CN104703751A - 用于加工工件的加工机和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种加工机(1)，包括：分隔装置(4)用于将工作室(3)分成用于加工工件(18)的加工区域(5)和至少一个另外的工作区域(6)、加工头尤其激光加工头(8)用于在加工区域(5)中加工工件(18)、具有可旋转的工件支承座(9)的旋转式工件更换器(10)用于在加工区域(5)与另外的工作区域(6)之间穿过分隔装置(4)中的开口(16)传送工件(18)，其中，工件支承座(9)具有保护壁(12)用于在加工工件(18)时使另外的工作区域(6)相对于加工区域(5)隔离。分隔装置(4)具有保护元件(17)，它可以在加工位置(BS)与传送位置之间运动，保护元件(17)在加工位置(BS)为了封闭所述开口(16)而贴靠在保护壁(12)上，保护元件(17)在传送位置与保护壁(12)间隔开，保护元件(17)的加工位置(BS)与传送位置(TS)之间的距离(A)可以根据工件(18)的尺寸调整。本发明还涉及一种对应的用于加工工件(18)的方法。

Description

用于加工工件的加工机和方法
技术领域
本发明涉及一种加工机，包括：一分隔装置，用于将工作室分成用于加工工件的加工区域和至少一个另外的工作区域；一加工头、尤其一激光加工头，用于在加工区域中加工工件；一具有可旋转的工件支承座的旋转式工件更换器，用于在加工区域与所述至少一个另外的工作区域之间穿过在分隔装置中形成的开口传送工件，其中，可旋转的工件支承座具有保护壁，用于在加工工件时将所述至少一个另外的工作区域相对于所述加工区域隔离。本发明还涉及一种用于通过这种加工机加工工件的方法。
背景技术
由DE 10 2006 022 304 A1已知一种用于分散地控制加工机、尤其激光加工机的方法。该加工机包括一加工区域，它被保护壳体包围。通往加工区域的、被监视的进入区通过分隔壁形式的分隔装置与加工区域分开。在一实施例中该加工机具有一旋转式更换器，具有装载站和卸载站以及具有加工站。旋转式更换器的装载站和卸载站通过一起旋转的保护壁与加工站分开。通过旋转式更换器的旋转运动可以将工件从加工区域传送到进入区并且返回。
安置在旋转式更换器上的一起旋转的保护壁要保护进入区在加工工件时免受来自加工区域的辐射或者说使其隔离辐射。为了实现光密封的隔离，必需使旋转式工件更换器的一起旋转的保护壁相对于在分隔壁中为工件穿过而形成的开口的棱边光密封地封闭。这些密封棱边一般用弹性体密封或刷式密封构成。在加工工件时通常使用的高激光功率带来高的能量密度，它们可能损坏或破坏密封。因此通常需要附加的玻璃或保护板来保护密封避免激光辐射，它们可以更好地耐受激光射线。
在使用一起旋转的保护壁时还出现这样的问题：难以或者可能不能在保护壁附近加工工件，因为加工头形成干扰轮廓。由此减少工件支承座的可借助加工头到达的面积并从而减小加工机的加工区域。
发明内容
本发明的目的是，这样改进上述形式的加工机和方法，使得过程安全性改善和/或加工机紧凑性提高。
按照第一方面，该目的通过开始所述类型的一种加工机实现，其中，所述分隔装置具有保护元件，它可在加工位置与传送位置之间运动，其中，所述保护元件在加工位置中为了封闭所述分隔装置的开口而贴靠在保护壁上并且所述保护元件在传送位置与保护壁间隔开。
因为在传送位于工件支承座上的工件时不进行工件加工，因此在工件支承座旋转运动期间在所述加工区域与所述至少一个另外的工作区域之间无需光密封的密封。因此在传送工件时可以将保护元件带到与保护壁间隔开的传送位置，而不降低过程安全性。通过可运动的保护元件可以省去在开口或保护壁的棱边上使用弹性密封以及用于隔离密封的保护板或隔板。
所述分隔装置例如可以以分隔壁的形式构成。设置在分隔装置中的开口部分地被与可旋转的工件支承座一起旋转的保护壁遮盖。通过保护壁可以减少保护元件在加工位置与传送位置之间必须走过的路径，由此减少传送时的周期时间。所述保护元件尤其可以完全或部分地由金属材料例如铝制成，该材料典型地能够特别有效地隔离在加工时产生的(激光)辐射。所述保护元件典型地以(垂直的)升降运动被从加工位置带到传送位置，但是也可以实现保护元件的其它运动方式，例如摆动运动。
所述可旋转的工件支承座例如可以以(圆)转盘的形式构成，但也可以是其它几何形状，例如所述工件支承座可以具有矩形或正方形的形状。所述保护壁可以将旋转的工件支承座分成两个面积相同大小的分区，但是也可以分成三个或更多个相同大小的分区。通过工件支承座旋转相应的角度(180°，120°等)，可以改变或更换可旋转的工件支承座的分区与各区域的配属。
在该第一方面的改进方案中或者在本发明的独立于第一方面地要求保护的第二方面，在分隔装置的开口处邻近保护壁形成用于介入加工头的部分区域的自由空间。
通过邻近可旋转的保护壁地设置自由空间，也可以在紧靠保护壁的附近进行工件的加工，因为加工头的对于加工形成干扰轮廓的部分区域可以介入到自由空间中。通过这种方式可以增大可旋转的工件支承座的可被加工头达到的面积并从而增大加工机的加工区域。这使得能够实现紧凑的加工机结构形式与加工尽可能大的工件的结合。
当然，在使用激光加工头形式的加工头的情况下在设置自由空间时必须保证，在加工工件期间分隔装置中的开口光密封地封闭。这在本发明的上述第一方面中可以通过可动的、尤其可移动的保护元件实现。
但也可以是，分隔装置至少在开口的区域中在背离加工区域的方向上相对于保护壁平行错位，由此，自由空间在保护壁上方形成，它可以通过上述方式密封。也可以是，为了形成自由空间，分隔装置或分隔壁设置在保护壁的延长部中，但分隔装置或分隔壁直接在开口上方在厚度上减小并且只在背离加工区域的一侧上构成。当然，在不进行激光加工、而是进行其它方式例如切削加工的加工机中，可以省去保护壁与分隔装置之间的光密的密封。
在优选实施方式中，所述保护元件安置在分隔装置的背离加工区域的一侧上。通过这种安置以简单的方式实现上述的在保护壁上方的自由空间并由此增大加工机的工作区域。
在一改进方案中，所述保护元件具有朝向保护壁倾斜的悬臂，该悬臂在加工位置以其自由端部定位在保护壁的背离加工区域的一侧上。所述悬臂尤其能够以其自由端部被带到与在保护壁上侧面上形成的缩肩的贴靠中，以便引起开口的光密封的封闭。所述保护元件(具有或没有悬臂地)最好一体式构成。
在另一实施方式中，所述保护元件在加工位置搭接保护壁。在这种情况下所述保护壁的上端部从两侧被保护元件围住，由此能够以特别有效的方式防止激光射线通过。
在一改进方案中，所述保护元件为了搭接保护壁而具有隔离装置，例如隔离板，该隔离装置在加工位置中可定位保护壁的在面对加工区域的一侧上。所述隔离装置例如可以安置在悬臂的自由端部的区域中。使用薄的隔离装置是有利的，以便不阻碍加工头介入到在保护壁上方形成的自由空间中。
在一有利实施方式中，所述保护元件可在加工位置与传送位置之间尤其在垂直方向上(即以上升或下降运动)线性运动、尤其线性移动。所述线性运动能够以特别快的方式例如借助线性(直接)驱动装置实现，使得周期时间可以最小化。保护壁或旋转式工件更换器的旋转轴线典型地也在垂直方向上延伸。
在另一实施方式中，保护元件的加工位置与传送位置之间的距离可以根据工件的尺寸、尤其工件的高度调整。为了传送工件，保护元件只需抬起这样多，使得在旋转运动时不发生保护元件与工件的碰撞。因此有利的是，保护元件或分隔装置设置有可控的驱动装置，它使得能够调节保护元件相对于位置固定的加工位置处于不同距离。设置在加工机中的控制装置可以根据关于要加工或被加工的工件的尺寸、尤其(在旋转轴线竖直的情况下)关于高度的数据来控制保护元件的驱动装置。这些数据寄存在存储装置中，控制装置可以访问存储装置。当然，保护元件的(线性)运动只能到达相对于加工位置的最大距离，该最大距离取决于加工机的结构形式并且例如可以处于约600mm的数量级。当然，在传送位置中不允许低于保护元件与保护壁之间的最小距离(例如约50mm)，由此保证，保护壁在旋转运动时在保护元件旁边通过。
在另一实施方式中，在保护壁和/或保护元件中形成空心腔。保护壁和必要时保护元件的该空心腔可以用于接收构件例如供给管线和/或控制部件，例如阀或类似部件。
在一改进方案中，在保护壁的空心腔中和/或在保护元件的空心腔中设置有至少一个传感器，用于探测入射到空心腔中的加工射线。该空心腔一般光密封地封闭。如果保护壁和/或保护元件被在加工区域中的加工射线损伤，通过传感器可以及早识别，因为由于损伤加工射线会到达空心腔中。尽管使用耐激光的材料，保护元件和/或保护壁的损伤也可能产生，例如当被工件反射的加工射线以高能量密度在狭小限制的区域中照射到保护壁上和/或保护元件上时。所述传感器尤其可以与控制装置处于信号技术上的连接中，用于在故障情况下输出报警给操作者和/或停止加工或者说使为加工所使用的射线源失效。为了可以容易地监视空心腔，有利的是，保护元件和/或保护壁一体式地构成。
本发明的另一方面在一种用于借助加工机加工工件的方法中实现，该加工机如上所述地构成，该方法包括：在加工之前的步骤中：使保护元件运动到加工位置，在该加工位置保中护元件贴靠在保护壁上，以及在加工之后：使保护元件从加工位置运动到传送位置，以及使可旋转的工件支承座旋转，用于将被加工的工件从加工区域带到另一工作区域。
在该另一工作区域中可以将工件例如从加工机中取出。但也可以是，在加工区域中加工工件之后在至少一个另外的工作区域中进行工件的再加工。同样可以在将工件传送到加工区域中之前已经在另一工作区域上对工件进行了一次或多次预备性的加工步骤。
在这种方法的改进方案中或者在相应于前面所述的加工机的第二发明方面的方法中，在加工工件时使加工头的部分区域运动到保护壁上方的自由空间中。如上面已经描述过的，通过这种方式可以增大在加工支承在可旋转的工件支承座上的工件时的工作区域。如上面给出的那样，在这种情况下，尤其在激光加工时有利的、但非必要的是，借助可运动的保护元件来封闭所述开口。
在本方法的一种变型中，根据工件的尺寸、尤其工件的高度来确定保护元件的加工位置与传送位置之间的距离。通过调整以保护门的形式发挥功能的保护元件的开口宽度，可以使由保护元件走过的距离或者说在保护元件垂直运动时的升降适配于工件尺寸。通过减小保护元件的运动行程可以使为传送工件所必需的时间段最小化。
附图说明
由说明书和附图得出本发明的其它优点。上述的和还要进一步列举的特征同样可以单独地或者以多个任意的组合地使用。所示和所述的实施方式不应理解为穷举，而是具有许多示例性的、用于解释本发明的特征。
附图示出：
图1a,b加工机的旋转式工件更换器的示意性侧视图和俯视图，该旋转式工件更换器具有可旋转的工件支承座，具有一起旋转的保护壁，
图2a,b类似于图1ab的示意图，可升降的保护元件处于加工位置，在加工位置中保护元件贴靠在一起旋转的保护壁上，
图3旋转式工件更换器的示意图，保护元件处于用于传送安置在可旋转的工件支承座上的工件的传送位置中，以及
图4保护元件的示意细节图，该保护元件搭接保护壁的上侧面。
具体实施方式
图1a,b示出激光加工机形式的加工机，用于热加工在图1a,b中未示出的工件。加工机1具有保护壳体2，在其中形成工作室3。工作室3在本示例中通过分隔壁形式的分隔装置4分成加工区域5和另一工作区域6。该另一工作区域6用于通过安置在保护壳体2上的保护门7装载和卸载工件，通过该保护门，操作者或机械式装-卸载装置可以触及到该另一加工区域。激光加工头8用于在加工区域5内加工工件。
激光加工头8为了移动而安置在运动的导向装置上。该导向装置可以例如构造为机械人形式(未示出)的旋转导向装置。替换地，激光加工头8安置在(未示出的)坐标导向装置上并且在该导向装置上借助合适的驱动装置可以在XYZ坐标系的X方向、Y方向和Z方向上移动。加工头8在本实施例中多体式地构成并且具有可绕垂直于C轴线的旋转轴线(B-A轴线)旋转的壳体部分。在加工头8中安置有未详细示出的聚焦光具，以使由激光源输送的激光射线为了加工工件而聚焦在焦点位置(也称为“tool centerpoint”，TCP)。激光加工头8、更准确地说焦点F，可以借助驱动装置在矩形或正方形的加工区域5内部运动，该区域在图1a,b中示出。只在该对于激光加工头8而言理论上可触及到的加工区域5的一部分中可以实现工件加工，下面详细解释。
在加工工件时，该工件位于转盘9形式的可旋转工件支承座上，该转盘是旋转式工件更换器10的一部分。旋转式工件更换器10具有旋转驱动装置11，用于使转盘9围绕中心垂直旋转轴线D旋转。在转盘9上安置有保护壁12，它在其纵向上在转盘9的整个直径上延伸并且它将转盘9的表面分成两个相同大小的部分面13a,b，它们可以分别用于支承工件。转盘9的直径取决于应用场合并且例如可以处于约1米的数量级。
在转盘9处于图1a,b中所示的位置时，保护壁12的纵向平行于分隔壁4延伸的方向(Y方向)延伸。通过安置在分隔壁4与保护壁12之间的密封，该密封在本例中通过相互嵌接的刷子14实现(参见图1a)，在加工工件时使加工区域5相对于所述另一工作区域6光密封地隔离。通过转盘9围绕旋转轴线D以180°旋转角度的旋转运动，在加工之前或之后实现工件在加工区域5与该另一工作区域6之间的传送。
对于在图1a,b中所示的加工机，存在该问题：密封14的材料通常不能耐受高能量密度的激光射线，由此需要附加的安装元件，用于相对于在加工时产生的激光射线来保护密封14，例如以附加隔板的形式。另一问题在于，加工头8本身形成干扰轮廓，因为加工头8的部分区域15在X方向上突出于射线轴线S，激光射线沿该射线轴线被引导到焦点F。所述部分区域15在当前情况下基本通过供给管线(它们例如用于导送气体或用于(冷却)水供给)以及通过电导线形成。但不言而喻，加工头8的突出的壳体部分也可能对于加工形成干扰轮廓。
由于加工头8的突出的部分区域15，支承在转盘9上的工件的加工只能与保护壁12间隔开地进行，该距离至少相当于突出的部分区域的宽度(在X方向上)。最大可利用来加工的加工区域5在XY平面中还受到转盘9的对应的部分面13a或13b的尺寸的限制，因为工件外轮廓在旋转运动时必须处于转盘9的外径以内。如尤其根据图1b看到的那样，干扰轮廓15导致，邻近保护壁12的相对较宽表面不能供加工使用，因此，加工范围5局限于在图1b中以点状线示出的表面区段5'上。
图2a,b示出加工机1，其中可以避免上述问题。在该加工机1中，旋转式工件更换器10的保护壁12在高度上(Z方向)与图1a,b的保护壁12相比缩短，由此该保护壁不再向上突出于加工区域5。在分隔壁4中设置用于传送转盘9上的工件的开口16只部分地被保护壁12遮盖。为了在加工工件期间使所述另一工作区域6相对于加工区域5隔离，在分隔壁4上安置有保护元件17(升降门)，它可在垂直方向上(Z方向)借助未详细描述的线性驱动装置移动，即可上升和下降。
在图2a中示出保护元件17处于加工位置BS中，在该位置，保护元件17、准确地说保护元件17的悬臂17a贴靠在在保护壁12的上侧面形成的缩肩上。保护壁12和保护元件17在加工位置BS光密封地封闭开口16，由此不会使激光射线从加工区域5进入到另一工作区域6。为了能够隔离出现的激光射线，保护元件17例如至少在其面对加工区域5的外侧面上由金属材料制成，该材料反射激光射线，使得保护元件17很少有可能被在加工工件18上反射的激光射线损伤。
保护元件17安置在分隔壁4的背离加工区域5的一侧上。通过这种方式在分隔壁4的下侧面与保护壁12的上侧面之间形成自由空间19，该自由空间可被充分利用，以使激光加工头8的突出的部分区域15导入到自由空间19中。通过这种方式，激光加工头8可以比在图1a,b的加工机1中的情况下移动得更靠近保护壁12，使得在XY平面中可用于加工工件的表面区段5'相应地增大，如在图2b中看到的那样。如在图2a看出，(三维的)加工区域5的下侧面与转盘9的上侧面间隔开。这是有利的，以便建立用于接收装置的空间，该接收装置用于在加工时接收平面的或三维的工件，例如用于旋转轴线上的刀箱或者卡盘。
图3示出图2a,b的加工机1的细节，保护元件17处于传送位置TS中，在该传送位置中，保护元件17与保护壁12在垂直方向上隔开距离A。在图3中所选择的视图中，示出保护元件17相对于保护壁12处于最大可能的距离A。但不言而喻，保护元件17不必在任何情况下都被带到相对于保护壁12具有最大可能的距离A的传送位置TS。而是有利的是，根据工件18的尺寸来选择距离A，确切地说这样选择，使得保护壁12的高度H和距离A的总和大于支承在转盘9上的工件18的高度h(从转盘9的上侧面测量)。在此，该总和H+A应该不明显超过工件18的高度h(一般最多10-20％)，以使保护元件17的运动行程最小化并从而使为传送工件18所需的持续时间最小化。
图4示出保护元件17和保护壁12在加工位置BS的细节视图，在该加工位置，这两者为了光密封地封闭(在图4中未示出的)开口16而相互嵌接。如前面已经描述过的，基本板状的保护元件17具有悬臂17a，该悬臂在加工位置BS中朝向保护壁12倾斜。如在图4中所示，悬臂17a能够以其自由端部定位在保护壁12的背离加工区域5的一侧上，更准确地说定位在在那里形成的缩肩21a上。在悬臂17a上，在自由端部的区域中安置有隔离板形式的隔离装置22，它搭接保护壁12，使得其自由端部在那里形成的缩肩21b的区域中贴靠在保护壁12的面对加工区域5的一侧上。由此，在加工位置BS中，保护壁12的位于缩肩21a,b之间的上端部从两侧被保护元件17围住。
在图4中同样可以看出在保护壁12中形成的空心腔23，它例如可以用于接收自动化部件。在本示例中空心腔23光密封地封闭并且在空心腔23中设置有用于探测激光射线或者说入射到空心腔23中的激光的传感器24。传感器24与控制装置25(参见图2a)在信号技术上连接。如果由传感器24测到超过被探测的射线强度的阈值，则指示损伤保护壁12。这由控制装置25识别，使得控制装置给操作者输出报警和/或停止工件18的加工。替换地或附加地，也可以在保护元件17上形成空心腔，在其中同样可以安置自动化部件和/或传感器20(参见图3)，用于探测射线侵入到保护元件17的空心腔中。当然，尤其在使用约1KW或以上的很高激光功率时，使用传感器20，24是有意义的。
控制装置25也用于在加工工件18时控制激光加工头8以及用于控制旋转式工件更换器10的旋转驱动装置11。用于使保护元件12运动的线性驱动装置由控制装置18控制。为此控制装置25访问存储器或者数据库，在存储器或者数据库中寄存工件18的数据以及用于加工工件18的加工程序。工件18的数据也包括工件18的尺寸、尤其高度。控制装置25被编程，用于借助于这些数据设定保护元件17的加工位置BS与传送位置TS之间的适合的、取决于工件的距离A。
在上述加工机1中，可移动的保护元件17以有利的方式与用于加工头的自由空间19的设置组合。但也可以是，放弃移动的保护元件17，尤其当加工机不设计成利用激光射线加工工件，而是以其它方式加工，例如通过切削加工的时候。自由空间19例如可以由此产生：分隔壁4比保护壁12距离加工区域5更远地设置，使得两者只还部分地在保护壁12的背离加工区域5的一侧上搭接。必要时也可以使分隔壁4在开口16的区域中厚度减小，其中，分隔壁4的厚度减小的区段沿着保护壁12的背离加工区域5的一侧延伸。

Claims (13)

1.加工机(1)，包括：
分隔装置(4)，用于将工作室(3)分成用于加工工件(18)的加工区域(5)和至少一个另外的工作区域(6)，
加工头、尤其一激光加工头(8)，用于在加工区域(5)中加工工件(18)，
具有可旋转的工件支承座(9)的旋转式工件更换器(10)，用于在加工区域(5)与所述至少一个另外的工作区域(6)之间穿过在分隔装置(4)上形成的开口(16)传送所述工件(18)，其中，该可旋转的工件支承座(9)具有保护壁(12)，用于在加工工件(18)时使所述至少一个另外的工作区域(6)相对于所述加工区域(5)隔离，
其中，所述分隔装置(4)具有保护元件(17)，该保护元件能够在加工位置(BS)与传送位置(TS)之间运动，其中，所述保护元件(17)在加工位置(BS)中为了封闭所述开口(16)而贴靠在保护壁(12)上，其中，所述保护元件(17)在传送位置(TS)中与保护壁(12)间隔开，其中，保护元件(17)的加工位置(BS)与传送位置(TS)之间的距离(A)能够根据所述工件(18)的尺寸调整。
2.如权利要求1所述的加工机，其中，在分隔装置(4)的开口(16)处邻近保护壁(12)形成自由空间(19)，用于加工头(8)的部分区域(15)的介入。
3.如权利要求1或2所述的加工机，其中，所述保护元件(17)安置在所述分隔装置(4)的背离加工区域(5)的一侧上。
4.如权利要求3所述的加工机，其中，所述保护元件(17)具有朝向保护壁(12)倾斜的悬臂(17a)，该悬臂能够以其自由端部在加工位置(BS)中定位在保护壁(12)的背离所述加工区域(5)的一侧上。
5.如上述权利要求中任一项所述的加工机，其中，所述保护元件(17)在所述加工位置(BS)中搭接所述保护壁(12)。
6.如权利要求5所述的加工机，其中，所述保护元件(17)为了搭接保护壁(12)具有隔离装置(22)，该隔离装置在加工位置(BS)中能够定位在保护壁(12)的面对加工区域(5)的一侧上。
7.如上述权利要求中任一项所述的加工机，其中，所述保护元件(17)在加工位置(BS)与传送位置(TS)之间尤其在垂直方向(Z)上能够线性运动。
8.如上述权利要求中任一项所述的加工机，其中，所述保护元件(17)的加工位置(BS)与传送位置(TS)之间的距离(A)能够根据工件(18)高度(h)调整。
9.如上述权利要求中任一项所述的加工机，其中，在保护壁(12)中和/或在保护元件(17)中形成空心腔(23)。
10.如权利要求9所述的加工机，其中，在所述空心腔(23)中设置有至少一个传感器(24)，用于探测入射到空心腔(23)中的加工射线。
11.用于借助如上述权利要求中任一项所述的加工机(1)加工工件(18)的方法，包括：
在加工之前的步骤中：使保护元件(17)运动到加工位置(BS)中，在该加工位置中保护元件(17)贴靠在保护壁(12)上，在加工区域(5)中利用加工头(8)加工工件(18)，和
在加工之后：使保护元件(17)从加工位置(BS)运动到传送位置(TS)中，以及使可旋转的工件支承座(9)旋转，以便将被加工的工件(18)从加工区域(5)带到另外的工作区域(6)中，其中，根据工件(18)的尺寸来确定所述保护元件(17)的加工位置(BS)与传送位置(TS)之间的距离(A)。
12.如权利要求11所述的方法，其中，在加工所述工件(18)时所述加工头(8)的部分区域(15)介入到在保护壁(12)上方形成的自由空间(19)中。
13.如权利要求11或12所述的方法，其中，根据工件(18)的高度(h)来确定所述保护元件(17)的加工位置(BS)与传送位置(TS)之间的距离(A)。
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