CN102099153B - 用于移动工件的加工位置的方法和机床 - Google Patents

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Abstract

在用于移动工件的加工位置(112)的方法中，在该加工位置中利用机床(100，300)的刀具(108)对工件进行加工：a.利用至少一个刀具轴使刀具(108)运动；b.在工件加工期间利用工件轴这样地使工件(110)运动，使得加工位置(112)进入到刀具(108)的工作空间(yeff·xeff)中和/或使得加工位置(112)进入到靠近床身的区域中；其中c.通过刀具轴执行的运动比通过工件轴执行的运动动态性更高。

Description

用于移动工件的加工位置的方法和机床
技术领域
本发明涉及一种用于移动工件的加工位置的方法，在该加工位置上利用机床的刀具对工件进行加工，以及涉及一种机床，该机床尤其是用于执行根据本发明的方法。
背景技术
已知的是，在机床中能通过一个或多个刀具轴来移动刀具，刀具轴指的是包括驱动器在内的装置，该装置使刀具在轴方向上运动。轴方向可以是平移轴方向或者也可以是旋转轴方向。为了使刀具相对于工件运动，可以使不同定向的多个运动叠加，也就是说通过多个轴使刀具运动。
对工件的加工可以在通过刀具轴确定的工作空间中进行，出于简化夹紧技术的原因工件通常被位置固定地设置。在此，工作空间包括通过刀具轴驱动的刀具能到达的所有点。激光加工头也被理解为本发明意义上的刀具。
根据图1应详细地解释以上内容。示出一具有床身11的机床10，悬臂梁12固定在该床身上。悬臂梁12可垂直于图平面相对于床身11沿着一个轴方向运动，在悬臂梁12上设有一个可在轴方向14上沿着悬臂梁12运动的滑座13。靠近床身的终端位置以附图标记13标识，远离床身的位置以附图标记13’表示。激光加工头形式的刀具15位于滑座13上，该激光加工头又可旋转地设置。在区域20中，刀具15在每个任意空间点上能够占据每个任意方位。但是在边缘区域21、22中只有特定方位是可调节的。因此，仅有区域20是完全可用或者说可全定向的工作空间。因此，该区域明显小于平移的刀具轴的最大可运动范围(在y方向上y)，其原因在于刀具15的几何形状。因此，y方向上的实际工作空间是yeff＝y-2·Vz。
工作空间是机床的一个重要特征。但是，通过轴的延长、例如悬臂梁12的延长来增大工作空间有许多缺点，例如要运动的质量更大、刚度更小以及动态性更低。
此外要注意：滑座13向着位置13’运动得越远，则振动越大，该振动的出现是因为刀具15处在远离床身的位置中。此外，更大的杠杆力作用在悬臂梁12的自由端上。当刀具作用点在床身11邻近时，实现更好的加工结果，尤其是具有更高的精度。
在现有技术中公开了这样的系统，在该系统中工件以恒定的运动被引导到工作空间中/穿过该工作空间(例如螺旋加工)并且刀具轴执行叠加运动，以便在时间上并行地与进给运动叠加地对其进行加工。
发明内容
本发明的任务是提供一种方法和一种机床，其能实现工件的更大的可加工区域和/或工件的更精确的加工。
该任务通过一种用于移动工件的加工位置的方法解决，在该加工位置上利用机床的刀具对工件进行加工，其中，
a)利用至少一个刀具轴使刀具运动；
b)在工件加工期间利用尤其冗余的工件轴这样地使工件运动，使得加工位置进入到机床的尤其可全定向的工作空间中或留在该工作空间中，和/或使得加工位置进入到靠近床身的区域中；其中
c)通过刀具轴执行的运动比通过尤其冗余的工件轴执行的运动的动态性更高。
在按照本发明的方法中，还通过刀具轴执行对工件的动态加工。但是，通过一个(冗余的)工件轴将附加运动叠加给该刀具轴或者说这些刀具轴和/或一个可能的工件轴，以便增大实际的工作空间，也就是形成一个并非单独通过刀具轴确定的工作区域，和/或使得加工位置进入到工作空间的动态性更有利的点中。因此，一方面能够对那些原先处在(可全定向的)工作空间之外的工件部位进行加工。此外能够将加工位置移动到靠近床身且振动少的区域中，从而到达动态性更有利的工作点并且能够执行更精确的工件加工。尤其可以增大机床的工作空间，而不必中断对工件的加工。可以这样地改变工件与刀具之间的对应关系，使得通过这些轴的冗余度始终这样地设计加工位置，以至于加工位置处在机床的动态性尽可能高的区域中。根据本发明的方案与例如螺旋加工的应用不同在于，工件轴并不执行与刀具轴无关的、恒定的(进给)运动，而是以全插补方式介入到工件与刀具之间的相对运动的运动产生中。冗余的工件轴是对于在常规工作空间内的工件加工不需要的或不存在的轴。冗余的工件轴或者附加的工件轴可以用于在工件加工之外使工件运动。在本发明的意义上，仅当激光束碰到工件时才进行工件加工。如果为了对工件的另一个部位进行加工而追踪工件，则这种追踪并不表示工件加工。在正常运行中，即当不应扩大工作区域或者不应朝向床身移动加工位置时，并不使冗余的工件轴运动。为了有效扩大工作空间或朝向床身移动而移动加工位置，冗余的工件轴仅同时与刀具轴一起移动。
可在工作空间中自由选择加工点的另一个有利方面是能够优化加工污物的吸出。为了减少生产车间的污物，机床通常具有配备用于装卸工件的门的机罩，从机罩中抽出污物。本发明的另一个优点在于，可以将加工位置移动到存在高吸出功率的区域中，因此能将机床装载区域中的空气污染保持很小，可以避免加工位置靠近装载门。此外，在门打开的情况下来自机罩的污物排出更少。
按照一种方法变型规定，将工件与刀具之间的相对运动分成一有待通过至少一个刀具轴执行的运动行程和一有待通过工件轴执行的运动行程，与工件轴相比动态性更高的刀具轴执行较大的运动行程。这样就能使工件支座的运动保持非常低的动态性，从而工件不会在工件支座上移动。其根据本发明指的是与用于提高一个轴的动态性的冗余附加轴的情况不同的轴分配。在由现有技术已知的方案中，将高频的运动分量置于高动态的附加轴上。然而在根据本发明的方案中并不首要涉及运动分配，而是涉及一种方法，在该方法中还通过主轴来执行动态的加工，主轴比低动态性的冗余的工件附加轴动态性更高。
在此，可以根据工作空间位置或者加工任务改变相对运动的动态性在刀具轴和工件轴上的分配。
按预设定的、尤其是恒定的比例来实现相对运动在刀具轴和工件轴上的分配的最简单变型。在相对运动的分配比例中，也可以选择刀具轴和工件附加轴的动态性的比例。如果例如通过工件轴执行运动的三分之一并且通过刀具轴执行运动的三分之二，则工件轴也仅仅具有刀具轴的动态性的三分之一。更复杂的方法是将运动根据其频率成分分配到工件和刀具轴上。
如果通过刀具轴运动和工件轴运动的叠加实现工作点调节或者说加工位置的移动，则得到特别的优点。对于超过机床的平移轴运动范围的大型工件，以低频率的运动加载冗余的工件轴，以保证无中断的切割。在此，仅以很小的振动激励使工件运动。在现有技术中已知的是，为了增大工作区域要中断加工并且移动工件，然后重新开始加工，而按照本发明也能够在增大工作区域时连续进行工件加工。因此能够避免当中断工件加工、然而继续工件加工时所产生的不连续性。当在加工期间使加工位置进入到靠近床身的区域或者朝向该区域移动时，得到相同的优点。靠近床身的区域例如是位于悬臂梁的前半延伸尺寸中的区域。
当工件并非被直线地移动，而是被设置在旋转的工件支座上并且通过旋转的工件支座实现加工位置的移动时，得到其它优点。这样能使加工位置始终在床身的方向上旋转，并且在工件上产生的加速力较小。
此外，如果工件被设置在可平行于机床悬臂梁直线运动的工件支座上并且通过该可直线运动的工件支座实现加工位置的移动，则得到工作区域的扩大。
此外本发明还涉及一种机床，尤其是一种激光加工机床，包括一个刀具和一个工件支座，通过至少一个刀具轴可使该刀具运动，通过工件轴能使该工作支座运动，其中，通过刀具轴确定(可全定向的)工作空间，并且可通过尤其冗余的工件轴使加工位置运动到工作空间中或者在工作空间内运动。这样就能扩大实际的工作空间或者说工作区域，因为也可以对处在通过刀具轴确定的工作空间之外的工件区域进行加工。可以通过工件轴使工件运动到通过刀具轴确定的工作空间中。在此，工件轴这时并不执行恒定的进给运动，工件轴的运动取决于(加工任务的)几何形状。
如果工件轴是旋转轴，则得到特别的优点。这样一方面能够特别简单地使工件的加工位置运动到通过工件轴确定的工作空间中。此外，也能特别简单地使加工位置运动到靠近床身的区域中。可以将旋转轴构造成能自由定向的、自旋(durchdrehend)的低动态的工件轴。对于旋转的刀具轴而言存在这样的可能，即要花费很大的结构性费用来使刀具轴自旋。变换地可以使刀具轴不自旋，缺点是工件的可定位性受到限制。该缺点可以利用旋转轴作为工件轴来避免。为了提高精度，可以在工件支座的圆周上安装测量系统。
由于可以借助冗余的工件轴进行自由的定向选择，因此也能利用诸如激光散射的适宜转向或者说定向的效应。这样就能例如避免对着机罩玻璃的切割，或者朝向吸出装置进行切割。
如果工件轴平行于机床的悬臂梁或者桥架的方向延伸，则得到其它优点。这样就能对那些用传统机床无法加工的工件边缘区域进行加工。
特别有利的是，工件轴是可加装的。这样也能给现有机床配备附加功能。
如果设有外伸式(fliegend)的光学装置，则得到特别的优点。这样就能实现高动态的刀具运动。
该装置的另一个优点是，仅当工件尺寸需要时才必须利用工件轴的插补式运行。在工件符合刀具轴的正常工作空间(可以在该正常的工作空间中加工)时，可以利用行进运动的主轴的原始动态性(跟踪运行)。
附图说明
本发明的其它优点和特征可由说明书和附图中的图给出。按照本发明，同样也可以分别单独地或者相互任意组合地使用上述特征和以下还将描述的特征。在图中所示的特征是纯示意性的且未按照比例绘制。
其示出：
图1机床的视图，用于解释减小的工作空间的问题；
图2具有可旋转的工件支座的机床的透视图；
图3具有可旋转的工件支座的机床的侧视图；
图4具有可旋转的工件支座的机床的工件支座的俯视图；
图5具有可朝向悬臂梁运动的工件支座的机床的透视图；
图6具有桥架和可在桥架方向上调节的工件支座的机床。
具体实施方式
在图2中示出一个机床100，其中悬臂梁101可沿着轴方向102运动。装置103可沿着悬臂梁101在轴方向104上运动。装置103附加地可在轴方向105上运动。通过轴方向102、104、105确定直角坐标系的x、y、z方向。部件106可在轴方向107上旋转。在部件106上设有一个构造为激光切割头的刀具108，该刀具又可在轴线方向109上旋转。在其中一个轴方向102、104、105、107或109上引起运动的装置是刀具轴并且负责刀具108相对于工件支座110的运动。工件支座110可围绕旋转轴111旋转地设置。工件支座110尤其可自旋地布置。引起工件支座110围绕旋转轴111旋转的装置称作工件轴。通过工件支座110的旋转可以使加工位置112运动到通过刀具轴限定的工作空间中。此外，还可以将加工位置112布置在靠近床身113之处，和/或将其保持在那里，从而能够在杠杆作用和振动很小的情况下加工工件。
从图3的视图可以看出，旋转轴111设置在前端轴极限ymax的区域中，也就是在能够使装置103移动到的最大位置处。这意味着工件支座110至少有一半被设置在通过刀具轴确定的工作空间中。这例如可以被用于对支承在工件支座的一个区域中并且布置在工作空间中的工件进行加工，并且已经可以将下一个工件放在工件支座110的另一个区域上。
通过刀具108的刀具位置以及刀具轴确定能以常规方式到达的、可以全定向的工作空间yeff·xeff(参见图4)。该工作空间小于仅通过刀具轴定义的尺寸为x·y的工作空间。如果需要在位置132上进行加工，则使工件围绕旋转轴111旋转到处在可全定向或者能够以常规方式到达的工作空间yeff·xeff内的位置133中。因此仅通过x方向上轴运动范围的双倍长度以及通过前端轴位置至床身的距离ymax＝y+ymin限制了工作区域，这就是在其中可利用可全定向的刀具执行工件加工的区域。在有利地选择几何尺寸(工件轴的旋转点被置于Ymax上)的情况下，现在产生超比例的工作空间增加，因为通过工件轴的旋转可以这样地定位不可全定向的区域，使得可以利用每个任意定向对其进行加工。显而易见，对于在位置133上的加工，也必须使刀具108移动到该位置。这时可同时实现工件运动和刀具运动。
在按照图5的实施方式中，工件支座200可在轴方向201上运动，也就是平行于轴方向104或者平行于悬臂梁101的方向运动。能在轴方向201上引起运动的装置称作工件轴。这样就能够使处在传统机床的区域Vz中(参见图1)的工件支座200上的工件的边缘区域移动到区域yeff·xeff中，从而能够全定向地对其进行加工。因此可通过冗余附加轴也就是工件轴完全利用通常不可全定向的、也就是迄今在传统的机床实施方式中由于不能调整刀具的所有方位而不能完全利用的工作空间的一块。由此工作区域增大。
根据图6的机床300与图5的机床的区别基本上在于，使用桥架205或者龙门架替代悬臂梁101。

Claims (13)

1.用于移动工件的加工位置(112)的方法，在该加工位置上利用机床(100，300)的刀具(108)对工件进行加工，其中，
a.利用至少一个刀具轴使刀具(108)运动，其中，具有刀具轴的所述刀具(10)能够在轴线方向(109)上旋转；
b.在工件加工期间利用冗余的工件轴这样地使工件运动，使得加工位置(112)进入到刀具(108)的可全定向的工作空间(yeff·xeff)中或留在该工作空间中，和/或使得加工位置(112)进入到靠近床身的区域中；其中，所述可全定向的工作空间是这样的区域(20)，在该区域中所述刀具(108)在每个空间点处能够占据每个任意的方位，所述冗余的工件轴是对于在常规工作空间内的工件加工不需要的轴；
c.通过刀具轴执行的运动比通过所述工件轴执行的运动的动态性更高，
其中，将工件与刀具(108)之间的相对运动分成一有待通过所述至少一个刀具轴执行的运动行程和一有待通过所述工件轴执行的运动行程，其中，与所述工件轴相比动态性更高的刀具轴执行较大的运动行程。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据工作空间位置或者加工任务改变相对运动的动态性在刀具轴和工件轴上的分配。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其特征在于，根据预先设定的比例将相对运动分配到刀具轴和工件轴上。
4.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其特征在于，根据预先设定的恒定的比例将相对运动分配到刀具轴和工件轴上。
5.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其特征在于，通过刀具轴运动和工件轴运动的叠加实现插补的工作点调节。
6.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其特征在于，将工件设置在旋转的工件支座(110)上，通过该旋转的工件支座(110)实现加工位置(112)的移动。
7.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其特征在于，将工件设置在能平行于机床(100)的悬臂梁(101)直线运动的工件支座(200)上，通过该能直线运动的工件支座(200)实现加工位置的移动。
8.机床，包括刀具(108)和工件支座(110，200)，通过至少一个刀具轴能使该刀具运动，其中，具有刀具轴的所述刀具(10)能够在轴线方向(109)上旋转，通过冗余的工件轴能使该工件支座运动，其中，在工件加工期间通过工件轴能使加工位置(112)运动到刀具(108)的一个通过刀具轴确定的、可全定向的工作空间(yeff·xeff)中或者在该工作空间中运动，其中，所述可全定向的工作空间是这样的区域(20)，在该区域中所述刀具(108)在每个空间点处能够占据每个任意的方位，所述冗余的工件轴是对于在常规工作空间内的工件加工不需要的轴。
9.根据权利要求8所述的机床，其特征在于，工件轴是旋转轴。
10.根据权利要求8或9所述的机床，其特征在于，工件轴平行于悬臂梁(101)或者桥架(205)的方向延伸。
11.根据权利要求8或9所述的机床，其特征在于，工件轴是可加装的。
12.根据权利要求8或9所述的机床，其特征在于，设有外伸式的光学装置。
13.根据权利要求8所述的机床，其特征在于，所述机床是激光加工机。
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