CN101332573A - 用于加工工件的机床和方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种利用工件(2)与加工工具(4)的相对运动加工板形工件(2)尤其金属片材的机床(1)，加工工具(4)可相对于工件(2)移动，并且工件(2)也可相对于加工工具(4)沿一个同一运动轴线(“公共运动轴线”)移动，其特征在于，控制单元(15)，控制单元用于以下述方式致动加工工具(4)和工件(2)，即可选地在第一加工模式(M1)中，加工工具(4)和工件(2)这两者沿公共运动轴线(X)移动，或在第二加工模式(M2)中仅仅加工工具(4)沿所述公共运动轴线移动。本发明还涉及用于如上所述工件的加工方法、用于生成加工程序的方法，以及具有用于执行生成该加工程序的方法的所有步骤的编码装置的计算机程序产品。

Description

用于加工工件的机床和方法

技术领域

本发明涉及一种用于加工板形工件、特别是金属片材的机床，其利用了该工件与加工工具的相对运动，该加工工具可以沿着一个并且相同的运动轴线(“公共运动轴线”)相对于该工件移动。本发明还涉及上述类型工件的加工方法，涉及产生加工程序的方法，以及涉及计算机程序产品，该产品具有用于执行该方法全部步骤的编码装置，其中该方法用于建立该加工程序。

背景技术

例如，从日本专利公开文献No.2921727已知那种机床和与之相关的方法。该说明书描述了一种激光加工机器，该激光加工机器具有激光加工头，该加工头可以在X和Y方向上运动，以及工件，其通过运动单元也可以在X和Y方向上运动，该加工头的运动区域比该工件的运动区域小。因此，为了加工该工件，首先，工件上的激光加工部位位于该激光加工头的运动区域内并且仅仅该激光加工头在X和Y方向上运动来加工该工件。

在如上所述的激光加工机器的情况中，该激光加工头可以加工的区域被限制在该激光头的运动区域中。如果将由激光加工较大的区域，则必须首先停止激光加工并且在继续进行加工之前移动工件。

发明内容

本发明的目的是以如下方式改进背景技术部分介绍的机床和方法，该方式是该工件可以更快地并且以具有较高加工稳定性的方式被加工。

根据本发明其目的通过如下机床可以实现，其中设置用于致动该加工工具和该工件的控制单元，该控制单元以如下方式工作，可选地，在第一加工模式中，该加工工具和该工件可以沿公共运动轴线移动，或者，在第二加工模式中，仅仅该加工工具沿公共运动轴线移动。在第一加工模式中，在这种情况下可以完成该工件的快速加工，更具体地讲借助于工件和加工工具沿公共运动轴线移动，从而在运动的观点看，获得沿运动轴线的运动的运动叠加。在第二加工模式中，由于该工件保持静止因此该加工的可靠性有所增强，当工件由切割工具(如下所述)加工时，这种优点尤其突出。术语“加工模式”在本申请中表示机床的操作模式，其中该工件尤其通过激光切割被加工。仅仅为随后加工而定位该工件而执行的操作模式不包括在该术语中。

在尤其优选的实施例中，控制单元被构造成，在工件切除部从工件的最终切下之前，在加工工件的过程中，从第一加工模式切换至第二加工模式。在第一加工模式中可以完成工件切除部从工件的切下，同时在工件中形成切缝，直到在工件切除部和工件之间还有一定长度的残留连接部，从而工件的进一步运动将造成工件切除部与工件之间的相对运动。由于相对运动，该工件切除部可在工件下方经过，并且被卡在那里。此外，由于相对运动，切缝的宽度和形状被改变。为了避免这种情况，该控制单元设置成，在最终切下操作中，也就是从残留连接部的长度太小而不能防止相对运动的时刻，该控制单元切换至第二加工模式。

在一个有利的改型中，设置用于在第二加工模式中向该工件施加吸力的吸力装置。通过吸力的施加，该工件可以附加地被固定就位。

在优选的实施例中，设置用于工件移动的工件工作台。在这种情况中，该工件工作台用作为工件的运动单元，更具体地讲，通过传统的坐标引导件沿一个方向或两个方向相对于机床上的固定支承件移动。在该工件工作台只沿一个方向移动的情况中，为了该工件沿第二方向移动，设置用于工件的可移动的保持装置，其作为附加的运动单元，所述运动单元使得所述工件相对于工件工作台沿第二方向移动。

在优选的改型中，在该工件工作台中设置用于取出工件切除部的孔。通过该孔，该切下部分可以通过重力作用快速从该机床的工作区域取出。

在有利的方式中，该孔由至少一个可移动的元件优选挡板关闭。该挡板大体仅在其上安坐的工件切除部被完全切下之后才打开。

在特别有益的实施例中，该加工工具是激光加工头，该激光加工头大体置于该工件上方，并且可以沿至少两个方向移动。该激光加工头使该金属片材可以被快速切割，而形成均匀的切缝。

优选地，以如下方式设置该控制单元，可选地在第三加工模式中，仅仅工件被移动。例如，在正在进行超过加工工具的运动区域延伸的长度的直线切割时，仅工件的运动是有利的。同样在这种情况中，在最终切下操作之前，从第三加工模式切换至第二加工模式，从而防止最终切割过程中工件的移动。

在另一有利的实施例中，该加工工具的运动区域比该工件的运动区域小。该激光加工头可以在相对小的运动区域内以较高的加速度执行运动，然而，该工件尽管可以在更大的运动区域内运动，但有由于它更大的惯性使它比该激光加工头加速更慢。由于该加工工具和该工件的叠加运动，两个运动可以有利地组合。

本发明还涉及一种用于加工板形工件尤其金属片材的方法，该方法利用加工工具和该工件的相对运动进行加工，该加工工具相对于该工件移动，并且该工件相对于该加工工具沿着一个同一运动轴线(“公共运动轴线”)移动，并且其中，该加工工具和该工件以如下方式被致动，工件的加工可选地在第一加工模式中实现，其中，加工工具和该工件沿公共运动轴线移动，或在第二加工模式中实现，其中仅仅该加工工具沿公共运动轴线移动。使用根据本发明的方法，机床操作成，可以快速和可靠地加工工件。可以认识到，在第一和/或第二加工模式中，加工工具和/或工件还可附加地沿着第二公共运动轴线移动，也就是说，沿直线路径不必实现相对运动。该运动轴线/轴不必与机床的X或Y轴线重合，也就是说，该公共运动轴线具体地可与这些轴线成一角度。

在一个有益的改型中，在工件切除部从工件最终切下之前，从第一加工模式切换至第二加工模式，从而在最终切下操作(最终切割)过程中工件切除部与工件之间的相对运动可以被避免。

在另一有利的改型中，工件切除部在第二加工模式中在残留连接部处从该工件被最终地切下，其中残留连接部是在第一加工模式中在工件切除部与工件之间的切缝的形成之后被留下的。在这种情况中，该工件在第一加工模式中被加工，直到残留连接部太短而工件与工件切除部之间的相对运动无法避免。

在优选的改型中，只要残留的连接部的长度短于40mm，则从第一加工模式切换至第二加工模式。低于该长度，当在第一加工模式中加工金属片材时上述的相对运动大体不再避免，其中第一加工模式下该工件和该工具都可以运动。然而，该残留连接部的长度可以在30mm与50mm之间变化，或甚至在20与60mm之间变化，这取决于机床和被加工工件或金属片材的类型。

在另一特别优选的改型中，在最终切下操作之前，该工件优选通过吸力的施加而被固定就位，这附加地增加了加工的可靠性。

在另一优选改型中，在最终切下操作之后，该工件切除部通过重力作用或通过吸力的施加而从工件取出。这两种可行的方法都允许快速并可靠地取出已经切下的工件切除部，与切除部的手工取出相反，可以确保机床的连续操作。

此外，本发明涉及一种方法，该方法用于生成操作上述机床的控制单元的加工程序，其中，在该方法中产生控制指令，在控制单元上运行该加工程序期间，该控制指令使得从第一加工模式切换至第二加工模式。可以生成这样的加工程序，例如，通过在加工程序的第一程序段内设置使得加工工具运动和工件运动的控制指令，而在第二程序段中，仅仅设置单独触发该加工工具运动的控制指令，也就是说，在第二段程序中没有设置控制该工件运动的控制指令。

在一个有利的改型中，为了使得从第一加工模式切换至第二加工模式，生成特定的控制指令，其插入到加工程序的一组控制指令中。该特定的控制指令使得通过控制单元改变执行加工程序的控制指令。在该特殊控制指令执行之前由控制单元处理的用于指定目标位置的控制指令通过加工工具和工件的运动被执行。另一方面，在特定的控制指令之后被处理的指定目标位置的控制指令通过仅仅加工工具的运动被执行。可以认识到，通过插入附加的特定控制指令，还可以从第二加工模式切换至第一加工模式。

在特别优选的改变中，特定的控制指令在用于工件切除部从工件最终切下的控制指令之前插入这组控制指令中。在这种方式中，如上所述，通过仅仅移动加工工具可实现最终切下操作，因此可以增加切割加工中的可靠性。

本发明还涉及用于执行产生如上所述加工程序的方法的计算机程序。计算机程序在这种情况中基于将通过加工工件而获得的工件切除部的数量、形状和尺寸产生加工程序，所述信息通过使用者借助于合适的用户接口被指定。加工程序可以在工件加工的很早之前被产生并且可以借助于计算机可读的介质或借助于其它形式的数据传输方式在加工之前被传输至控制单元。

附图说明

通过说明书和附图将清楚本发明的其它优点。同样地，如上所述的特征以及下述的特征可以单独地被使用，或者多个这些特征可以以任何期望组合的方式被使用。所示和所述的实施例并不应被理解为形成了排他性的列表，这些是用于说明本发明的实施例的实质。

在附图中：

图1是根据本发明的机床的实施例的示意图，并且

图2a、2b是图1的机床的第一加工模式(图2a)和第二加工模式(图2b)加工期间工件的示意图。

具体实施方式

图1示出激光冲床(laser punch press)形式的机床1，其包括用于加工用作为工件2的金属片材的工具、传统的冲压成型装置3、以及作为加工工具的激光加工头4。待加工的该工件2在工件加工期间被支撑在工件工作台5上。通过传统的保持装置6，该保持装置具有用于夹紧该工件2的夹具7，该工件2可以相对于固定的冲压成型装置3和激光加工头4沿金属片材所在的平面(XYZ坐标系的X-Y平面)的第一运动轴线X移动。借助于传统的坐标引导件(未示出)，工件2可以通过以下方式沿金属片材所在平面的第二运动轴线Y移动，将工件工作台5与保持装置6一起相对于底部支座8移动，其中工件工作台5被支承在所述底部支座上。

因此，工件2可以沿着第一运动轴线X和第二运动轴线Y相对于冲压成型装置3和激光加工头4移动，以致于待加工的工件2的特定区域到达该冲压成型装置3的加工区域9和/或到达激光加工头4的加工区域11，该加工区域11由在工件工作台5中的大致圆形孔10限定。与固定的冲压成型装置3不同，该激光加工头4可以在加工区域11内沿第一运动轴线X和第二运动轴线Y借助于运动单元(未示出)如图1两个双向箭头所示地移动。此外，为了设置用于加工金属片材的合适的聚焦位置，该激光加工头4也可以沿着第三运动轴线Z移动。

在该工件2的待加工区域进入到该激光加工头4的加工区域11中之后，该激光加工头被开启(“激光束接通”)以致于从该工件2上切割例如矩形的工件切除部12，如图2所示。为此，在该机床1的第一加工模式中(M1，图2a)，该工件切除部12被部分地切下(cut partiallyfree)，而该工件2和该激光加工头4同时移动，产生切缝13。就在最终切下操作之前，激光加工头4和工件2在这种情况下沿第一运动轴线X以相反方向移动，如图2a中的箭头所示，金属片材12从残留连接部14被切下。因此，在第一加工模式M1中，产生重叠的运动，在该重叠的运动中，通过该工件2和激光加工头4沿着公共第一运动轴线X的合成运动可以实现金属片材2的快速加工。可以认识到，在适当的时候，也可以设置第三加工模式，其在第一加工模式M1之前执行，例如，其中工件2单独运动，而激光加工头3静止。对于以除了如图2a所示以外的方式指向的工件切除部12的切下而言，当然，工件2和/或激光加工头4的附加运动还可沿第二运动轴线Y实现。

只要残留连接部14小于长度d，其中这取决于工件切除部12和工件2的尺寸和重量以及机床1运动单元的结构，则这样是危险的，即由于工件2移动，工件切除部12将相对于工件而移动，尤其将在金属片材所在的平面内绕残留连接部14执行旋转运动。该问题由于摩擦而加重，其中正如像本情况中那样，如果工件2沿第一运动轴线也就是相对于工件工作台5移动，则将出现摩擦。由于这个原因，在第二加工模式(M2，图2b)中，其中所述第二加工模式以无缝过渡的方式跟随着第一加工模式M1，为了使得工件切除部12最终在残留连接部14处切下，仅仅激光切割头4被移动，而工件2静止。

在最差的情况中，工件切除部12与工件2之间的相对运动可能导致工件切除部12在该工件下通过并且楔在那里，并因而导致不能从工件2取出。甚至当工件切除部12相对于工件2仅轻微扭曲时，然而，在最终切下操作之后，该切缝13大体不再具有恒定的宽度。在现在的例子中，也就是说，在典型的操作条件下，在工件切除部12和工件2之间的相对运动出现在残留连接部14的长度上小于约40mm时。由于该激光加工头4的加工区域11具有约50mm的直径，因此该长度可以单独由激光加工头4毫无困难地加工。可以认识到根据具体的应用残留连接部14的长度d是可以变化的，更明确的是可以在30和50mm的值之间变化，并且在个别的例子中，甚至可以在20和60mm之间变化。因此该残留连接部的长度d是一种参数，该参数被制订为从外部取决于应用针对机床的规格。

在从第一加工模式切换至第二加工模式之后，控制单元15可以启动进一步措施，从而该工件2通过把持装置(没有示出)例如通过吸力框架固定就位。由于最终切下操作是当工件2静止时在工件2上进行的，所以被切下的工件切除部可事先已经被持装置固定。例如，在这种情况中，吸力框架的吸力装置在最终的切下之前被施加至切下的工件切除部，从而，还确保了从机床1上可靠的取出。

为了选择合适的加工模式，该机床1具有如图1所示的控制单元15。控制单元15通过执行加工程序用于对该机床进行数字控制。该加工程序可以由使用者通过以下方式在为此目的专门配备的数据加工系统上预先建立，经由数据加工系统的用户接口，使用者提供所有相关的变量，尤其是从工件12切下的工件切除部12的数量和几何形状。运行在数据加工系统上的计算机程序从这些具体内容产生加工程序，所述加工程序主要包括一组控制指令，用于协调激光加工头4的、以及工件工作台5和保持装置6的左边引导件的运动单元的运动，其中控制单元15连接至所述运动单元。

为了从第一加工模式M1切换至第二加工模式M2，当该程序正建立特定的控制指令时，例如生成“从模式(MODE Slave)”，由此控制单元15仅仅通过移动激光加工头4执行随后的控制指令，该控制指令指定目标位置。在最终切下完成之后，执行在控制程序中的随后的控制指令(“激光束断开”)使该激光加工头4停用。因此激光束被断开，从第二加工模式M2切换至机床1的这样的操作模式，其中，工件2在冲压成型装置3的加工区域9或激光加工头4的加工区域11中被定位在其它待加工的区域中，为此，仅仅工件2被移动(“主模式(MODEMaster)”)。在工件2通过冲压成型装置3加工期间，工件2保持在由定位操作设置的位置上。为了激光加工工件2，在定位之后，该激光加工头4被重新启动，由此，从用于定位工件2的操作模式切换至加工模式。在启动激光加工头4之前或之后不久，执行加工程序附加特定的控制指令，例如“主/从模式”，由此控制单元执行随后的指定目标位置的控制指令，通过移动激光加工头4和工件2这两者，。因此又在第一加工模式M1中操作机床1，并且如前所述的加工操作在工件2的不同区域重新开始。

为了在最终切下操作之后从工件2取出工件切除部，在工件工作台5中设置矩形孔16，所述矩形孔可以通过如图1所示处于打开状态的可移动挡板17被打开和关闭。在最终切下操作之前，工件12以这样的方式被定位，已经被部分地切下的图2的工件切除部12位于通过挡板17被关闭的孔16上方。在最终切下操作之后，挡板17打开并且已经被完全切下的工件切除部12通过重力经过孔16掉到斜坡18上，在那里，工件切除部从机床1的工作区域被取出。

作为经由斜坡18排出的可选实施例，可以通过吸力框架将工件切除部取走，如前所述。另外，在切下操作的过程中产生的小尺寸的废弃件也可以经由圆形孔10排出，所述圆形孔界定激光加工头4的加工区域。

总之，通过如上所述的机床和相关方法，在第一加工模式中，工件加工可以快速进行，同时，在适当的时候切换至第二加工模式，加工的高稳定性得到保证。可以认识到，除了这里所示的机床外，其中该工件和加工工具沿两个运动轴线移动，上述程序也可以有利地用于工件和加工工具的叠加运动仅沿一个方向出现的机床。此外，有利的是，两个或多个工件切除部可从工件被部分地切下，从而它们在第二加工模式中借助于单个加工步骤最终一起被切下。

Claims (19)

1、一种用于加工板形工件(2)、尤其金属片材的机床(1)，该机床利用工件(2)与加工工具(4)的相对运动进行加工，该加工工具(4)可相对于该工件(2)移动，并且该工件(2)也可相对于该加工工具(4)沿一个同一运动轴线(“公共运动轴线”)移动，其特征在于，控制单元(15)，所述控制单元用于以下述方式致动所述加工工具(4)和所述工件(2)，即可选地，在第一加工模式(M1)中，所述加工工具(4)和所述工件(2)这两者沿公共运动轴线(X)移动，或者，在第二加工模式(M2)中，仅仅所述加工工具(4)沿所述公共运动轴线移动。

2、根据权利要求1所述的机床，其特征在于，该控制单元(15)设置成，在所述工件(2)的加工过程中，在该工件切除部(12)从所述工件(2)最终切下之前，从所述第一加工模式(M1)切换至所述第二加工模式(M2)。

3、根据权利要求1或2所述的机床，其特征在于，设置吸力装置，用于在所述第二加工模式(M2)中向所述工件(2)施加吸力。

4、根据前述权利要求任一所述的机床，其特征在于，设置用于所述工件(2)移动的工件工作台(5)。

5、根据权利要求4所述的机床，其特征在于，在所述工件工作台(5)中设置至少一个用于所述工件切除部(12)取出的孔(10，16)。

6、根据权利要求5所述的机床，其特征在于，所述孔(16)通过至少一个可移动元件、优选挡板(17)被关闭。

7、根据前述权利要求任一所述的机床，其特征在于，该加工工具是激光加工头(4)。

8、根据前述权利要求任一所述的机床，其特征在于，该控制单元(15)被构造成，可选地在第三加工模式中，仅仅所述工件(2)被移动。

9、根据前述权利要求任一所述的机床，其特征在于，所述加工工具(4)的运动区域(11)小于所述工件(2)的运动区域。

10、一种用于加工板形工件(2)、尤其金属片材的方法，该方法利用该工件(2)与加工工具(4)的相对运动进行加工，该加工工具(4)可相对于该工件(2)移动，并且该工件(2)也可相对于该加工工具(4)沿一个同一运动轴线(“公共运动轴线”)移动，其特征在于，所述加工工具(4)和所述工件(2)以这样的方式被致动，所述工件(2)的加工可选地在第一加工模式(M1)中实现，其中所述加工工具(4)和所述工件(2)这两者沿所述公共运动轴线(X)移动；或者，在第二加工模式(M2)中实现，其中仅仅所述加工工具(4)沿所述公共运动轴线(X)移动。

11、根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在工件切除部(12)从所述工件(2)的最终切下之前，从所述第一加工模式(M1)切换至所述第二加工模式(M2)。

12、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述工件切除部(12)在第二加工模式(M2)中在残留连接部(14)处从该工件(2)被最终切下，其中所述残留连接部(14)是在所述第一加工模式(M1)中在部分切下的过程中被留下的，而在所述工件切除部(12)与所述工件(2)之间形成切缝(13)。

13、根据权利要求12所述的方法，其特征在于，只要所述残留连接部(14)的长度小于40mm，则从所述第一加工模式(M1)切换至第二加工模式(M2)。

14、根据权利要求11至13任一所述的方法，其特征在于，在所述最终切下操作之前，所述工件(2)优选通过施加吸力而被固定就位。

15、根据权利要求11至14任一所述的方法，其特征在于，在所述最终切下操作之后，所述工件切除部(12)通过重力的作用或通过吸力的施加而从所述工件(2)被取出。

16、一种用于产生操作根据权利要求1至9任一所述的机床的控制单元(15)的加工程序的方法，其特征在于，产生这样的控制指令，其在所述加工程序在所述控制单元(15)上运行时，使得从所述第一加工模式(M1)切换至所述第二加工模式(M2)。

17、根据权利要求16所述的方法，其特征在于，为了使得从所述第一加工模式(M1)切换至所述第二加工模式(M2)，产生特定的控制指令，所述特定的控制指令被插入到所述加工程序的一组控制指令中。

18、根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述特定的控制指令在用于所述工件切除部从所述工件最终切下的控制指令之前被插到所述这组控制指令中。

19、一种计算机程序产品，其具有编码装置，适于在实现用于产生根据权利要求16至18任一所述的加工程序的方法的所有步骤，这是在所述程序在数据处理系统上运行时实现的。

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