(57)【要約】【課題】ブリッジ又は同様の支持部の所要の動作が実質的に減じられるような新規のマシンツールを提供する。【解決手段】工作物を支持するための作業台と、Ｙ軸に沿って可動な支持部１２と、支持部に可動に取り付けられた第１のマシニングツール取付け手段２８と、前記支持部に対して所定の範囲内で前記Ｙ軸において移動する第２のマシニングツール取付け手段３０と、マシニングツール４６と、支持部のための第１の駆動手段１６と、前記第１のマシニングツール取付け手段のための第２の駆動手段１８と、第２のマシニングツール取付け手段を前記Ｙ軸において移動させるための第３の駆動手段２０と、コンピュータ制御装置６０とが設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作物に対するマシニングツールの移動により前記工作物を機械加工するためのマシンツールにおいて、
（ａ）Ｘ及びＹ軸を有しかつ工作物を支持するための作業台と、
（ｂ）Ｘ軸において前記作業台の上方に横断方向に延びておりかつ前記作業台のＹ軸に沿って可動な支持部と、
（ｃ）前記Ｘ軸において前記支持部に沿って移動するように該支持部に可動に取り付けられた第１のマシニングツール取付け手段と、
（ｄ）前記支持部に対して所定の範囲内で前記Ｙ軸において移動するように前記第１のマシニングツール取付け手段に可動に取り付けられた第２のマシニングツール取付け手段と、
（ｅ）前記第２のマシニングツール取付け手段に取り付けられたマシニングツールと、
（ｆ）前記支持部を前記Ｙ軸において前記作業台上で移動させるための、前記支持部のための第１の駆動手段と、
（ｇ）前記第１のマシニングツール取付け手段を前記Ｘ軸において前記支持部に沿って移動させるための、前記第１のマシニングツール取付け手段のための第２の駆動手段と、
（ｈ）前記第２のマシニングツール取付け手段を前記Ｙ軸において前記第１のマシニングツール取付け手段に対して移動させるための第３の駆動手段と、
（ｉ）前記マシニングツールをＸ及びＹ軸において移動させるように前記第１及び第２の駆動手段の作動を行うための、及び、前記作業台上に支持された工作物を機械加工するために前記マシニングツールをＹ軸において迅速に移動させるために前記第３の駆動手段の作動を行うための、コンピュータ制御装置が設けられていることを特徴とする、工作物に対するマシニングツールの移動により前記工作物を機械加工するためのマシンツール。
【請求項２】
前記支持部が、前記作業台の上方に間隔を置いて配置されかつ作業台の横断方向に延びたブリッジ部材である、請求項１記載のマシンツール。
【請求項３】
前記マシニングツールが、Ｚ軸において垂直移動するように前記第２のマシニングツール取付け手段に支持されており、前記マシンツールが、前記マシニングツールを前記Ｚ軸において移動させるための第４の駆動手段を含んでおり、前記コンピュータ制御装置が前記第４の駆動手段の作動をも行うようになっている、請求項１記載のマシンツール。
【請求項４】
前記コンピュータ制御装置が、前記第３の駆動手段によって所望の移動を行うために、Ｙ軸における移動の所望の長さが、前記第１のマシニングツール取付け手段における前記Ｙ軸上での前記第２のマシニングツール取付け手段の前記移動範囲内であるかどうかを決定するための手段を含んでいる、請求項１記載のマシンツール。
【請求項５】
前記コンピュータ制御装置が、Ｙ軸における所望の移動長さが前記第２のマシニングツール取付け手段の前記移動範囲を超えているかどうかを決定するための、及び前記支持部を移動させるための前記第１の駆動手段の作動と前記第２のマシニングツール取付け手段を移動させるための前記第３の駆動手段の作動とによってＹ軸におけるマシニングツールの所望の移動を行うための、手段を含んでいる、請求項１記載のマシンツール。
【請求項６】
前記コンピュータ制御装置が、前記マシニングツールを工作物に対して再配置するためにＹ軸において前記支持部の大きな移動を行い、その後にＹ軸において工作物において機械加工を行うために前記Ｙ軸における前記第２のマシニングツール取付け手段のより小さな移動を行うための、手段を含んでいる、請求項１記載のマシンツール。
【請求項７】
前記マシニングツールがレーザ切断ヘッドである、請求項１記載のマシンツール。
【請求項８】
前記マシニングツールが、前記第２のマシニングツール取付け手段を提供するハウジングに取り付けられておりかつ、Ｙ軸において前記支持部において可動な前記第１のマシニングツール取付け手段を提供する横軸ハウジングに支持されたガイドにおいて摺動可能である、請求項１記載のマシンツール。
【請求項９】
工作物に対するレーザ切断ヘッドの移動により前記工作物をレーザ切断するためのレーザ切断マシンツールにおいて、
（ａ）Ｘ及びＹ軸を有しかつ工作物を支持するための作業台と、
（ｂ）Ｘ軸において前記作業台の上方に横断方向に延びておりかつ前記作業台のＹ軸に沿って可動なブリッジ部材と、
（ｃ）前記Ｘ軸において前記支持部に沿って移動するように該支持部に可動に取り付けられた第１のマシニングツール取付け手段と、
（ｄ）前記ブリッジ部材に対して所定の範囲内で前記Ｙ軸において移動するように前記第１のマシニングツール取付け手段に可動に取り付けられた第２のマシニングツール取付け手段と、
（ｅ）前記第２のマシニングツール取付け手段に取り付けられたマシニングツールと、
（ｆ）前記ブリッジ部材を前記Ｙ軸において前記作業台上で移動させるための、前記ブリッジ部材のための第１の駆動手段と、
（ｇ）前記第１のマシニングツール取付け手段を前記Ｘ軸において前記ブリッジ部材に沿って移動させるための、前記第１のマシニングツール取付け手段のための第２の駆動手段と、
（ｈ）前記第２のマシニングツール取付け手段を前記Ｙ軸において前記第１のマシニングツール取付け手段に対して移動させるための第３の駆動手段と、
（ｉ）前記レーザ切断ヘッドをＸ及びＹ軸において移動させるように前記第１及び第２の駆動手段の作動を行うための、及び、前記レーザ切断ヘッドをＹ軸において迅速に移動させるために前記第３の駆動手段の作動を行うための、コンピュータ制御装置が設けられており、該コンピュータ制御装置が、Ｙ軸における移動の所望の長さが、前記第３の駆動手段による所望の移動を行うための前記Ｙ軸における前記第１のマシニングツール取付け手段上での前記第２のマシニングツール取付け手段の前記移動範囲内であるかどうかを決定するための手段を含んでおりかつ、Ｙ軸における所望の移動長さが前記第２のマシニングツール取付け手段の前記移動範囲を超えているかどうかを決定し、前記ブリッジを移動させるための前記第１の駆動手段の作動と前記第２の取付け手段を移動させるための前記第３の駆動手段の作動とによってＹ軸におけるレーザ切断ヘッドの所望の移動を行うための手段を含んでいることを特徴とする、工作物に対するレーザ切断ヘッドの移動により前記工作物をレーザ切断するためのレーザ切断マシンツール。
【請求項１０】
前記コンピュータ制御装置が、工作物に対して前記マシニングツールを再配置するためにＹ軸における前記ブリッジ部材の大きな移動を行いかつ、その後Ｙ軸における工作物の機械加工を行うために前記Ｙ軸における前記第２のマシニングツール取付け手段のより小さな移動を行うための手段を含んでいる、請求項１記載のレーザ切断マシンツール。
【請求項１１】
前記レーザ切断ヘッドが、Ｚ軸において垂直移動するように前記第２のマシニングツール取付け手段に支持されており、前記マシンツールが、前記Ｚ軸において前記マシニングツールを移動させるための第４の駆動手段を含んでおり、前記コンピュータ制御装置が、前記第４の駆動手段の作動をも行うようになっている、請求項９記載のレーザ切断マシンツール。
【請求項１２】
前記マシニングツールが、前記第２のマシニングツール取付け手段を提供するハウジングに取り付けられておりかつ、Ｙ軸において前記支持体上で可動な前記第２のマシニングツール取付け手段を提供する横軸ハウジングに支持されたガイド上で摺動可能である、請求項９記載のレーザ切断マシンツール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マシンツール、特にマシニングヘッドが工作物に対して複数の軸に沿って移動させられるマシンツールに関する。
【背景技術】
【０００２】
大きな板状の工作物を用いるレーザ切断設備及びその他のマシニングオペレーションにおいて、工作物を作業台に支持し、マシニングヘッドと工作物とを相対移動させることが一般的である。作業台はマシニングヘッドに対して移動させられることができるが、概して、工作物の上方に配置された支持部にマシニングツールを取り付け、マシニングヘッドを備えた支持部をコンピュータ制御下で工作物に対してＸ及びＹ軸に沿って移動させると有利である。一般的に、マシニングヘッドのための支持部は、側部レールの間に延びたブリッジであり、側部レール上で１つの軸線に沿って工作物に対して可動である。さらに、マシニングヘッドは概してブリッジに支持されており、これにより、マシニングヘッドはブリッジの長さに沿って可動であり、ひいてはＸ及びＹ方向でマシニングヘッドの相対動作を提供する。
【０００３】
容易に認められるように、ブリッジは比較的大きな質量を備えた大きな構造物であるので、１つの軸線に沿ったブリッジの移動は、慣性を克服しかつ継続した動作を行うために大きな電力を必要とする。マシニングヘッドはより軽くかつマシニングヘッドはブリッジの長さに沿って移動するので、横断方向の移動のための電力は著しく小さい。
【０００４】
質量が大きくかつ、ブリッジの移動を開始及び停止する必要があるため、小さく複雑な輪郭の切断動作は、望ましいほど正確ではなく、ブリッジのための駆動システムのコスト及び摩耗は、特定のマシンツール設備において処理される部材のタイプの経済に不都合な影響を与えるおそれがあり、これらの部材は小さく、複雑な構成を有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明の課題は、大きなブリッジ又は同様の支持部の所要の移動が実質的に減じられるような新規のマシンツールを提供することである。
【０００６】
また、小さく複雑な輪郭の機械加工の質が改良された、このようなマシンツールを提供することも課題である。
【０００７】
別の課題は、容易に製造されることができ、比較的単純に操作されるこのようなマシンツールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
今や、前記課題及び関連する課題は、Ｘ及びＹ軸を有しかつ工作物を支持するための作業台と、Ｘ軸において作業台の上方に横断方向に延びかつ作業台のＹ軸に沿って可動な支持部とを含む、マシニングツールを工作物に対して移動させることによって工作物を機械加工するためのマシンツールによって容易に達成されることが見出された。第１のマシニングツール取付け手段は、Ｘ軸において支持部に沿って移動するように支持部に可動に取り付けられており、第２のマシニングツール取付け手段は、所定の移動範囲内で支持部に対してＹ軸において移動するように第１のマシニングツール取付け手段に可動に取り付けられている。マシニングツールは、第２のマシニングツール取付け手段に取り付けられている。
【０００９】
支持部をＹ軸において作業台上で移動させるための支持部のための第１の駆動手段と、第１のマシニングツール取付け手段をＸ軸において支持部に沿って移動させるための第１のマシニングツール取付け手段のための第２の駆動手段と、第２のマシニングツール取付け手段をＹ軸において第１のマシニングツール取付け手段に対して移動させるための第３の駆動手段とが設けられている。マシニングツールをＸ及びＹ軸において移動させて作業台に支持された工作物を機械加工するために第１及び第２の駆動手段の操作を行いかつ、Ｙ軸においてマシニングツールの迅速な移動のために第３の駆動手段の操作を行うために、コンピュータ制御装置が設けられている。
【００１０】
一般的に、支持部は、作業台の上方に間隔を置いて配置されかつ作業台の横断方向に延びたブリッジであり、マシニングツールは、Ｚ軸において垂直移動するように第２のマシニングツール取付け手段に支持されている。マシンツールは、Ｚ軸においてマシニングツールを移動させるための第４の駆動手段を有しており、コンピュータ制御装置は第４の駆動手段の操作をも行う。
【００１１】
コンピュータ制御装置は、Ｙ軸において第３の駆動手段による所望の移動を行うために、Ｙ軸における移動の所望の長さが、第１のマシニングツール取付け手段上の第２のマシニングツール取付け手段の移動範囲内であるかどうかを決定するための手段を有している。有利には、コンピュータ制御装置は、Ｙ軸における移動の所望の長さが第２のマシニングツール取付け手段の移動範囲を超えているかどうかを決定するための、及び支持部を移動させるための第１の駆動手段の操作と第２のマシニングツール取付け手段を移動させるための第３の駆動手段の操作とによってＹ軸におけるマシニングツールの所望の移動を行うための手段をも有している。コンピュータ制御装置は、望ましくは、マシニングツールを工作物に対して再配置するためにＹ軸において支持部の大きな移動を行うための、及びその後にＹ軸における工作物の機械加工を行うためにＹ軸における第２のマシニングツール取付け手段のより小さな移動を行うための手段を有していてよい。
【００１２】
マシニングツールはレーザ切断ヘッドであってよく、マシンツールは、望ましくは、第２のマシニングツール取付け手段を提供するハウジングに取り付けられており、第１のマシニングツール取付け手段を提供する横軸ハウジング上に支持されたガイド上で摺動可能であり、Ｘ軸において支持部において可動である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１に示されているように、本発明を具体化するマシニングツールアセンブリは概して符号１０によって示されており、ブリッジ１２に取り付けられており、このブリッジは、工作物支持テーブル又はベッド（図示せず）上を移動するように側部レール１４（１つのみ図示）に支持されている。ブリッジ１２は、モータ１６によってＹ軸方向に側部レール１４上を可動である。マシニングツールアセンブリ１０は、モータ１８によってＸ軸方向にブリッジ１２に沿って可動である。２つの付加的なモータ２０及び２２は、後でより完全に説明されるように、Ｙ軸及び垂直方向にＺ軸においてマシニングツール（図示せず）を移動させる。
【００１４】
次に図２から図６までを参照すると、ブリッジ１２は１対のガイド２４を有しており、これらのガイドには、モータ１８の作動によってブリッジ１２に沿って横軸ハウジング２８を移動させるために横軸ハウジング２８のチャネル部材２６が着座させられている。横軸ハウジング２８には、概して符号３０によって示された小軸ハウジングが取り付けられており、この小軸ハウジング３０にはラック３２が取り付けられている。ギヤシャフト３４は、モータ２０によって駆動され、小軸ハウジング３０をＹ軸方向に移動させるために、ラック３２と係合させられた２つのピニオン３６を有している。ハウジング３０の移動は、線形摺動アセンブリ３８によって案内される。
【００１５】
レーザビームは、ビームデリバリシステムによってブリッジ１２に沿って切断ヘッドへ送られ、ビームデリバリシステムはベローズ（図示せず）を含んでおり、ベローズ内にビームデリバリシステムが遮蔽されている。ビームはブリッジミラー４２によって、概して４４によって示されたビーム変向部材へ向けられ、ビーム変向部材は１対のミラー（図示せず）を有しており、これらのミラーは最初にビームを上方へ向け、次いで下方へ、概して符号４６によって示されたレーザ切断ヘッド内に設けられた集束レンズ（図示せず）に向けられる。ベローズ４７は、横軸ハウジング２８におけるブリッジミラー４２と、小軸ハウジング３０に支持されたレーザ切断ヘッド４６との間においてレーザビームを遮蔽する。レーザ切断ヘッド４６は、レーザビームを工作物上に集束させるためにモータ２２によって垂直方向に可動である。
【００１６】
マシンツールの作動時、コンピュータ制御装置６０は、駆動モータを作動させ、工作物に対するレーザ切断ヘッド４６の所望の移動を生ぜしめるようにプログラムされている。慣用のように、モータ１６はブリッジ１２をＹ軸方向に移動させ、モータ１８はマシニングツールアセンブリをＸ軸方向へ移動させる。モータ２２は、レーザビームを集束させるために切断ヘッド４６を垂直に（Ｚ軸において）移動させる。
【００１７】
コンピュータ制御装置６０は、小軸ハウジング３０を横軸ハウジング２８に対してＹ軸方向に移動させるように駆動モータ２０をも作動させることができる。つまり、切断動作のために小さなＹ軸移動のみが必要とされる場合、この移動は小軸ハウジング３０のみの相対移動によって行われてよく、この移動は、ブリッジ１２全体の大きな慣性により、より迅速である。より小さな質量が移動されればよいので、小軸ハウジング３０の移動は、複雑な輪郭のためのより良い品質の切断動作を提供する傾向もある。工作物に対してレーザ切断ヘッド４６を再配置するために、Ｙ軸に沿って大きな移動が必要とされる場合、又は切断の長さが小軸ハウジング３０の移動範囲を超えている場合、コンピュータ制御装置６０は、ブリッジ１２を移動させるためにモータ１６を作動させる。時折、両Ｙ軸駆動装置は同時に作動させられてよい。
【００１８】
ここで図８を参照すると、工作物６２が示されており、この工作物６２には２３個の切り取り部分の輪郭が配列されており、これらの切り取り部分は、個々に又はグループ毎に一点鎖線によって参照符号１〜９を用いて示されている。矢印は、横軸ハウジング２８に対する、小軸ハウジングの行程範囲を示している。図示のように、１〜５，７及び９の切り取りは、小軸ハウジング３０のみのＹ軸移動を使用することによって行われることができる。切り取り部６及び８は、小軸ハウジング３０の行程長さを越えており、Ｙ軸における全体移動のために、又は小軸ハウジング３０の移動によるさらなる切断のためにブリッジ１２を再配置するために、ブリッジ駆動モータ１６の使用を必要とする。
【００１９】
図９に示されているように、切断動作を最適化するためのコンピュータプログラムは、小軸ハウジング３０によって提供される移動の使用を最適化するために、行われるべき切断の輪郭のための適切なＹ軸装置動作を選択する。概して、工作物上の部分の配列は、ＣＡＤソフトウェアを使用してオフラインで行われ、次いで配列プラグラムがマシンツールコンピュータへ移行される。
【００２０】
前に示したように、マシニングツールアセンブリ全体は、望まれるならば保護ハウジング内に包囲されることができる。複数のモータのための電力供給ケーブルは概してブリッジ上に支持されており、これにより、マシニングツールアセンブリはブリッジの長さに沿って前後に移動することができる。同じことが、切断又は遮蔽ガスをレーザ切断ヘッドに供給するためのチューブに関して当てはまる。
【００２１】
Ｙ軸における第２の駆動装置の付加が、作動のための時間、切断動作の質、及びより大きなマシン部材における摩耗における顕著な利点を提供することが容易に認められるであろう。ブリッジは、通常大きな構造物であり、作業台の長さに沿って移動するために比較的パワフルなモータを必要とする。これに対して、レーザ切断ヘッドを含む小さなハウジングは、比較的軽量であることができ、比較的小さな慣性を克服して、極めて迅速に移動させられることができる。その結果、小さなハウジングの移動によって提供されるレーザ切断動作は、特に方向の変更がある場合には、より正確である。コンピュータ制御ソフトウェアは、切断進行を容易に管理することができ、Ｘ及びＹ軸における移動と、Ｚ軸において可能な２つの動作の重ね合わせとを同期化させ、工作物を最もよく処理する。
【００２２】
本発明の商業的な実施形態において、小軸ハウジングの移動範囲は１００ｍｍであるが、より長い範囲が容易に提供されるであろう。
【００２３】
ソフトウェアは、通常、各部材の絶対位置、相対位置及び全体寸法を含む数値制御プログラムにおいて、全ての切断を評価する。全体寸法は、小軸移動の作業範囲内でどの切断が適合するかを決定し；互いに対する輪郭の相対位置は、ブリッジ全体を移動させることなく小軸移動によってどれだけ多くの連続した部材を切断することができるかを規定し、絶対位置は、あらゆる与えられた動作の開始時におけるブリッジのための基本位置を規定する。
【００２４】
この情報を利用することにより、マシン制御装置は、次の切断への移動中に両軸を位置決めする。ブリッジは、ブリッジを移動させることなく小軸移動によって可能な限り最大数の切断が達成されることができるように配置される。プログラムが、部材の輪郭がこの範囲に当てはまらないと決定した場合、ブリッジは、小軸ハウジングの移動のみを利用する次の一連の切断のための新たな基本位置へ移動する。つまり、ソフトウェアは、ブリッジの移動と、ブリッジの移動によって必要とされる切断を最小限に抑制することによって、及び小軸ハウジングの移動によって行われる切断を同時に最大化することによって、処理を最適化する。輪郭が、小軸ハウジングのための作業移動範囲を超える長さである場合には複数の可能性が存在する：
１．ブリッジの移動を使用することによって部材の輪郭は完全に切断されることができる
２．ブリッジを周期的に移動させることにより、大きな輪郭は、小軸移動の使用によって切断されることができる複数のより小さなセグメントに分割されることができる。もちろん、別の可能な解決手段は、前述したように軸における長さが小軸ハウジングの移動範囲内に収まるように工作物上の部材の向きを変更することである。
【００２５】
つまり、本発明のマシンツールは、マシニングツールが支持されている大きなブリッジの必要な移動を最小限に抑制することによって比較的迅速な機械加工動作を提供するものであるということが前記の詳述された明細書及び添付図面から分かる。さらに、マシニングツールは１つの軸において極めて迅速に移動させられることができ、比較的小さな質量が移動させられればよいので、複雑な輪郭の切断における切断動作がより正確となることができる。ブリッジの移動を減じることはより長寿命の設備をも提供し、運転コストを削減する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ブリッジに取り付けられた、本発明を具体化するレーザ切断アセンブリを有するレーザ切断設備の断片的平面図である。
【００２７】
【図２】ハウジングが省略された、レーザ切断アセンブリの斜視図である。
【００２８】
【図３】ブリッジに取り付けられた、レーザ切断アセンブリの側面図である。
【００２９】
【図４】レーザ切断アセンブリの正面図である。
【００３０】
【図５】レーザ切断アセンブリの上面図である。
【００３１】
【図６】主要なサブアセンブリを示す、レーザ切断アセンブリの部分分解図である。
【００３２】
【図７】複数の移動軸線を示す、概略図である。
【００３３】
【図８】小さなＹ軸方向移動を使用することによって切断することができる、工作物上に配列された様々な部材の図である。
【００３４】
【図９】工作物から部材を機械加工する場合に用いられるＹ軸移動を決定するコンピュータソフトウェアのフローチャートである。
【符号の説明】
【００３５】
１２  ブリッジ、  １４  側部レール、  １６，１８  モータ、  ２０，２２  付加的なモータ、  ２６  チャネル部材、  ２８  横軸ハウジング、  ３０  小軸ハウジング、  ３２  ラック、  ３４  ギヤシャフト、  ３６  ピニオン、  ３８  線形摺動アセンブリ、  ４２  ブリッジミラー、  ４４  ビーム変向部材、  ４６  レーザ切断ヘッド、  ６０  コンピュータ制御装置、  ６２  工作物
【図１】
2005153036.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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