JP2998517B2 - Processing head and laser processing device - Google Patents
Processing head and laser processing deviceInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ加工装置、特に
その加工ヘッドに関するものである。なお、この明細書
においてはレーザ加工の例としてレーザ切断について説
明する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser processing apparatus, and more particularly to a laser processing apparatus. In this specification, laser cutting will be described as an example of laser processing.
【0002】[0002]
【従来の技術】レーザ加工における切断性能は、レーザ
ビームの出力、被切断材料表面に対するレーザビームの
焦点位置、アシストガス圧力、被切断材料表面とレーザ
ビームノズル先端との距離、等の運転条件に左右され、
また材料の種類、表面状態、品質、組成、厚み、等の材
料の条件にも依存する。レーザ加工装置は、このような
運転条件や、材料の条件に対して広い裕度を持ち、安定
した加工品質が得られることが求められる。特に、鋼な
どの切断においては、アシストガスとして使用する酸素
噴流により、レーザビームによる直接加熱によって被切
断材料を融解してその溶融金属を吹き飛ばすだけでな
く、強い燃焼酸化反応を伴って被切断材料を昇華あるい
は融解させて切断効率を著しく向上させているので、被
切断材料の切断面品質は、切断面表面での燃焼酸化速度
により決定されるところが大きい。即ち、燃焼酸化速度
が大きいほど、切断面の粗度は小さくなり、また供給酸
素が連続的に消費されるので、酸素過多によるセルフバ
ーニング(レーザビームが到達していないのに爆発的に
強い自己燃焼が発生し切断面品質が損なわれる現象)が
発生しにくくなる。さらに、切断速度が増すので、より
高速切断が可能になる。従って、ガスの供給条件を最適
化して、燃焼酸化速度を向上させることは非常に重要で
ある。以上の見地に立ち、これまでに、ガス供給用のノ
ズルについて様々な改良が施されてきた。2. Description of the Related Art Cutting performance in laser processing depends on operating conditions such as the output of a laser beam, the focal position of the laser beam on the surface of the material to be cut, the assist gas pressure, and the distance between the surface of the material to be cut and the tip of the laser beam nozzle. Depends on
It also depends on the material conditions such as material type, surface condition, quality, composition, thickness, and the like. The laser processing apparatus is required to have a wide tolerance to such operating conditions and material conditions and to obtain stable processing quality. In particular, when cutting steel, etc., the oxygen jet used as an assist gas not only melts the material to be cut by direct heating with a laser beam and blows away the molten metal, but also cuts the material with a strong combustion oxidation reaction. Is sublimated or melted to significantly improve the cutting efficiency. Therefore, the quality of the cut surface of the material to be cut is largely determined by the combustion oxidation rate on the surface of the cut surface. In other words, as the combustion oxidation rate increases, the roughness of the cut surface decreases, and the supplied oxygen is continuously consumed. Therefore, self-burning due to oxygen excess (explosive strong self- The phenomenon that combustion occurs and the cut surface quality is impaired) is less likely to occur. Further, since the cutting speed increases, higher-speed cutting can be performed. Therefore, it is very important to optimize the gas supply conditions to improve the combustion oxidation rate. In view of the above, various improvements have been made to the nozzle for gas supply.
【0003】図46は、例えば特公昭61−60757
号公報に示された従来のレーザ加工装置における加工ヘ
ッドに備えられたレーザビームノズルを示す縦断面模式
図である。図中、1は主アシストガスノズル、2は補助
アシストガスノズル、3は切断板表面、10はアシスト
ガス供給源である。FIG. 46 shows, for example, Japanese Patent Publication No. 61-60575.
FIG. 1 is a schematic vertical cross-sectional view showing a laser beam nozzle provided in a processing head in a conventional laser processing apparatus disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. H10-15095. In the drawing, 1 is a main assist gas nozzle, 2 is an auxiliary assist gas nozzle, 3 is a cutting plate surface, and 10 is an assist gas supply source.
【0004】次に動作について説明する。従来のレーザ
加工装置における加工ヘッドに備えられたレーザビーム
ノズルは上記のように構成され、このノズルは、多重構
造を持ち、中心軸上のガス流路と、それを囲むように同
心円状に多重に形成された流路を有する。中心軸上の流
路から切断材料に供給される酸素は、比較的高圧であ
り、流速も大きい。この酸素は、おもに、切断溝内部に
流入し、その一部は酸化燃焼反応に消費され、残りは、
融解・酸化した金属を下方へ吹き飛ばして除去すること
に使用される。外周部の流路から供給されるガスは、比
較的低速であって、周囲空気の巻き込みを防ぎ、中心軸
付近の流れを安定化させ、酸素濃度を高水準に保つ役割
を持つ。更に、各補助アシストガス噴出口の噴出方向を
主アシストガス噴出口の噴出方向と平行状に設け、層流
状に噴出させており、また主アシストガス噴出口、各補
助アシストガス噴出口の境界には肉厚のある隔壁が存在
し、主アシストガスとの干渉も極力抑制されているた
め、主アシストガスも層流状態に保たれている。Next, the operation will be described. The laser beam nozzle provided in the processing head in the conventional laser processing apparatus is configured as described above, and this nozzle has a multiplex structure, a gas flow path on the central axis, and a concentric multiplex to surround the gas flow path. Having a flow path formed in The oxygen supplied to the cutting material from the flow path on the central axis has a relatively high pressure and a high flow rate. This oxygen mainly flows into the cut groove, part of which is consumed in the oxidative combustion reaction, and the rest is
It is used to blow down and remove molten and oxidized metal. The gas supplied from the flow path at the outer peripheral portion has a relatively low speed, has a role of preventing entrainment of ambient air, stabilizing the flow near the central axis, and maintaining a high oxygen concentration. Furthermore, the ejection direction of each auxiliary assist gas outlet is provided in parallel with the ejection direction of the main assist gas outlet, so that the gas is ejected in a laminar flow, and the boundary between the main assist gas outlet and each auxiliary assist gas outlet is provided. Has a thick wall and interference with the main assist gas is suppressed as much as possible, so that the main assist gas is also kept in a laminar flow state.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】レーザ加工において
は、レーザビームのエネルギにより高温に加熱された金
属切断面にアシストガス(酸素ガス)が供給されて酸化
燃焼反応が起こるが、切断中は、1.0mm 未満の狭い切断
溝幅の中に常に必要量のアシストガス(酸素ガス)を供
給する必要がある。また、切断面のごく近傍では、酸化
反応によって燃焼生成物(ガスあるいは溶融金属)が生
成している。アシストガス(酸素ガス)噴流が層流状態
であれば、この燃焼生成物(ガス成分)雰囲気中をアシ
ストガスが拡散して金属表面に到達しなければならな
い。従って、酸化速度を高めるためには、このアシスト
ガス噴流を乱流状態にし、切断面近傍の燃焼反応領域の
境界層を撹乱し、新鮮なアシストガスと燃焼生成物(ガ
ス成分)との表面更新を行うことが有効である。In laser processing, an assist gas (oxygen gas) is supplied to a metal cutting surface heated to a high temperature by the energy of a laser beam to cause an oxidative combustion reaction. It is necessary to always supply a necessary amount of assist gas (oxygen gas) into a narrow cut groove width of less than mm. In addition, combustion products (gas or molten metal) are generated in the vicinity of the cut surface by the oxidation reaction. If the assist gas (oxygen gas) jet is in a laminar state, the assist gas must diffuse into the combustion product (gas component) atmosphere to reach the metal surface. Therefore, in order to increase the oxidation rate, the assist gas jet is made turbulent to disturb the boundary layer of the combustion reaction zone near the cut surface, and the surface of fresh assist gas and combustion products (gas components) is renewed. It is effective to perform
【0006】従来のレーザ加工装置における加工ヘッド
に備えられたレーザビームノズルは、各補助アシストガ
ス噴出口の噴出方向を主アシストガス噴出口の噴出方向
と平行状に設け、層流状に噴出させており、主アシスト
ガスとの干渉も極力抑制されているため、主アシストガ
スも層流状態に保持され流れが安定化されており、中心
部のアシストガス純度(酸素純度)を高水準に保つはた
らきがあるが、中心部の流れが安定しているため、狭い
切断溝幅内に有効にアシストガス(酸素ガス)を供給す
るためには主アシストガス供給圧力を高くする必要があ
った。また、ノズル流中心部の速度変動量(乱れ強度)
が小さいために、金属の酸化反応表面にアシストガス濃
度(酸素濃度)の低い境界層が形成され、新鮮なアシス
トガス(酸素ガス)が直接、反応表面に到達しにくい。
このため、供給されたアシストガス(酸素ガス)が有効
に酸化反応に寄与しないという問題点があった。また、
この場合、流量等の条件によっては、有効に消費されな
い酸素が切断溝内部のくぼみ等に残在することが有り得
るため、セルフバーニングの原因となるという問題点も
あった。また、主アシストガス噴出口、各補助アシスト
ガス噴出口の境界には肉厚のある隔壁が存在し、レーザ
ービームノズル先端からのアシストガス噴出圧力あるい
は噴出速度分布は連続して変化していない。従って、こ
の肉厚部分において主アシストガス噴流、各補助アシス
トガス噴流および周囲空気との境界において剥離を生
じ、このため主アシストガスと各補助アシストガスの拡
散混合が促進され、最終的には最外側補助アシストガス
の周囲空気との遮断効果が低下して主アシストガスの純
度(酸素純度)の低下を招くという問題点もあった。A laser beam nozzle provided in a processing head in a conventional laser processing apparatus is provided with a jetting direction of each auxiliary assist gas jet in parallel with a jet direction of a main assist gas jet, and jets in a laminar flow. Since the interference with the main assist gas is suppressed as much as possible, the main assist gas is also kept in a laminar flow state, the flow is stabilized, and the assist gas purity (oxygen purity) in the center is maintained at a high level. Although it works, the main assist gas supply pressure must be increased in order to supply the assist gas (oxygen gas) effectively within a narrow cut groove width because the flow at the center is stable. In addition, the velocity fluctuation amount (turbulence intensity) at the center of the nozzle flow
Is small, a boundary layer having a low assist gas concentration (oxygen concentration) is formed on the metal oxidation reaction surface, and it is difficult for fresh assist gas (oxygen gas) to reach the reaction surface directly.
Therefore, there is a problem that the supplied assist gas (oxygen gas) does not effectively contribute to the oxidation reaction. Also,
In this case, depending on conditions such as the flow rate, there is a problem that oxygen that is not consumed effectively may remain in the dents and the like inside the cut groove, which causes self-burning. In addition, a thick partition wall exists at the boundary between the main assist gas outlet and each auxiliary assist gas outlet, and the assist gas ejection pressure or the ejection speed distribution from the tip of the laser beam nozzle does not change continuously. Therefore, separation occurs at the boundary between the main assist gas jet, the auxiliary assist gas jets, and the surrounding air in the thick portion, which promotes diffusion mixing of the main assist gas and the auxiliary assist gas, and ultimately There is also a problem that the effect of blocking the outside assist gas from the surrounding air is reduced and the purity (oxygen purity) of the main assist gas is reduced.
【0007】本発明は、かかる問題点を解決するために
なされたものであり、例えば切断面粗さの減少、セルフ
バーニングの抑制が達成できる、周囲空気の巻き込み量
の小さい高純度で、かつ乱れの大きいアシストガス(酸
素ガス)を加工面に供給でき、酸化反応を促進でき、安
定して高速・高品質加工を行うことのできるレーザ加工
装置の加工ヘッドを得ることを目的とし、この加工ヘッ
ドを用い、安定に精度良く加工できるレーザ加工装置を
得ることを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems. For example, it is possible to achieve a reduction in roughness of a cut surface and a suppression of self-burning, a high purity with a small amount of ambient air entrainment, and a turbulence. The purpose of this processing head is to obtain a processing head of a laser processing apparatus capable of supplying an assist gas (oxygen gas) having a large diameter to a processing surface, promoting an oxidation reaction, and stably performing high speed and high quality processing. It is an object of the present invention to obtain a laser processing apparatus that can stably and accurately process laser light.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明の加工ヘッドは、
レーザビームノズルの中央部にレーザビームが通過する
主アシストガスノズルを設け、この主アシストガスノズ
ルを囲繞する環状の補助アシストガスノズルを一重以上
設けてなり、上記両ノズルから被加工物に向かってアシ
ストガスを噴出する加工ヘッドにおいて、上記主アシス
トガスノズルの噴出口における主アシストガスの流速
を、上記補助アシストガスノズルの噴出口における補助
アシストガスの流速よりも大きくし、上記補助アシスト
ガスノズルの最も内側の噴出口の内径を上記主アシスト
ガスノズルの噴出口の内径より大きいかもしくは等しく
し、上記主アシストガスノズルの噴出口の位置を上記補
助アシストガスノズルの噴出口の少なくともいずれかよ
りもガス流の上流側に設け、かつ上記主アシストガスノ
ズルの外壁を該先端部の肉厚がガス流の下流側に向かっ
て徐々に薄くなるように構成したものである。According to the present invention, there is provided a machining head comprising:
The main assist gas nozzle laser beam in a central portion of the laser beam nozzle passes provided, this makes it an annular auxiliary assist gas nozzles surrounding the main assist-gas nozzle provided singlet above, reed toward the workpiece from the both nozzles
In the processing head that blows out the strike gas,
Flow rate of main assist gas at the outlet of the gas nozzle
The auxiliary assist gas at the ejection port of the auxiliary assist gas nozzle.
The flow rate of the assist gas is made larger than that of the auxiliary assist gas nozzle, and the inner diameter of the innermost ejection port of the auxiliary assist gas nozzle is made larger than or equal to the inner diameter of the ejection port of the main assist gas nozzle. The assist gas nozzle is provided on the upstream side of the gas flow from at least one of the ejection ports, and the outer wall of the main assist gas nozzle is configured such that the thickness of the tip portion gradually decreases toward the downstream side of the gas flow. Things.
【0009】主アシストガス流の圧力変動および流速変
動値を大きくするために、主アシストガスノズル噴出口
から吹き出される主アシストガス流の少なくとも一部を
旋回流とする旋回流形成手段を設ける。In order to increase the pressure fluctuation and flow velocity fluctuation values of the main assist gas flow, there is provided a swirl flow forming means for making at least a part of the main assist gas flow blown out from the main assist gas nozzle jet into a swirl flow.
【0010】[0010]
【0011】[0011]
【0012】また、旋回流形成手段は主アシストガスノ
ズル内壁面に設けた螺旋状にねじれた静止翼または溝で
ある。The swirling flow forming means is a spirally twisted stationary blade or groove provided on the inner wall surface of the main assist gas nozzle.
【0013】また、旋回流形成手段は主アシストガスノ
ズル内壁面にノズル口が設けられ、ガスを上記主アシス
トガスノズル周方向に並行に噴出する主アシストガス副
流ノズルからなる。The swirling flow forming means has a nozzle port provided on the inner wall surface of the main assist gas nozzle, and is composed of a main assist gas sub-flow nozzle for jetting gas in parallel with the circumferential direction of the main assist gas nozzle.
【0014】さらに、補助アシストガスノズル内に補助
アシストガス供給口から流入した補助アシストガス流が
持つ動圧を静圧に変換する静圧変換手段が設けられてい
る。Further, a static pressure converting means for converting a dynamic pressure of the auxiliary assist gas flow flowing from the auxiliary assist gas supply port into a static pressure is provided in the auxiliary assist gas nozzle.
【0015】また、補助アシストガス供給口から流入す
る補助アシストガス流に対向して静圧変換面を設けると
ともに、この静圧変換面端部にガス滞留空間を形成する
返り壁面を突設している。In addition, a static pressure conversion surface is provided to face the auxiliary assist gas flow flowing from the auxiliary assist gas supply port, and a return wall surface forming a gas retaining space is formed at the end of the static pressure conversion surface to protrude. I have.
【0016】さらにまた、主アシストガスノズル供給口
の周囲に補助アシストガスの流量が調整可能な補助アシ
ストガスノズル供給口が設けられ、上記両供給口が同一
のガス供給源に接続されている。Furthermore, an auxiliary assist gas nozzle supply port capable of adjusting the flow rate of the auxiliary assist gas is provided around the main assist gas nozzle supply port, and both supply ports are connected to the same gas supply source.
【0017】また、補助アシストガスノズル供給口にそ
の開口面積を調整する開口面積調整手段が設けられてい
る。Further, an opening area adjusting means for adjusting an opening area of the auxiliary assist gas nozzle supply port is provided.
【0018】また、補助アシストガスノズル供給口に流
体抵抗体を有する。Further, a fluid resistor is provided at the auxiliary assist gas nozzle supply port.
【0019】そして、補助アシストガスノズル噴出口で
の流速分布を調整する手段を設ける。例えば流速分布を
ノズル径方向断面において中心軸に対して非対称に変化
させる、具体的には加工進行方向前方と後方でガスの流
速分布、流量を変化させる手段を設ける。Further, there is provided means for adjusting the flow velocity distribution at the auxiliary assist gas nozzle ejection port. For example, means for changing the flow velocity distribution asymmetrically with respect to the center axis in the cross section in the nozzle radial direction, specifically, means for changing the flow velocity distribution and flow rate of the gas in front and rear in the processing progress direction are provided.
【0020】少なくとも補助アシストガスノズル内壁に
補助アシストガスノズルへのガス供給口を複数設ける
か、あるいは補助アシストガスノズル内を隔壁によって
径方向に小部屋に分割し、補助アシストガスノズル噴出
口での流速分布を調整している。A plurality of gas supply ports for the auxiliary assist gas nozzle are provided at least on the inner wall of the auxiliary assist gas nozzle, or the inside of the auxiliary assist gas nozzle is divided into small rooms in the radial direction by partition walls, and the flow velocity distribution at the auxiliary assist gas nozzle ejection port is adjusted. are doing.
【0021】また、各小部屋内への供給ガス流量を個別
に調整する手段を有する。Further, the apparatus has means for individually adjusting the flow rate of gas supplied into each small room.
【0022】また、補助アシストガス供給口が形成さ
れ、補助アシストガスノズル内を軸方向に仕切る環状隔
壁、この環状隔壁の下流側面に接して回動可能に設けら
れ、上記ガス供給口の一部を遮蔽し、一部が切欠かれた
環状平板、この平板の両端部に取着され、上記環状隔壁
より下流の補助アシストガスノズル内を径方向に仕切
り、上記平板と連動して回動する2枚の仕切板、上記平
板を駆動する駆動装置、及びこの駆動装置を動作させる
制御装置を設ける。Further, an auxiliary assist gas supply port is formed, an annular partition for partitioning the inside of the auxiliary assist gas nozzle in the axial direction, and is provided rotatably in contact with the downstream side surface of the annular partition. An annular flat plate which is shielded and partially cut away, which is attached to both ends of the flat plate, radially partitions the inside of the auxiliary assist gas nozzle downstream of the annular partition wall, and rotates in cooperation with the flat plate. A partition plate, a driving device for driving the flat plate, and a control device for operating the driving device are provided.
【0023】そして、本発明のレーザ加工装置は、上記
加工ヘッドを備えたものである。またさらに、上記加工
ヘッドを備え、加工中に被加工物表面の温度、切断溝
幅、火花の光量などの情報を検知する情報検知手段を設
け、この情報検知手段の信号に応じて上記加工ヘッドか
ら噴出されるアシストガスのガス種、流量あるいは圧力
を調整するようにしたものである。[0023] The laser machining apparatus of the present invention, the
It has a processing head. Further, the processing head is provided with information detecting means for detecting information such as the temperature of the surface of the workpiece, the width of the cut groove, and the amount of spark light during the processing, and the processing head is provided in accordance with a signal from the information detecting means. The gas type, flow rate or pressure of the assist gas ejected from the nozzle is adjusted.
【0024】また、本発明の別のレーザ加工装置は、上
記加工ヘッド及び運転制御装置を備え、上記加工ヘッド
から噴出されるアシストガスのガス種、流量あるいは圧
力を上記運転制御装置によりプログラミング制御するよ
うにしたものである。According to another aspect of the present invention, there is provided a laser processing apparatus including the above-described processing head and an operation control device, wherein the type, flow rate, or pressure of the assist gas ejected from the processing head is programmed and controlled by the operation control device. It is like that.
【0025】さらに、被加工物の板厚を検出する板厚測
定手段を設け、この板厚測定手段の出力に応じて、加工
ヘッドから噴出されるアシストガスの流量あるいは圧力
を運転制御装置により制御するようにしたものである。Further, a thickness measuring means for detecting the thickness of the workpiece is provided, and the flow rate or pressure of the assist gas ejected from the machining head is controlled by an operation control device according to the output of the thickness measuring means. It is something to do.
【0026】本発明の加工ヘッドは、主アシストガスノ
ズルの噴出口における主アシストガスの流速を、補助ア
シストガスノズルの噴出口における補助アシストガスの
流速よりも大きくし、最内側の補助アシストガス噴出口
の内径が主アシストガス噴出口の内径より大きいかまた
は等しくなるように形成し、上記主アシストガスノズル
の噴出口の位置を上記補助アシストガスノズルの噴出口
の少なくともいずれかよりもガス流の上流側に設け、か
つ上記主アシストガスノズルの外壁を該先端部の肉厚が
ガス流の下流側に向かって徐々に薄くなるように構成し
たので、主アシストガス流は噴出口と加工面との距離が
十分に確保できるので下流に向かって十分に乱れが発達
し、加工面近傍で大きな流速変動を得られる。一方、補
助アシストガス流は主アシストガスノズル先端部の肉厚
が徐々に薄くなる外壁面に沿って流れて主アシストガス
ノズル先端部近傍では主アシストガス流との流れの向き
がおおむね一致し、主アシストガスノズル先端部で流れ
の剥離による大規模な乱れを生じることなく主アシスト
ガス流となめらかに接触して主アシストガス流との速度
差を保ったまま下流に流れ、補助アシストガス噴出口で
主アシストガス流と連続的な流速分布を形成する。この
ように、加工面近傍で主アシストガス流の大きな流速変
動を得られ、しかも補助アシストガス流がその噴出口で
主アシストガス流と連続的な流速分布を形成する結果、
ガス流全体が乱れることはなく、周囲空気の巻き込み量
が小さく高純度でかつ乱れの大きいアシストガスを加工
面に供給できる。The processing head according to the present invention has a main assist gas nozzle.
The flow rate of the main assist gas at the nozzle
Auxiliary assist gas at the outlet of the cyst gas nozzle
It is formed so that the inner diameter of the innermost auxiliary assist gas outlet is larger than or equal to the inner diameter of the main assist gas nozzle, and the position of the outlet of the main assist gas nozzle is Since the outer wall of the main assist gas nozzle is provided upstream of at least one of the jet ports and the outer wall of the main assist gas nozzle is configured such that the thickness of the tip gradually decreases toward the downstream side of the gas flow, In the assist gas flow, a sufficient distance between the injection port and the processing surface can be ensured, so that turbulence develops sufficiently downstream, and a large flow velocity fluctuation can be obtained near the processing surface. On the other hand, the auxiliary assist gas flow flows along the outer wall surface where the thickness of the tip portion of the main assist gas nozzle gradually decreases, and in the vicinity of the tip portion of the main assist gas nozzle, the flow direction with the main assist gas flow is almost the same. At the tip of the gas nozzle, it smoothly contacts the main assist gas flow without causing large-scale turbulence due to flow separation, flows downstream while maintaining the speed difference with the main assist gas flow, and the main assist gas is discharged at the auxiliary assist gas outlet Form a continuous flow velocity distribution with the gas flow. As described above, a large flow velocity fluctuation of the main assist gas flow can be obtained in the vicinity of the processing surface, and the auxiliary assist gas flow forms a continuous flow distribution with the main assist gas flow at the ejection port.
The entire gas flow is not disturbed, and the entrained amount of ambient air is small, and high-purity and highly disturbed assist gas can be supplied to the processing surface.
【0027】旋回流形成手段を設けることにより、主ア
シストガスノズル内部を流れるガスに旋回流が生じ、中
心軸上での乱れ度が増大し、主アシストガス流の圧力変
動および流速変動値が大きくなる。By providing the swirl flow forming means, a swirl flow is generated in the gas flowing inside the main assist gas nozzle, the degree of turbulence on the central axis increases, and the pressure fluctuation and flow velocity fluctuation values of the main assist gas flow increase. .
【0028】[0028]
【0029】[0029]
【0030】また、主アシストガスノズル内壁面に螺旋
状にねじれた静止翼または溝を設けることにより容易に
旋回流を形成できる。Further, by providing a spirally twisted stationary blade or groove on the inner wall surface of the main assist gas nozzle, a swirling flow can be easily formed.
【0031】また、主アシストガスノズル内壁面にノズ
ル口が設けられ、ガスを上記主アシストガスノズル周方
向に並行に噴出する主アシストガス副流ノズルを設け、
これから主アシストガスを噴出させることにより容易に
旋回流を形成できる。Further, a nozzle port is provided on the inner wall surface of the main assist gas nozzle, and a main assist gas sub-flow nozzle for jetting gas in parallel with the circumferential direction of the main assist gas nozzle is provided.
Thus, the swirling flow can be easily formed by ejecting the main assist gas.
【0032】さらに、補助アシストガス流が持つ動圧を
静圧に変換する静圧変換手段は、補助アシストガスノズ
ル内部に導かれたガスの静圧を回復させて補助アシスト
ガスの流れを均一化し、流速変動を小さくして、外部空
気の巻き込みを防止する。Further, the static pressure converting means for converting the dynamic pressure of the auxiliary assist gas flow into a static pressure recovers the static pressure of the gas introduced into the auxiliary assist gas nozzle to make the flow of the auxiliary assist gas uniform, The flow velocity fluctuation is reduced to prevent the entrainment of external air.
【0033】また、静圧変換面を設け、この静圧変換面
端部にガス滞留空間を形成する返り壁面を突設すること
により、この空間に導かれたガスの静圧回復を行い、整
流することができ、外周流をさらに安定化させて、空気
の巻き込みが防止される。Further, by providing a static pressure conversion surface and projecting a return wall forming a gas retaining space at the end of the static pressure conversion surface, the gas introduced into this space can be recovered from the static pressure and rectified. To further stabilize the peripheral flow and prevent air entrainment.
【0034】さらにまた、主アシストガスノズル供給口
の周囲に補助アシストガスの流量が調整可能な補助アシ
ストガスノズル供給口を設け、上記両供給口を同一のガ
ス供給源に接続しており、主アシストガスと補助アシス
トガスを分岐するようにしているので、例えば補助アシ
ストガスノズル供給口の小孔の面積および数量を適切に
設定することにより、補助アシストガスの流量を調整
し、主アシストガス流流量と、補助アシストガス流流量
が適正値に設定される。Further, an auxiliary assist gas nozzle supply port capable of adjusting the flow rate of the auxiliary assist gas is provided around the main assist gas nozzle supply port, and both supply ports are connected to the same gas supply source. Since the auxiliary assist gas is branched, for example, by appropriately setting the area and the number of small holes of the auxiliary assist gas nozzle supply port, the flow rate of the auxiliary assist gas is adjusted, and the main assist gas flow rate, The auxiliary assist gas flow rate is set to an appropriate value.
【0035】また、補助アシストガスノズル供給口に設
けた開口面積調整手段により、主アシストガスと補助ア
シストガスの流量および圧力を自動または手動にて個別
に容易に調整することが可能となる。手動の場合はノズ
ル交換なしに適正流量および流量比が得られ、自動の場
合は切断中の一定あるいは変化する条件に応じて適正流
量および流量比が制御される。Further, the flow rate and pressure of the main assist gas and the auxiliary assist gas can be easily and individually adjusted automatically or manually by the opening area adjusting means provided at the auxiliary assist gas nozzle supply port. In the case of manual operation, an appropriate flow rate and flow rate ratio can be obtained without nozzle replacement, and in the case of automatic operation, the appropriate flow rate and flow rate ratio are controlled according to constant or changing conditions during cutting.
【0036】また、補助アシストガスノズル供給口に設
けられる、例えばメッシュもしくは多孔質材からなる流
路抵抗体により、容易に補助アシストガスの流量を調整
できる。また、補助アシストガス流れをより均一化し、
流速変動を小さくして、外部空気の巻き込みが防止され
る。The flow rate of the auxiliary assist gas can be easily adjusted by a flow path resistor provided at the auxiliary assist gas nozzle supply port, for example, made of a mesh or a porous material. Also, the auxiliary assist gas flow is made more uniform,
The flow velocity fluctuation is reduced to prevent the entrainment of external air.
【0037】そして、補助アシストガスノズル噴出口で
の流速分布を調整する手段を設けており、例えば流速分
布をノズル径方向断面において中心軸に対して非対称に
変化させる、具体的には加工進行方向前方と後方でガス
の流速分布、流量を変化させたりすることができるの
で、加工進行方向、加工の種類、条件等に応じて溝内部
に有効にガス供給をおこなうことができる。Means is provided for adjusting the flow velocity distribution at the auxiliary assist gas nozzle ejection port. For example, the flow velocity distribution is changed asymmetrically with respect to the center axis in the cross section in the nozzle radial direction. Since the flow velocity distribution and flow rate of the gas can be changed between and behind, the gas can be effectively supplied into the groove according to the processing progress direction, the type of processing, the conditions, and the like.
【0038】また、少なくとも、補助アシストガスノズ
ル内壁に補助アシストガスノズルへのガス供給口を複数
設けるか、あるいは補助アシストガスノズル内を隔壁に
よって小部屋に分割するかしているため、上記ガス供給
口の位置、個数、上記隔壁の寸法、位置、個数を適切に
設定することにより、補助アシストガスノズル出口での
アシストガス流量分布を自在に設定できる。Further, at least a plurality of gas supply ports for the auxiliary assist gas nozzle are provided on the inner wall of the auxiliary assist gas nozzle, or the inside of the auxiliary assist gas nozzle is divided into small rooms by partition walls. By appropriately setting the number, the size, the position, and the number of the partition walls, the assist gas flow distribution at the outlet of the auxiliary assist gas nozzle can be freely set.
【0039】さらに、各小部屋内への供給ガス流量を個
別に調整する手段、たとえば、個別のガス供給源と流量
制御装置を有するため、加工条件にあわせて補助アシス
トガスノズルの出口流量分布を自在に制御でき、例え
ば、加工進行方向に合わせて、常に溝の後方からアシス
トガスを供給することができるため、溝内部へのガス供
給が効率的に行われ、加工速度、加工品質が向上する。Furthermore, since there are means for individually adjusting the flow rate of the supply gas into each small room, for example, a separate gas supply source and a flow control device, the flow rate distribution at the outlet of the auxiliary assist gas nozzle can be freely adjusted according to the processing conditions. For example, since the assist gas can always be supplied from the back of the groove in accordance with the processing progress direction, gas supply to the inside of the groove is efficiently performed, and the processing speed and the processing quality are improved.
【0040】また、補助アシストガス供給口が形成さ
れ、補助アシストガスノズル内を軸方向に仕切る環状隔
壁、この環状隔壁の下流側面に接して回動可能に設けら
れ、上記ガス供給口の一部を遮蔽し、一部が切欠かれた
環状平板、この平板の両端部に取着され、上記環状隔壁
より下流の補助アシストガスノズル内を径方向に仕切
り、上記平板と連動して回動する2枚の仕切板、上記平
板を駆動する駆動装置、及びこの駆動装置を動作させる
制御装置を設けているため、加工条件にあわせて補助ア
シストガスノズルの出口流量分布を自在に制御でき、例
えば、加工進行方向に合わせて、常に溝の後方からアシ
ストガスを供給することができるため、溝内部へのガス
供給が効率的に行われ、加工速度、加工品質が向上す
る。Further, an auxiliary assist gas supply port is formed, an annular partition for partitioning the inside of the auxiliary assist gas nozzle in the axial direction, and is provided rotatably in contact with the downstream side surface of the annular partition. An annular flat plate which is shielded and partially cut away, which is attached to both ends of the flat plate, radially partitions the inside of the auxiliary assist gas nozzle downstream of the annular partition wall, and rotates in cooperation with the flat plate. Since a partition plate, a driving device for driving the flat plate, and a control device for operating the driving device are provided, the outlet flow rate distribution of the auxiliary assist gas nozzle can be freely controlled in accordance with processing conditions. In addition, since the assist gas can always be supplied from the back of the groove, the gas is efficiently supplied to the inside of the groove, and the processing speed and the processing quality are improved.
【0041】そしてまた、上記加工ヘッドを用いた加工
装置においては、ガス流全体が乱れることはなく、周囲
空気の巻き込み量が小さく高純度でかつ乱れの大きいア
シストガスを加工面に供給できる結果、安定に精度良く
加工できる。 さらに、加工中に被加工物表面の温度、切
断溝幅、火花の光量などの情報を検知する情報検知手段
を設け、上記情報検知手段の出力に応じて上記加工ヘッ
ドから噴出されるアシストガスのガス種、流量あるいは
圧力を調整するようにしたので、加工異常が回避でき
る。In the processing apparatus using the processing head, the entire gas flow is not disturbed,
Air with a small amount of air entrapment and high purity and large turbulence
As a result of supplying cyst gas to the processing surface, stable and accurate
Can be processed. Further, information processing means for detecting information such as the temperature of the surface of the workpiece, the width of the cutting groove, and the amount of spark light during the processing is provided, and the assist gas ejected from the processing head according to the output of the information detecting means is provided. Since the gas type, flow rate or pressure is adjusted, abnormal processing can be avoided.
【0042】また、加工条件に応じて、上記加工ヘッド
から噴出されるアシストガスのガス種、流量あるいは圧
力を上記運転制御装置によりプログラミング制御するよ
うにしたので、いっそう安定した加工を行うことができ
る。Further, since the gas type, flow rate or pressure of the assist gas ejected from the processing head is controlled by the operation control device according to the processing conditions, more stable processing can be performed. .
【0043】さらに、被加工物の板厚を検知する板厚測
定手段を設け、この板厚測定手段の出力に応じて、加工
ヘッドから噴出されるアシストガスの流量あるいは圧力
を運転制御装置により制御するようにしたので、作業者
が板厚に応じてガス流量等を設定せずとも安定に加工が
行える。Further, a thickness measuring means for detecting the thickness of the workpiece is provided, and the flow rate or pressure of the assist gas ejected from the machining head is controlled by an operation control device according to the output of the thickness measuring means. Therefore, the machining can be performed stably without the operator setting the gas flow rate or the like according to the plate thickness.
【0044】[0044]
【実施例】実施例1. 図1の縦断面模式図に本発明の実施例1の請求項1に相
当するレーザ加工装置の加工ヘッドを示す。最内周部に
位置する直径D1 の主アシストガスノズル噴出口1aと
それに連接する主アシストガスノズルダクト1bからな
り、レーザビームが通過する主アシストガスノズル1
と、主アシストガスノズル1の外周側に内径D2 (D2
≧D1、この場合はD2>D1)の補助アシストガスノズ
ル噴出口2aとそれに連接するダクト2bからなる補助
アシストガスノズル2を有する多重構造、この場合は2
重構造を持つ。そして主アシストガスノズル1の噴出口
1aが、補助アシストガスノズル2の噴出口2aよりも
アシストガス流上流側に配置され、かつ主アシストガス
ノズル1の外壁を該先端部の肉厚がガス流の下流側に向
かって徐々に薄くなるように構成されている。アシスト
ガス(酸素ガス)は図中の矢印に示した経路で被加工物
の切断板表面3に供給される。[Embodiment 1] FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing a processing head of a laser processing apparatus according to a first embodiment of the present invention. A main assist gas nozzle 1 having a diameter D1 located at the innermost periphery and a main assist gas nozzle duct 1b connected to the main assist gas nozzle 1b, through which a laser beam passes.
And the inner diameter D 2 (D 2
≧ D 1, multi-layered structure having an auxiliary assist-gas nozzle 2 composed of the auxiliary assist-gas nozzle jet outlet 2a and the duct 2b which connects thereto in this case D 2> D 1), in this case 2
Has a heavy structure. The ejection port 1a of the main assist gas nozzle 1 is disposed on the upstream side of the assist gas flow from the ejection port 2a of the auxiliary assist gas nozzle 2, and
The thickness of the outer wall of the nozzle 1 is directed toward the downstream side of the gas flow.
It is configured so that it gradually becomes thinner . The assist gas (oxygen gas) is supplied to the cut plate surface 3 of the workpiece along the path shown by the arrow in the figure.
【0045】この実施例のアシストガス流の切断板表面
3での圧力変動の分布の概要を図2の説明図に示す。縦
軸は圧力変動p/P(%)(p:圧力の変動量、P:圧力
の絶対値)であり、アシストガスの噴出口と対応させて
示す。主アシストガスノズル1を流れるアシストガスは
その流速変動量が大きいため、主アシストガスノズルの
噴出口1a直下での圧力変動値は大きく、補助アシスト
ガスノズルの噴出口2a直下では小さい値に抑えられて
いる。この圧力の変動によるポンピング作用で、元圧を
高圧にすることなく、切断溝に必要なガス流量を供給さ
せることができる。The outline of the distribution of the pressure fluctuation on the cutting plate surface 3 of the assist gas flow in this embodiment is shown in FIG. The vertical axis represents pressure fluctuation p / P (%) (p: pressure fluctuation amount, P: absolute value of pressure), and is shown in correspondence with the assist gas ejection port. Since the flow rate of the assist gas flowing through the main assist gas nozzle 1 is large, the pressure fluctuation value immediately below the ejection port 1a of the main assist gas nozzle is large, and is suppressed to a small value immediately below the ejection port 2a of the auxiliary assist gas nozzle. By the pumping action due to the fluctuation of the pressure, the required gas flow rate can be supplied to the cut groove without increasing the original pressure.
【0046】また、流速変動量が大きいことは、切断溝
に流入する酸素ガスの乱れが大きく乱流化していること
を表す。燃焼反応の起きている切断面の近傍では、反応
により生成した酸化物と酸素が混合層を形成しており、
酸化反応速度は酸素ガスが上記混合層内部を拡散により
移動して反応表面に到達する速度に依存するので、流れ
を乱流化して、上記混合層を不安定化することが酸化速
度を上昇させるためには有効である。従って本実施例の
ノズル構成を有する加工ヘッドを用い、酸素ガスの流れ
を乱流化することにより、図3の説明図に模式的に示す
ように、上記混合層を不安定化して、酸素ガスを直接反
応面近傍に輸送し、同時に酸化物濃度の高い混合ガス
を、反応面近傍から除去することが可能になるので、酸
素の供給量が増大して酸化燃焼速度が著しく向上し、高
速切断が可能になる。また、供給された酸素ガスは連続
的に有効消費されるため、レーザによる温度上昇と酸化
反応速度のアンバランスによって生じるセルフバーニン
グを防ぎ、安定した加工を行うことができる。Further, a large variation in the flow velocity indicates that the turbulence of the oxygen gas flowing into the cut groove is greatly turbulent. In the vicinity of the cut surface where the combustion reaction is occurring, the oxide and oxygen generated by the reaction form a mixed layer,
Since the oxidation reaction rate depends on the rate at which oxygen gas moves inside the mixed layer by diffusion and reaches the reaction surface, turbulence of the flow and destabilization of the mixed layer increases the oxidation rate. It is effective for. Therefore, by using a processing head having the nozzle configuration of the present embodiment and making the flow of oxygen gas turbulent, the mixed layer is destabilized as schematically shown in the explanatory view of FIG. Can be transported directly to the vicinity of the reaction surface, and at the same time, a mixed gas having a high oxide concentration can be removed from the vicinity of the reaction surface. Becomes possible. Further, since the supplied oxygen gas is continuously and effectively consumed, self-burning caused by an imbalance between the temperature rise by the laser and the oxidation reaction speed can be prevented, and stable processing can be performed.
【0047】また、補助アシストガスノズルから流出す
るアシストガス(酸素ガス)により、周辺空気の巻き込
みを防止するので、切断溝内に流入する中心流(即ち主
アシストガス)の酸素の純度が保持され、より安定した
切断が可能となる。Further, the assist gas (oxygen gas) flowing out from the auxiliary assist gas nozzle prevents the entrainment of the surrounding air, so that the purity of the oxygen in the central flow (ie, the main assist gas) flowing into the cut groove is maintained. More stable cutting becomes possible.
【0048】また、図4は切断板表面での流速分布の概
要を示す説明図であり、縦軸が噴出ガス流速u(m/s)
で、アシストガスの噴出口と対応させて示している。本
実施例によれば、図2、図4に示すように、アシストガ
ス噴出口における噴出ガス圧力および噴出ガス流速の分
布がノズル中心ほど高くかつ連続的に変化する分布が達
成されるため、主アシストガス流および各補助アシスト
ガス流との間、および周囲空気との境界における剥離を
生じることがないため、補助アシストガスの空気遮断効
果が低下して主アシストガスの純度(酸素純度)の低下
を招くという問題点も解決される。FIG. 4 is an explanatory view showing an outline of the flow velocity distribution on the surface of the cutting plate, and the vertical axis represents the jet gas flow velocity u (m / s).
, Corresponding to the assist gas outlet. According to the present embodiment, as shown in FIG. 2 and FIG. 4, the distribution of the ejection gas pressure and the ejection gas flow velocity at the assist gas ejection port is higher at the center of the nozzle and changes continuously, thereby achieving Since there is no separation between the assist gas flow and each auxiliary assist gas flow and at the boundary with the surrounding air, the air shutoff effect of the auxiliary assist gas is reduced, and the purity (oxygen purity) of the main assist gas is reduced. Is also solved.
【0049】図5の特性図に、圧力変動値と切断面粗さ
の関係を示す。横軸が圧力変動値(%)、主アシストガ
スノズル中心軸直下での切断板表面での圧力Pに対する
変動成分pの割合p/P、縦軸は切断面粗さRmax(μ
m)である。切断した材料は軟鋼 SS400、板厚12mmであ
り、加工条件は、レーザパワー1400W、加工速度0.7m/
min である。図により明らかに圧力変動値の大きいほど
表面粗さは小さく、従って加工品質が向上することがわ
かる。即ち、このことは、本実施例のノズル構成の加工
ヘッドによる加工により良品質の高速切断が可能である
ことを示している。また、本実施例の加工ヘッドによっ
て加工を行った切断面と従来のノズル構成の加工ヘッド
によって加工を行った切断面の性状をその断面写真によ
り比較して示す。切断した材料は軟鋼 SS400、板厚12mm
であり、加工条件は、レーザパワー3000W、加工速度
1.5m/minである。従来ノズルの加工ヘッドによる切断
結果を参考写真1に、本実施例のノズル構成の加工ヘッ
ドによる切断結果を参考写真2に示す。なお、本実施例
の加工ヘッドの圧力変動値は p/P=1.0%、従来例の
加工ヘッドの圧力変動値は p/P=0.1%である。この
写真から、本実施例の加工ヘッドを用いることにより、
切断面の加工品質が向上していることがわかる。FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the pressure fluctuation value and the cut surface roughness. The horizontal axis represents the pressure fluctuation value (%), the ratio p / P of the fluctuation component p to the pressure P on the cutting plate surface just below the central axis of the main assist gas nozzle, and the vertical axis represents the cut surface roughness Rmax (μ).
m). The cut material is mild steel SS400, plate thickness 12mm, processing conditions are laser power 1400W, processing speed 0.7m /
min. The figure clearly shows that the larger the pressure fluctuation value is, the smaller the surface roughness is, and therefore the processing quality is improved. In other words, this indicates that high-quality high-speed cutting can be performed by processing with the processing head having the nozzle configuration according to the present embodiment. Further, the properties of the cut surface processed by the processing head of the present embodiment and the cut surface processed by the processing head having the conventional nozzle configuration are compared and shown by cross-sectional photographs. Cut material is mild steel SS400, plate thickness 12mm
The processing conditions are laser power 3000W, processing speed
1.5 m / min. The result of cutting by the processing head of the conventional nozzle is shown in Reference Photo 1, and the result of cutting by the processing head having the nozzle configuration of the present embodiment is shown in Reference Photo 2. The pressure fluctuation value of the processing head of this embodiment is p / P = 1.0%, and the pressure fluctuation value of the processing head of the conventional example is p / P = 0.1%. From this photograph, by using the processing head of this embodiment,
It can be seen that the processing quality of the cut surface has been improved.
【0050】また、図6(a)(b)のグラフに本実施例と
従来の加工ヘッドによるレーザ切断試験におけるレーザ
出力値と加工速度に対する裕度を示す。縦軸が加工速度
(m/min )、横軸がレーザ出力(kW)である。材料は S
S400、厚さ12mmt である。図6(a)は従来ノズルの加工
ヘッド(圧力変動値0.1%)の加工裕度、(b)は本実施例
の加工ヘッドによる加工裕度を示し、図中の斜線を施さ
れた領域が正常に切断できる範囲を示している。明らか
に本実施例の加工ヘッドによって、高速切断が可能にな
っていることがわかる。The graphs of FIGS. 6A and 6B show the laser output value and the tolerance with respect to the processing speed in the laser cutting test using this embodiment and the conventional processing head. The vertical axis is the processing speed (m / min), and the horizontal axis is the laser output (kW). Material is S
S400, 12mmt thick. FIG. 6A shows the machining allowance of the processing head of the conventional nozzle (pressure fluctuation value 0.1%), and FIG. 6B shows the machining allowance of the processing head of the present embodiment. Indicates the range that can be cut normally. It is clear that high-speed cutting is possible with the working head of this embodiment.
【0051】次に、この実施例における主アシストガス
流の圧力および流速変動と、アシストガスノズル噴出口
1a、2aの位置関係、及び切断板表面3とノズル下端
(噴出口)との距離との関係を図7の模式断面図を用い
て説明する。図において、l1 は補助アシストガスノズ
ル2の噴出口2aとこれよりもアシストガス流上流側に
位置する主アシストガスノズル1の噴出口1aとの距
離、Hが切断板表面3とノズル下端(噴出口)との距離
である。図8の特性図に、切断板表面3とノズル下端と
の距離をHmmとし、このHを変化させた場合の、ノズル
中心軸直下の圧力変動値p/P%と噴出口間の距離l1
との関係を示す。直径D1 =1.5mm、D2 =5mmの
条件下で行った。縦軸が圧力変動値p/P(%)、横軸が
噴出口間の距離l1 (mm)を示し、○印の特性曲線はH=
4mmの特性を、△印の特性曲線はH=2mmの特性を、□
印の特性曲線はH=1mmの特性を表す。この図より、圧
力変動が0.8%以上になる条件は、 H+l1 ≧ 5×D1 であり、l1≧5×D1とすれば、ノズル高さHに対する
加工裕度が向上する。簡単な構造により、大きな圧力変
動が得られる。Next, the relationship between the pressure and flow velocity fluctuation of the main assist gas flow in this embodiment, the positional relationship between the assist gas nozzle outlets 1a and 2a, and the distance between the cutting plate surface 3 and the nozzle lower end (inlet). Will be described with reference to the schematic sectional view of FIG. In the drawing, l 1 is the distance between the ejection port 2 a of the auxiliary assist gas nozzle 2 and the ejection port 1 a of the main assist gas nozzle 1 located on the upstream side of the assist gas flow, H is the cutting plate surface 3 and the nozzle lower end (the ejection port ). In the characteristic diagram of FIG. 8, the distance between the cutting plate surface 3 and the lower end of the nozzle is Hmm, and when this H is changed, the pressure fluctuation value p / P% just below the nozzle center axis and the distance l 1 between the injection ports are changed.
The relationship is shown below. The test was performed under the conditions of a diameter D 1 = 1.5 mm and D 2 = 5 mm. The vertical axis indicates the pressure fluctuation value p / P (%), and the horizontal axis indicates the distance l 1 (mm) between the injection ports.
The characteristic curve of 4 mm, the characteristic curve marked with △ indicates the characteristic of H = 2 mm,
The characteristic curve indicated by the mark indicates the characteristic of H = 1 mm. From this figure, the condition that the pressure fluctuation becomes 0.8% or more is H + l 1 ≧ 5 × D 1 , and if l 1 ≧ 5 × D 1 , the machining allowance with respect to the nozzle height H is improved. Large pressure fluctuations can be obtained with a simple structure.
【0052】実施例2.なお、上記実施例1において
は、加工ヘッドを主アシストガスノズル1と一つの補助
アシストガスノズル2から構成しているが、図9の縦断
面模式図に示すように補助アシストガスノズル2が多重
に構成されていてもよいことは言うまでもない。この場
合、主アシストガスノズルの噴出口1aが複数ある補助
アシストガスノズルの噴出口2aの少なくともどれか一
つよりアシストガス流上流側に位置していれば、上記実
施例1と同様の効果を奏する。Embodiment 2 FIG. In the first embodiment, the processing head is composed of the main assist gas nozzle 1 and one auxiliary assist gas nozzle 2. However, as shown in a schematic vertical sectional view of FIG. Needless to say, it may be. In this case, the same effect as that of the first embodiment can be obtained if the main assist gas nozzle 1a is located on the upstream side of the assist gas flow from at least one of the plurality of auxiliary assist gas nozzles 2a.
【0053】実施例3. 図10(a)、(b)、(c)に本発明の実施例3の請求項
2,3に相当するレーザ加工装置の加工ヘッドを示す。
この実施例では主アシストガス流の圧力および流速変動
を増大させる他の具体的手段として、旋回流形成手段の
螺旋状にねじれた複数の静止翼を設けている。図10
(a)は本実施例3の加工ヘッドの縦断面模式図、図10
(b)は主アシストガスノズルを内部を透視して示す斜視
図である。本実施例においては、主アシストガスノズル
1のダクト内壁のストレート部分に、螺旋状にねじれた
複数の静止翼4を設けている。この静止翼4により、主
アシストガスノズル1内部を流れるガスに旋回流が生じ
る。噴流においては、ノズル噴出時に旋回成分を有する
場合、中心軸状での乱流強度が大きい。ノズルと切断板
表面との距離がノズル直径と同程度の大きさの場合で、
乱れ度は10%以上に達する。従って、有効に酸化燃焼
反応が起こり、酸化速度が早まり、加工品質、安定性が
高まると同時に高速切断が可能になる。Embodiment 3 FIG. FIGS. 10 (a), (b) and (c) show the claims of the third embodiment of the present invention.
2 shows a processing head of a laser processing apparatus corresponding to 2 and 3 .
In this embodiment, a plurality of spirally twisted stationary vanes of the swirling flow forming means are provided as another specific means for increasing the pressure and flow velocity fluctuations of the main assist gas flow. FIG.
FIG. 10A is a schematic longitudinal sectional view of the processing head of the third embodiment, and FIG.
(b) is a perspective view showing the main assist gas nozzle as seen through. In this embodiment, a plurality of stationary blades 4 that are spirally twisted are provided in a straight portion of the inner wall of the duct of the main assist gas nozzle 1. The stationary vanes 4 generate a swirling flow in the gas flowing inside the main assist gas nozzle 1. If the jet has a swirl component at the time of jetting the nozzle, the turbulence intensity in the center axis shape is large. When the distance between the nozzle and the cutting plate surface is about the same as the nozzle diameter,
The degree of disturbance reaches 10% or more. Therefore, an oxidative combustion reaction occurs effectively, the oxidation speed is increased, and the processing quality and stability are enhanced, and at the same time, high-speed cutting can be performed.
【0054】なお、この実施例の主アシストガス流の少
なくとも一部を旋回流とする方法では、主アシストガス
ノズル下端(即ち噴出口1a)位置と、補助アシストガ
スノズル下端(即ち噴出口2a)位置の相対距離l1 を
0にしても主アシストガスに流速変動を与えることがで
きる。上記実施例においては、主アシストガスを従来の
ノズルよりも加工レンズ側に近づけるために主アシスト
ガスノズル下端位置でのレーザビーム径が大きく、レー
ザビーム光軸とノズル中心軸を合わせる調整、およびレ
ーザビーム焦点と被加工物表面の距離の調整が比較的難
しいのに対して、この実施例においては、両ノズル噴出
口位置の相対距離l1 を0にしても主アシストガスに流
速変動を与えることができので、上記調整作業が容易に
なるという利点がある。In the method in which at least a part of the main assist gas flow is swirled in this embodiment, the position of the lower end of the main assist gas nozzle (ie, jet port 1a) and the position of the lower end of the auxiliary assist gas nozzle (ie, jet port 2a) are determined. Even if the relative distance l 1 is set to 0, the flow rate fluctuation can be given to the main assist gas. In the above embodiment, in order to bring the main assist gas closer to the processing lens side than the conventional nozzle, the laser beam diameter at the lower end position of the main assist gas nozzle is large, and the adjustment is performed so that the laser beam optical axis and the nozzle center axis are aligned. While it is relatively difficult to adjust the distance between the focal point and the surface of the workpiece, in this embodiment, even if the relative distance l 1 between the nozzle outlet positions is set to 0, it is not possible to apply a flow velocity variation to the main assist gas. Since it is possible, there is an advantage that the adjustment work is facilitated.
【0055】また、静止翼は図10(c)の内部を透視し
て示す主アシストガスノズルの斜視図に示すごとく主ア
シストガスノズル1下流の縮流部に設けてもよい。Further, the stationary vane may be provided in a contraction portion downstream of the main assist gas nozzle 1 as shown in a perspective view of the main assist gas nozzle which shows the inside of FIG.
【0056】実施例4. 図11(a)、(b)は本発明の実施例4の請求項3に相当
する加工ヘッドの主アシストガスノズルを示す斜視図で
ある。図11(a)に示す本実施例4では旋回流形成手段
として、主アシストガスノズル1のダクト内壁のストレ
ート部に螺旋状にねじれた溝5を複数設けている。この
螺旋溝5により、主アシストガスノズル1内を流れるア
シストガス(酸素ガス)の一部が、上記溝5により形成
される螺旋状の流路に沿って流れるため旋回流が生じ、
主アシストガス噴流の中心部での乱流強度が増大する。
従って、この場合も、酸化速度の促進が図られ、切断速
度、切断品質の向上が可能となる。Embodiment 4 FIG. FIGS. 11 (a) and 11 (b) are perspective views showing a main assist gas nozzle of a processing head corresponding to claim 3 of the fourth embodiment of the present invention. In the fourth embodiment shown in FIG. 11A, a plurality of spirally twisted grooves 5 are provided in the straight portion of the inner wall of the duct of the main assist gas nozzle 1 as a swirl flow forming means. Due to the spiral groove 5, a part of the assist gas (oxygen gas) flowing in the main assist gas nozzle 1 flows along the spiral flow path formed by the groove 5, so that a swirling flow is generated.
Turbulence intensity at the center of the main assist gas jet increases.
Therefore, also in this case, the oxidation speed is promoted, and the cutting speed and the cutting quality can be improved.
【0057】また、螺旋溝5は図11(b)に示すごと
く、主アシストガスノズル1下流の縮流部に設けてもよ
い。The spiral groove 5 may be provided in a contraction section downstream of the main assist gas nozzle 1 as shown in FIG.
【0058】実施例5. 図12(a)、(b)は本発明の実施例5の請求項4に相当
する加工ヘッドの主アシストガスノズルを示しており、
図12(a)は上面図、図12(b)は縦断面模式図であ
る。本実施例5では旋回流形成手段として、主アシスト
ガスノズル1内壁面にノズル口6aを有し、ガスを主ア
シストガスノズル1周方向に並行に噴出する(即ち主ア
シストガス主流の外周の接線方向に主アシストガス副流
を噴出する)主アシストガス副流ノズル6が対称に設け
られており、主アシストガスの一部を主アシストガス副
流ノズル6から噴出させて主アシストガスに旋回を与え
ている。これにより、上記実施例3、4と同様の効果が
得られる。Embodiment 5 FIG. FIGS. 12A and 12B show a main assist gas nozzle of a processing head corresponding to claim 4 of the fifth embodiment of the present invention,
FIG. 12A is a top view, and FIG. 12B is a schematic longitudinal sectional view. In the fifth embodiment, the swirl flow forming means has a nozzle port 6a on the inner wall surface of the main assist gas nozzle 1 and ejects gas in parallel with the circumferential direction of the main assist gas nozzle 1 (that is, in the tangential direction of the outer circumference of the main assist gas main flow). A main assist gas sub-flow nozzle 6 for ejecting the main assist gas sub-flow is provided symmetrically, and a part of the main assist gas is jetted from the main assist gas sub-flow nozzle 6 to give a turn to the main assist gas. I have. Thereby, the same effects as in the third and fourth embodiments can be obtained.
【0059】実施例6. 図13は本発明の実施例6の請求項5に相当するレーザ
加工装置の加工ヘッドを示す縦断面模式図である。補助
アシストガス供給口2cから流入した補助アシストガス
ノズル2のダクト2b内部のガス流をさまたげる位置
に、補助アシストガス流が持つ動圧を静圧に変換する静
圧変換手段、この場合は静圧変換面7が設けられてい
る。破線矢印はアシストガス流を示す。補助アシストガ
スノズルダクト2b内へと導かれたガスは、静圧変換面
7に衝突して、いったん静圧回復するため、この静圧変
換面7下流では、均一な流れとなり補助アシストガスノ
ズル噴出口2aから排出される。従って、ノズルの外周
部のガス流れは乱れの少ない均一な流れとなり、周辺空
気の巻き込み防止効果が向上する。Embodiment 6 FIG. Figure 13 is a schematic longitudinal sectional view showing a processing head of a laser machining apparatus corresponding to claim 5 of Example 6 of the present invention. Static pressure conversion means for converting the dynamic pressure of the auxiliary assist gas flow into a static pressure at a position where the gas flow in the duct 2b of the auxiliary assist gas nozzle 2 flowing from the auxiliary assist gas supply port 2c is blocked, in this case, static pressure conversion A surface 7 is provided. The dashed arrow indicates the assist gas flow. The gas guided into the auxiliary assist gas nozzle duct 2b collides with the static pressure conversion surface 7 and once recovers the static pressure. Therefore, a uniform flow downstream of the static pressure conversion surface 7 results in the auxiliary assist gas nozzle outlet 2a. Is discharged from Accordingly, the gas flow at the outer peripheral portion of the nozzle becomes a uniform flow with little turbulence, and the effect of preventing surrounding air from being entrained is improved.
【0060】なお、この実施例においては、静圧変換手
段としてノズル噴出口2a下面に平行な平面部の静圧変
換面7を示したが、平行でなくても、また平面部でなく
ても、周囲流ノズル(即ち補助アシストガスノズル)の
流路へと導かれたガスと衝突して静圧回復させるもので
あれば同様の効果を有することは言うまでもない。In this embodiment, as the static pressure converting means, the static pressure converting surface 7 which is a flat portion parallel to the lower surface of the nozzle outlet 2a is shown. Needless to say, the same effect can be obtained as long as the static pressure is restored by colliding with the gas guided to the flow path of the peripheral flow nozzle (that is, the auxiliary assist gas nozzle).
【0061】実施例7. 図14は本発明の実施例7の請求項6に相当するレーザ
加工装置の加工ヘッドを示す縦断面模式図である。本実
施例においては、上記実施例6において述べた補助アシ
ストガスのダクト2b内部に設けられた静圧変換面7の
端部に、環状に形成された返り壁面8が突設している。
返り壁面8は、その上端と内周ノズル、この場合は主ア
シストガスノズル1の外壁の間に適切な隙間を有するよ
うに高さが調節され、ガス滞留空間8aを形成してい
る。図中の破線矢印はガス流を示す。補助アシストガス
のダクト2bへ導かれたガスは、上記返り壁面8と補助
アシストガスノズル2内壁と静圧変換面7で構成される
ガス滞留空間8aにいったん充満して静圧回復する。そ
の後、上記返り壁面8の上端部から、均一な流速をもっ
て補助アシストガスノズルのダクト2bに流出し、噴出
口2aから外部に排出される。従って、外周部の流れは
乱れの小さい安定した均一な流れとなり、空気の巻き込
み防止効果がさらに向上する。Embodiment 7 FIG. FIG. 14 is a schematic vertical sectional view showing a processing head of a laser processing apparatus according to a sixth embodiment of the present invention. In this embodiment, an annular return wall surface 8 protrudes from the end of the static pressure conversion surface 7 provided inside the auxiliary assist gas duct 2b described in the sixth embodiment.
The height of the return wall surface 8 is adjusted so as to have an appropriate gap between the upper end thereof and the inner peripheral nozzle, in this case, the outer wall of the main assist gas nozzle 1, thereby forming a gas retaining space 8a. The broken arrows in the figure indicate the gas flows. The gas guided to the duct 2b of the auxiliary assist gas once fills the gas retaining space 8a formed by the return wall surface 8, the inner wall of the auxiliary assist gas nozzle 2, and the static pressure conversion surface 7, and recovers the static pressure. Thereafter, the gas flows out from the upper end of the return wall surface 8 into the duct 2b of the auxiliary assist gas nozzle at a uniform flow rate, and is discharged to the outside from the outlet 2a. Therefore, the flow at the outer peripheral portion is a stable and uniform flow with little turbulence, and the effect of preventing air entrapment is further improved.
【0062】図15は実施例6、実施例7及び従来例の
加工ヘッドによるアシストガス流の切断板表面での圧力
変動量の分布を比較して示す特性図である。縦軸が圧力
変動値p/P(%)、横軸がノズル中心からの距離r(mm)
を示し、実線の特性曲線は実施例7の特性を、破線の特
性曲線は実施例6の特性を、一点鎖線の特性曲線は従来
例の特性を表す。この図より、補助アシストガス流の切
断板表面での圧力変動値は実施例7が最も圧力変動値が
小さく、均一な安定した流れとなっていることを表して
いる。これにより、周囲空気の巻き込み量が減少し、酸
素純度が高い水準に保たれる。FIG. 15 is a characteristic diagram showing the distribution of the amount of pressure fluctuation on the cutting plate surface of the assist gas flow by the working heads of the sixth, seventh and conventional examples. The vertical axis is the pressure fluctuation value p / P (%), and the horizontal axis is the distance r (mm) from the center of the nozzle.
The characteristic curve of the solid line represents the characteristic of the seventh embodiment, the characteristic curve of the broken line represents the characteristic of the sixth embodiment, and the characteristic curve of the one-dot chain line represents the characteristic of the conventional example. From this figure, the pressure fluctuation value of the auxiliary assist gas flow on the cutting plate surface shows that Example 7 has the smallest pressure fluctuation value and a uniform and stable flow. Thereby, the amount of entrained ambient air is reduced, and the oxygen purity is kept at a high level.
【0063】実施例8.図16は本発明の実施例8のレ
ーザ加工装置の加工ヘッドを示す縦断面模式図である。
本実施例においては、補助アシストガスノズル2の先端
部分に流路断面積が補助アシストガスノズル噴出口2a
に向かって序々に拡大する拡大流路9を形成している。
このようにすることにより、補助アシストガスノズル2
から噴出するアシストガス(酸素ガス)が加速流となら
ず、またノズル中心軸に平行な流れとなり、ノズル内壁
からはがれないため、ノズル噴出口直後での周辺空気の
周囲流内への巻き込みを小さく抑えることが可能とな
り、酸素純度が保持され、安定した加工が行える。な
お、本実施例では流路面積が序々に拡大する構造を有す
るが、流路面積が一定としても同様の効果を有する。Embodiment 8 FIG. FIG. 16 is a schematic vertical sectional view showing a processing head of a laser processing apparatus according to Embodiment 8 of the present invention.
In this embodiment, the cross-sectional area of the flow passage at the tip of the auxiliary assist gas nozzle 2 is the auxiliary assist gas nozzle ejection port 2a.
An expansion channel 9 that gradually expands toward is formed.
By doing so, the auxiliary assist gas nozzle 2
The assist gas (oxygen gas) ejected from the nozzle is not accelerated and flows parallel to the central axis of the nozzle, and does not separate from the inner wall of the nozzle. This reduces the entrapment of ambient air into the ambient flow immediately after the nozzle outlet. Thus, the oxygen purity can be maintained, and stable processing can be performed. In this embodiment, the channel area is gradually increased, but the same effect is obtained even if the channel area is constant.
【0064】実施例9.図17は本発明の実施例9のレ
ーザ加工装置の加工ヘッドを示す縦断面模式図である。
本実施例においては、多重ノズルの最外壁、即ち補助ア
シストガスノズル2壁を円錐台形状にして、その仮想頂
角θを45度以下としている。これにより、レーザビー
ムノズルと被加工材料表面の間に停留するアシストガス
量を少なくし、セルフバーニングが防止できる。また、
周囲流ノズル、即ち補助アシストガスノズル噴出直後の
周辺空気の巻き込み量を低く抑えることが可能となり、
酸素純度が保持され、安定した加工が行える。Embodiment 9 FIG. FIG. 17 is a schematic vertical sectional view showing a processing head of a laser processing apparatus according to Embodiment 9 of the present invention.
In the present embodiment, the outermost wall of the multi-nozzle, that is, the wall of the auxiliary assist gas nozzle 2 has a truncated cone shape, and the virtual apex angle θ is 45 degrees or less. Thus, the amount of assist gas that stays between the laser beam nozzle and the surface of the workpiece can be reduced, and self-burning can be prevented. Also,
Ambient flow nozzle, that is, it is possible to suppress the amount of entrainment of the surrounding air immediately after the auxiliary assist gas nozzle is ejected,
Oxygen purity is maintained and stable processing can be performed.
【0065】実施例10. 図18は本発明の実施例10の請求項8に相当するレー
ザ加工装置の加工ヘッドを示す一部破断模式斜視図であ
る。この実施例においては、ノズル上流に同一(共通)
のアシストガス(酸素ガス)供給源10が設けられ、こ
のアシストガス供給源10から補助アシストガスノズル
2へのガス分岐を行う部分は、ノズル中央部の主アシス
トガスノズル1、即ち主アシストガスノズル供給口1c
の周囲の環状の部位に複数の小孔11からなる補助アシ
ストガス供給口が設けられた構造をもつ。アシストガス
(酸素ガス)は上記小孔11を通過して補助アシストガ
スノズルダクト2b内に流入する。この実施例において
は、上記小孔11の面積および小孔11の数量の設定値
に応じて、中心流ノズル、即ち主アシストガスノズル1
から吹き出す主アシストガス(酸素ガス)流量と、周囲
流ノズル、即ち補助アシストガスノズル2から吹き出す
補助アシストガス(酸素ガス)流量とが変化する。従っ
て、加工すべき材料の品質、板厚等によって適正なノズ
ル、即ち適切な面積および数量の小孔11を有するノズ
ルを選択することにより、容易に所望の主アシストガス
流量と、補助アシストガス流量が得られる。Embodiment 10 FIG. Figure 18 is a partially broken schematic perspective view showing a machining head of the laser processing apparatus corresponding to claim 8 of Example 10 of the present invention. In this embodiment, the same (common) upstream of the nozzle
The assist gas (oxygen gas) supply source 10 is provided, and a portion for branching the gas from the assist gas supply source 10 to the auxiliary assist gas nozzle 2 is a main assist gas nozzle 1 at the center of the nozzle, that is, a main assist gas nozzle supply port 1c.
Has a structure in which an auxiliary assist gas supply port including a plurality of small holes 11 is provided in an annular portion around the. The assist gas (oxygen gas) passes through the small holes 11 and flows into the auxiliary assist gas nozzle duct 2b. In this embodiment, the central flow nozzle, that is, the main assist gas nozzle 1 depends on the set value of the area of the small holes 11 and the number of the small holes 11.
The flow rate of the main assist gas (oxygen gas) blown from the nozzle and the flow rate of the auxiliary assist gas (oxygen gas) blown from the surrounding flow nozzle, that is, the auxiliary assist gas nozzle 2 change. Therefore, by selecting an appropriate nozzle depending on the quality of the material to be processed, the plate thickness, etc., that is, a nozzle having an appropriate area and quantity of small holes 11, the desired main assist gas flow rate and auxiliary assist gas flow rate can be easily obtained. Is obtained.
【0066】本実施例による加工ヘッドノズルは、厚板
切断に際して特に大きな効果を発揮する。通常、酸素ガ
スをアシストガスとして利用し切断を行う軟鋼厚板の場
合、切断溝下部では材料温度が低く酸化物の粘性が増大
して排出速度が減少するとともに、燃焼反応も抑制され
るため、加工前面に遅れが生じ、板厚が増加するにつれ
てこの遅れ量は増加する。従って、加工を高速でかつ安
定して行う為には、この遅れ部分に流速の大きな酸素ガ
スを供給し、酸化物の排出と、酸化反応の促進を行う必
要がある。本実施例の加工ヘッドノズルを用いて、補助
アシストガスノズル流量を適正に設定する事により、上
記の条件を満たすことが可能である。The processing head nozzle according to the present embodiment exhibits a particularly great effect when cutting a thick plate. Normally, in the case of a mild steel plate that cuts using oxygen gas as an assist gas, the material temperature is lower at the lower part of the cutting groove, the viscosity of the oxide increases and the discharge rate decreases, and the combustion reaction is also suppressed, A delay occurs in the processing front surface, and the amount of the delay increases as the plate thickness increases. Therefore, in order to perform processing at high speed and stably, it is necessary to supply oxygen gas having a high flow rate to the delayed portion to discharge oxides and accelerate the oxidation reaction. The above conditions can be satisfied by appropriately setting the flow rate of the auxiliary assist gas nozzle using the processing head nozzle of the present embodiment.
【0067】本実施例の加工ヘッドノズルを用いて、切
断溝内にガスを供給した場合の溝下部から排出されるガ
スの、溝に沿った方向の全圧分布を図19の特性図に示
す。横軸は溝前面からの距離x(mm)、縦軸は溝下端での
ガスの全圧P(kg/cm2) である。板厚は25mm、ノズル
の各寸法は、補助アシストガスノズル内径 D2=4mm、
主アシストガスノズル内径D1=1.5mm、小孔11の内
径1mmであり、導入小孔数が8個の場合の全圧を実線の
特性曲線で、24個の場合の全圧を破線の特性曲線で示
した。これによれば、小孔数が多い場合の方が、補助ア
シストガスの流量および流速が大きく、溝下部の遅れ部
分に対応した溝下部の広い領域にわたって、高い圧力が
得られることがわかる。FIG. 19 is a characteristic diagram showing the total pressure distribution in the direction along the groove of the gas discharged from the lower part of the groove when the gas is supplied into the cutting groove by using the processing head nozzle of this embodiment. . The horizontal axis is the distance x (mm) from the front of the groove, and the vertical axis is the total gas pressure P (kg / cm 2 ) at the lower end of the groove. Thickness is 25 mm, the dimensions of the nozzle, the auxiliary assist-gas nozzle inside diameter D 2 = 4 mm,
The main pressure gas nozzle has an inner diameter D 1 = 1.5 mm, the inner diameter of the small holes 11 is 1 mm, and the total pressure when the number of the introduced small holes is 8 is a solid line characteristic curve. Shown by a curve. According to this, it can be seen that when the number of small holes is large, the flow rate and flow velocity of the auxiliary assist gas are large, and a high pressure can be obtained over a wide area under the groove corresponding to the delay portion under the groove.
【0068】また、図20のグラフに導入小孔数の相違
によるレーザ出力と加工速度についての加工裕度の違い
を示した。縦軸は加工速度(m/min)、横軸はレーザ出力
(kw)である。材料は板厚25mmのSS400材、ノズル
の各寸法は、図19と同じく、補助アシストガスノズル
内径D2 =4mm、主アシストガスノズル内径D1=1.5
mm、小孔11の内径1mmであり、導入小孔数が8個の
場合と24個の場合とを比較して示してある。領域A
は、導入小孔数8個の場合の良好加工範囲、領域Bが導
入小孔24個の場合の良好加工範囲であり、明らかに小
孔数が多いほど加工裕度が拡大し、高速切断も可能にな
ることがわかる。実際には、アシストガスの流量・流速
が過大であると、切断面に局所的なセルフバーニングが
発生して傷が発生し易いため、品質の良好な加工を実現
できるアシストガスの適正流量・流速範囲が存在する。Further, the graph of FIG. 20 shows the difference in the machining allowance with respect to the laser output and the machining speed due to the difference in the number of introduced small holes. The vertical axis is the processing speed (m / min), and the horizontal axis is the laser output
(kw). The material is SS400 having a plate thickness of 25 mm, and the dimensions of the nozzle are the same as in FIG. 19, ie, the auxiliary assist gas nozzle inner diameter D 2 = 4 mm and the main assist gas nozzle inner diameter D 1 = 1.5.
mm, the inner diameter of the small hole 11 is 1 mm, and the case where the number of introduced small holes is 8 and the case where the number of introduced small holes is 24 is shown in comparison. Area A
Is a good processing range when the number of introduced small holes is 8, and a good processing range when the region B is 24 introduced small holes. It turns out that it becomes possible. Actually, if the flow rate and flow rate of the assist gas are excessive, local self-burning occurs on the cut surface and the scratch is likely to occur, so that the appropriate flow rate and flow rate of the assist gas can realize high quality processing. A range exists.
【0069】図21のグラフに、厚板切断時の被加工材
料の板厚に応じた適正総流量を示す。横軸は被加工材板
厚(mm)、縦軸はアシストガスの総流量N(l/min)であ
り、斜線で示した範囲が良好切断のために推奨される範
囲である。また、図22のグラフに厚板切断時の主アシ
ストガスノズル流の噴出口での適正流速を示す。斜線で
示した範囲が良好切断のために推奨される範囲である。
また、図23のグラフに厚板切断時の補助アシストガス
ノズル流の噴出口での適正流速を示す。斜線で示した範
囲が良好切断のために推奨される範囲である。本発明に
よる加工ヘッドノズルを用いた場合、図21〜図23中
で示した流量および流速の範囲内では、傷やドロス付着
のない高品質切断が可能である。図21〜図23に従
い、板厚に適合した流量および流速を実現するような小
孔径および小孔数を選択すればよい。FIG. 21 is a graph showing an appropriate total flow rate according to the thickness of the material to be processed at the time of cutting a thick plate. The abscissa represents the thickness of the workpiece (mm), and the ordinate represents the total flow rate N (l / min) of the assist gas. The range indicated by oblique lines is the range recommended for good cutting. Further, the graph of FIG. 22 shows an appropriate flow velocity of the main assist gas nozzle flow at the ejection port at the time of cutting a thick plate. The range indicated by hatching is the range recommended for good cutting.
Further, the graph of FIG. 23 shows an appropriate flow velocity of the auxiliary assist gas nozzle flow at the ejection port at the time of cutting a thick plate. The range indicated by hatching is the range recommended for good cutting. When the processing head nozzle according to the present invention is used, high-quality cutting without scratches and dross adhesion is possible within the range of the flow rate and the flow velocity shown in FIGS. According to FIGS. 21 to 23, a small hole diameter and a small hole number may be selected so as to realize a flow rate and a flow velocity suitable for the plate thickness.
【0070】本実施例にて示したノズルを用いて、この
流量および流速を実現するために必要な小孔11の個数
の範囲は、図24のグラフに示したようになる。縦軸は
小孔数(個)、横軸は板厚(mm)である。ノズルの各部寸法
は図19と同様、補助アシストガスノズル内径D2=4m
m、主アシストガスノズル内径 D1=1.5mm、小孔11
の内径1mmとしている。この条件以外の寸法において
も、図21〜図23の流量・流速条件を満たすよう寸法
を選択すれば傷やドロスのない高品質切断が可能である
ことは言うまでもない。The range of the number of small holes 11 necessary for realizing the flow rate and the flow velocity using the nozzle shown in this embodiment is as shown in the graph of FIG. The vertical axis is the number of small holes (pieces), and the horizontal axis is the plate thickness (mm). Various dimensions of the nozzle similar to FIG. 19, an auxiliary assist-gas nozzle inside diameter D 2 = 4m
m, inner diameter of main assist gas nozzle D 1 = 1.5 mm, small hole 11
1 mm inside diameter. Needless to say, if dimensions other than these conditions are selected so as to satisfy the flow rate / flow velocity conditions shown in FIGS. 21 to 23, high-quality cutting without scratches and dross can be performed.
【0071】なお、図18においては小孔11の形状が
円形の場合を示したが、図25(a)、(b)のノズルのガ
ス分岐部を示す模式平面図のごとく、楕円、矩形など、
いかなる形状でも同様の効果を有することは言うまでも
ない。FIG. 18 shows the case where the shape of the small hole 11 is circular. However, as shown in the schematic plan views showing the gas branch portion of the nozzle in FIGS. ,
It goes without saying that any shape has the same effect.
【0072】実施例11. 図26は本発明の実施例11の請求項9に相当するレー
ザ加工装置の加工ヘッドを示す一部破断模式斜視図であ
る。上記実施例10では、主アシストガスノズル供給口
1cの周囲の環状の部位、補助アシストガスノズル2へ
のガス流入部に補助アシストガス供給口である複数の小
孔11を設けて流路調整を行っているが、この実施例に
おいては、図25に示すごとく上記環状の部位にメッシ
ュ状の流体抵抗体12を配設し、これによって補助アシ
ストガスの流量調整を行っている。流体抵抗体12は多
孔質材料であってもよい。この場合、補助アシストガス
ノズル2へ流入するガス流れは均一であり、メッシュあ
るいは多孔質材料を適切に選択することにより乱れの少
ない安定した流れを実現できる。Embodiment 11 FIG. FIG. 26 is a partially cutaway perspective view showing a processing head of a laser processing apparatus according to a ninth embodiment of the present invention. In the tenth embodiment, a plurality of small holes 11 serving as auxiliary assist gas supply ports are provided in an annular portion around the main assist gas nozzle supply port 1c, and a gas inflow portion into the auxiliary assist gas nozzle 2 to adjust the flow path. However, in this embodiment, as shown in FIG. 25, a mesh-shaped fluid resistor 12 is disposed at the above-mentioned annular portion, thereby adjusting the flow rate of the auxiliary assist gas. The fluid resistor 12 may be a porous material. In this case, the gas flow flowing into the auxiliary assist gas nozzle 2 is uniform, and a stable flow with little disturbance can be realized by appropriately selecting a mesh or a porous material.
【0073】実施例12. 図27は本発明の実施例12の請求項8に相当するレー
ザ加工装置の加工ヘッドを示す縦断面模式図である。こ
の実施例においては、補助アシストガスノズル2の補助
アシストガス供給口に開口面積調整手段13を設けてお
り、これを可動とし、駆動装置によって、手動または自
動で開口面積を変更する。このような構造にすることに
より、アシストガス流量、および主アシストガスと補助
アシストガスの流量比の調整をノズルの交換なしに行う
ことができるので作業の効率化が図れる。Embodiment 12 FIG. Figure 27 is a schematic longitudinal sectional view showing a processing head of a laser machining apparatus corresponding to claim 8 of Example 12 of the present invention. In this embodiment, an opening area adjusting means 13 is provided at the auxiliary assist gas supply port of the auxiliary assist gas nozzle 2, which is movable, and the opening area is changed manually or automatically by a driving device. With such a structure, the assist gas flow rate and the flow rate ratio between the main assist gas and the auxiliary assist gas can be adjusted without exchanging the nozzles, so that work efficiency can be improved.
【0074】実施例13. 図28は本発明の実施例13の請求項8に相当する加工
ヘッドにおける開口面積調整手段を示す模式平面図で、
ノズルの主アシストガス流と、補助アシストガス流の分
岐部を加工ヘッド上流側から見たものである。この実施
例においては上記実施例12の開口面積調整手段13の
具体的方法を示している。補助アシストガスノズルにア
シストガスを導く供給口の複数の小孔11を有する環状
部分に接して、この環状部分同様の小孔15を有する環
状円板14を設置し、この環状円板14と接続し手動に
て環状円板14を回転することができるノブ15をノズ
ル外部に設けている。小孔15を有する環状円板14と
ノブ16で構成される、この開口面積調整手段はにおい
ては、ノズルに設けられた小孔11と環状円板14上に
設けられた小孔15との重なり合う部分が、アシストガ
スを補助アシストガスノズルへと導くガス流入口とな
る。従って上記環状円板14を回転させることにより、
ガス流入口面積を変化させ、補助アシストガスノズルへ
のアシストガス流量を容易に調整することができる。Embodiment 13 FIG. FIG. 28 is a schematic plan view showing an opening area adjusting means in a processing head corresponding to claim 8 of Embodiment 13 of the present invention.
FIG. 4 is a view of a branch portion of a main assist gas flow and an auxiliary assist gas flow of a nozzle as viewed from an upstream side of a processing head. This embodiment shows a specific method of the opening area adjusting means 13 of the twelfth embodiment. An annular disk 14 having a small hole 15 similar to the annular portion is installed in contact with the annular portion having a plurality of small holes 11 of the supply port for guiding the assist gas to the auxiliary assist gas nozzle, and is connected to the annular disk 14. A knob 15 that can manually rotate the annular disk 14 is provided outside the nozzle. In this opening area adjusting means, which is constituted by an annular disk 14 having a small hole 15 and a knob 16, the small hole 11 provided in the nozzle and the small hole 15 provided on the annular disk 14 overlap. The portion serves as a gas inlet for guiding the assist gas to the auxiliary assist gas nozzle. Therefore, by rotating the annular disk 14,
By changing the gas inlet area, the assist gas flow rate to the auxiliary assist gas nozzle can be easily adjusted.
【0075】なお、この実施例において、環状円板14
はノズル外部のノブ16による手動としたが、駆動装置
と連結して自動としても良いことは言うまでもない。In this embodiment, the annular disk 14
Is manually operated by the knob 16 outside the nozzle, but needless to say, it may be automatically connected to a driving device.
【0076】実施例14. 図29は本発明の実施例14の請求項8に相当する加工
ヘッドにおける開口面積調整手段を示す模式平面図で、
ノズルの主アシストガス流と、補助アシストガス流の分
岐部を加工ヘッド上流側から見たものである。この実施
例においては上記実施例12の開口面積調整手段13の
他の具体的方法を示している。補助アシストガスノズル
にアシストガスを導く供給口の複数の小孔11を有する
環状部分に接して、絞り機構17が設けられ、この絞り
機構17に接続して外部から絞り度合いを手動にて調整
するためのノブ16を有する。絞り機構17とノブ16
で開口面積調整手段13が構成され、絞り機構17を調
整することにより、補助アシストガスへの供給口の面積
が変化し、供給ガス流量を調整することができる。Embodiment 14 FIG. FIG. 29 is a schematic plan view showing an opening area adjusting means in a processing head corresponding to claim 8 of Embodiment 14 of the present invention.
FIG. 4 is a view of a branch portion of a main assist gas flow and an auxiliary assist gas flow of a nozzle as viewed from an upstream side of a processing head. This embodiment shows another specific method of the opening area adjusting means 13 of the twelfth embodiment. A throttle mechanism 17 is provided in contact with the annular portion having a plurality of small holes 11 of the supply port for guiding the assist gas to the auxiliary assist gas nozzle, and is connected to the throttle mechanism 17 to manually adjust the degree of throttle from outside. Knob 16. Aperture mechanism 17 and knob 16
The aperture area adjusting means 13 is formed by adjusting the throttle mechanism 17, whereby the area of the supply port to the auxiliary assist gas is changed, and the supply gas flow rate can be adjusted.
【0077】なお、この実施例において、絞り機構17
はノズル外部のノブ16による手動としたが、駆動装置
と連結して自動としても良いことは言うまでもない。In this embodiment, the aperture mechanism 17
Is manually operated by the knob 16 outside the nozzle, but needless to say, it may be automatically connected to a driving device.
【0078】実施例15.図30は本発明の実施例15
のレーザ加工装置の加工ヘッドを示す縦断面模式図であ
る。この実施例においては、主アシストガスノズル1お
よび補助アシストガスノズル2へのガス(酸素ガス)供
給源がそれぞれ別個に設けられている。このように構成
することにより適正なアシストガス流量、および適正な
主アシストガスと補助アシストガスの流量比で酸素を供
給できる。Embodiment 15 FIG. FIG. 30 shows Embodiment 15 of the present invention.
FIG. 4 is a schematic vertical cross-sectional view showing a processing head of the laser processing apparatus of FIG. In this embodiment, gas (oxygen gas) supply sources for the main assist gas nozzle 1 and the auxiliary assist gas nozzle 2 are separately provided. With this configuration, oxygen can be supplied at an appropriate assist gas flow rate and an appropriate flow rate ratio between the main assist gas and the auxiliary assist gas.
【0079】実施例16. 図31は、本発明の実施例16の請求項12に相当する
レーザ加工ノズルを示す一部破断模式斜視図である。補
助アシストガスノズル2内壁に1個のアシストガス供給
口30が設けられ、さらに、補助アシストガスノズル2
内が複数の隔壁31によって分割され、小部屋32を形
成している。アシストガスはアシストガス供給口30か
ら補助アシストガスノズル2内に流入した後、隔壁31
の抵抗によりエネルギを減少させながら、各小部屋32
に分配される。従って、補助アシストガスノズル噴出口
での周方向の流速分布は均質になり、アシストガス供給
口の偏在による補助アシストガスの噴出口で流量の不均
衡の発生が防止できる。Embodiment 16 FIG. FIG. 31 is a partially cutaway perspective view showing a laser processing nozzle corresponding to claim 12 of the sixteenth embodiment of the present invention. One assist gas supply port 30 is provided on the inner wall of the auxiliary assist gas nozzle 2.
The inside is divided by a plurality of partition walls 31 to form a small room 32. After the assist gas flows into the auxiliary assist gas nozzle 2 from the assist gas supply port 30, the partition wall 31
While reducing energy by the resistance of each small room 32
Distributed to Therefore, the flow velocity distribution in the circumferential direction at the auxiliary assist gas nozzle outlet is uniform, and it is possible to prevent the flow rate imbalance at the auxiliary assist gas outlet due to the uneven distribution of the assist gas supply port.
【0080】なお、本実施例においては、ガス供給口が
1個であり、かつ同一寸法の隔壁を軸対称に配置した
が、ガス供給口の位置や個数に応じて、隔壁の面積、高
さ、間隔などを隔壁ごとに個別に設定することにより、
補助アシストガスノズル出口での流量分布を自在に設定
することが可能である。例えば、図32の一部破断模式
斜視図に示すように、ガス供給口の近傍の隔壁は高さを
小さくし、ガス供給口のから距離が増加するのに応じ
て、隔壁の高さを増加させ、かつ隔壁同士の間隔を狭め
ることにより、補助アシストガスノズル流の出口流量を
均質化する効果が増大する。In this embodiment, the number of gas supply ports is one and the partition walls having the same dimensions are arranged axially symmetrically. However, the area and height of the partition walls depend on the position and number of the gas supply ports. By setting the interval, etc. individually for each partition,
The flow distribution at the outlet of the auxiliary assist gas nozzle can be freely set. For example, as shown in a partially cutaway perspective view of FIG. 32, the height of the partition wall near the gas supply port is reduced, and the height of the partition wall is increased as the distance from the gas supply port increases. By reducing the distance between the partition walls, the effect of homogenizing the outlet flow rate of the auxiliary assist gas nozzle flow is increased.
【0081】実施例17. 図33(a)は、本発明の実施例17の請求項11、12
および13に相当するレーザ加工ノズルを示す縦断面図
である。また、同図(b)は上記ノズルを同図(a)におけ
るB−B線で切った断面を真上から見た横断面図であ
る。補助アシストガスノズル2へのアシストガス供給口
30が補助アシストガスノズル内壁に放射状に複数、こ
の場合は4個設けられ、隔壁31によってノズルのアシ
ストガス供給口30の数と同数の小部屋32に分割され
ている。各アシストガス供給口30は図34の模式図に
示すようにそれぞれ別々のアシストガス供給源18に連
結し、各供給源18からのガス流量は流量制御装置20
によって制御される。あるいは、図35の模式図に示す
ように、各アシストガス供給口30は同一の供給源18
から弁33を介して連結しており、弁の開閉は、運転制
御装置21によって行われる。Embodiment 17 FIG. FIG. 33 (a) according to claim 11 of Example 17 of the present invention, 12
14 is a longitudinal sectional view showing a laser processing nozzle corresponding to FIGS. FIG. 2B is a cross-sectional view of the nozzle taken along line BB in FIG. A plurality of, in this case, four, assist gas supply ports 30 for the auxiliary assist gas nozzle 2 are provided radially on the inner wall of the auxiliary assist gas nozzle, and are divided into the same number of small chambers 32 by the partition walls 31 as the number of the assist gas supply ports 30 of the nozzle. ing. Each assist gas supply port 30 is connected to a separate assist gas supply source 18 as shown in the schematic diagram of FIG. 34, and the gas flow rate from each supply source 18 is controlled by a flow control device 20.
Is controlled by Alternatively, as shown in the schematic diagram of FIG. 35, each assist gas supply port 30 is connected to the same supply source 18.
Through a valve 33, and the opening and closing of the valve is performed by the operation control device 21.
【0082】この実施例により、各小部屋に供給される
ガス流量を調整することにより、補助アシストガスノズ
ル流の噴出口でのアシストガス流速分布を自由に調整す
ることができる。例えば、図36の模式説明図に示すよ
うに、加工進行方向の後方側に位置する小部屋32へガ
ス供給を行うことによって、ノズル進行方向の後方の流
速が大きく、前方の流速が小さくなるように調整すれ
ば、アシストガスが溝内部に侵入しやすく溝下部まで高
い圧力が得られる。また流速の加工面前面に向かう方向
成分を有するため、加工面前面でのガス流の剥離現象が
抑制され、燃焼反応が促進されるため加工品質が向上す
る。According to this embodiment, by adjusting the flow rate of gas supplied to each small room, it is possible to freely adjust the assist gas flow rate distribution at the ejection port of the auxiliary assist gas nozzle flow. For example, as shown in the schematic explanatory view of FIG. 36, by supplying gas to the small chamber 32 located on the rear side in the processing progress direction, the flow velocity in the nozzle progress direction is large, and the flow velocity in the front direction is small. If it is adjusted to, the assist gas can easily enter the inside of the groove and a high pressure can be obtained up to the lower part of the groove. In addition, since there is a directional component of the flow velocity toward the front surface of the processing surface, the separation phenomenon of the gas flow at the front surface of the processing surface is suppressed, and the combustion reaction is promoted, thereby improving the processing quality.
【0083】なお、本実施例では、小部屋32数が4個
である場合の実施例を示したが、4個以上または以下で
も同様の効果を奏することは言うまでもない。また、各
小部屋32へのアシストガス供給口30の数は2つ以上
あっても同様の効果を奏することは言うまでもない。ま
た、本実施例ではガス供給口へのガス供給は同一供給源
あるいは各々別々の供給源としたが、複数の供給源が、
それぞれ複数のガス供給口と連結していてもよい。In this embodiment, the embodiment in which the number of the small rooms 32 is four is shown. However, it goes without saying that the same effect can be obtained with four or more or less rooms. Needless to say, the same effect can be obtained even if the number of assist gas supply ports 30 to each small room 32 is two or more. Further, in the present embodiment, the gas supply to the gas supply port is the same supply source or separate supply sources, but a plurality of supply sources
Each may be connected to a plurality of gas supply ports.
【0084】実施例18. 図37(a)(b)は、本発明の実施例18の請求項14に
相当するレーザ加工ノズルを示すもので、(a)は一部破
断模式斜視図、(b)は縦断面図模式図である。補助アシ
ストガス供給口の小孔11が設けられた環状隔壁の下流
側面に接し、補助アシストガス供給口の小孔11の一部
分を遮蔽して補助アシストガス流を遮断する働きを持つ
一部が切り欠かれた環状平板、この場合は扇型板35a
が設けられている。そして、扇型板35aの両端部には
仕切板35bが固定されて一体に形成されている。この
仕切板35bは上記実施例16,17における隔壁31
に相当し、補助アシストガスノズル2内部に小部屋を形
成する。また、この扇型板35aと仕切板35bとは、
ノズル中心軸に対して回動可能に形成されている。さら
に、この扇型板35aおよび仕切板35bを駆動する駆
動装置36と、この駆動装置36を動作させる制御装置
37を有する。補助アシストガスは、扇型板35aに遮
蔽されていないガス供給口11を通じて、仕切板35b
と補助アシストガスノズル内2壁と主アシストガスノズ
ル1外壁とにより形成された小部屋32に流入し、補助
アシストガスノズル出口から噴出される。従って、加工
進行方向に合わせて加工進行方向の後方に小部屋が位置
するよう制御することにより、実施例17と同様の効果
を奏することができる。Embodiment 18 FIG. FIGS. 37 (a) and 37 (b) show a laser processing nozzle corresponding to a fourteenth embodiment of the present invention, wherein FIG. 37 (a) is a partially cutaway perspective view, and FIG. FIG. A portion that contacts the downstream side surface of the annular partition wall provided with the small hole 11 of the auxiliary assist gas supply port and has a function of blocking a part of the small hole 11 of the auxiliary assist gas supply port and blocking the flow of the auxiliary assist gas is cut off. Chipped annular flat plate, in this case sector plate 35a
Is provided. Further, partition plates 35b are fixed to both ends of the fan-shaped plate 35a and are integrally formed. This partition plate 35b is the same as the partition wall 31 in the above-described Embodiments 16 and 17.
And a small room is formed inside the auxiliary assist gas nozzle 2. The fan-shaped plate 35a and the partition plate 35b are
It is formed so as to be rotatable with respect to the nozzle central axis. Further, a drive device 36 for driving the fan-shaped plate 35a and the partition plate 35b and a control device 37 for operating the drive device 36 are provided. The auxiliary assist gas is supplied to the partition plate 35b through the gas supply port 11 which is not shielded by the fan-shaped plate 35a.
Then, the air flows into the small room 32 formed by the inner wall of the auxiliary assist gas nozzle and the outer wall of the main assist gas nozzle 1, and is ejected from the outlet of the auxiliary assist gas nozzle. Therefore, by controlling the small room to be located behind the processing direction in accordance with the processing direction, the same effect as that of the seventeenth embodiment can be obtained.
【0085】実施例19. 図38は本発明の実施例19の請求項16に相当するレ
ーザ加工装置を示す構成図である。アシストガス(酸素
ガス)供給源18を別個に有する図30に示すノズル構
成の加工ヘッドを用い、図のように、加工中に、材料表
面の温度、切断溝幅、火花の発光量などの情報を検知す
る情報検知手段、この場合はセンサー19と、このセン
サー19から得られた情報に応じて、ノズルから噴出さ
れる主アシストガスおよび補助アシストガスの流量及び
圧力を調整する流量制御装置20を設けている。これに
より、加工異常が回避され、より安定した加工が行え
る。Embodiment 19 FIG. FIG. 38 is a configuration diagram showing a laser processing apparatus corresponding to claim 16 of the nineteenth embodiment of the present invention. Using a processing head having a nozzle configuration shown in FIG. 30 having an assist gas (oxygen gas) supply source 18 separately, as shown in FIG. Detecting means, in this case, a sensor 19, and a flow control device 20 for adjusting the flow rate and pressure of the main assist gas and the auxiliary assist gas ejected from the nozzle in accordance with the information obtained from the sensor 19. Provided. Thereby, machining abnormalities are avoided, and more stable machining can be performed.
【0086】なお、本実施例においては、アシストガス
供給源を別個に有するノズル構成の加工ヘッドを用いた
が、アシストガス供給源は同一であって、実施例13、
14に示したような補助アシストガス供給口の開口面積
調整手段を設け、主アシストガス流量と補助アシストガ
ス流量を調整するノズル構成の加工ヘッドに適用して
も、同様な効果を奏することは言うまでもない。In this embodiment, a processing head having a nozzle configuration having a separate assist gas supply source was used. However, the same assist gas supply source was used.
It goes without saying that the same effect can be obtained even when the opening area adjusting means for the auxiliary assist gas supply port as shown in FIG. 14 is provided and applied to a processing head having a nozzle configuration for adjusting the main assist gas flow rate and the auxiliary assist gas flow rate. No.
【0087】実施例20. 図39は本発明の実施例20の請求項16に相当するレ
ーザ加工装置を示す構成図である。セルフバーニングを
予知または検知するセンサー19を備え、このセンサー
19からの信号により、セルフバーニングの発生を予知
または検知した時には、主アシストガス及び補助アシス
トガスの少なくともいずれか一方の圧力および流量を各
々低下させるように制御するようにしている。これによ
りバーニング発生が抑えられ、より安定な加工が行え
る。Embodiment 20 FIG. FIG. 39 is a configuration diagram showing a laser processing apparatus corresponding to claim 16 of the twentieth embodiment of the present invention. A sensor 19 for predicting or detecting self-burning is provided. When a signal from the sensor 19 predicts or detects the occurrence of self-burning, the pressure and flow rate of at least one of the main assist gas and the auxiliary assist gas are reduced. It is controlled so as to make it. Thereby, the occurrence of burning is suppressed, and more stable processing can be performed.
【0088】実施例21. 図40は本発明の実施例21の請求項17に相当するレ
ーザ加工装置を示す構成図である。この実施例では、レ
ーザ加工装置の運転制御装置21とアシストガス供給源
18の流量制御装置20とを連結している。そして、加
工の初期条件として、例えば、材料の種類、加工速度条
件、板厚条件に応じて、主アシストガスノズルおよび補
助アシストガスノズルそれぞれのガス流量、ガス圧力を
運転制御装置21によりプログラミング制御するように
している。また、加工中のプロセスに応じて、例えば、
ピアシング時、直線切断時、鈍角のコーナ切断時の角度
に応じて、カーブ切断時の曲率に応じて、あるいは円
形、半円形、楕円径形状等切断時の直径に応じて、加工
中に主アシストガスおよび補助アシストガスのガス流
量、ガス圧力を運転制御装置21により、プログラミン
グ制御するようにしている。これにより、作業者が直接
適正流量を入力する手間が省け効率化が図れるととも
に、加工品質の安定が得られ信頼性が増す。Embodiment 21 FIG. FIG. 40 is a configuration diagram showing a laser processing apparatus corresponding to claim 17 of Embodiment 21 of the present invention. In this embodiment, the operation control device 21 of the laser processing device and the flow control device 20 of the assist gas supply source 18 are connected. As initial conditions for processing, for example, according to the type of material, processing speed conditions, and sheet thickness conditions, the operation control device 21 controls the gas flow rate and gas pressure of each of the main assist gas nozzle and the auxiliary assist gas nozzle by programming control. ing. Also, depending on the process being processed, for example,
Main assist during machining according to the angle at the time of piercing, linear cutting, obtuse corner cutting, curvature at the time of curve cutting, or diameter at the time of cutting such as circular, semicircular, elliptical shape etc. The gas flow rate and the gas pressure of the gas and the auxiliary assist gas are programmed and controlled by the operation control device 21. As a result, the labor for the operator to directly input the appropriate flow rate can be saved, the efficiency can be improved, and the processing quality can be stabilized and the reliability can be increased.
【0089】実施例22. 図41は、本発明の実施例21の請求項17に相当する
他の実施例を示す構成図である。この実施例では、主ア
シストガスおよび補助アシストガスの供給源としてガス
種類Aのガス供給源A18aおよびガス種類Bのガス供
給源B18bを用意し、これら供給源18a,18bか
ら加工ヘッドへの導入口に切り替え弁23を設け、この
切り替え弁の切り替えを運転制御装置21により制御す
るよう構成している。このような構成とすることによ
り、例えば、ピアシング時、直線切断時、鈍角のコーナ
切断時の角度に応じて、カーブ切断時の曲率に応じて、
あるいは円形、半円形、楕円径形状等切断時の直径に応
じて、主アシストガスあるいは補助アシストガスのガス
種を例えば、酸素ガスから窒素ガスへと切り替えること
により燃焼を抑制してセルフバーニングを防止すること
ができるため、より安定した加工が可能となる。この実
施例においては、ガス種が二種類の場合の例を示してい
るが、3種類以上を切り替えるよう装置を構成してもよ
いことは言うまでもない。Embodiment 22 FIG. FIG. 41 is a configuration diagram showing another embodiment corresponding to claim 17 of Embodiment 21 of the present invention. In this embodiment, a gas supply source A18a of gas type A and a gas supply source B18b of gas type B are prepared as supply sources of the main assist gas and the auxiliary assist gas, and the inlets from these supply sources 18a, 18b to the processing head. Is provided with a switching valve 23, and the switching of the switching valve is controlled by the operation control device 21. With such a configuration, for example, at the time of piercing, at the time of straight line cutting, according to the angle at the time of cutting an obtuse angle, according to the curvature at the time of curve cutting,
Alternatively, depending on the diameter at the time of cutting, such as circular, semicircular, elliptical shapes, etc., the gas type of the main assist gas or auxiliary assist gas is switched from oxygen gas to nitrogen gas, for example, to suppress combustion and prevent self-burning Therefore, more stable processing can be performed. In this embodiment, an example in which there are two types of gas is shown, but it goes without saying that the apparatus may be configured to switch among three or more types.
【0090】実施例23. 図42は、本発明の実施例22の請求項18に相当する
レーザ加工装置を示す構成図である。加工しようとする
被加工物の板厚を検出する板厚検出手段、この場合は板
厚測定センサー40が加工ヘッドに設置されており、加
工前に被加工物の板厚を検知し運転制御装置21に出力
する。運転制御装置21から出力された主アシストガス
および補助アシストガスの板厚に応じた適正流量および
流速を流量制御装置20にて実現する。これにより、作
業者が、板厚に応じてガス圧を設定する必要がなく、効
率的で信頼性の高い加工装置が提供できる。なお、この
実施例では、板厚測定センサー40は、加工ヘッドに設
置されているが、板厚を測定できる位置であれば、どこ
に設置されていてもよいことは言うまでもない。Embodiment 23 FIG. FIG. 42 is a configuration diagram showing a laser processing apparatus corresponding to claim 18 of the twenty-second embodiment of the present invention. A thickness detecting means for detecting the thickness of the workpiece to be machined, in this case, a thickness measuring sensor 40 is installed in the machining head, and detects the thickness of the workpiece before machining and operates the operation control device. 21. An appropriate flow rate and flow rate according to the plate thickness of the main assist gas and the auxiliary assist gas output from the operation control device 21 are realized by the flow control device 20. This eliminates the need for the operator to set the gas pressure according to the plate thickness, and can provide an efficient and highly reliable processing apparatus. In this embodiment, the sheet thickness measuring sensor 40 is installed on the processing head. However, it goes without saying that the sheet thickness measuring sensor 40 may be installed anywhere as long as the sheet thickness can be measured.
【0091】実施例24.図43は本発明の実施例24
のレーザ加工装置の加工ヘッドを示す縦断面模式図であ
る。この実施例においては、主アシストガスノズル1、
補助アシストガスノズル2をそれぞれ別個に構成し、補
助アシストガスノズル2の内壁に、主アシストガスノズ
ル1を固定、係止する係止部、この場合は突起22を有
する構造を有している。これにより、各ノズルは着脱可
能となり、例えばアシストガス供給口となる小孔面積、
数量等の条件の異なるノズルの組み合わせを自由に選択
して、材料の材質、板厚等により、主アシストガスノズ
ル1と補助アシストガスノズル2の適正流量および適正
流量比を選択できる。Embodiment 24 FIG. FIG. 43 shows Embodiment 24 of the present invention.
FIG. 4 is a schematic vertical cross-sectional view showing a processing head of the laser processing apparatus of FIG. In this embodiment, the main assist gas nozzle 1,
The auxiliary assist gas nozzles 2 are separately formed, and have a structure in which an inner wall of the auxiliary assist gas nozzle 2 has a locking portion for fixing and locking the main assist gas nozzle 1, in this case, a projection 22. Thereby, each nozzle becomes detachable, for example, a small hole area serving as an assist gas supply port,
It is possible to freely select a combination of nozzles having different conditions such as the number and the like, and select an appropriate flow rate and an appropriate flow rate ratio of the main assist gas nozzle 1 and the auxiliary assist gas nozzle 2 depending on the material, the plate thickness, and the like.
【0092】なお、上記実施例においては二重環構造の
ノズルの場合について説明したが、多重環ノズルについ
ても同様で、ノズルをそれぞれ別個に構成し、各ノズル
の内壁は、その内側のノズルを固定、係止する係止部を
設けるようにすれば良く、同様の効果を奏する。また、
ノズルをその外側のノズル内壁に係止、固定する係止部
は、突起でなくともよく、図44(a)の縦断面模式図に
示すごとき段差22a、あるいは図44(b)の縦断面模
式図に示すごとき、テーパ形状部22bであってもよ
い。In the above-described embodiment, the case of the nozzle having the double ring structure has been described. However, the same applies to the multiple ring nozzle. The nozzles are separately formed, and the inner wall of each nozzle is formed by the inner nozzle. What is necessary is just to provide the locking part which fixes and locks, and the same effect is produced. Also,
The locking portion for locking and fixing the nozzle to the outer nozzle inner wall may not be a protrusion, and may be a step 22a as shown in a schematic vertical sectional view of FIG. 44 (a) or a schematic vertical sectional view of FIG. 44 (b). As shown in the figure, the tapered portion 22b may be used.
【0093】実施例25.図45は本発明の実施例25
のレーザ加工装置の加工ヘッドを示す縦断面模式図であ
る。この実施例においては、主アシストガスノズル1と
補助アシストガスノズル2の材質を同一とせず、主アシ
ストガスノズル1は加工し易い金属(例えば真鍮)と
し、最外周部の補助アシストガスノズル2は、融点の高
い高硬度の金属により形成している。この場合、外周部
では、切断時に発生する高温の酸化物あるいは融解した
金属が飛散した場合にスパッタリング等による損傷を受
けにくく、内部のノズルを保護する役割を果たすため、
ノズルの寿命が向上する。Embodiment 25 FIG. FIG. 45 shows Embodiment 25 of the present invention.
FIG. 4 is a schematic vertical cross-sectional view showing a processing head of the laser processing apparatus of FIG. In this embodiment, the main assist gas nozzle 1 and the auxiliary assist gas nozzle 2 are not made of the same material, the main assist gas nozzle 1 is made of a metal (for example, brass) which is easy to process, and the auxiliary assist gas nozzle 2 at the outermost periphery has a high melting point. It is formed of a high hardness metal. In this case, in the outer peripheral portion, when high-temperature oxide or molten metal generated at the time of cutting is scattered, it is not easily damaged by sputtering or the like, and serves to protect the internal nozzle,
The life of the nozzle is improved.
【0094】なお、上記実施例においては、レーザ切断
について述べたが、レーザ加工装置として同様の構造を
有するレーザ溶接に対しても同様の効果を有することは
言うまでもない。Although the laser cutting has been described in the above embodiment, it goes without saying that the same effect can be obtained for laser welding having the same structure as a laser processing apparatus.
【0095】また、本発明のレーザ加工装置、加工ヘッ
ドは上記実施例に限るものはなく、色々な構成、形態が
考えられる。例えば加工ヘッドにおいては、主アシスト
ガスノズルの噴出口と補助アシストガスノズルの噴出口
の位置が同じで旋回流形成手段を設けたもの、旋回流形
成手段と静圧変換手段を設けたもの等であってもよく、
同様の効果を奏する。被加工物(材料の種類、板厚)、
穴明け、切断等の加工条件、加工用途等により、それに
応じた各種手段を講じた各種構成の加工ヘッド、及び加
工装置が用いられる。Further, the laser processing apparatus and the processing head of the present invention are not limited to the above-mentioned embodiment, and various configurations and forms can be considered. For example, in the processing head, the position of the ejection port of the main assist gas nozzle and the position of the ejection port of the auxiliary assist gas nozzle are the same, and a swirl flow forming means is provided, and a swirl flow forming means and a static pressure conversion means are provided. Well,
A similar effect is achieved. Workpiece (material type, plate thickness),
Depending on processing conditions such as drilling and cutting, processing applications, and the like, various types of processing heads and processing apparatuses that employ various means according to the processing conditions are used.
【0096】[0096]
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果がある。Since the present invention is configured as described above, it has the following effects.
【0097】レーザビームノズルの中央部にレーザビー
ムが通過する主アシストガスノズルを設け、この主アシ
ストガスノズルを囲繞する環状の補助アシストガスノズ
ルを一重以上設けてなり、上記両ノズルから被加工物に
向かってアシストガスを噴出する加工ヘッドにおいて、
上記主アシストガスノズルの噴出口における主アシスト
ガスの流速を、上記補助アシストガスノズルの噴出口に
おける補助アシストガスの流速よりも大きくし、上記補
助アシストガスノズルの最も内側の噴出口の内径を上記
主アシストガスノズルの噴出口の内径より大きいかもし
くは等しくし、上記主アシストガスノズルの噴出口の位
置を上記補助アシストガスノズルの噴出口の少なくとも
いずれかよりもガス流の上流側に設け、かつ上記主アシ
ストガスノズルの外壁を該先端部の肉厚がガス流の下流
側に向かって徐々に薄くなるように構成したので、主ア
シストガス流は噴出口と加工面との距離が十分に確保で
きるので下流に向かって十分に乱れが発達し、加工面近
傍で大きな流速変動を得られる。一方、補助アシストガ
ス流は主アシストガスノズル先端部の肉厚が徐々に薄く
なる外壁面に沿って流れて主アシストガスノズル先端部
近傍では主アシストガス流との流れの向きがおおむね一
致し、主アシストガスノズル先端部で流れの剥離による
大規模な乱れを生じることなく主アシストガス流となめ
らかに接触して主アシストガス流との速度差を保ったま
ま下流に流れ、補助アシストガス噴出口で主アシストガ
ス流と連続的な流速分布を形成する。このように、加工
面近傍で主アシストガス流の大きな流速変動が得られ、
しかも補助アシストガス流がその噴出口で主アシストガ
ス流と連続的な流速分布を形成することで、ガス流全体
が乱れることはなく、周囲空気の巻き込み量が小さく高
純度でかつ乱れの大きいアシストガスを加工面に供給で
き、酸化反応が促進されるので、安定した加工が行え、
加工品質、加工速度を向上できる。[0097] The main assist-gas nozzle laser beam passes is provided in the central portion of the laser beam nozzle, the annular auxiliary assist gas nozzles surrounding the main assist-gas nozzle singlet least provided Ri Na, to the workpiece from the both nozzles
In the machining head ejecting an assist gas toward,
Main assist at the outlet of the main assist gas nozzle
The gas flow rate to the auxiliary assist gas nozzle
Larger than the flow velocity of the auxiliary assist gas in the auxiliary assist gas nozzle, the inner diameter of the innermost ejection port of the auxiliary assist gas nozzle is larger than or equal to the inner diameter of the ejection port of the main assist gas nozzle, the position of the ejection port of the main assist gas nozzle The auxiliary assist gas nozzle is provided on the upstream side of the gas flow from at least one of the ejection ports, and the outer wall of the main assist gas nozzle is formed such that the thickness of the tip portion gradually decreases toward the downstream side of the gas flow. With this configuration, the main assist gas flow can sufficiently secure the distance between the ejection port and the processing surface, so that turbulence develops sufficiently downstream and a large flow velocity fluctuation can be obtained near the processing surface. On the other hand, the auxiliary assist gas flow flows along the outer wall surface where the thickness of the tip portion of the main assist gas nozzle gradually decreases, and in the vicinity of the tip portion of the main assist gas nozzle, the flow direction with the main assist gas flow is almost the same. Smooth contact with the main assist gas flow without causing large-scale turbulence due to flow separation at the gas nozzle tip, flows downstream while maintaining the speed difference with the main assist gas flow, and main assist at the auxiliary assist gas jet Form a continuous flow distribution with the gas flow. In this way, a large flow rate fluctuation of the main assist gas flow is obtained near the processing surface ,
In addition, since the assist assist gas flow forms a continuous flow velocity distribution with the main assist gas flow at the outlet, the entire gas flow is not disturbed, and the amount of entrained ambient air is small, high-purity assist with large turbulence Since gas can be supplied to the processing surface and the oxidation reaction is promoted, stable processing can be performed,
Processing quality and processing speed can be improved.
【0098】主アシストガスノズル噴出口から吹き出さ
れる主アシストガス流の少なくとも一部を旋回流とする
旋回流形成手段を設けることにより、主アシストガスノ
ズル内部を流れるガスに旋回流が生じ、中心軸上での乱
れ度が増大し、主アシストガス流の圧力変動および流速
変動値を大きくできる。By providing a swirl flow forming means for swirling at least a part of the main assist gas flow blown out from the main assist gas nozzle jet, a swirl flow is generated in the gas flowing inside the main assist gas nozzle, and the swirl flow is generated on the central axis. The turbulence of the main assist gas flow can be increased, and the pressure fluctuation and the flow velocity fluctuation of the main assist gas flow can be increased.
【0099】[0099]
【0100】[0100]
【0101】また、主アシストガスノズル内壁面に螺旋
状にねじれた静止翼または溝を設けるという簡単な構成
で、容易に旋回流を形成できる。In addition, a swirling flow can be easily formed with a simple configuration in which a spirally twisted stationary blade or groove is provided on the inner wall surface of the main assist gas nozzle.
【0102】また、主アシストガスノズル内壁面にノズ
ル口が設けられ、ガスを上記主アシストガスノズル周方
向に並行に噴出する主アシストガス副流ノズルを設け、
これから主アシストガスを噴出させることにより容易に
旋回流を形成できる。Further, a nozzle port is provided on the inner wall surface of the main assist gas nozzle, and a main assist gas sub-flow nozzle for jetting gas in parallel with the circumferential direction of the main assist gas nozzle is provided.
Thus, the swirling flow can be easily formed by ejecting the main assist gas.
【0103】さらに、補助アシストガスノズル内に補助
アシストガス供給口から流入した補助アシストガス流が
持つ動圧を静圧に変換する静圧変換手段を設けることに
よって、補助アシストガスノズル内部に導かれたガスの
静圧を回復させて補助アシストガスの流れを均一化し、
流速変動を小さくして、外部空気の巻き込みを防止で
き、酸素純度が保持され、安定した加工が行える。Further, by providing static pressure converting means for converting the dynamic pressure of the auxiliary assist gas flow flowing from the auxiliary assist gas supply port into the auxiliary assist gas nozzle into a static pressure, the gas guided into the auxiliary assist gas nozzle is provided. To restore the static pressure of
The flow velocity fluctuation can be reduced to prevent the entrainment of external air, the oxygen purity is maintained, and stable processing can be performed.
【0104】また、補助アシストガス供給口から流入す
る補助アシストガス流に対向して静圧変換面を設けると
ともに、この静圧変換面端部にガス滞留空間を形成する
返り壁面を突設しているので、この空間に導かれたガス
の静圧回復を行い、整流することができ、外周流をさら
に安定化させて、空気の巻き込みを防止でき、酸素純度
が保持され、安定した加工が行える。Further, a static pressure conversion surface is provided to face the auxiliary assist gas flow flowing from the auxiliary assist gas supply port, and a return wall forming a gas retaining space is protruded from an end of the static pressure conversion surface. Since the gas introduced into this space can be recovered by static pressure and rectified, the outer flow can be further stabilized, air entrapment can be prevented, oxygen purity can be maintained, and stable processing can be performed. .
【0105】さらにまた、主アシストガスノズル供給口
の周囲に補助アシストガスの流量が調整可能な補助アシ
ストガスノズル供給口を設け、上記両供給口を同一のガ
ス供給源に接続しており、主アシストガスと補助アシス
トガスを分岐するようにしているので、例えば補助アシ
ストガスノズル供給口の小孔の面積および数量を適切に
設定することにより、主アシストガス流流量と、補助ア
シストガス流流量を適正値に設定できる。Further, an auxiliary assist gas nozzle supply port capable of adjusting the flow rate of the auxiliary assist gas is provided around the main assist gas nozzle supply port, and both supply ports are connected to the same gas supply source. And the auxiliary assist gas are branched, for example, by appropriately setting the area and quantity of the small holes of the auxiliary assist gas nozzle supply port, the main assist gas flow rate and the auxiliary assist gas flow rate are set to appropriate values. Can be set.
【0106】また、補助アシストガスノズル供給口にそ
の開口面積を調整する開口面積調整手段が設けられてい
るので、これにより、主アシストガスと補助アシストガ
スの流量および圧力を自動または手動にて個別に簡便に
調整することが可能となり、加工条件に応じて適正流量
および流量比を制御できる。Since the auxiliary assist gas nozzle supply port is provided with an opening area adjusting means for adjusting the opening area thereof, the flow rate and the pressure of the main assist gas and the auxiliary assist gas can be individually or automatically adjusted manually. Adjustment can be easily performed, and the appropriate flow rate and flow rate ratio can be controlled according to the processing conditions.
【0107】また、補助アシストガスノズル供給口に例
えばメッシュもしくは多孔質材からなる流路抵抗体を設
けており、これを適切に設定することにより、容易に補
助アシストガスの流量を調整できる。また、補助アシス
トガスの流れをより均一化し、流速変動を小さくして、
外部空気の巻き込みを防止でき、安定した加工が行え
る。Further, a flow path resistor made of, for example, a mesh or a porous material is provided at the auxiliary assist gas nozzle supply port, and the flow rate of the auxiliary assist gas can be easily adjusted by appropriately setting the flow path resistor. In addition, the flow of the assist gas is made more uniform,
Entrapment of external air can be prevented, and stable processing can be performed.
【0108】そして、補助アシストガスノズル噴出口で
の流速分布を調整する手段を設けているので、例えば加
工進行方向前方と後方でガスの流速分布、流量を変化さ
せることができ、加工進行方向に応じて有効にガス供給
を行うことができる。Since means for adjusting the flow velocity distribution at the auxiliary assist gas nozzle ejection port are provided, for example, the flow velocity distribution and flow rate of the gas can be changed in front and rear in the processing progress direction. Gas can be supplied effectively.
【0109】また、少なくとも補助アシストガスノズル
内壁に補助アシストガスノズルへのガス供給口を複数設
けるか、あるいは補助アシストガスノズル内を隔壁によ
って径方向に小部屋に分割しているので、即ちガス供給
口の位置、個数、隔壁の寸法、位置、個数を適切に設定
することにより、補助アシストガスノズル噴出口でのア
シストガス流量分布を自在に設定できる。In addition, since a plurality of gas supply ports for the auxiliary assist gas nozzle are provided at least on the inner wall of the auxiliary assist gas nozzle, or the inside of the auxiliary assist gas nozzle is divided into small chambers in the radial direction by partition walls, ie, the position of the gas supply port By appropriately setting the number, the size, the position, and the number of the partition walls, the assist gas flow distribution at the auxiliary assist gas nozzle ejection port can be freely set.
【0110】また、各小部屋内への供給ガス流量を個別
に調整する手段を有しているので、加工条件に応じて補
助アシストガスノズルの出口流量分布を自在に制御で
き、ガス供給が効率的に行われ、加工速度、加工品質が
向上する。Further, since means for individually adjusting the flow rate of the supply gas into each small room is provided, the outlet flow rate distribution of the auxiliary assist gas nozzle can be freely controlled according to the processing conditions, so that the gas supply is efficient. The processing speed and processing quality are improved.
【0111】さらにまた、補助アシストガス供給口が形
成され、補助アシストガスノズル内を軸方向に仕切る環
状隔壁、この環状隔壁の下流側面に接して回動可能に設
けられ、上記ガス供給口の一部を遮蔽し、一部が切欠か
れた環状平板、この平板の両端部に取着され、上記環状
隔壁より下流の補助アシストガスノズル内を径方向に仕
切り、上記平板と連動して回動する2枚の仕切板、上記
平板を駆動する駆動装置、及びこの駆動装置を動作させ
る制御装置を設けることにより、加工条件に応じて補助
アシストガスノズルの出口流量分布を自在に制御でき、
ガス供給が効率的に行われ、加工速度、加工品質が向上
する。Further, an auxiliary assist gas supply port is formed, an annular partition partitioning the inside of the auxiliary assist gas nozzle in the axial direction, provided rotatably in contact with the downstream side surface of the annular partition, and a part of the gas supply port. An annular flat plate partially shielded, attached to both ends of this flat plate, radially partitions the inside of the auxiliary assist gas nozzle downstream of the annular partition wall, and rotates in conjunction with the flat plate By providing a partition plate, a driving device for driving the flat plate, and a control device for operating the driving device, the outlet flow distribution of the auxiliary assist gas nozzle can be freely controlled according to processing conditions,
Gas supply is performed efficiently, and processing speed and processing quality are improved.
【0112】そしてまた、上記加工ヘッドを用いた加工
装置においては、ガス流全体が乱れることはなく、周囲
空気の巻き込み量が小さく高純度でかつ乱れの大きいア
シストガスを加工面に供給できる結果、安定に精度良く
加工できる。 さらに、加工中に被加工物表面の温度、切
断溝幅、火花の光量などの情報を検知する情報検知手段
を設け、上記情報検知手段の出力に応じて上記加工ヘッ
ドから噴出されるアシストガスのガス種、流量あるいは
圧力を調整するようにしたので、加工異常が回避でき
る。In the processing apparatus using the processing head, the entire gas flow is not disturbed,
Air with a small amount of air entrapment and high purity and large turbulence
As a result of supplying cyst gas to the processing surface, stable and accurate
Can be processed. Further, information processing means for detecting information such as the temperature of the surface of the workpiece, the width of the cutting groove, and the amount of spark light during the processing is provided, and the assist gas ejected from the processing head according to the output of the information detecting means is provided. Since the gas type, flow rate or pressure is adjusted, abnormal processing can be avoided.
【0113】また、運転制御装置を設け、加工条件に応
じて、上記加工ヘッドから噴出されるアシストガスのガ
ス種、流量あるいは圧力を上記運転制御装置によりプロ
グラミング制御するようにしたので、いっそう安定した
加工を行うことができる。Further, an operation control device is provided, and the kind, flow rate or pressure of the assist gas ejected from the processing head is programmed and controlled by the operation control device according to the processing conditions, so that the operation control device is more stable. Processing can be performed.
【0114】また、被加工物の板厚を検出する板厚測定
手段を設け、この板厚測定手段の出力に応じて、加工ヘ
ッドから噴出されるアシストガスの流量あるいは圧力を
上記運転制御装置により制御するようにしたので、作業
者が板厚に応じてガス流量等を設定する必要がないた
め、作業の効率化が図られ、加工の信頼性が増加する。Further, a thickness measuring means for detecting the thickness of the workpiece is provided, and the flow rate or pressure of the assist gas ejected from the machining head is controlled by the operation control device according to the output of the thickness measuring means. Since the control is performed, the operator does not need to set the gas flow rate and the like according to the plate thickness, so that work efficiency is improved and processing reliability is increased.
【図1】 本発明の実施例1の請求項1に相当するレー
ザ加工装置の加工ヘッドを示す縦断面模式図である。FIG. 1 is a schematic vertical sectional view showing a processing head of a laser processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
【図2】 本発明の実施例1に係わる切断板表面でのア
シストガス流の圧力変動分布を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a pressure fluctuation distribution of an assist gas flow on a cutting plate surface according to the first embodiment of the present invention.
【図3】 本発明の実施例1における切断特性向上の原
理を説明する模式説明図である。FIG. 3 is a schematic explanatory view for explaining the principle of improving cutting characteristics according to the first embodiment of the present invention.
【図4】 本発明の実施例1における切断板表面での流
速分布を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a flow velocity distribution on the surface of a cutting plate according to the first embodiment of the present invention.
【図5】 本発明に係わるアシストガス流の圧力変動値
と切断面粗さとの関係を示す特性図である。FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship between a pressure fluctuation value of an assist gas flow and cut surface roughness according to the present invention.
【図6】 本発明の実施例1による加工速度のレーザパ
ワーに対する裕度を比較の従来例とともに示すグラフで
ある。FIG. 6 is a graph showing a margin of a processing speed with respect to a laser power according to the first embodiment of the present invention, together with a comparative conventional example.
【図7】 本発明の実施例1の加工ヘッドにおける噴出
口の位置関係を示す縦断面模式図である。FIG. 7 is a schematic vertical sectional view showing a positional relationship of a jet port in the processing head according to the first embodiment of the present invention.
【図8】 本発明の実施例1に係わるアシストガス流の
圧力変動値と噴出口間の距離との関係を示す特性図であ
る。FIG. 8 is a characteristic diagram illustrating a relationship between a pressure fluctuation value of an assist gas flow and a distance between injection ports according to the first embodiment of the present invention.
【図9】 本発明の実施例2の請求項1に相当する加工
ヘッドを示す縦断面模式図である。FIG. 9 is a schematic longitudinal sectional view showing a processing head corresponding to claim 1 of a second embodiment of the present invention.
【図10】 本発明の実施例3の請求項2に相当する加
工ヘッドを内部を透視して示す斜視図である。FIG. 10 is a perspective view showing a processing head corresponding to claim 2 of the third embodiment of the present invention as seen through the inside;
【図11】 本発明の実施例4の請求項3に相当する加
工ヘッドの主アシストガスノズルを示す斜視図である。FIG. 11 is a perspective view showing a main assist gas nozzle of a processing head according to a third embodiment of the present invention.
【図12】 本発明の実施例5の請求項4に相当する加
工ヘッドの主アシストガスノズルを示す上面図である。FIG. 12 is a top view showing a main assist gas nozzle of a processing head according to a fourth embodiment of the present invention.
【図13】 本発明の実施例6の請求項5に相当する加
工ヘッドを示す縦断面模式図である。FIG. 13 is a schematic longitudinal sectional view showing a processing head corresponding to claim 5 of Embodiment 6 of the present invention.
【図14】 本発明の実施例7の請求項6に相当する加
工ヘッドを示す縦断面模式図である。FIG. 14 is a schematic longitudinal sectional view showing a processing head corresponding to claim 6 of the seventh embodiment of the present invention.
【図15】 本発明の実施例6、7及び従来例における
切断板表面でのアシストガス流の圧力変動値を比較して
示す特性図である。FIG. 15 is a characteristic diagram showing a comparison between pressure fluctuation values of an assist gas flow on a cutting plate surface in Examples 6 and 7 of the present invention and a conventional example.
【図16】 本発明の実施例8の加工ヘッドを示す縦断
面模式図である。FIG. 16 is a schematic longitudinal sectional view showing a working head according to an eighth embodiment of the present invention.
【図17】 本発明の実施例9の加工ヘッドを示す縦断
面模式図である。FIG. 17 is a schematic longitudinal sectional view showing a working head according to a ninth embodiment of the present invention.
【図18】 本発明の実施例10の請求項8に相当する
加工ヘッドを示す一部破断模式斜視図である。FIG. 18 is a partially broken schematic perspective view showing a processing head corresponding to an eighth embodiment of the present invention.
【図19】 本発明の実施例10に係わる補助アシスト
ガス導入小孔数による、溝下部ガス排出部での全圧分布
の差を示す特性図である。FIG. 19 is a characteristic diagram showing a difference in a total pressure distribution at a gas discharge portion below a groove depending on the number of small holes for introducing auxiliary assist gas according to the tenth embodiment of the present invention.
【図20】 本発明の実施例10に係わる補助アシスト
ガス導入小孔数による、加工裕度の差を示すグラフであ
る。FIG. 20 is a graph showing a difference in machining allowance according to the number of small holes for introducing auxiliary assist gas according to the tenth embodiment of the present invention.
【図21】 本発明に係わる被加工物の板厚に対するア
シストガスの適正総流量を示すグラフである。FIG. 21 is a graph showing an appropriate total flow rate of an assist gas with respect to a plate thickness of a workpiece according to the present invention.
【図22】 本発明に係わる被加工物の板厚に対する主
アシストガスノズル流の適正流速を示すグラフである。FIG. 22 is a graph showing an appropriate flow rate of a main assist gas nozzle flow with respect to a plate thickness of a workpiece according to the present invention.
【図23】 本発明に係わる被加工物の板厚に対する補
助アシストガスノズル流の適正流速を示すグラフであ
る。FIG. 23 is a graph showing an appropriate flow rate of an auxiliary assist gas nozzle flow with respect to a plate thickness of a workpiece according to the present invention.
【図24】 本発明の実施例10に係わる加工ノズルの
適正小孔数の一例を、板厚との関係で示すグラフであ
る。FIG. 24 is a graph showing an example of an appropriate number of small holes of a processing nozzle according to Embodiment 10 of the present invention in relation to a plate thickness.
【図25】 本発明の実施例10に係わる補助アシスト
ガス供給口である小孔の他の形状例を示す模式平面図で
ある。FIG. 25 is a schematic plan view showing another example of the shape of the small hole serving as the auxiliary assist gas supply port according to the tenth embodiment of the present invention.
【図26】 本発明の実施例11の請求項9に相当する
加工ヘッドを示す一部破断模式斜視図であるFIG. 26 is a partially cut-away schematic perspective view showing a working head corresponding to claim 9 of the eleventh embodiment of the present invention.
【図27】 本発明の実施例12の請求項8に相当する
加工ヘッドを示す縦断面模式図である。FIG. 27 is a schematic longitudinal sectional view showing a processing head corresponding to claim 8 of the twelfth embodiment of the present invention.
【図28】 本発明の実施例13の請求項8に相当する
加工ヘッドにおける開口面積調整手段を示す模式平面図
である。FIG. 28 is a schematic plan view showing an opening area adjusting means in a processing head corresponding to claim 8 of Embodiment 13 of the present invention.
【図29】 本発明の実施例14の請求項8に相当する
加工ヘッドにおける開口面積調整手段を示す模式平面図
である。FIG. 29 is a schematic plan view showing an opening area adjusting means in a processing head corresponding to claim 8 of Embodiment 14 of the present invention.
【図30】 本発明の実施例15のレーザ加工装置の加
工ヘッドを示す縦断面模式図である。FIG. 30 is a schematic longitudinal sectional view showing a processing head of a laser processing apparatus according to Embodiment 15 of the present invention.
【図31】 本発明の実施例16の請求項12に相当す
る加工ヘッドを示す一部破断模式斜視図である。FIG. 31 is a partially broken schematic perspective view showing a working head corresponding to claim 12 of the sixteenth embodiment of the present invention.
【図32】 本発明の実施例16の加工ヘッドの他の例
を示す一部破断模式斜視図である。FIG. 32 is a partially broken schematic perspective view showing another example of the working head of Embodiment 16 of the present invention.
【図33】 本発明の実施例17の請求項11〜13に
相当する加工ヘッドを示す断面図である。FIG. 33 is a sectional view showing a processing head corresponding to claims 11 to 13 of Embodiment 17 of the present invention;
【図34】 本発明の実施例17の加工ヘッドへのアシ
ストガス供給手段の一例を示す模式図である。FIG. 34 is a schematic diagram illustrating an example of an assist gas supply unit to a processing head according to Embodiment 17 of the present invention.
【図35】 本発明の実施例17の加工ヘッドへのアシ
ストガス供給手段の他の例を示す模式図である。FIG. 35 is a schematic view showing another example of the means for supplying assist gas to the processing head according to Example 17 of the present invention.
【図36】 本発明の実施例17に係わる加工ヘッドを
用いたガス流量制御例におけるガス供給状態を示す模式
説明図である。FIG. 36 is a schematic explanatory diagram showing a gas supply state in a gas flow control example using a processing head according to Embodiment 17 of the present invention.
【図37】 本発明の実施例18の請求項14に相当す
る加工ヘッドを示す一部破断模式斜視図である。FIG. 37 is a partially broken schematic perspective view showing a working head corresponding to claim 14 of the eighteenth embodiment of the present invention.
【図38】 本発明の実施例19の請求項16に相当す
るレーザ加工装置を示す構成図である。FIG. 38 is a configuration diagram showing a laser processing apparatus corresponding to claim 16 of the nineteenth embodiment of the present invention.
【図39】 本発明の実施例20の請求項16に相当す
るレーザ加工装置の他の例を示す構成図である。FIG. 39 is a configuration diagram showing another example of the laser processing apparatus corresponding to claim 16 of Embodiment 20 of the present invention.
【図40】 本発明の実施例21の請求項17に相当す
るレーザ加工装置を示す構成図である。FIG. 40 is a configuration diagram showing a laser processing apparatus corresponding to claim 17 of Embodiment 21 of the present invention.
【図41】 本発明の実施例22の請求項17に相当す
るレーザ加工装置の構成を示した模式図である。FIG. 41 is a schematic diagram showing a configuration of a laser processing apparatus corresponding to claim 17 of Embodiment 22 of the present invention.
【図42】 本発明の実施例23の請求項18に相当す
るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。42 is a schematic diagram showing a configuration of a laser machining apparatus corresponding to claim 18 of Example 23 of the present invention.
【図43】 本発明の実施例24のレーザ加工装置の加
工ヘッドを示す縦断面模式図である。FIG. 43 is a schematic longitudinal sectional view showing a processing head of a laser processing apparatus according to Example 24 of the present invention.
【図44】 本発明の実施例24のレーザ加工装置の加
工ヘッドの他の例を示す縦断面模式図である。FIG. 44 is a schematic longitudinal sectional view showing another example of the processing head of the laser processing apparatus according to Example 24 of the present invention.
【図45】 本発明の実施例25のレーザ加工装置の加
工ヘッドを示す縦断面模式図である。FIG. 45 is a schematic longitudinal sectional view showing a processing head of a laser processing apparatus according to Embodiment 25 of the present invention.
【図46】 従来例のレーザ加工装置の加工ヘッドを示
す縦断面模式図である。FIG. 46 is a schematic longitudinal sectional view showing a processing head of a conventional laser processing apparatus.
1 主アシストガスノズル、1a 主アシストガスノズ
ル噴出口、1c 主アシストガスノズル供給口、2 補
助アシストガスノズル、2a 補助アシストガスノズル
噴出口、2c 補助アシストガスノズル供給口、3 被
加工物の切断板表面、4 静止翼、5 螺旋溝、6 主
アシストガス副流ノズル、7 静圧変換面、8 返り壁
面、10、18、18a、18b アシストガス供給
源、11 補助アシストガスノズル供給口の小孔、12
流体抵抗体、13 開講面積調整手段、14 開講面
積調整手段を構成する環状円板、15 環状円板の小
孔、17 開講面積調整手段を構成する絞り機構、19
情報検知手段のセンサー、21 運転制御装置、30
アシストガス供給口、31 隔壁、32 小部屋、3
3 弁、35a 扇型板、35b 仕切板、36 駆動
装置、37 制御装置、40 板厚測定センサー。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main assist gas nozzle, 1a Main assist gas nozzle ejection port, 1c Main assist gas nozzle supply port, 2 Auxiliary assist gas nozzle, 2a Auxiliary assist gas nozzle supply port, 2c Auxiliary assist gas nozzle supply port, 3 Cutting board surface of workpiece, 4 Stationary blade 5 spiral groove, 6 main assist gas side flow nozzle, 7 static pressure conversion surface, 8 return wall surface, 10, 18, 18a, 18b assist gas supply source, 11 small hole of auxiliary assist gas nozzle supply port, 12
Fluid resistor, 13 opening area adjusting means, 14 annular disk forming opening area adjusting means, 15 small hole of annular disk, 17 throttle mechanism forming opening area adjusting means, 19
Sensor for information detection means, 21 Operation control device, 30
Assist gas supply port, 31 partition, 32 small room, 3
3 valves, 35a fan-shaped plate, 35b partition plate, 36 drive unit, 37 control unit, 40 plate thickness measurement sensor.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金岡 優 名古屋市東区矢田南五丁目1番14号 三 菱電機株式会社 名古屋製作所内 (72)発明者 村井 融 名古屋市東区矢田南五丁目1番14号 三 菱電機株式会社 名古屋製作所内 (56)参考文献 特開 昭57−130791(JP,A) 特開 昭63−171290(JP,A) 特開 昭64−87713(JP,A) 特開 昭60−255295(JP,A) 特開 平2−263585(JP,A) 実開 昭58−185383(JP,U) 実開 昭62−199286(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 26/00 - 26/14 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yu Kanaoka 5-1-1, Yadaminami, Higashi-ku, Nagoya-shi Nagoya Works, Mitsubishi Electric Corporation (72) Inventor Atsushi Murai 5-1-1, Yadaminami, Higashi-ku, Nagoya No. Mitsubishi Electric Corporation Nagoya Works (56) References JP-A-57-130791 (JP, A) JP-A-63-171290 (JP, A) JP-A-64-87713 (JP, A) 60-255295 (JP, A) JP-A-2-263585 (JP, A) JP-A-58-185383 (JP, U) JP-A-62-199286 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) B23K 26/00-26/14
Claims (18)
ームが通過する主アシストガスノズルを設け、この主ア
シストガスノズルを囲繞する環状の補助アシストガスノ
ズルを一重以上設けてなり、上記両ノズルから被加工物
に向かってアシストガスを噴出する加工ヘッドにおい
て、上記主アシストガスノズルの噴出口における主アシ
ストガスの流速を、上記補助アシストガスノズルの噴出
口における補助アシストガスの流速よりも大きくし、上
記補助アシストガスノズルの最も内側の噴出口の内径を
上記主アシストガスノズルの噴出口の内径より大きいか
もしくは等しくし、上記主アシストガスノズルの噴出口
の位置を上記補助アシストガスノズルの噴出口の少なく
ともいずれかよりもガス流の上流側に設け、かつ上記主
アシストガスノズルの外壁を該先端部の肉厚がガス流の
下流側に向かって徐々に薄くなるように構成したことを
特徴とする加工ヘッド。1. A main assist gas nozzle through which a laser beam passes is provided at a central portion of a laser beam nozzle, and at least one annular auxiliary assist gas nozzle surrounding the main assist gas nozzle is provided. In the processing head that ejects the assist gas toward the auxiliary assist gas nozzle, the flow rate of the main assist gas at the ejection port of the main assist gas nozzle is set to be larger than the flow rate of the auxiliary assist gas at the ejection port of the auxiliary assist gas nozzle. The inner diameter of the inner outlet is larger than or equal to the inner diameter of the outlet of the main assist gas nozzle, and the position of the outlet of the main assist gas nozzle is upstream of the gas flow from at least one of the outlets of the auxiliary assist gas nozzle. Side of the main assist gas nozzle A processing head characterized in that the outer wall is configured such that the thickness of the tip portion gradually decreases toward the downstream side of the gas flow.
される主アシストガス流の少なくとも一部を旋回流とす
る旋回流形成手段を設けたことを特徴とする請求項1記
載の加工ヘッド。2. The processing head according to claim 1, further comprising a swirling flow forming means for turning at least a part of the main assist gas flow blown out from the main assist gas nozzle jet port into a swirling flow.
ストガスノズル内壁面に設けた螺旋状にねじれた静止翼
または溝であることを特徴とする加工ヘッド。3. The processing head according to claim 2, wherein the swirling flow forming means is a spirally twisted stationary blade or groove provided on the inner wall surface of the main assist gas nozzle.
ストガスノズル内壁面にノズル口が設けられ、ガスを上
記主アシストガスノズル周方向に並行に噴出する主アシ
ストガス副流ノズルからなることを特徴とする加工ヘッ
ド。4. The swirling flow forming means according to claim 2, wherein a nozzle opening is provided on an inner wall surface of the main assist gas nozzle, and the swirl flow forming means comprises a main assist gas sub-flow nozzle which jets gas in parallel with the circumferential direction of the main assist gas nozzle. The processing head to be characterized.
トガス供給口から流入した補助アシストガス流が持つ動
圧を静圧に変換する静圧変換手段が設けられていること
を特徴とする請求項1または2に記載の加工ヘッド。5. A static pressure conversion means for converting a dynamic pressure of an auxiliary assist gas flow flowing from an auxiliary assist gas supply port into a static pressure is provided in the auxiliary assist gas nozzle. 3. The processing head according to 2.
助アシストガス流に対向して静圧変換面を設けるととも
に、この静圧変換面端部にガス滞留空間を形成する返り
壁面を突設したことを特徴とする請求項5記載の加工ヘ
ッド。6. A static pressure conversion surface is provided so as to face an auxiliary assist gas flow flowing from an auxiliary assist gas supply port, and a return wall surface forming a gas retaining space is protruded from an end of the static pressure conversion surface. The processing head according to claim 5, wherein:
助アシストガスの流量が調整可能な補助アシストガスノ
ズル供給口が設けられ、上記両供給口が同一のガス供給
源に接続されているとを特徴とする請求項1または2に
記載の加工ヘッド。7. An auxiliary assist gas nozzle supply port capable of adjusting the flow rate of the auxiliary assist gas is provided around the main assist gas nozzle supply port, and both supply ports are connected to the same gas supply source. The processing head according to claim 1.
口面積を調整する開口面積調整手段が設けられているこ
とを特徴とする請求項7記載の加工ヘッド。8. The processing head according to claim 7, wherein an opening area adjusting means for adjusting an opening area of the auxiliary assist gas nozzle supply port is provided.
抗体を有することを特徴とする請求項7記載の加工ヘッ
ド。9. The processing head according to claim 7, wherein a fluid resistor is provided at the auxiliary assist gas nozzle supply port.
速分布を調整する手段を設けたことを特徴とする請求項
1または2に記載の加工ヘッド。10. The processing head according to claim 1, further comprising means for adjusting a flow velocity distribution at an auxiliary assist gas nozzle ejection port.
シストガスノズルへのガス供給口を複数設けることによ
り、補助アシストガスノズル噴出口での流速分布を調整
するようにしたことを特徴とする請求項10記載の加工
ヘッド。 Especially 11. providing a plurality of gas supply ports to the auxiliary assist-gas nozzle to the auxiliary assist-gas nozzle inner wall
11. The processing head according to claim 10, wherein the flow velocity distribution at the auxiliary assist gas nozzle ejection port is adjusted.
って径方向に小部屋に分割することにより、補助アシス
トガスノズル噴出口での流速分布を調整するようにした
ことを特徴とする請求項10記載の加工ヘッド。12. A partition inside the auxiliary assist gas nozzle.
By dividing into small rooms in the radial direction,
Adjusted the flow velocity distribution at the gas nozzle nozzle
The processing head according to claim 10, wherein:
を個別に調整する手段を有することを特徴とする請求項
12記載の加工ヘッド。13. A flow rate of a supply gas into a divided small room.
Characterized by having means for individually adjusting the
12. The processing head according to item 12 .
補助アシストガスノズル内を軸方向に仕切る環状隔壁、
この環状隔壁の下流側面に接して回動可能に設けられ、
上記ガス供給口の一部を遮蔽し、一部が切欠かれた環状
平板、この平板の両端部に取着され、上記環状隔壁より
下流の補助アシストガスノズル内を径方向に仕切り、上
記平板と連動して回動する2枚の仕切板、上記平板を駆
動する駆動装置、及びこの駆動装置を動作させる制御装
置を設けたことを特徴とする請求項10記載の加工ヘッ
ド。 14. An auxiliary assist gas supply port is formed,
An annular partition partitioning the inside of the auxiliary assist gas nozzle in the axial direction,
It is provided rotatably in contact with the downstream side surface of this annular partition,
Partially cut out annular part that shields part of the above gas supply port
Flat plate, attached to both ends of this flat plate,
Partition the downstream auxiliary assist gas nozzle in the radial direction, and
Two partition plates that rotate in conjunction with the plate,
Driving device and a control device for operating the driving device
11. The processing head according to claim 10, wherein
De.
の加工ヘッドを備えたレーザ加工装置。15. according to any one of claims 1 to 14
Laser processing device equipped with a processing head .
幅、火花の光量などの情報を検知する情報検知手段を設
け、上記情報検知手段の出力に応じて加工ヘッドから噴
出されるアシストガスのガス種、流量あるいは圧力を調
整するようにしたことを特徴とする請求項15記載のレ
ーザ加工装置。16. The temperature of the surface of the workpiece during processing,
An information detecting means for detecting information such as the width and the amount of spark
Injection from the processing head according to the output of the information detection means
Adjust the gas type, flow rate or pressure of the assist gas to be output.
The laser processing apparatus according to claim 15, wherein the laser processing apparatus is adjusted .
噴出されるアシストガスのガス種、流量あるいは圧力を
上記運転制御装置によりプログラミング制御するように
したことを特徴とする請求項15記載のレーザ加工装
置。17. An operation control device, comprising :
Check the gas type, flow rate or pressure of the assist gas
Programming control by the above operation controller
The laser processing device according to claim 15, wherein
段を有し、この板厚測定手段の出力に応じて、加工ヘッ
ドから噴出されるアシストガスの流量あるいは圧力を運
転制御装置により制御するようにしたことを特徴とする
請求項17記載のレーザ加工装置。18. A hand for measuring a thickness of a workpiece to detect the thickness of the workpiece.
It has a step, and according to the output of the thickness measuring means,
To control the flow rate or pressure of the assist gas
Characterized by being controlled by a rotation control device
The laser processing device according to claim 17 .
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