DE29517722U1 - Laser cutting head and mechanical drilling head - Google Patents
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Description
FORACON ,MASCHINEN- UND ANLAGENBAU GMBH
43122 Al/Gr 08.11.1995FORACON, MACHINERY AND PLANT CONSTRUCTION GMBH
43122 Al/Gr 08.11.1995
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Laserschneid kopf und mechanischer BohrkopfLaser cutting head and mechanical drilling head
Die Erfindung betrifft eine Laser-Schneidmaschine, wie sie insbesonder zum Schneiden plattenförmiger Werkstücke, etwa von Stahlpiatten etc. verwendet wird, um vor allem keine geraden, sondern gekrümmte, speziell eingekrümmte, Konturen aus diesen Platten auszuschneiden.The invention relates to a laser cutting machine, such as is used in particular for cutting plate-shaped workpieces, such as steel plates, etc., in order to cut out not straight but curved, specifically curved, contours from these plates.
Besonders wenn der Schnitt selbst nicht lotrecht zur Ebene des Werkstückes, sondern hierzu im Winkel erfolgen soll, und dieser Winkel während des Schnittes geändert werden muß, hat sich das Laser-Schneiden sehr gut bewährt.Laser cutting has proven to be particularly effective when the cut itself is not to be made perpendicular to the plane of the workpiece, but at an angle to it, and this angle must be changed during the cut.
Dabei ist ein häufiger Einsatz das Einbringen von geschlossenen Schnittkonturen innerhalb eines plattenförmigen Werkstückes, also etwa zum Einbringen einer in sich geschlossenen Aussparung in einem solchen, zumeist plattenförmigen Werkstück. Dabei ist es notwendig, daß sich zunächst der Laserstrahl durch das Werkstück hindurchschießt, also beim gleichen Auftreffpunkt sich immer tiefer in das Werkstück hineingräbt, bis ein Durchgangsloch entstanden ist. Von diesem Durchgangsloch aus wird dann der Schnitt in der Ebene des plattenförmigen Werkstückes fortgesetzt.A common use is the introduction of closed cutting contours within a plate-shaped workpiece, for example to create a self-contained recess in such a workpiece, usually in the form of a plate. It is necessary for the laser beam to first shoot through the workpiece, i.e. to dig deeper and deeper into the workpiece at the same point of impact until a through hole is created. From this through hole, the cut is then continued in the plane of the plate-shaped workpiece.
Das Durchschießen eines plattenförmigen Werkstückes birgt jedoch - vor allem bei senkrechtem Auftreffen des Laserstrahles auf die Oberfläche des Werkstückes - die Gefahr in sich, daß ein so großer Anteil des Laserlichts genau in die Linsen des Laser-Schneidkopfes zurückgeworfen wird, daß diese Linsen beschädigt oder gar ganz zerstört werden. Diese Gefahr ist besonders groß bei solchen Werkstücken, die eine stark reflektierende Oberfläche aufweisen, wie etwa relativ blankesHowever, shooting through a plate-shaped workpiece - especially if the laser beam hits the surface of the workpiece vertically - carries the risk that such a large proportion of the laser light will be reflected back into the lenses of the laser cutting head that these lenses will be damaged or even completely destroyed. This risk is particularly great with workpieces that have a highly reflective surface, such as relatively shiny
Aluminium etc. Ist diese reflektierende Oberfläche zusätzlich nicht glatt, sondern aus vielen Einzelflächen zusammengesetzt und rauh ausgebildet, kann das Zurückstrahlen eines Teiles des Laserlichts direkt in die Linsen des Laser-Schneidkopfes auch durch Schrägstellen des Strahles gegenüber der Oberfläche nicht ausgeschlossen werden, da bei Auftreffen auf eine entsprechend geneigte, reflektierende Teilfläche der Oberfläche wieder die Reflexion in die unerwünschte Richtung des Laser-Schneidkopfes hin erfolgen kann.Aluminum etc. If this reflective surface is not smooth but made up of many individual surfaces and is rough, the reflection of part of the laser light directly into the lenses of the laser cutting head cannot be prevented even by tilting the beam relative to the surface, since when it hits a correspondingly inclined, reflective part of the surface, the reflection can again occur in the undesirable direction of the laser cutting head.
Da eine beschädigte oder gar zerstörte Linse des Laser-Schneidkopfes nicht nur eine relativ teure Reparatur erfordert, sondern vor allem lange Stillstandszeiten der gesamten, sehr teuren Laser-Schneidmaschine, ist es die Aufgabe gemäß der vorliegenden Erfindung, eine Laser-Schneidmaschine zu schaffen, welche vor allem beim Durchschießen von Werkstücken mit einem Laserstrahl als Beginn einer in sich geschlossenen, zweidimensionaien Schneidkontur eine Beschädigung des Laser-Schneidkopfes durch das eigene Laserlciht verhindert.Since a damaged or even destroyed lens of the laser cutting head not only requires a relatively expensive repair, but above all long downtimes of the entire, very expensive laser cutting machine, the object according to the present invention is to create a laser cutting machine which, especially when shooting through workpieces with a laser beam as the start of a self-contained, two-dimensional cutting contour, prevents damage to the laser cutting head by its own laser light.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This object is achieved by the characterizing features of claim 1. Advantageous embodiments emerge from the subclaims.
Durch die Anordnung eins zusätzlichen, konventionellen Bohrkopfes, also in der Regel eines Bohrfutters, in welches ein konventioneller Spiralbohrer eingesetzt ist, ist es möglich, bei plattenförmigen Werkstücken das für den Beginn der Laser-Schneidkontur notwendige Durchgangsloch in herkömmlicher Art und Weise mit einem Spiralbohrer etc. zu erzeugen.By arranging an additional, conventional drill head, i.e. usually a drill chuck into which a conventional twist drill is inserted, it is possible to create the through hole required for the start of the laser cutting contour in plate-shaped workpieces in the conventional way with a twist drill etc.
Anschließend wird - nach dem Entfernen des Bohrers aus dem Durchgangsloch der Laser-Schneidkopf über dieses Durchgangsloch verfahren und der Laserstrahl hindurchgerichtet. Anschließend wird mit dem Verfahren des Laser-Schneidkopfes eine von dem Durchgangsloch ausgehende Schneidkontur erzeugt, wobei durch den seitlichen Schneidfortschritt des Laserstrahles die Gefahr einer Reflexion eines so großen Teiles des Laserlichtes in den Laser-Schneidkopf zurück praktisch nicht mehr gegeben ist.After removing the drill from the through hole, the laser cutting head is then moved over this through hole and the laser beam is directed through it. The laser cutting head is then moved to create a cutting contour extending from the through hole, whereby the lateral cutting progress of the laser beam means that the risk of such a large part of the laser light being reflected back into the laser cutting head is practically eliminated.
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Gerade für plattenförmige Werkstücke ist eine Laser-Schneidmaschine in der Regel aus einem Werkstücktisch mit horizontaler Auflagefläche für das plattenförmige Werkstück sowie ggf. BefestigungsmögÜchkeiten hierfür gebildet, über welcher in einer horizontalen Richtung (X-Richtung) ein brückenfölrmiger X-Schlitten verfahrbar ist, der auf X-Führungen gleitend oder rollend aufliegt, die sich an den Außenseiten des Werkstücktisches befinden.Especially for plate-shaped workpieces, a laser cutting machine is usually made up of a workpiece table with a horizontal support surface for the plate-shaped workpiece and, if necessary, fastening options for this, over which a bridge-shaped X-slide can be moved in a horizontal direction (X-direction), which slides or rolls on X-guides that are located on the outside of the workpiece table.
Entlang dieses brückenförmigen X-Schlittens sind in der hierzu rechtwinklig verlaufenden horizontalen Y-Richtungen wiederum Y-Führungen ausgebildet, entlang welcher ein Y-Schlitten verfahrbar ist. Dieser Schlitten trägt den nach unten, gegen das Werkstück zielenden Laser-Schneidkopf, dessen Energiezufuhr, Fokussierung sowie Bewegung in X- und Y-Richtung über eine Maschinensteuerung gesteuert wird.Along this bridge-shaped X-slide, Y-guides are formed in the horizontal Y-direction running at right angles to it, along which a Y-slide can be moved. This slide carries the laser cutting head aimed downwards towards the workpiece, whose energy supply, focusing and movement in the X and Y directions are controlled by a machine control system.
Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, an einer solchen Maschine zusätzlich eine konventionelle Bohreinheit anzuordnen, also in der Regel ein Bohrfutter, wobei der in das Bohrfutter eingesetzte ebenfalls nach unten gegen das Werkstück, vorzugsweise in senkrechter Richtung zur Ebene des Werkstückes weist.According to the invention, it is now proposed to additionally arrange a conventional drilling unit on such a machine, i.e. usually a drill chuck, whereby the bit inserted into the drill chuck also points downwards towards the workpiece, preferably in a direction perpendicular to the plane of the workpiece.
Vorzugsweise wird dabei die konventionelle Bohreinheit nicht in einem separaten, auf dem brückenförmigen X-Schlitten verfahrbaren, zweiten Y-Schlitten untergebracht, sondern zusammen mit dem Laser-Schneidkopf in einem gemeinsamen Y-Schlitten.Preferably, the conventional drilling unit is not housed in a separate, second Y-carriage that can be moved on the bridge-shaped X-carriage, but together with the laser cutting head in a common Y-carriage.
Da die Maschinensteuerung prinzipiell nur die Bewegung des Schlittens in X- und Y-Richtung steuert, muß für den Betrieb der Bohreinheit anstatt des Laser-Schneidkopfes lediglich beim Umschalten jeweils der Relativabstand von Laser-Schneidkopf zur Bohreinheit in der Werkstückebene, also der XY-Ebene, von der Steuerung berücksichtigt werden.Since the machine control basically only controls the movement of the carriage in the X and Y directions, in order to operate the drilling unit instead of the laser cutting head, the control only needs to take into account the relative distance between the laser cutting head and the drilling unit in the workpiece plane, i.e. the XY plane, when switching.
Wenn der Laser-Schneid kopf in einem festen, nicht veränderbaren Abstand gegenüber der Bohreinheit im Y-Schlitten angeordnet ist, kann dieser Abstand einmal fest in die Steuerung eingegeben werden und muß dann vom Bedienungspersonal nie mehr berücksichtigt werden. Dabei kommt es nicht darauf an, daß der Abstand auf den Zehntel mm richtig angegeben ist, da das von der Bohrung zu erzeugende Durchgangsloch und damit der Durchmesser des Bohrers so groß gewä#hlt werden kann, daß sich bei der anschließenden Ausrichtung des Laser-Schneidkopfes über die Mitte des Durchgangsloches auch bei geringfügiger Faischpositionierung dieses Durchgangsloches der Laserstrahl noch innerhalb des Durchgangsloches befindet.If the laser cutting head is arranged at a fixed, non-changeable distance from the drilling unit in the Y-slide, this distance can be entered into the control system once and then never has to be taken into account by the operating personnel again. It is not important that the distance is specified correctly to the tenth of a mm, since the through hole to be created by the drilling and thus the diameter of the drill can be selected to be so large that when the laser cutting head is subsequently aligned over the center of the through hole, the laser beam is still within the through hole even if this through hole is slightly incorrectly positioned.
Eine Ausführungsform gemäß der Erfindung ist im folgenden anhand der Figur beispielhaft näher beschrieben.An embodiment according to the invention is described in more detail below with reference to the figure.
Laser-Schneidmaschinen 11 zum Schneiden im wesentlichen plattenförmiger Werkstücke 7 bestehen üblicherweise aus einem Werkstücktisch 6, auf dessen horizontaler Auflagefläche die plattenförmigen Werkstücke 7 aufgelegt und ggf. fixiert werden können.Laser cutting machines 11 for cutting essentially plate-shaped workpieces 7 usually consist of a workpiece table 6, on whose horizontal support surface the plate-shaped workpieces 7 can be placed and, if necessary, fixed.
In einer horizontalen Richtung (X-Richtung) ist ein brückenförmiger X-Schlitten 4a entlang des Werkstücktisches 6 verfahrbar, der auf Führungen 5a, 5b beidseits des Tisches verfährt.In a horizontal direction (X-direction), a bridge-shaped X-slide 4a can be moved along the workpiece table 6, which moves on guides 5a, 5b on both sides of the table.
Entlang dieses brückenförmigen X-Schlittens 4a ist ein Y-Schlitten 3 ebenfalls im wesentlichen horizontal verfahrbar, an welchem einerseits der Laser-Schneidkopf 1 und andererseits die Bohreinheit 2 mit Wirkrichtung nach unten gegen den Werkstücktisch &oacgr; und damit das Werkstück 7 zu ausgerichtet, befestigt sind. Der Laser-Schneidkopf 1 ist daher relativ zur Bohreinheit 2 nicht beweglich.A Y-slide 3 can also be moved essentially horizontally along this bridge-shaped X-slide 4a, to which the laser cutting head 1 and the drilling unit 2 are attached with the effective direction pointing downwards towards the workpiece table θ and thus the workpiece 7. The laser cutting head 1 is therefore not movable relative to the drilling unit 2.
(
Die Y-Führungen 4 können sich dabei entweder auf der Oberseite oder auf den(
The Y-guides 4 can be located either on the top or on the
Seitenflächen des X-Schlittens 4a befinden.side surfaces of the X-carriage 4a.
Der Y-Schlitten 3 kann entweder im Ganzen in der Höhe, also in Z-Richtung, bewegbar oder auch feststehend ausgebildet sein, in diesem Fall ist entweder der Laser-Schneidkopf 1 separat in Z-Richtung verstellbar, oder auch der Laser-Schneidkopf 1 ist in Z-Richtung nicht veränderbar, jedoch wird entsprechend der Dicke des Werkstückes 7 die Fokussierung des Laser-Schneidkopfes 1 verändert.The Y-carriage 3 can either be designed to be movable in height, i.e. in the Z direction, or to be fixed. In this case, either the laser cutting head 1 is separately adjustable in the Z direction, or the laser cutting head 1 cannot be changed in the Z direction, but the focus of the laser cutting head 1 is changed according to the thickness of the workpiece 7.
Dagegen ist bei der Bohreinheit 2 vorzugsweise eine Bewegung in Z-Richtung notwendig. Zu diesem Zweck kann entweder die Bohreinheit 2 gegenüber dem &Ugr;&Igr;&Ogr; Schlitten 3 in der Z-Richtung verstellt werden, oder der gesamte Y-Schlitten 3. Dies ist einerseits zum Auswechseln des Bohrers 2b in dem Bohrfutter 2a der Bohreinheit 2 notwendig, vor allem aber auch, um den Vorschub, also das Eindringen des Bohrers 2b in das Werkstück 7 zu steuern.In contrast, a movement in the Z direction is preferably necessary for the drilling unit 2. For this purpose, either the drilling unit 2 can be adjusted in the Z direction relative to the Y-slide 3, or the entire Y-slide 3. This is necessary on the one hand for exchanging the drill 2b in the drill chuck 2a of the drilling unit 2, but above all also for controlling the feed, i.e. the penetration of the drill 2b into the workpiece 7.
Die X- und Y-Bewegung des Schlittens 3 wird auch bei herkömmlichen Laser-Maschinen über eine zugehörige Steuerung 10 veranlaßt. Diese Steuerung kann damit ohne Zusatzaufwand auch für den in X- und Y-Richtung ebenfalls fest mit dem Schlitten 3 verbundenen Bohreinheit 2 verwendet werden, wobei für die Ansteuerung der Bohreinheit 2 lediglich der bekannte und einprogrammierte, nicht veränderbare Relativabstand zwischen dem Laser-Schneidkopf und der Bohreinheit 2 in der XY-Ebene berücksichtigt werden muß.The X and Y movement of the carriage 3 is also initiated in conventional laser machines via an associated control 10. This control can therefore also be used without additional effort for the drilling unit 2, which is also firmly connected to the carriage 3 in the X and Y directions, whereby for the control of the drilling unit 2 only the known and programmed, non-changeable relative distance between the laser cutting head and the drilling unit 2 in the XY plane must be taken into account.
Zusätzlich steuert diese Steuerung 10 auch die Bewegung in Z-Richtung, und zwar bei herkömlichen Maschinen lediglich für den Laser-Schneidkopf 1. Die zusätzliche Anordnung einer Bohreinheit 2 kann mit der gleichen Steuerung für die Z-Richtung gefahren werden, wobei der einfachste Fall darin besteht, daß der gesamte Schlitten 3 zusätzlich in Z-Richtung verfahrbar ist, was üblicherweise dadurch geschieht, daß ein Z-Schlitten 3a gegenüber dem Y-Schlitten 3 in Z-Richtung verfahrbar ist.In addition, this control 10 also controls the movement in the Z direction, namely in conventional machines only for the laser cutting head 1. The additional arrangement of a drilling unit 2 can be operated with the same control for the Z direction, whereby the simplest case consists in the entire carriage 3 also being movable in the Z direction, which is usually done by a Z carriage 3a being movable in the Z direction relative to the Y carriage 3.
Dies ist dann nögiich, wenn für den normalen Schneidvorgang der freie Abstand zwischen dem Laser-Sehne id kopf 1 und der Oberseite des Werkstückes 7 ohnehinThis is necessary if the free distance between the laser head 1 and the top of the workpiece 7 is already
so groß sein muß, daß bei diesem Abstand keine Kollision zwischen dem in das Bohrfutter 2a eingesetzten Bohrer 2b der Bohreinheit 2 und dem Werkstück 7 stattfindet.must be so large that at this distance no collision occurs between the drill 2b of the drilling unit 2 inserted into the drill chuck 2a and the workpiece 7.
Soll dagegen der Laser-Schneidkopf 1 näher an das Werkstück 7 herangebracht werden können, ist eine Relativbewegung in Z-Richtung zwischen der Bohreinheit 2 und dem Laser-Schneidkopf 1 notwendig, so daß entweder diese beiden Einheiten jeweils relativ gegenüber dem sie tragenden Schlitten 3 bzw. 3a in Z-Richtung bewegbar sein müssen, oder in direkter Relativbewegung zueinander.If, however, the laser cutting head 1 is to be brought closer to the workpiece 7, a relative movement in the Z direction between the drilling unit 2 and the laser cutting head 1 is necessary, so that either these two units must be movable in the Z direction relative to the carriage 3 or 3a carrying them, or in direct relative movement to one another.
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dadurch gekennzeichnet, daßLaser cutting machine according to one of the preceding claims,
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 19960215 |
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| R163 | Identified publications notified |
Effective date: 19960301 |
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| R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: FORACON MASCHINEN- UND ANLAGENBAU GMBH & CO. K, DE Free format text: FORMER OWNER: FORACON MASCHINEN- UND ANLAGENBAU GMBH, 75015 BRETTEN, DE Effective date: 19980401 |
|
| R156 | Lapse of ip right after 3 years |
Effective date: 19990901 |