复合加工方法及复合加工装置制造方法
【专利摘要】使用简单且低价的复合加工装置进行热切割和机械加工。该方法是通过热切割和机械加工从原板切出切割部件的方法，包括孔切割工序、最终完成工序及外周切割工序。孔切割工序相比最终完成尺寸保留切削余量地通过热切割在原板上形成孔。最终完成工序将切削工具插入通过孔切割工序形成的孔，并沿着孔的内周面旋转切削工具而切削热切割端面，由此将孔加工到最终完成尺寸。外周切割工序通过热切割切割切割部件的外周，从而从原板切出切割部件。
【专利说明】复合加工方法及复合加工装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种复合加工方法，特别涉及通过热切割和机械加工在原板上形成孔 并从原板上切出包含孔的切割部件的复合加工方法。
[0002] 另外，本发明涉及一种用于实施上述复合加工方法的复合加工装置。
【背景技术】
[0003] 构成桥梁、建筑机械、工业机械等的主体框架的焊接构造物是通过从原板切出各 种形状的切割部件而得到的。在这样的切割部件的切割中，使用能够根据程序切出任意形 状的等离子切割、气体切割、激光切割等热切割。
[0004] 在专利文献1中公开了一种复合加工装置，其除了搭载有等离子枪、气焊枪、激光 头等热切割用加工头之外，还装备有能够安装钻头或立铣刀等切削工具的机械加工用加工 头。这样的复合加工装置除了热切割之外，还用于加工热切割中难以应对的高精度孔、建筑 用钢筋的连接部的孔之类的通过标准确定需要通过机械加工加工的孔或者焊接用坡口等。
[0005] 此外，在专利文献2中公开了一种具有冲孔加工头和激光加工头的复合加工装 置。在该装置中，使用激光加工头在板材上形成预钻孔，之后使用冲孔加工头对已形成的预 钻孔实施最终完成加工。
[0006] 现有技术文献
[0007] 专利文献
[0008] 专利文献1 :(日本）特开昭59 - 196115号公报 [0009] 专利文献2 :(日本）特开平09 - 216021号公报
【发明内容】
[0010] 发明要解决的技术问题
[0011] 在复合加工装置中，为了高效地进行例如切削加工等机械加工，需要输出功率高 的马达和用于承受较大加工反作用力的刚性高的框架。另外，为了抑制加工时反作用力引 起的原板的移动和振动，在载置台上设置有用于固定原板的夹紧机构。因此，装置的制造成 本非常高。
[0012] 需要说明的是，通过钻孔加工在原板上形成孔的情况下，也可以省略如专利文献1 所示那样的夹紧机构。即，因为安装有钻孔工具的加工头在加工时只是沿上下方向移动，所 以通过在加工头上设置用于按压原板的机构，就能够防止原板的移动和振动。另外，用于防 止原板的移动和振动的机构也能够以简单的结构实现。
[0013] 然而，在其他的例如立铣加工中，还需要使加工头在水平方向上移动，因此不能在 加工头上设置用于按压原板的机构。另外，相对于在钻孔加工中不施加水平方向的力，在立 铣加工中则需要施加水平方向的力。因此，因钻孔加工而需要机械主体的刚性，此外还需要 用于抑制原板向水平方向移动的牢固的夹紧机构。因此，在用于进行包含钻孔加工和立铣 加工等各种机械加工的复合加工装置中，另行设置有如专利文献1所示的大型夹紧机构。
[0014] 另外，在热切割装置上附设钻孔加工用头的装置中，如前所述，也可以废除大型的 夹紧机构。然而，为了形成各种孔径的孔，需要准备具有对应的直径的多个钻头工具，因而 需要自动工具交换机（ATC:Auto Tool Changer)。因此，装置整体价格变高。
[0015] 在专利文献2的装置中，需要准备与各种不同孔径一一对应的打孔机，因此该装 置也需要自动工具交换机。因此，与前述同样地装置的制造成本非常高。
[0016] 将上述各种课题包括在内，将具有热切割用加工头和机械加工用加工头的现有复 合加工装置的课题总结如下。
[0017] (1)由于机械加工的切削量大、加工反作用力大，因此需要提高保持加工头的机械 主体的刚性。并且，需要设置用于将原板夹紧在载置台上的夹紧机构和用于将原板按压在 载置台上的按压件等机构，因此加工装置复杂且价格高。
[0018] (2)在钻孔加工的情况下需要ATC，导致加工机价格变高。
[0019] (3)在现有的复合加工装置中机械加工时的切削量较多，因此相对于例如等离子 枪和原板之间的间隙（切割高度）为数_，却产生了比较大的线状或螺旋状的切屑。该切 屑散乱在原板上，成为热切割时气焊枪运行的障碍。特别是如果线状或螺旋状的铁丝状的 切屑挂在热切割的切割槽，则不能用气体吹散或者用刷子除去。
[0020] (4)在现有的复合加工装置中，因为机械加工时切削量较多，所以加工速度与热切 割相比较慢，复合加工导致整体的生产性降低。
[0021] (5)在加工大型原板时，使用起重机将原板搬到载置台上，并在该载置台上需要使 用起重机相对于夹紧机构进行对位。这样使用起重机进行原板的定位是不实用的。
[0022] 由于存在以上各种课题，进行热切割和机械加工两种加工的复合加工装置可适用 于能够简单地进行夹紧的小型原板，但在从桥梁、建筑机械、工业机械等所使用的大型原板 (例如长度方向尺寸超过6m的原板）切出大型切割部件的领域仍无法使用。
[0023] 特别是，立铣加工机和热切割机的复合加工机没有实用化的理由如下。
[0024] 在热切割机中，将原板只载置在载置台上，原板没有被夹紧机构固定在载置台上。 艮P，在热切割作业中水平方向的负荷没有施加在原板上，而且考虑到从较大的原板切出多 个切割部件的作业实体，未设置有夹紧机构。另外，在原板更换作业中，由于要使用起重机 更换较大的原板，所以载置台上的原板位置的精度并不高，这也是不设置夹紧机构的理由 之一。
[0025] 与此相对，在钻孔加工或冲压加工的情况下，在钻头或冲模的周围设置原板按压 机构即可，但是如前所述，在立铣加工的情况下，因为工具自身沿水平方向移动，所以不能 设置单纯的原板按压机构。并且，在立铣加工中，在水平方向上产生加工负荷。
[0026] 如上所述，立铣加工和热切割加工在作业方式上所要求的条件不同，因此，立铣加 工机与不具备夹紧机构的热切割加工的复合加工装置未被实用化。
[0027] 本发明的课题在于能够以简单且低价的复合加工装置对特别是大型的原板进行 热切割和机械加工。
[0028] 用于解决技术问题的技术方案
[0029] 本发明第一方面的复合加工方法是通过热切割和机械加工在原板上形成孔，并且 从原板切出包含孔的切割部件的方法，包括孔切割工序、最终完成工序及外周切割工序。孔 切割工序相比最终完成尺寸保留切削余量地通过热切割在原板上形成孔。最终完成工序将 切割工具插入通过孔切割工序形成的孔，并沿着孔的内周面旋转切削工具而切削热切割端 面，由此将孔加工到最终完成尺寸。外周切割工序通过热切割切割切割部件的外周，从而从 原板切出切割部件。
[0030] 需要说明的是，在有多个切割部件的情况下，能够按照如下顺序进行加工。
[0031] (a)对于每个切割部件，按照孔切割一最终完成一外周切割的顺序实施工序。
[0032] (b)对于多个切割部件，一并实施孔切割一最终完成的各工序，之后一并实施外周 切割。
[0033] (c)重复孔切割之后重复最终完成加工，之后一并实施外周切割。
[0034] 由上述可知，外周切割工序必须在最终完成工序之后实施。S卩，实施最终完成加工 的时间点在外周切割之前，在实施最终完成加工时需要使各切割部件与原板处于一体。
[0035] 在上述加工方法中，在孔切割工序中保留少量切削余量地通过热切割形成孔，从 而能够在最终完成工序中减少进行切削加工时的负荷。因此，在用于实施该加工方法的装 置中，与现有装置相比，能够降低框架的刚性，并且能够使机械加工所使用的马达小型化。 另外，因为利用机械加工对孔实施最终完成加工的时间点在外周切割工序之前，所以进行 最终完成加工的包含孔部的切割部件未与原板切离。因此，特别是对于大的原板而言，利用 原板的自重将原板保持在载置台上，通过适当设定切削工具的直径和切削余量，即使不进 行夹紧，也能够利用加工反作用力防止原板的移动。
[0036] 本发明第二方面的复合加工方法在第一方面的方法的基础上，孔切割工序和外周 切割工序中的热切割是在原板的表面侧产生等离子电弧的等离子切割；在孔切割工序中， 在孔的原板表面侧端部留有切削余量地进行热切割。
[0037] 在利用等离子切割形成孔时，等离子电弧所形成一侧即孔的原板表面侧的孔径倾 向于比背面侧的孔径大。
[0038] 于是，在该第二方面的方法中，在孔切割工序中以在孔的原板表面侧端部保留切 削余量的方式进行热切割。在该情况下，孔切割工序中的表面侧的目标尺寸大致为最终完 成尺寸，从而能够减少最终完成工序中的切削量。
[0039] 本发明第三方面的复合加工方法在第一方面的方法的基础上，孔切割工序和外周 切割工序中的热切割是从原板的表面照射激光的激光切割或者喷射气体的气体切割；在孔 切割工序中，以在孔的原板背面侧端部保留切削余量的方式进行热切割。
[0040] 在利用激光或气体形成孔时，与等离子切割相反地，激光照射侧或喷射侧即孔的 原板表面侧的孔径倾向于比背面侧的孔径小。
[0041] 于是，在该第三方面的方法中，在孔切割工序中，以在孔的原板背面侧端部保留切 削余量的方式进行热切割。在该情况下，孔切割工序中的孔背面侧的目标尺寸大致为最终 完成尺寸，从而能够使最终完成工序中的切削量非常少。
[0042] 本发明第四方面的复合加工方法在第一至第三方面中任一方面的基础上，从孔切 割工序到外周切割工序中，不夹紧原板就进行加工。
[0043] 在此，如前所述，通过实施本发明的方法，使加工时作用于原板的加工反作用力减 小。因此，能够不夹紧原板就进行机械加工。
[0044] 本发明第五方面的复合加工方法在第一至第四方面中任一方面的方法的基础上， 在最终完成工序中，使用旋转的切削工具切削孔的热切割端面。并且，切削工具直径是原板 的厚度的两倍以下。
[0045] 通常，在切削加工中，使用的工具直径越大，切削速度（工具直径X主轴转速）越 大，从而加工效率越高，因此通常在可能的范围内使用大的工具直径。
[0046] 然而，在不夹紧原板就进行机械加工的情况下，需要采取对策使原板不发生振动。
[0047] 在此，随着原板的板厚增加，自重增大，由自重带来的拘束力（保持在载置台上的 保持力）增加。因此，在不夹紧原板就进行机械加工的情况下，板厚与切削工具的直径彼此 关联。
[0048] 从发明人的加工试验的结果发现，在不夹紧原板就进行切削加工的情况下，若使 切削工具直径设为板厚的两倍以下，则在不使原板振动或移动的范围内，能够对各种原板 以最快的加工速度进行良好的最终完成加工。
[0049] 需要说明的是，切削工具直径的下限受到安装轴的轴径的限制。另外，安装轴的轴 径由所安装的切削工具作为工具发挥功能的强度确定。因此，切削工具直径在具有作为工 具发挥功能的强度的直径以上是不言而喻的。
[0050] 于是，在该第五方面的方法中，将切削工具的直径设在原板的厚度的两倍以下。需 要说明的是，更加优选的是，将切削工具直径设在原板厚度的一倍以下。
[0051] 本发明第六方面的复合加工方法在第一至第五方面中任一方面的方法的基础上， 作为最终完成工序的前工序，还包括测量孔的高度位置的测量工序。另外，在最终完成工序 中，根据测量工序的测量结果和原板的板厚数据控制切削工具的高度位置。
[0052] 在此，在热切割机中，载置在载置台上的原板的高度由于附着在载置台上的横条 的渣滓和原板的弯曲而不一样。另外，由于载置台上的横条是消耗品，因此横条上表面的高 度也存在数mm程度的差异。
[0053] 在这种状况下，如果基于预先得到的载置台的高度和原板的厚度数据对孔的内周 面（切割端面）进行机械加工，则在孔的底部附近残留有未加工的部分，或者反而对横条和 渣滓进行切削。于是，如果以有可能对横条和渣滓进行切削为前提，则需要使机械加工速度 降低，而且，加工的反作用力增加，因此需要提高框架的刚性。
[0054] 于是，在该第六方面的方法中，在最终完成工序前测量孔的高度位置，基于该测量 结果控制切削工具的高度位置。因此，能够准确地仅对孔的内周面进行切削。
[0055] 需要说明的是，孔的高度位置通过测量孔附近的原板的表面高度来能够容易地测 量。
[0056] 本发明第七方面的复合加工方法在第一至第六方面中任一方面的方法的基础上， 在孔切割工序与最终完成工序之间，还包含确认孔内是否残留有在孔切割工序中被热切割 的端材的确认工序。
[0057] 在执行孔切割时，通常孔内部的端材从载置台的横条的间隙落到下方。然而，如果 孔切割以横跨横条的方式实施，则有时端材残留在横条上，或者端材挂到孔的内周面上等 而残留在孔中。在这样的状况下，在最终完成工序中不能将用于切削的工具插入孔的内部。
[0058] 于是，在本第七方面的方法中，确认在被切割的孔的内部是否残留有端材。需要说 明的是，在残留有端材的情况下，实施不执行最终完成工序的处理，或者实施在取出端材之 后执行最终完成工序等处理。
[0059] 本发明第八方面的复合加工方法在第七方面的基础上，确认工序是通过将在最终 完成工序中使用的切削工具插入孔中来进行的。
[0060] 在此，由于利用最终完成工序中的切削工具来确认孔内端材的有无，因此不需要 特别的传感器等。
[0061] 本发明第九方面的复合加工方法在第一至第八方面中任一方面的基础上，在最终 完成工序中，使用立铣刀对通过孔切割工序形成的孔的切割端面进行切削。
[0062] 在此，因为使用立铣刀切削孔的切割端面，所以能够使用一个工具应对各种孔径。 [0063] 本发明第十方面的复合加工法在第一至第九方面中任一方面的方法的基础上，在 最终完成工序中，使用气动马达驱动旋转的切削工具。
[0064] 通过使用气动马达使切削工具旋转，当加工负荷增大时，使工具转速降低。因此， 能够进一步抑制原板的移动。
[0065] 本发明第十一方面的复合加工装置是通过热切割和机械加工在原板上形成孔，并 且从原板切出包含孔的切割部件的装置，具有：载置台，其载置原板；第一加工头，其用于 对载置台上的非夹紧状态的原板进行热切割；第二加工头，其用于对载置台上的非夹紧状 态的原板进行机械加工；移动机构，其使第一加工头和第二加工头相对于载置台向水平方 向和上下方向相对地移动；高度位置检测传感器，其检测载置在载置台上的原板的上下方 向位置；控制部，其控制第一加工头和第二加工头相对于载置台的相对移动以及使用第一 加工头及第二加工头的热切割和机械加工。控制部具有孔切割功能部、最终完成功能部及 外周切割功能部。孔切割功能部相比最终完成尺寸保留切削余量地通过热切割在原板上形 成孔。第二功能部将切削工具插入通过孔切割功能部形成的孔，并沿着孔的内周面旋转切 削工具而切削热切割端面，由此将孔加工到最终完成尺寸。外周切割功能部通过热切割切 割切割部件的外周，从而从原板切出切割部件。
[0066] 在该复合加工装置中，保留少量切削余量地通过热切割形成孔，从而在孔内周面 的最终完成中能够减小切削加工时的负荷。因此，与现有装置相比，能够降低装置框架的刚 性，并且能够使机械加工所使用的马达小型化。另外，不需要用于按压原板的夹紧机构。 [0067] 本发明第十二方面的复合加工装置在第i^一方面的装置的基础上，第二加工头具 有直径在原板厚度的两倍以下的切削工具。
[0068] 如前所述，工具直径越小，作用到安装有工具的主轴和原板的反作用力越小。因 此，通过使切削工具的直径设在原板厚度的两倍以下，能够进一步抑制机械加工时的振动 等。需要说明的是，更加优选的是，将切削工具直径设在原板厚度的一倍以下。
[0069] 本发明第十三方面的复合加工装置在第十一或第十二方面的装置的基础上，控制 部还具有确认在孔内是否残留有被热切割的端材的确认功能部。
[0070] 本发明第十四方面的复合加工装置在第十三方面的装置的基础上，控制部通过将 安装在第二加工头上的切削工具插入孔中来确认端材的有无。
[0071] 本发明第十五方面的复合加工装置在第十一至第十四方面中任一方面的装置的 基础上，在第二加工头上安装有立铣刀。
[0072] 本发明第十六方面的复合加工法在第十一至第十五方面中任一方面的装置的基 础上，第二加工头具有用于驱动切削工具的气动马达。
[0073] 通过使用气动马达旋转切削工具，当加工负荷增大时，使工具转速降低。因此，能 够进一步抑制原板的移动。
[0074] 发明效果
[0075] 在上述本发明中，能够使用简单且低价的复合加工装置对特别是大型的原板进行 热切割及机械加工。
【专利附图】
【附图说明】
[0076] 图1是本发明一实施方式的复合加工装置的外观结构图。
[0077] 图2是复合加工装置的主视图。
[0078] 图3是复合加工机的系统框图。
[0079] 图4是表示本发明一实施方式的复合加工方法的处理顺序的视图。
[0080] 图5A是表示复合加工时的各部分的配置的视图。
[0081] 图5B是表示复合加工时的各部分的配置的视图。
[0082] 图6是说明通过等离子切割形成的孔形状的剖视图。
[0083] 图7是用于说明检测原板的高度位置的作用的视图。
[0084] 图8是表不最终完成工序的俯视不意图。
[0085] 图9是表示在最终完成工序中沿轴向进行多次加工情况的一例的剖视图。
[0086] 图10是表示在最终完成工序中沿半径方向进行多次加工情况的一例的剖
[0087] 视图。
[0088] 图11是用于说明最终完成工序中的向上切割和向下切割的俯视图。
【具体实施方式】
[0089][复合加工装置的结构]
[0090] 图1是表示本发明一实施方式的复合加工装置1的整体结构。另外，图2是表示 复合加工装置1的主视示意图。
[0091] 该复合加工装置1具有供原板即钢板W0载置的载置台2、热切割用等离子枪（第 一加工头）3、机械加工用头（第二加工头）4、高度检测传感器5、控制器6。
[0092] 在此，说明使用复合加工装置1从原板W0分别切出具有孔Η的多个切割部件 W1，W2的情况。
[0093] 在载置台2的上表面上，将多个横条7配置成加工之后的端材等从横条7之间的 间隙落到下方。另外，载置台2的下方空间与未图示的集尘装置连接。
[0094] 在载置台2的侧方配置有X轴轨道10。在X轴轨道10上，沿X轴方向移动自如 地支承有X轴轨道车11。在X轴轨道车1上固定有沿与X轴方向正交的Y轴方向延伸的Y 轴臂12。Y轴臂12位于载置台2的上方。并且，在Y轴臂12上沿Y轴方向移动自如地支 承有Y轴轨道车13。需要说明的是，X轴轨道车11和Y轴轨道车13各自被如图3所示的 X轴马达Mx和Y轴马达My驱动。
[0095] 等离子枪3沿Z轴方向（上下方向）移动自如地安装在被支承于Y轴轨道车13 的Z轴轨道车15上。等离子枪3的前端部是前端变细的大致圆筒形状，经由等离子枪线缆 等与等离子电源单元17(参照图3)连接。需要说明的是，为了沿上下方向驱动等离子枪3， 设置有如图3所示的第一 Z轴马达Mzl。
[0096] 机械加工用头4具有如图3所示的第二Z轴马达Mz2、沿Z轴方向移动自如的主轴 18等，在主轴18的前端安装有立铣刀19。
[0097] 在此，作为立铣刀19,在本实施方式中使用切削时反作用力较小且切削时难以使 原板W0移动的粗切削用粗加工立铣刀。
[0098] 另外，如前所述，从发明人的加工试验结果判明，在不夹紧原板就进行切削加工的 情况下，如果将切削工具直径设为板厚的两倍以下，则在原板不振动且不移动的范围内，能 够对各种原板以最快的加工速度进行良好的最终完成加工。
[0099] 于是，优选立铣刀19的直径为原板W0板厚的两倍以下，但是更加优选立铣刀19 的直径在原板W0板厚的一倍以下。
[0100] 需要说明的是，在本实施方式中，作为第二z轴马达Mz2,使用气动马达。在使用电 动马达的情况下，如果切削余量多且负荷扭矩变大，则在马达容量有富余时不降低转速地 进行切削加工。于是，在本发明的情况下，因为原板W0不被夹紧就进行切削加工，所以有可 能导致原板W0移动。
[0101] 另一方面，在利用气动马达驱动立铣刀19的情况下，当负荷扭矩增大时，马达转 速降低。因此，如前所述，在切削余量较多的情况下，不是以一定的转速强迫地进行切削，而 是以较低的转速进行切削。因此，能够防止原板W0移动，并且能够在不夹紧原板W0的情况 下总是能够准确地进行加工。
[0102] 高度检测传感器5支承在Y轴轨道车11上，沿Z轴方向上移动自如。需要说明的 是，省略用于在上下方向上驱动高度检测传感器5的机构。
[0103] 利用上述结构，能够使等离子枪3和机械加工头4相对于载置在载置台2上的原 板W0移动到水平方向（X轴方向、Y轴方向）和上下方向（Z轴方向）的任意位置。即，使用 分别用来驱动X轴轨道车11、Y轴轨道车13、Z轴轨道车15、主轴18的马达Mx，My，Mzl，Mz2 构成用于使等离子枪3和机械加工头4向各方向移动的移动机构。
[0104] 需要说明的是，如后文所述，也可以利用一个Z轴方向驱动用马达和一个气缸使 等离子枪3及机械加工头4沿Z轴方向移动。
[0105] 如图3所示，控制器6具有孔切割功能部21、最终完成功能部22、外周切割功能部 23、确认功能部24及加工线数据获得部25。孔切割功能部21、最终完成功能部22、外周切 割功能部23及确认功能部24由程序构成。
[0106] 孔切割功能部21具有相对于最终完成尺寸留有切削余量地通过等离子切削在原 板上形成孔的功能。最终完成功能部22具有将立铣刀19插入通过孔切割功能部21形成 的孔，并且使立铣刀19绕着孔的内周面旋转而切削热切割端面，从而将孔加工到最终完成 尺寸的功能。外周切割功能部23具有通过等离子切割沿切割部件的外周形成切割槽，从而 从原板W0切出切割部件的功能。确认功能部24具有确认孔内是否残留有利用孔切割功能 部21进行等离子切割的端材的功能。
[0107] 在控制器6上连接有自动编程装置26。自动编程装置装置26是根据切割部件的 形状对加工线的数据进行编程的装置。由该自动编程装置26编好的加工数据发送到控制 器6的加工数据获得部25。
[0108] 另外，控制器6与高度检测传感器5、用于驱动各轴向的移动轨道车11，13, 15及主 轴18的马达Mx, My, Mzl, Mz2连接。并且，控制器6与等离子电源单元17连接，由此控制等 离子电弧的产生。
[0109] [加工方法]
[0110] 利用图4、图5A及图5B说明由以上的复合加工装置1执行的加工方法。图4表示 加工方法的顺序，图5A及图5B表示各工序中各部分的配置。
[0111] 需要说明的是，在从原板W0切出多个切割部件的情况下，能够按照以下顺序进行 加工。
[0112] (a)对于每一个切割部件，按照孔切割一最终完成一外周切割的顺序实施工序。
[0113] (b)对于多个切割部件，一并实施孔切割一最终完成的各工序，之后一并实施外周 切割。
[0114] (c)重复孔切割之后重复最终完成加工，然后一并实施外周切割。
[0115] 在以上的各方法中，外周切割工序必须在最终完成工序之后实施。即，实施最终完 成加工的时间点在外周切割之前，在实施最终完成加工时需要使各切割部件与原板处于一 体。
[0116] 在此，以从原板W0切出具有一个孔的一个切割部件的情况为例进行说明。
[0117] 首先，在步骤S1中，起动等离子枪3,在原板W0上进行孔的切削加工（参照图 5A(a))。在此，通过等离子切割进行孔切割时，由于等离子切割特性，形成的孔如图6所示 呈倒圆锥台形状。即，等离子电弧所形成的原板的表面侧的孔径dl比背面侧的孔径d2大。
[0118] 于是，在步骤S1的孔切割中，将通过孔切割形成的原板表面侧的孔径dl设为其大 致成为最终完成尺寸。即，将孔切割中的目标尺寸设定为在后续的切削加工中原板表面侧 存在切削余量，并且使该切削余量最小。需要说明的是，在图6中用斜线表示在切削加工中 被切除的部分。
[0119] 接着，在步骤S2中，测量原板W0的表面高度位置。具体而言，利用下述两种方法 中的任一种方法进行测量。
[0120] (a)使立铣刀19的前端与原板W0的表面抵接，测量该状态下的立铣刀19的高度 (前端位置）（参照图5A(b)。根据通过该处理得到的数据和预先掌握的原板W0的板厚数 据，求出原板W0的表面高度位置。
[0121] (b)在能够预先掌握立铣刀19从机械加工头4突出的长度的情况下，利用高度检 测传感器5测量原板W0的表面高度（参照图5A(c))。然后，根据通过该测量得到的数据、 立铣刀的突出长度、原板W0的板厚数据，求出原板W0的表面高度。
[0122] 需要说明的是，立铣刀19或高度检测传感器5与原板W0抵接的位置是在步骤S1 中形成的孔的附近。
[0123] 在使用（a)方法的情况下，使立铣刀19与原板W0抵接，利用其反作用力或电导通 等手段检测原板W0的表面位置，因此不需要特殊的传感器，具有结构简单的优点。
[0124] 另一方面，在使用（b)方法的情况下，通过设置高度检测专用传感器，具有加快检 测速度，并且提高检测精度的优点。
[0125] 通过以上处理，能够知道立铣刀19下降到何种程度才使立铣刀19的前端位于与 原板W0的背面相同的高度。即，因为控制器6预先掌握了原板W0的板厚数据，所以根据该 板厚数据及检测到的立铣刀19的前端位置，将立铣刀19从检测到的位置下降板厚的量，由 此能够使立铣刀19的前端与原板W0的背面位置一致。
[0126] 于是，将立铣刀19的下降量设定为原板W0的板厚+ α。在此，" α "设定为不切削 载置台的横条及渣滓且孔内没有切削余量的值。
[0127] 在此，在仅具有机械加工头的加工机中，在固定盘上载置夹具及工件进行加工。并 且，控制器预先掌握了固定盘表面的高度位置。因此，在仅具有机械加工头的加工机中，不 需要如上所述测量原板的表面高度位置及计算下降量。
[0128] 在成为本发明的对象的复合加工机中，控制器6也预先掌握了作为数据的原板W0 厚度及载置台2的横条7的高度位置。因此，不测量原板W0的表面就基于数据也能够进行 后续工序的切削加工。
[0129] 然而，如图7所示，在进行包括等离子切割的热切割的装置中，放置在载置台2上 的原板W0的高度由于附着在载置台2的横条7上的渣滓和原板W0的弯曲而不一样。另外， 载置台2的横条7为消耗品，因此，横条7的上表面的高度也存在数mm程度的差异。
[0130] 在这样的状况下，如前所述，如果基于预先得到的数据对形成于原板W0的孔的内 周面进行机械加工，则如图7(a)所示，有时立统刀19的前端贯穿原板W0而到达渔滓D及 横条7。这样，如果切削横条7及渣滓D，则加工时的振动增大或者导致立铣刀19受损。
[0131] 于是，在步骤S2中，测量实际的原板W0的高度，特别是测量已形成的孔的附近的 原板高度，基于该测量结果，控制后续工序中的立铣刀19的移动。这样的处理对成为本发 明的对象的复合加工机而言是必须的。通过以上处理，如图7(b)所示，能够进行不切削渣 滓及横条并且在孔的内周面没有切削残余的最终完成加工。
[0132] 接着，在步骤S3中，确认在步骤S1中形成的孔的内部是否残留有端材。即，在利用 步骤S1进行孔切割时，通常孔的内部的端材从载置台2的横条7的间隙落到下方。然而， 根据情况的不同，有时端材挂到孔的端面上或者残留在孔的内部。
[0133] 于是，在该步骤S3中，确认孔的内部是否残留有端材。具体而言，执行将立铣刀19 插入孔中的处理。如图5B(a)所示，在孔的内部残留有端材的情况下，立铣刀19的前端与 端材冲突而不下降。通过检测该立铣刀19的位置，能够检测出在孔的内部是否有端材。
[0134] 在确认为孔的内部有端材的情况下，从步骤S3转到步骤S4。在步骤S4中，暂时停 止加工处理。通过点亮警示灯等通知操作人员。操作人员除去端材，然后指令再次开始加 工处理。
[0135] 在孔的内部没有端材的情况下或者端材被除去的情况下转到步骤S5。在步骤S5 中，使用立铣刀19进行切削加工（最终完成加工）。具体而言，使用立铣刀19切削如图6 的斜线所示的孔的内周端面（参照图5B(b))。
[0136] 图8表示使用立铣刀19切削加工孔Η的热切割端面Hf时的俯视图。在最终完成 加工中，首先，将立铣刀插入孔H。然后，沿着孔Η的内周面即热切割端面Hf，使立铣刀19 沿虚线箭头所示旋转，从而切削热切割端面Hf，将孔Η加工到最终完成尺寸。
[0137] 在该最终完成加工中，为了防止效率低下，优选使驱动立铣刀19马达（如前所述， 使用气动马达）的负荷减小，不使切削速度降低。于是，根据切削余量，如图9(a)、（b)所 示，沿轴向分多次加工，或者如图10 (a)、(b)所示，沿半径方向分多次加工。在这些情况下， 使立铣刀9多次旋转。
[0138] 另外，使用立铣刀19进行切削加工的情况包括如图11 (a)所示的向上切割和同图 (b)所示的向下切割。向上切割是工具的刀刃与切割结束的部分抵接并向上切割的切割方 法。另外，向下切割是工具的刀刃与未切削的部分抵接并向下切割的切割方法。将向上切 割和向下切割比较，向下切割虽然切削面较粗糙，但是提高进给速度。另外，在相同的进给 速度的情况下，向下切割在切割时的反作用力小，使原板W0难以移动。
[0139] 根据以上理由，在本实施方式中，在使用立铣刀19对孔Η进行最终完成加工的情 况下，使用向下切割进行加工。
[0140] 在此，由于在载置台2的横条7上附着有渣滓D，因此有时原板W0的高度位置发生 变化。然而，通过之前的步骤S2的处理，能够使立铣刀19准确地下降到与原板W0的背面 相同的位置。因此，能够可靠地切削孔的内周端面的整个区域。另外，以相同的理由，能够 防止立铣刀19切削渣滓D及横条7。
[0141] 另外，与上述相反地，根据等离子切割状况，有时横条7被磨损，从而使原板W0的 高度位置向下方下降。在这种情况下，如果不检测原板W0的表面高度，则立铣刀19的前端 位置就不能到达原板W0的背面，从而产生切削残余。然而，通过之前的步骤S2的处理，能 够防止这样的不良状况发生。
[0142] 接着，在步骤S6中，沿着切割部件的外周移动等离子枪3,从而切割切割部件的外 周。由此，能够从原板W0切出形成有孔的切割部件。
[0143] [特征]
[0144] (1)在孔切割工序中留有少量切削余量地通过等离子切割形成孔，由此能够减少 最终完成工序中进行切削加工时的负荷。因此，能够减小切削加工时的振动，能够降低框架 的刚性，并且能够使驱动立铣刀的马达小型化。另外，因为加工时的加工反作用力减小，所 以不需要用于按压原板的夹紧机构。
[0145] (2)因为使立铣刀的直径在原板W0厚度的两倍以下，所以能够抑制加工时的振 动，并且能够减小加工反作用力。
[0146] (3)在最终完成加工之前，测量孔附近的原板W0的高度，根据该测量结果及原板 W0的板厚数据控制立铣刀的移动。因此，能够准确地切削孔的内周面。
[0147] (4)因为在确认孔内是否残留有孔切割工序中切割的端材并进行最终完成加工， 所以能够可靠地进行准确的最终完成。另外，因为该确认使用立铣刀来进行，所以不需要特 别的传感器等。
[0148] (5)因为利用气动马达驱动立铣刀19,所以在切削加工时能够抑制原板W0的移 动。另外，作为立铣刀19,使用粗加工立铣刀，并且利用向下切削进行加工，因此能够进一步 抑制原板W0的移动。
[0149] [其他实施方式]
[0150] 本发明不限于上述实施方式，在不脱离本发明范围的情况下可以进行各种变形或 修正。
[0151] (a)在所述实施方式中，在孔的内部有端材的情况下暂时中断加工，等待操作人员 除去端材之后再次开始加工,但是也可以自动进行端材的除去。
[0152] (b)在最终完成加工中使用的工具不限于立铣刀，也可以使用研磨机等其他切削 工具。
[0153] (c)加工的孔的形状不限于正圆形状。例如，在形成长孔或矩形等孔的情况下也能 够同样适用本发明。
[0154] (d)在所述实施方式中，设置了用于驱动等离子枪3的第一 Z轴马达Mzl和用于驱 动机械加工用头4的第二Z轴马达Mz2,但是用于使等离子枪3和机械加工用头4向Z轴方 向移动的机构不限于所述实施方式。
[0155] 例如，也可以使等离子枪3和机械加工用头4支承在沿Z轴方向移动自如的轨道 车上，并且使用一个马达沿Z轴方向驱动该轨道车，利用气缸沿Z轴方向驱动等离子枪3和 机械加工用头4中的任一个。
[0156] 在这种情况下，与机械加工用头4相比，等离子枪在加工时难以受到反作用力，因 此优选利用气缸驱动等离子枪3。
[0157] (3)作为热切割，使用了等离子切割，但是其他的使用激光或气体的热切割与机械 加工的复合加工也同样能够适用本发明。
[0158] 在此，如果使用激光或气体形成孔，与等离子切割相反，激光照射侧或气体喷射侧 即孔的原板表面侧的孔径倾向于比背面侧的孔径小。
[0159] 于是，在利用激光或气体切割孔的情况下，需要在孔的原板背面侧端部留有切削 余量地进行热切割。并且，通过使孔切割工序中的孔背面侧的目标尺寸大致设为最终完成 尺寸，能够使最终完成工序的切削量非常少。
[0160] 工业实用性
[0161] 根据本发明，能够使用简单且低价的复合加工装置特别是对大型原板进行热切割 及机械加工。
[0162] 符号说明
[0163] 1 复合加工装置
[0164] 2 载置台
[0165] 3 等离子枪
[0166] 4 机械加工头
[0167] 5 高度检测传感器
[0168] 6 控制器
[0169] 10 X轴轨道
[0170] 11 X轴轨道车
[0171] 12 Y 轴臂
[0172] 13 Y轴轨道车
[0173] 15 Z轴轨道车
[0174] 21孔切割功能部
[0175] 22最终完成功能部
[0176] 23夕卜周切割功能部
[0177] 24确认功能部
【权利要求】
1. 一种复合加工方法，其通过热切割和机械加工在原板上形成孔，从所述原板切出包 含所述孔的切割部件，其特征在于，包括： 孔切割工序，相比最终完成尺寸保留切削余量地通过热切割在原板上形成孔； 最终完成工序，将切割工具插入通过所述孔切割工序形成的孔，并沿着所述孔的内周 面旋转所述切削工具而切削热切割端面，由此将所述孔加工到最终完成尺寸； 外周切割工序，通过热切割切割所述切割部件的外周，从而从所述原板切出所述切割 部件。
2. 如权利要求1所述的复合加工方法，其特征在于， 所述孔切割工序和所述外周切割工序中的热切割是在原板的表面侧产生等离子电弧 的等尚子切割， 在所述孔切割工序中，以在所述孔的原板表面侧端部保留切削余量的方式进行热切 割。
3. 如权利要求1所述的复合加工方法，其特征在于， 所述孔切割工序和所述外周切割工序中的热切割是从原板的表面照射激光的激光切 割或者喷射气体的气体切割， 在所述孔切割工序中，以在所述孔的原板背面侧端部保留切削余量的方式进行热切 割。
4. 如权利要求1至3中任一项所述的复合加工方法，其特征在于， 从所述孔切割工序到所述外周切割工序中，不夹紧所述原板就进行加工。
5. 如权利要求1至4中任一项所述的复合加工方法，其特征在于， 在所述最终完成工序中，使用旋转的切削工具切削孔的热切割端面， 所述切削工具径是所述原板的厚度的两倍以下。
6. 如权利要求1至5中任一项所述的复合加工方法，其特征在于， 作为所述最终完成工序的前工序，还包括测量所述孔的高度位置的测量工序； 在所述最终完成工序中，根据所述测量工序的测量结果和原板的板厚数据控制切削工 具的高度位置。
7. 如权利要求1至6中任一项所述的复合加工方法，其特征在于， 在所述孔切割工序与所述最终完成工序之间，还包括确认孔内是否残留有在所述孔切 割工序中被热切割的端材的确认工序。
8. 如权利要求7所述的复合加工方法，其特征在于， 所述确认工序是通过将在所述最终完成工序中使用的切削工具插入所述孔来进行的。
9. 如权利要求1至8中任一项所述的复合加工方法，其特征在于， 在所述最终完成工序中，使用立铣刀切削通过所述孔切割工序形成的孔的热切割端 面。
10. 如权利要求1至9中任一项所述的复合加工方法，其特征在于， 在所述最终完成工序中，使用气动马达驱动旋转的切削工具。
11. 一种复合加工装置，其通过热切割和机械加工在原板上形成孔，并从所述原板切出 包含所述孔的切割部件，所述复合加工装置的特征在于，具有： 载置台，载置原板； 第一加工头，用于对载置在所述载置台上的原板进行热切割； 第二加工头，用于对载置在所述载置台上的原板进行机械加工； 移动机构，使所述第一加工头和所述第二加工头相对于所述载置台向水平方向及上下 方向相对地移动； 高度位置检测传感器，检测载置在所述载置台上的原板的上下方向位置； 控制部，控制所述第一加工头和所述第二加工头相对于所述载置台的相对移动以及使 用所述第一加工头和所述第二加工头的热切割和机械加工； 所述控制部具有： 孔切割功能部，相比最终完成尺寸保留切削余量地通过热切割在原板上形成孔； 最终完成功能部，将切削工具插入通过所述孔切割功能部形成的孔，并沿着所述孔的 内周面旋转所述切削工具而切削热切割端面，由此将所述孔加工到最终完成尺寸； 外周切割功能部，通过热切割切割所述切割部件的外周，从而从所述原板切出所述切 割兀件。
12. 如权利要求11所述的复合加工装置，其特征在于， 所述第二加工头是具有原板厚度的两倍以下的径的切削工具。
13. 如权利要求11或12所述的复合加工装置，其特征在于， 所述控制部还具有确认孔内是否残留有被热切割的端材的确认功能部。
14. 如权利要求13所述的复合加工装置，其特征在于， 所述控制部通过将安装在所述第二加工头上的切削工具插入所述孔来确认端材的有 无。
15. 如权利要求11至14中任一项所述的复合加工装置，其特征在于， 在所述第二加工头上安装有立铣刀。
16. 如权利要求11至15中任一项所述的复合加工装置，其特征在于， 所述第二加工头具有用于驱动所述切削工具的气动马达。
【文档编号】B23P23/04GK104093523SQ201380006163
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2013年2月18日 优先权日:2012年3月28日
【发明者】山口义博, 北村和之, 近藤圭太 申请人:小松产机株式会社