Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laserbearbeitungsanlage mit einem Bearbeitungstisch, über welchem der Bearbeitungskopf in Längs- und Querrichtung sowie in der Höhe verstellbar ist. Bekannte Anlagen dieser Art weisen an beiden Längsseiten des Bearbeitungstisches Längsführungen für einen sich quer über den Bearbeitungstisch erstreckenden Balken auf. Der Bearbeitungskopf ist längs dieses Balkens einstellbar geführt, so dass er praktisch jede Stelle über den Bearbeitungstisch erreichen kann. Diese Konstruktion gestattet zwar eine stabile und entsprechend präzise Führung des Bearbeitungskopfes, aber die Zugänglichkeit des Bearbeitungsraumes und die Auswahl von Bearbeitungsmöglichkeiten lassen zu wünschen übrig.
Ziel vorliegender Erfindung ist es, die Zugänglichkeit zum Bearbeitungsraum und die Vielseitigkeit der Anlage zu verbessern. Der Anspruch 1 nennt eine erste erfindungsgemässe Massnahme zur Erzielung der besseren Zugänglichkeit und erhöhten Vielseitigkeit der Anlage. Dadurch, dass der Bearbeitungstisch nicht mehr zwischen den, sondern seitlich ausserhalb der Längsführungen angeordnet ist, wird die Zugänglichkeit des Arbeitsraumes wesentlich verbessert, und es wird im folgenden noch näher erläutert werden, dass damit auch eine Erweiterung der Bearbeitungsmöglichkeiten verbunden ist. Das trifft ganz besonders zu, wenn der Balken in Querrichtung verschiebbar geführt ist und an seinem über den Bearbeitungstisch ausladenden Ende den Bearbeitungskopf trägt.
In diesem Falle kann der Balken mit dem Bearbeitungskopf weitgehend oder vollständig vom Tisch zurückgezogen werden, so dass der Bearbeitungsraum von drei Seiten völlig frei zugänglich ist.
Eine weitere erfindungsgemässe Massnahme, insbesondere zur Erhöhung der Flexibilität bzw. Vielseitigkeit der Anlage ist im Anspruch 4 genannt. Die Dreheinheit und ein derselben vorzugsweise zugeordneter Reitstock können zum Spannen von Werkstücken dienen, die zur Bearbeitung gedreht werden müssen, also beispielsweise von Stangen, Rohren und dergleichen. Vorzugsweise ist die Spindel der Drehachseneinheit um eine Querachse schwenk- und einstellbar, also in einer Längsvertikalebene neigbar, was eine optimale Bearbeitung, insbesondere Schneiden und Schweissen von räumlichen, z.B. nicht rein zylindrischen oder prismatischen Werkstücken, erlaubt.
Weitere erfindungsgmässe Massnahmen und Ausführungsvarianten sind in den abhängigen Ansprüchen und in der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Laser-Bearbeitungsanlage genannt.
Diese Anlage ist in der Zeichnung mehr oder weniger schematisch dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine räumliche Ansicht der Anlage in einem ersten Betriebszustand,
Fig. 2 zeigt eine entsprechende räumliche Ansicht der Anlage in einem zweiten Betriebszustand, und
Fig. 3 ist eine räumliche Teilansicht in grösserem Massstab der Drehachseneinheit.
Die dargestellte Laser-Bearbeitungsanlage weist einen im wesentlichen rechteckigen Bearbeitungstisch 1 auf, der mittels Stützen 2 in bestimmter Höhe abgestützt ist. Die in den Fig. 1 und 2 sichtbaren Stützen 2 und hintere, nicht dargestellte Stützen können vorzugsweise in der Länge bzw. Höhe hydraulisch oder mechanisch verstellbar sein, um die Höhe der Arbeitsfläche des Bearbeitungstisches entsprechend einzustellen. Diese Bearbeitungsfläche ist gebildet durch schmale Querrippen 3, auf welchen in Fig. 1 eine zu bearbeitende Platte 4 aufgelegt ist. An der in den Fig. 1 und 2 vorne liegenden Längsseite weist der Bearbeitungstisch 1 eine genau bearbeitete Längsführung 5, beispielsweise ein Schwalbenschwanzprofil auf, mit welchem in später erläuterter Weise verschiedene Hilfsgeräte oder Hilfsvorrichtungen sowie Anschläge in genauer Position verbunden werden können.
Über dem Bearbeitungstisch 1 befindet sich die Höhenverstellung 6 mit einem mittels Schnellkupplung leicht auswechselbaren Bearbeitungskopf 7. Ein schnelles Auswechseln dieses Kopfes ist für einen vielseitigen, wirtschaftlichen Einsatz der Anlage wesentlich, damit jeweils eine schnelle Umstellung beispielsweise von Schweissen auf Schneiden oder umgekehrt erfolgen kann. Der Bearbeitungskopf 7 ist mittels der Höhenverstellung 6 am äusseren, freitragenden Ende eines in Querrichtung verschiebbaren Balkens 8 höhenverstellbar geführt. Die Führung und der Antrieb für die Vertikalverstellung des Bearbeitungskopfes entsprechen denjenigen bekannter Anlagen, und sie sind daher nicht näher dargestellt und beschrieben.
Der Balken 8 ist in einem Schlitten 9 in Querrichtung verschiebbar geführt, und er ist soweit verstellbar, dass er zusammen mit dem Bearbeitungskopf 7 praktisch vollständig seitlich (in Fig. 1 und 2 links) von der Bearbeitungsfläche des Bearbeitungstisches 1 weggefahren werden kann und dass der Bearbeitungskopf andererseits bis an den äusseren Rand (in Fig. 1 und 2 rechts) des Bearbeitungstisches ausgefahren werden kann. Die Führung und der Antrieb des Balkens 8 sind herkömmliche Maschinenteile, und sie sind nicht näher dargestellt und erläutert. Der Schlitten 9 ist auf vollstän dig seitlich des Bearbeitungstisches 1 liegenden Längsführungen an der Oberseite eines Maschinengestells 10 in Längsrichtung geführt, und es ist ein Antrieb für die Längsverstellung des Schlittens 9 zusammen mit dem Balken 8 und dem Bearbeitungskopf 7 vorgesehen.
Diese Führungen und der Antrieb des Schlittens 9 sind ebenfalls herkömmliche Maschinenteile und somit nicht näher dargestellt und beschrieben. Der Laser und die übrigen Hilfsaggregate der Anlage, insbesondere die Steuerelektronik, befinden sich unter bzw. zwischen den Längsführungen im Maschinengestell 10. In Fig. 2 ist der Laser 11 im Maschinengestell angedeutet, und es ist ebenfalls der Verlauf des austretenden Laserstrahls 12, der über verschiedene Spiegel 13 umgelenkt wird, dargestellt. Die Räume, durch welche der Laserstrahl durchtritt, sind mittels Balgen 14 bei jeder Betriebsstellung der oben beschriebenen Teile abgeschlossen und mit aufbereiteter Luft oder mit einem geeigneten Gas geflutet.
Am Maschinengestell 10 ist mittels eines vorzugsweise in der Höhe verstellbaren Trägers 15, eines Gelenkes 16 und eines schwenkbaren Trägers 17 eine Drehachseneinheit 18 schwenkbar angeordnet. Gemäss Fig. 1 kann diese Drehachseneinheit sich in einer Ruhestellung befinden. In dieser Ruhestellung befindet sich die Drehachseneinheit ganz seitlich des Bearbeitungstisches 1 und behindert somit die Zugänglichkeit zu demselben in Längsrichtung und einseitig in Querrichtung nicht.
Die Drehachseneinheit 18 kann in die in Fig. 2 dargestellte, ausgeschwenkte Betriebslage gebracht werden, in welcher sie beispielsweise mittels Bolzen 19 starr mit dem vorderen Stirnende des Bearbeitungstisches 1 verbunden ist. Die Drehachseneinheit 18 weist eine Drehvorrichtung mit einer Spannvorrichtung 20 auf, die um die Drehachse 21 drehbar ist und durch einen Motor 22 ange trieben werden kann. Wie Fig. 2 zeigt, kann die Dreheinheit, bzw. deren Spannvorrichtung 20, zum Spannen eines Werkstücks, beispielsweise eines Rohrs 23, benützt werden. Das andere Ende des Rohres kann mittels eines Reitstockes 24 gestützt und gelagert werden. Der Reitstock 24 ist auf das Führungsprofil 5 aufgeschoben und darauf in bestimmter Position durch nicht näher dargestellte Spannmittel fixiert.
In Fig. 2 ist angedeutet, dass am Rohr 23 Bearbeitungen vorgenommen werden, beispielsweise \ffnungen ausgeschnitten werden, wobei zur Bearbeitung je einer \ffnung das Rohr 23 durch die Drehvorrichtung gedreht und der Bearbeitungskopf 7 in Längsrichtung verschoben wird. Diese Bewegungen werden koordiniert durch die zentrale CNC-Steuerschaltung gesteuert. Die Bearbeitung kann hierbei an der obersten Mantellinie, radial bezüglich der Rohrachse erfolgen, was eine optimale Bearbeitung erlaubt. Es können jedoch auch Werkstücke von nicht kreisförmigem Querschnitt bearbeitet werden, in welchem Falle gegebenenfalls auch der Bearbeitungskopf 7 passend verschwenkt werden kann. Es ist dabei vorgesehen, diesen Kopf um eine senkrecht und eine horizontal stehende Achse allseitig schwenken zu können, um auch unregelmässig geformte Werkstücke von verschiedensten Seiten optimal bearbeiten zu können.
Dabei ist selbstverständlich eine zentrale koordinierte Steuerung aller beteiligten Antriebe vorgesehen, also für die Quer- und Längsbewegung des Bearbeitungskopfes, die Verschwenkung desselben die Drehung des Werkstückes mittels der Drehvorrichtung 18.
Fig. 3 zeigt eine Ansicht der Drehvorrichtung 18 in grösserem Massstab, wobei entsprechende Teile gleich bezeichnet sind wie in den Fig. 1 und 2. Wie Fig. 3 zeigt, ist die Drehachse bzw. die Spannvorrichtung 20 auf einem Träger 25 angeordnet, der um eine Achse 26 im Gestell der Drehvorrichtung 18 geschwenkt und mittels eines Klemmhebels 27 in einer bestimmten Schwenklage fixiert werden kann. Der mögliche Schwenkwinkel beträgt beispielsweise 90 DEG , so dass die Drehachse 21 aus einer horizontalen Stellung gemäss Figur 2 in jede beliebige geneigte Lage bis zur vertikalen Lage oder sogar um 180 DEG verstellt werden kann. Gemäss Fig. 3 ist in dem Spannfutter 20 ein Werkstück eingespannt, das aus einem zylindrischen Rohr oder Stab 28 und einer damit zu verschweissenden Scheibe 29 besteht.
Die Neigung der Spindelachse 21 bzw. der Werkstückachse ist so gewählt, dass der Bearbeitungskopf 7 optimal zu der Schweissstelle an der Kante zwischen dem zylindrischen Teil 28 und der Scheibe 29 des Werkstückes zugestellt werden kann.
Aus der vorstehenden Beschreibung geht klar hervor, dass dank der frei zugänglichen Anordnung des Bearbeitungstisches 1 vollständig seitlich der Längsführungen und/oder dank der zusätzlichen Drehvorrichtung mit neigbarer Drehachse eine vielseitige optimale Bearbeitung verschiedenster Werkstücke möglich wird. Im folgenden sind einige Beispiele möglicher Bearbeitungen aufgeführt, wobei diese Beispiele nicht abschliessend sind:
- Laserschneiden von Flachmaterial
- Laserschneiden von dreidimensionalen Werkstükken
- Laserschneiden von Rohren (rund oder eckig)
- Laserschweissen von Rundnähten
- Bahnschweissen mittels Laserstrahlung
- Laserhärten
- Umschmelzen mittels Laserstrahlung
- Auflegieren mittels Laserstrahlung
- Materialabtragung mittels Laserstrahlung
Es sind weitere Ausführungsvarianten und Massnahmen wie folgt möglich:
Der Balken 8 kann fest mit dem Schlitten 9 verbunden sein, und die Höhenverstellung des Bearbeitungskopfes 7 kann in Längsrichtung dieses Balkens verstellbar geführt sein. Der Laser und die Zusatzgeräte können auch ausserhalb des Maschinengestells angeordnet werden. Die gute Zugänglichkeit des Bearbeitungstisches erlaubt es auch, über demselben ein geeignetes Hebezeug anzubringen, welches der Handhabung von Werkstücken dient. Die Abmessungen des Bearbeitungstisches und der Führungen sind weitgehend beliebig, insbesondere in Längsrichtung, wobei die Laserstrahl-Parameter mit Hilfe eines verstellbaren Teleskops optimiert oder nachgeführt werden können, wenn die Verfahrwege besonders lang werden.
Bei unregelmässigen, komplizierten Werkstücken können Abtastmittel, beispielsweise mechanische, kapazitive, induktive oder optische Taster, vorgesehen werden, die das Werkstück abtasten und über die zentrale Steuerung die Bewegungen des Bearbeitungskopfes entsprechend steuern. Solche Tastvorrichtungen können vorzugsweise mit dem Bearbeitungskopf 7 verbunden werden. Mit dem Führungsprofil 5 können verschiedenste weitere Geräte, beispielsweise Anschläge oder sonstige Positionierungseinrichtungen, Spannvorrichtungen, Messvorrichtungen und dergleichen, verbunden werden. Dank der guten Zugänglichkeit des Bearbeitungstisches bei gemäss Fig. 1 weggeschwenkter Drehvorrichtung 18 können Werkstücke in Längsrichtung zugeführt werden, wobei auch Bänder ab Rollen schrittweise oder kontinuierlich durchgeführt und bearbeitet werden können.
Es ist auch möglich, zwei Bearbeitungstische wechselweise in Bearbeitungsstellung bringbar anzuordnen, damit jeweils auf einem Tisch bearbeitet und auf dem anderen Tisch abgeräumt und neue Werkstücke zur Bearbeitung aufgelegt werden können. Die erfindungsgemässe Anlage arbeitet vorzugsweise im Bereiche von Laserleistungen über 500 W, und die Verfahrwege in Längs- und Querrichtung betragen mindestens 0,5 m.
The present invention relates to a laser processing system with a processing table, over which the processing head is adjustable in the longitudinal and transverse directions and in height. Known systems of this type have longitudinal guides on both long sides of the processing table for a beam extending across the processing table. The machining head is adjustable along this bar, so that it can reach practically any place on the machining table. Although this construction allows a stable and correspondingly precise guidance of the machining head, the accessibility of the machining space and the selection of machining options leave something to be desired.
The aim of the present invention is to improve the accessibility to the processing space and the versatility of the system. Claim 1 mentions a first measure according to the invention for achieving better accessibility and increased versatility of the system. The fact that the processing table is no longer arranged between the longitudinal guides, but laterally, significantly improves the accessibility of the work area, and it will be explained in more detail below that this also extends the processing options. This is particularly true if the bar is guided so that it can be moved in the transverse direction and carries the processing head at its end that protrudes over the processing table.
In this case, the bar with the processing head can be largely or completely withdrawn from the table, so that the processing area is completely freely accessible from three sides.
A further measure according to the invention, in particular to increase the flexibility or versatility of the system, is mentioned in claim 4. The rotating unit and a tailstock, preferably assigned to it, can be used to clamp workpieces that have to be rotated for processing, for example rods, tubes and the like. The spindle of the axis of rotation unit is preferably pivotable and adjustable about a transverse axis, that is to say tiltable in a longitudinal vertical plane, which results in optimal machining, in particular cutting and welding of spatial, e.g. not purely cylindrical or prismatic workpieces allowed.
Further measures and design variants according to the invention are specified in the dependent claims and in the following description of an exemplary embodiment of the laser processing system according to the invention.
This system is shown more or less schematically in the drawing.
1 shows a spatial view of the system in a first operating state,
Fig. 2 shows a corresponding spatial view of the system in a second operating state, and
Fig. 3 is a partial spatial view on a larger scale of the axis of rotation unit.
The laser processing system shown has an essentially rectangular processing table 1 which is supported at a certain height by means of supports 2. The supports 2 and rear supports (not shown) that are visible in FIGS. 1 and 2 can preferably be hydraulically or mechanically adjustable in length or height in order to adjust the height of the working surface of the processing table accordingly. This machining surface is formed by narrow transverse ribs 3, on which a plate 4 to be machined is placed in FIG. 1. On the longitudinal side lying at the front in FIGS. 1 and 2, the processing table 1 has a precisely machined longitudinal guide 5, for example a dovetail profile, with which various auxiliary devices or auxiliary devices and stops can be connected in a precise position in a manner explained later.
Above the processing table 1 there is the height adjustment 6 with a processing head 7 which can be exchanged easily by means of a quick coupling. Rapid replacement of this head is essential for a versatile, economical use of the system, so that a quick changeover, for example from welding to cutting or vice versa, can take place. The machining head 7 is height-adjustable by means of the height adjustment 6 on the outer, self-supporting end of a bar 8 which can be displaced in the transverse direction. The guide and the drive for the vertical adjustment of the machining head correspond to those of known systems and are therefore not shown and described in more detail.
The bar 8 is guided in a slide 9 in the transverse direction, and it is adjustable to the extent that it can be moved practically completely sideways (in FIGS. 1 and 2 on the left) from the processing surface of the processing table 1 together with the processing head 7 and that Processing head, on the other hand, can be extended to the outer edge (in FIGS. 1 and 2 on the right) of the processing table. The guide and the drive of the beam 8 are conventional machine parts, and they are not shown and explained in more detail. The carriage 9 is guided on full dig laterally lying on the side of the machining table 1 longitudinal guides on the top of a machine frame 10, and there is a drive for the longitudinal adjustment of the carriage 9 together with the bar 8 and the machining head 7 is provided.
These guides and the drive of the carriage 9 are also conventional machine parts and are therefore not shown and described in more detail. The laser and the other auxiliary units of the system, in particular the control electronics, are located under or between the longitudinal guides in the machine frame 10. In FIG. 2, the laser 11 in the machine frame is indicated, and it is also the course of the emerging laser beam 12, which over different mirror 13 is deflected, shown. The spaces through which the laser beam passes are closed by bellows 14 in each operating position of the parts described above and flooded with treated air or with a suitable gas.
On the machine frame 10, an axis of rotation unit 18 is pivotably arranged by means of a support 15, which is preferably adjustable in height, a joint 16 and a pivotable support 17. 1, this axis of rotation unit can be in a rest position. In this rest position, the axis of rotation unit is located completely to the side of the processing table 1 and thus does not hinder access to it in the longitudinal direction and on one side in the transverse direction.
The axis of rotation unit 18 can be brought into the pivoted-out operating position shown in FIG. 2, in which it is rigidly connected, for example by means of bolts 19, to the front end of the processing table 1. The axis of rotation unit 18 has a rotary device with a clamping device 20 which is rotatable about the axis of rotation 21 and can be driven by a motor 22. As shown in FIG. 2, the turning unit or its clamping device 20 can be used for clamping a workpiece, for example a tube 23. The other end of the tube can be supported and stored by means of a tailstock 24. The tailstock 24 is slid onto the guide profile 5 and fixed thereon in a specific position by clamping means, not shown.
In FIG. 2 it is indicated that machining operations are carried out on the tube 23, for example openings are cut out, the tube 23 being rotated by the rotating device for machining each opening and the machining head 7 being displaced in the longitudinal direction. These movements are coordinated and controlled by the central CNC control circuit. The machining can take place on the top surface line, radially with respect to the pipe axis, which allows optimal machining. However, workpieces of non-circular cross section can also be machined, in which case the machining head 7 can also be swiveled appropriately. It is envisaged to be able to pivot this head on all sides about a vertical and a horizontal axis in order to be able to optimally machine even irregularly shaped workpieces from various sides.
A central, coordinated control of all the drives involved is of course provided, that is to say for the transverse and longitudinal movement of the machining head, the pivoting thereof, and the rotation of the workpiece by means of the rotating device 18.
FIG. 3 shows a view of the rotating device 18 on a larger scale, with corresponding parts being identified in the same way as in FIGS. 1 and 2. As shown in FIG. 3, the rotating axis or the clamping device 20 is arranged on a carrier 25 which extends around an axis 26 in the frame of the rotating device 18 can be pivoted and fixed in a certain pivoting position by means of a clamping lever 27. The possible swivel angle is 90 °, for example, so that the axis of rotation 21 can be adjusted from a horizontal position according to FIG. 2 to any inclined position up to the vertical position or even by 180 °. 3, a workpiece is clamped in the chuck 20, which consists of a cylindrical tube or rod 28 and a washer 29 to be welded therewith.
The inclination of the spindle axis 21 or the workpiece axis is selected such that the machining head 7 can be optimally advanced to the welding point on the edge between the cylindrical part 28 and the disk 29 of the workpiece.
From the above description it is clear that thanks to the freely accessible arrangement of the machining table 1 completely to the side of the longitudinal guides and / or thanks to the additional rotating device with an inclinable axis of rotation, a versatile optimal machining of various workpieces is possible. Some examples of possible processing are listed below, but these examples are not exhaustive:
- Laser cutting of flat material
- Laser cutting of three-dimensional workpieces
- laser cutting of tubes (round or angular)
- Laser welding of circular seams
- Path welding using laser radiation
- laser hardening
- remelting by means of laser radiation
- Allocation using laser radiation
- Material removal using laser radiation
Further versions and measures are possible as follows:
The bar 8 can be firmly connected to the carriage 9, and the height adjustment of the machining head 7 can be made adjustable in the longitudinal direction of this bar. The laser and the additional devices can also be arranged outside the machine frame. The good accessibility of the processing table also allows a suitable lifting device to be attached above it, which is used to handle workpieces. The dimensions of the machining table and the guides are largely arbitrary, in particular in the longitudinal direction, the laser beam parameters being able to be optimized or tracked with the aid of an adjustable telescope if the travel distances become particularly long.
In the case of irregular, complicated workpieces, scanning means, for example mechanical, capacitive, inductive or optical sensors, can be provided which scan the workpiece and control the movements of the machining head accordingly via the central control. Such probes can preferably be connected to the machining head 7. Various other devices, for example stops or other positioning devices, tensioning devices, measuring devices and the like, can be connected to the guide profile 5. Thanks to the good accessibility of the processing table when the rotating device 18 is pivoted away according to FIG. 1, workpieces can be fed in the longitudinal direction, and strips can also be carried out and processed step by step or continuously.
It is also possible to arrange two processing tables alternately in the processing position so that each can be processed on one table and cleared on the other table and new workpieces can be placed for processing. The system according to the invention preferably operates in the range of laser powers over 500 W, and the travel paths in the longitudinal and transverse directions are at least 0.5 m.