工作機械メーカーは、ニーズの変化や用途の多様化に伴い、進化する生産の変化をいかに管理するかという課題に直面しています。そのため、切断工程の最適化、材料フローの改善、部品のロード・アンロード、3次元レーザー切断サイクル中の改善など、新しい技術の開発が促進されています。

一度の位置決めでは加工できない形状を加工する場合、部品の位置決めが非常に重要な要素となります。

このようなニーズは深絞り加工や成形部品ではほとんどありませんが、曲げパイプの3次元レーザー切断では、曲げパイプの直径に沿って、またはハイドロフォーム部品の反対側の面にトリミング・ピアス・形状の切断を行い、同じ作業サイクル中に部品の切断位置を数回変更することが多々あります。このようなアプリケーションでは、ロボットの使用が不可欠で、品質と数量の両面で大きなメリットをもたらします。

精度が高い

手作業による位置決めでは些細なミスや大きなミスが発生する可能性がありますが、ロボットの場合はそのようなことはありません。むしろ、再現性が確保され、最終的な加工精度が大幅に向上します。

生産性の向上

位置決めにロボットを使う場合、ある切断位置から別の切断位置への移動が迅速かつ効率的に行われ、作業工程を中断してドアを開け、手動で部品の位置を変更する必要がありません。作業サイクルが高速化されるだけでなく、サイクルタイムの計算が簡素化され、見積もり時間が短縮されます。

より大きな実現可能性

ロボットを操作することで、カッティングヘッドに対して可能な部品形状の数が増えるため、ワークの最も難しい部分にレーザーが届き、実現可能な部品が増えます。

より高い柔軟性

ロボットグリッパーは、通常、広い面積がアクセスできない部品固定具とは異なり、クランプ面積が小さいため、同じ切断サイクル中にほぼ全面にアクセスできます。

ロボットを使ってワークを操作する3次元レーザー切断システムでは、CAMソフトウェアがロボットの動きも管理することが重要です。ロボットは機械的にだけでなくソフトウェアレベルでもシステムに完全に統合され、オフラインでサイクル全体をプログラミングできる必要があります。

作業者はCAMソフトをプログラムするだけで、システム全体がプログラムされます。作業者がロボットのプログラム方法を知っている必要はなく、特定のロボットモデル（ABB、KUKAなど）のプログラム経験も不要。そのため、レーザーヘッド・ロボット・その他の機器などワークセル全体をプログラムできるCAMソフトウェアを搭載したシステムを選ぶことが重要です。

3次元ロボットレーザーとは、ヘッドが部品の表面に対して垂直でない方向に切断できることを意味します。これは、金属板や直管だけでなく、深絞り・曲げ管・ハイドロフォーム・成形など、あらゆるタイプの3次元プロファイルで起こり得ます。この種の加工と3次元レーザー切断システムには、5軸制御が不可欠です。

• 3軸は、一般的に基本的な直交座標系X・Y・Zに配置され、空間内でヘッドを移動させます。
• 2軸は、カッティングヘッドの隣にあり、ビームの方向を正しく定めるために使われます。

ロボットレーザー切断システムでは、切断ヘッドを設置するロボット6軸と、ノズルをワークに対して接近・離反させるための7軸があります。

同じ目的で開発されたレーザー加工機でも、3次元部品の加工には重要な違いがあり、次のような点に注意して選ぶ必要があります。

作業領域

5軸レーザー加工機とロボットレーザー加工機では、作業領域が全く異なる形状をしています。5軸レーザー加工機の作業領域は立方体、ロボットレーザー加工機は楕円体に近い形をしています。

自由度

自由度とは、システムがレーザーヘッドに提供する動きの自由度のこと。システムの部品加工性や生産性に直接影響する重要な機能です。3次元レーザー加工システムの自由度は軸数と連動しており、5軸のシステムに比べて自由度が高くなります。例えばロボット型では、6軸によってヘッドが垂直な位置で両方向に切断できます。

ただし、ロボットを使ってワークを動かすと自由度が大きく増すため、この点では5軸か6軸かの差はほぼゼロになることに留意が必要です。

精度・再現性

5軸レーザー加工機と3次元ロボットレーザー加工機で加工した部品の品質に差はありません。どちらのタイプも優れた結果をもたらします。ただし精度に関しては、直交運動の構成により、5軸レーザーカッターがわずかに優れた結果を出します。比較のために、5軸レーザー切断システムとロボット付き3次元レーザー切断システムの精度・再現性の値を以下に示します。

これまで説明してきたようなレーザー切断システムのコストは、大きく異なる可能性があります。この変動は、自動化のレベル、実装された技術、カスタムソリューションかどうかによって大きく異なります。

5軸レーザー加工機

これらは単体の実機で、価格は50万ユーロ（約7000万円）程度から100万ユーロ（約1億4000万円）程度まで様々です。5軸ハンドリングシステムが3次元ロボットレーザーシステムよりも高価であっても、標準的な構成を持つ「標準」システムがリーズナブルな価格帯で提供されています。

カスタムロボットレーザー切断システム

カスタムマシンは標準的なモジュールから統合されますが、カスタマイズの度合いによっては、標準的なソリューションと比較して価格が大幅に高くなり、納期が長くなることがあります。企業は、設計・統合・テストに必要な時間を考慮し、カスタマイズされたソリューションが製造ニーズに適しているかを判断する必要があります。例えば、レーザー切断ヘッドを搭載したロボットを複数台持つシステムもあり、この場合、価格は100万ユーロ以上（1億4,000万円以上）になることもあります。

コンパクトな3次元レーザー加工システム

先駆的な技術として、3次元レーザーカッティングは、最先端の技術を生産に導入したいと考える多くのメーカーを魅了しています。標準機の高い柔軟性と汎用性（1点からのトータルコントロール、オフラインプログラミング、CAMソフトウェアなど）を保証し、カスタマイズのためのコスト（費用と時間）を回避するために、一部の工作機械メーカーはコンパクトで標準的な3次元ロボットレーザー切断システムを開発しました。

工作機械メーカーは、メーカーが日常的に遭遇する多くの課題を理解しているため、標準化されたソリューションには多くの利点があります。マシンには製造プロセスを合理化する特徴や機能が含まれ、ユーザーはオフラインでプログラムを作成し、迅速に生産を開始できます。製造はより柔軟で、効率的で、簡単で、より速くなり、スペアパーツの入手性やサービス対応も良くなります。標準的なソリューションは製造コストが安く、価格は一般的に30万ユーロ（約4,200万円）から50万ユーロ（約7000万円）です。限られた投資で、CNCレーザー切断システムの経験と技術を備えた機械で、3次元レーザー切断の世界に足を踏み入れる有利な方法となる可能性があります。

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ロボット制御の3次元レーザー加工は、高い精度と再現性、大きな自由度と柔軟性、そしてワークセル全体をオフラインでプログラムできる利便性をもたらします。5軸との違いや投資額を踏まえ、御社の生産ニーズに最適なソリューションをご提案します。

3次元レーザー加工の可能性を、ロボット制御で。実機見学やテストカットで、ぜひご確認ください。