加工機を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のレーザ加工機は、基本的な手段として、ベッドと、ベッド上に配設されてワークを支持するパレットと、ベッドの長手方向の軸線であるＸ軸に沿って移動制御されるコラムと、コラムに支持されてＸ軸に直交するＹ軸に沿って移動制御されるサドルと、サドルに支持されてＸ軸とＹ軸が形成する平面に対して垂直なＺ軸に沿って移動制御される加工ヘッドと、加工ヘッドに対して交換自在に装着されるレーザ加工工具とを備える。そして、加工エリアの外側に用意される自動工具交換位置に配設されるレーザ加工工具のツールチェンジマガジンを備えるものである。
また、レーザ加工工具は、集光レンズを含む光学系の手段を備えるトーチと、トーチの先端に交換自在に装着されるノズルを備え、ツールチェンジマガジンは、Ｘ軸とＹ軸により形成される平面上に平面配置されるものである。
ツールチェンジマガジンは、Ｘ軸とＹ軸により形成される平面に対して交差する平面に配置される。
また、ツールチェンジマガジンの配置は、単列の配置、複数列の配置、マトリックス列の配置を含む。さらに、レーザ加工工具のツールチェンジマガジンの上部を覆い、レーザ加工工具の工具交換時のみに開かれる防塵シャッタを備えるものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、レーザ加工工具のツールチェンジマガジンを加工エリアの外側に配置としたために、工具を直線軸のみで稠密に配置できるので、工具の収納面積（占有面積）が極小になる。
加工点を移動自在に構成する直線軸のみで自動工具交換が可能なため、新たな駆動系（例えば、回転軸）を付加する必要がないので、機械のコスト低減が実現でき、また、機械構成が簡素化するために信頼性が向上する。
ツールチェンジマガジンの配置は、平面配置以外にも設置することができる。
【０００８】
ツールチェンジマガジンは、機械の加工エリア外に設けているので、加工中であっても、工具を手動で脱着可能なので、安全作業ができる。
さらに、機械の安全カバーを開けずに、加工中でも、任意の時間に安全に工具の出し入れを可能とし、工具のメンテナンス及び工具の交換も行うことができる。
【０００９】
この工具交換に使われている工具には、外部光路系との接合開口部に防塵シャッタ機構が設けられ、外部光路系の取付部に限りなく工具を近づけた状態で、外部光路系の内部からクリーンエアを噴きつけ、外部からの空気の進入を防止した環境を維持しシャッタを開き、瞬時に自動的に外部光路系に装着することによって、外部からの埃の進入を防止できるので、工具内部に装着された加工レンズの汚れを防止することができ、加工レンズの寿命を長くし、安定した高品質な加工が維持できる。
【００１０】
マガジンの工具交換位置と加工点を分離し配置し、マガジンを加工エリアから離れた位置に設置することによって、多数個の工具を装備しようとした場合でも、占有面積が極小になる。
ストッカが加工エリア外にあるために、機械稼動中に加工を停止することが安全に工具交換が可能になり、従来の技術に比べ生産性が向上する。
加工点と従来技術で述べた円板ストッカと比べ、工具本数や工具サイズの限定が少なくなる。
また、ワークの出し入れの際に、マガジンとワークとの干渉がなく操作性が従来の技術に比べ向上する等の効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明のレーザ加工機の全体構成を示す斜視図、図２は平面図、図３は正面図、図４は要部の斜視図、図５は側面図である。
全体を符号１で示すレーザ加工機は、ベッド１０上に配設されるパレット（テーブル）２０を有し、板状のワークＷ１が載置される。ベッド１０の長手方向の延長線上にはパレット交換装置１２が配置され、次加工用のワークＷ２を載置したパレット２０ａが用意されている。
【００１２】
ベッド１０上の両側には、長手方向に沿って一対のガイドレール３４が取付けられており、ガイドレール３４上には、コラム３０がＸ軸方向に移動自在に装備される。
【００１３】
コラム３０のＸ軸上の駆動手段は、例えば、リニアモータが使用されており、ガイドレール３４に設けた固定子と直動ガイド３２に設けた移動子との間でリニアモータが形成される。
【００１４】
コラム３０には、Ｘ軸に直交するＹ軸に沿ってガイドレール４４が設けてあり、サドル４０がＹ軸上で移動自在に装備される。サドル４０は、ガイドレール４４に係合する直動ガイド４２を備え、ガイドレール４４と直動ガイド４２との間でリニアモータが形成される。
【００１５】
サドル４０は、Ｘ軸、Ｙ軸が形成する平面に垂直なＺ軸方向にガイドレールが設けあり、加工ヘッド５０がＺ軸に沿って移動自在に装備される。加工ヘッド５０は、レーザ発振装置７２から送られてくるレーザ光が導入される光学系を備える。
【００１６】
加工ヘッド５０には、レーザ加工工具６０が交換自在に装備される。加工エリアは、カバー９０で覆われ、安全が確保される。ベッド１０に隣接して強電盤７０やレーザ発振装置７２が配設される。オペレータが様々な駆動を指示する操作盤８０は、ベッド１０上の長手方向の端部に配設される。ベッド１０上の操作盤８０に近い方の端部には、レーザ加工工具の段取りステーション１００が装備される。
【００１７】
図６は、レーザ加工工具の段取りステーション１００をテーブル側からみた正面図、図７は平面図である。
レーザ加工工具の段取りステーション１００は、トーチとノズルを備えたレーザ加工工具のツールチェンジマガジン２２０を備えた工具ステーション２００とレーザ加工工具のノズルのノズルチェンジマガジンを備えたノズルステーション３００を備える。
【００１８】
図８の（ａ）は、加工ヘッド５０の先端部の構成を示す平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。
加工ヘッド５０は内部にレーザ光の案内筒５１を有し、案内筒５１の外周部にはクリーンエアＡ１を噴出するノズル５２が設けられる。
レーザ加工工具６０は、トーチ６１と、トーチの先端部に交換自在に装備されるノズル６５を備える。
【００１９】
加工ヘッド５０に装備されていたレーザ加工工具６０は、後述する態様によってマガジン２２０に対して取外して収納され、マガジン２２０内に用意された新たな工具に自動により交換される。
この工具交換に際して、トーチ６１の鏡体６１０内に装備された集光レンズ６１１等を保護するために、マガジン２２０の上部に開閉自在の防塵シャッタ２３２が設けられている。
【００２０】
レーザ加工工具６０の交換の際には、防塵シャッタ２３２でトーチ６１の開口部を覆い、ノズル５２からクリーンエアＡ１を噴射して、外部からの空気またはゴミ等の埃の浸入を防止する。
【００２１】
図９はレーザ加工機の工具ステーション２００の構造を示す説明図である。
レーザ加工機の工具ステーション２００は、ベッド１０の端部にあって、Ｙ軸方向に延びるベース２１０を有し、ベース２１０に対してレーザ加工工具のマガジン２２０がＹ軸方向に複数台並べて装備される。本実施例にあっては、４台のマガジン２２０を装備した場合を示してあるが、マガジン２２０の台数は適宜に設定することができる。
【００２２】
マガジン２２０の上部には、マガジンカバー２２２が開閉自在に設けられ、またマガジン２２０内には、レーザ加工工具６０のホルダ２３０が装備される。
レーザ加工工具６０のホルダ２３０は、傾動機構２４０により傾動自在に操作され、また、ホルダ２３０は、マガジン２２０内に装備されるシリンダ２５０によりＺ軸方向に昇降自在に操作される。
【００２３】
ホルダ２３０は、上部の開口部を開閉する防塵シャッタ２３２を備え、格納されるレーザ加工工具６０の上部を保護する。
レーザ加工機の加工部の周囲を覆うカバー９０はレーザ加工機の工具ステーション２００に対向する位置に開口部９２を有し、開口部を開閉自在なヒンジドア９１が設けられる。
【００２４】
オペレータがレーザ加工機の工具ステーション２００とホルダ２３０内のレーザ加工工具６０を交換する際には、カバーのヒンジドア９１を開き、図９の（ｂ）に示すように、ホルダ２３０を傾動させて、ホルダ２３０内のレーザ加工工具６０を交換する。このレーザ加工工具６０の交換作業は、レーザ加工機１の加工中にも実行することができる。図８の（ｃ）は、シリンダ２５０を伸長してレーザ加工工具６０のホルダ２３０を交換位置まで上昇させた状態を示す。
【００２５】
図１０−１、図１０−２、図１０−３は、本発明のレーザ加工機の工具ステーション２００の作業を示す説明図であって、加工ヘッド５０に取付けられていたレーザ加工工具６０を、レーザ加工工具を取外して工具ステーション２００に戻す操作を示す。
【００２６】
図１０−１の（ａ）は、レーザ加工中の状態を示し、レーザ加工機の工具ステーション２００のホルダ２３０はマガジン２２０内に格納され、マガジンカバー２２２は閉じていて、防塵シャッタ２３２は開いている。
レーザ加工工具６０の自動工具交換（以下、「ＡＴＣ」という）指令がなされると、同図の（ｂ）に示すように、加工ヘッド５０においてＸ軸ではＡＴＣの原点位置Ｘ１に移動し、Ｙ軸及びＺ軸は原点位置に復帰する。
同図の（ｃ）では、加工ヘッド５０が、前記位置に停止したことが確認されると、マガジン２２０のマガジンカバー２２２が開かれる。
【００２７】
図１０−２の（ｄ）に示すように、加工ヘッド５０はＸ軸上のＡＴＣ位置Ｘ０に移動する。
同図の（ｅ）では、マガジン２２０内のシリンダ２５０が伸上してホルダ２３０を加工ヘッド５０のレーザ加工工具６０を受け取れる位置まで上昇させる。
同図の（ｆ）では、加工ヘッド５０を下降させてレーザ加工工具６０をホルダ２３０内にクランプする。
【００２８】
図１０−３の（ｇ）では、レーザ加工工具６０を下降させ、加工ヘッド５０を上昇させてアンクランプする。
同図の（ｈ）では、ホルダ２３０の防塵シャッタ２３２を閉じて、レーザ加工工具の上部を保護する。
同図の（ｉ）では、加工ヘッド５０をＺ軸上の原点位置まで復帰させ、シリンダ２５０を収縮させてホルダ２３０を降下させ、レーザ加工工具６０の取外し操作を完了する。
図１１は、上述した図１０の操作を示すフローチャートである。
【００２９】
図１２−１、図１２−２、図１２−３は、加工ヘッド５０がレーザ加工機の工具ステーション２００のマガジン２２０内に格納されているレーザ加工工具６０を取付ける操作を示す。
図１２−１の（ａ）は、レーザ加工工具６０の取外された加工ヘッド５０が、指定されたマガジン２２０の上方のＡＴＣの原点位置Ｘに復帰した状態を示す。
同図の（ｂ）は、シリンダ２５０を伸長させて、レーザ加工工具６０を格納したホルダ２３０をＸ軸上のＡＴＣ位置Ｘ０に上昇させた状態を示す。
同図の（ｃ）は、加工ヘッド５０を下降させる。
【００３０】
図１２−２の（ｄ）は、加工ヘッド５０がレーザ加工工具のＡＴＣ位置まで下降させると、マガジン２２０の防塵シャッタ２３２を開く。
同図の（ｅ）は、加工ヘッド５０をＡＴＣ位置Ｘ０まで下降させる。同図の（ｆ）は、レーザ加工工具６０が加工ヘッド５０にクランプする。
【００３１】
図１２−３の（ｇ）は、加工ヘッド５０をＺ軸の原点位置に復帰させるとともに、シリンダ２５０を収縮させて、ホルダ２３０を収容する。
同図の（ｈ）は、Ｘ軸をＡＴＣの原点位置Ｘ１に移動し、加工ヘッド５０をＹ軸に復帰させる。（ＡＴＣモードの待機位置に戻す。）
同図の（ｉ）でマガジンカバー２２２を閉じて、レーザ加工工具６０の自動交換を完了する。
図１３は、上述した図１２の操作を示すフローチャートである。
【００３２】
なお、上述した実施例にあっては、ツールチェンジマガジン２２０はベッド１０の端部に配設した工具段取りステーション１００に単列に並べた構成を備えるものである。
しかしながら、ツールチェンジマガジン２２０の配置は、上述した場所に限定されず、複数列、マトリックス列に配置することもできる。
また、Ｘ軸とＹ軸により形成される平面内に配置することに加えて、Ｘ軸とＹ軸により形成される平面に交差する平面内（例えば、Ｚ軸）に立体的に配置することができる。
その他、加工と干渉しない適宜位置に配置することも可能である。
【００３３】
さらに、上述した実施例にあっては、Ｘ軸とＹ軸上の駆動手段には、リニアモータの例を説明したが、ボールねじを用いても本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明のレーザ加工機の全体の斜視図。
【図２】本発明のレーザ加工機の平面図。
【図３】本発明のレーザ加工機の要部の正面図。
【図４】本発明のレーザ加工機の要部の斜視図。
【図５】本発明のレーザ加工機の要部の側面図。
【図６】レーザ加工工具の段取りステーションの正面図。
【図７】レーザ加工工具の段取りステーションの平面図。
【図８】レーザ加工ヘッドの先端の構造を示す説明図。
【図９】レーザ加工工具の工具ステーションの説明図。
【図１０−１】レーザ加工機の工具ステーションの作用を示す説明図。
【図１０−２】レーザ加工機の工具ステーションの作用を示す説明図。
【図１０−３】レーザ加工機の工具ステーションの作用を示す説明図。
【図１１】レーザ加工機の工具ステーションの作用を示すフローチャートを示す図。
【図１２−１】レーザ加工機の工具ステーションの作用を示す説明図。
【図１２−２】レーザ加工機の工具ステーションの作用を示す説明図。
【図１２−３】レーザ加工機の工具ステーションの作用を示す説明図。
【図１３】レーザ加工機の工具ステーションの作用を示すフローチャートを示す図。
【符号の説明】
【００３５】
１  レーザ加工機
１０  ベッド
２０  パレット
３０  コラム
４０  サドル
５０  加工ヘッド
６０  レーザ加工工具
７０  強電盤
７２  レーザ発振装置
８０  制御盤
９０  カバー
１００  レーザ加工工具の段取りステーション
２００  レーザ加工機の工具ステーション
２２０  ツールチェンジマガジン（マガジン）
２３０  ホルダ
２５０  シリンダ
３００  レーザ加工機のノズルステーション
【図１】
2005334920.tif 000003
【図２】
2005334920.tif 000004
【図３】
2005334920.tif 000005
【図４】
2005334920.tif 000006
【図５】
2005334920.tif 000007
【図６】
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【図７】
2005334920.tif 000009
【図８】
2005334920.tif 000010
【図９】
2005334920.tif 000011
【図１０−１】
2005334920.tif 000012
【図１０−２】
2005334920.tif 000013
【図１０−３】
2005334920.tif 000014
【図１１】
2005334920.tif 000015
【図１２−１】
2005334920.tif 000016
【図１２−２】
2005334920.tif 000017
【図１２−３】
2005334920.tif 000018
【図１３】
2005334920.tif 000019