CN109070275B - 用于切割加工板状或棒状工件的方法及加工机器 - Google Patents

用于切割加工板状或棒状工件的方法及加工机器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于切割加工板状或棒状工件(2)的方法并且涉及一种加工机器(1)，所述加工机器具有激光加工装置(4)，并具有工件支撑件(14)，将在激光加工装置(4)中被加工的工件(2)借助于所述工件支撑件被接收，所述加工机器还具有工件移动装置(7)，待加工的工件(2)借助于所述工件移动装置被保持并相对于激光加工装置(4)移动，其中，激光束(16)由加工头(17)导向待加工的工件(2)，凹部(31)被引入工件(2)中，所述凹部(31)由热熔钻(33)加工并加宽到钻孔(34)的最终尺寸。

Description

用于切割加工板状或棒状工件的方法及加工机器
技术领域
本发明涉及一种用于在加工机器中切割加工板状或棒状工件的方法以及用于执行该方法的加工机器。
背景技术
从EP 2017023 A1中已知一种加工机器，其设置成用于加工棒状、特别是管状工件。该加工机器是激光管切割机器。棒状工件通过工件支撑件接收，所述工件支撑件形成为转动支撑件。工件移动装置将棒状工件引导到馈通衬垫并穿过它，使得使用激光加工装置的工件加工发生在馈通衬垫的相反侧上。在用激光束加工工件之后，将其切断并转移到卸载装置中。
此外，DE 102013103121 A1公开了一种使用激光加工装置加工板状工件的加工机器。该加工机器具有用于板状材料的工件支撑的平坦的工件支座。在板状材料上方，设置激光加工装置，所述激光加工装置具有冲头和激光加工头，以便在板状工件上进行激光和/或冲压加工。
为了将螺纹以高精度引入棒状工件、特别是管状工件以及板状工件中，需要引入精确的钻孔。此外，在借助于螺旋钻引入钻孔时，由于加工过程而出现切屑通常是不利的。实际上，由于借助于热熔钻引入钻孔，因此可以产生精确的钻孔。然而，由于当热熔钻的锥形尖端穿入管状工件的壁或板状材料时的高轴向力，因此需要高的支撑力，来抵消热熔钻强制穿入工件期间的轴向力。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于切割加工板状或棒状工件的方法和一种加工机器，由此可以高精度地产生钻孔并且减小在此作用的轴向力。
该目的通过一种用于切割加工板状或棒状工件的方法来解决，其中，激光束经由激光加工装置的加工头导向待加工的工件并在工件中引入凹部，然后，用热熔钻将凹部加宽到钻孔的最终尺寸。该方法的优点在于，通过激光切割凹部可以限定将产生的钻孔的位置精度。另外，由于已经引入了凹部，因此当将凹部加宽到钻孔的最终尺寸时作用在板状或管状材料上的加工力或轴向力显著减小。此外，预先在工件中引入凹部和之后的热熔钻加工具有以下优点：当钻孔时，凸起减少到很少的量，特别是十分之几毫米。在此，不再需要加工去除凸起。
根据该方法的一有利实施例，使利用激光束产生的凹部以最大尺寸引入工件中，所述凹部的包围圆小于钻孔的最终尺寸。因此，在工件的整个壁厚上可以存在钻孔的均匀的外周表面。
在引入钻孔之后，优选地通过螺纹切割工具或螺纹成形工具引入螺纹。可根据用于工件的材料选择螺纹切割或螺纹成型。例如，对于由结构钢制成的工件，可以使用螺纹切割工具。对于高强度结构钢或甚至具有更厚的壁厚的，优选使用螺纹成形工具。
该方法的另一优选实施例使具有限界凹部的平行的、窄缩的或加宽的壁区段的凹部通过激光束被引入工件中。因此，可以满足进一步的特定要求。由于加工机器具有用于加工头的摆轴，可以在凹部中引入用于壁区段的各种侧面倾斜度。
该方法的另一优选实施例提出通过激光束产生具有多边形轮廓或非滚圆轮廓的凹部。这使得凹部的形状和几何结构也可以调整成适应工件上的引入位置。特别是对于管，由于外表面的曲率，凹部在一个方向上可以具有大于在其它方向的优选方向。
优选地，根据形貌选择和调整凹部的轮廓和/或工件的限界凹部的壁区段的侧面倾斜度。特别地，凹部的轮廓和/或与限界凹部的壁区段的侧面倾斜度与待加工的工件的表面曲率有关。因此，可以在将凹部加工到最终尺寸时或在完成凹部时进一步减小轴向力。
将引入凹部和钻孔的板状工件优选地在具有作为工件支撑表面的平台的冲压激光加工机器中被加工。
优选地，在激光管切割机器中加工棒状或管状工件，该激光管切割机器具有作为工件支撑件的用于棒状或管状工件的转动供给件和用于引导工件的馈通衬垫。
此外，优选地使凹部的在进给方向上的相对的壁区段与凹部的在激光管切割机器的旋转方向上的相对的壁区段相比具有不同的侧面倾斜度和/或不同的间距。因此，钻孔的位置精度可以提高，并且可以进一步减少工具的磨损。
本发明的基本目的还通过加工机器、特别是用于执行上述方法的加工机器来解决，其中，可移动的工具接收器设置在激光加工装置的加工头的加工区域中或设置成邻近该加工头，该加工头发出激光束并将激光束导向待加工的工件，所述加工头能够相对于工件移动到加工位置以进行后续加工，以便加工由激光束引入的凹部。因此，工件可以借助于夹紧操作加工，即首先引入凹部，然后钻孔完成到最终尺寸。由于维持所述夹紧操作，因此可以实现钻孔引入的高水平的定位准确度和进而的精度。
工具接收器由引导件接收，该引导件至少沿一条轴线可移动并且可相对于加工位置定位。根据可用的安装空间或要求，可以提供单轴或多轴系统。
此外，优选地使工具接收器可以在相对于工件的加工位置与用于存储多个工具的匣之间移动。
根据第一实施例，加工机器形成为具有用于接收待加工的板状材料的平台的冲压激光加工机器。通过在匣中提供热熔钻，在引入接收器之后，可以借助于工具接收器将钻孔在板状材料中加工成最终尺寸。
加工机器也可以设置为具有工件支撑件的激光管切割机器，该工件支撑件形成为用于供给棒状、特别是管状工件的转动支撑件，所述工件由馈通装置引导到加工空间，其中，在邻近加工头处或在加工空间中，工件接收器设置成与馈通装置相邻，所述工件接收器与工件支撑件相对。因此，接收器的引入和之后钻孔的引入进而可以借助于夹紧棒状工件来实现。在此，凹部的引入和钻孔的最终尺寸的产生通过热熔钻从相同的加工方向进行。替代地，还可使棒状材料在借助于激光束引入凹部之后旋转例如一定的角度、特别是90°，使得钻孔在此通过工件接收器的进给运动借助于热熔钻被加工成最终尺寸。
附图说明
下面借助于附图中描绘的示例更详细地描述和解释本发明和本发明的其它有利实施例及发展。在说明书和附图中可以看到的特征可以各自单独应用或者根据本发明以任意组合应用。图中示出了：
图1是具有激光加工装置的加工机器的第一实施例的透视图，
图2是根据图1的激光加工机器的加工空间的示意性侧视图，
图3是具有已经引入的凹部的棒状工件的透视图，
图4a-f是凹部的各种轮廓的示意图，
图5a-c是凹部的壁区段的各种布置的示意性剖视图，
图6是工件中制成最终尺寸的钻孔的示意性剖视图，
图7是工件中的引入根据图6的钻孔中的螺纹的示意性剖视图，
图8是图1的替代的加工机器的透视图。
具体实施方式
在图1中描绘了示意性地简化的激光加工机器1。该激光加工机器1设置用于工件2的切割加工，其中，工件2形成为棒状，特别是管状。然而，棒状也可理解为型材。该激光加工机器1包括供给装置3，该供给装置3例如通过加载装置19将待切割的工件2横向供给到激光加工机器1。该供给装置3将待加工的工件2供给到用于激光切割工件2、特别是激光切割棒状区段或管状部分的加工装置4。它们经由卸载装置5接收并从激光加工机器1中取出。激光加工机器1的所有基本功能都由数控装置6控制。
供给装置3包括用作工件移动装置7的旋转和进给装置以及具有导轨9和馈通装置10的机床床身8。工件移动装置7由马达驱动并且可以在导轨9上沿进给方向11移动。待供给的工件2用工件移动装置7的夹紧装置12固定，夹紧装置12可以沿双箭头13的方向旋转并从外部包围所供给的工件2并固定地夹紧它。在将工件2供给到馈通装置10期间和/或在工件2的加工期间，棒状工件2由集成在机床床身8中的至少一个工件支撑件14支撑。在加工装置4的区域中，工件2被引导通过馈通装置10并由馈通装置10支撑。馈通装置10设计成使得被夹紧的工件2在进给方向上被引导而不是被固定地夹紧。棒状工件2可以围绕旋转轴线在馈通装置10中旋转。
加工装置4包括用于产生激光束16的激光束源15、加工头17和光束引导器18，所述光束引导器18将激光束16从激光束源15引导到加工头17。激光束16从加工头17发出并在加工空间20内的加工点F处聚焦在棒状工件2的外周面上。
提供分配给加工空间20和/或与加工头17相邻的工具接收器21，所述工具接收器21能够借助于引导件22(图2)至少在加工空间内移动，使得具有夹在工具接收器中的工具33的工具接收器21可以相对于加工点F移动，并且进而可以从加工点F移除。
此外，提供从加工点F移除的匣25。该匣25可以例如形成为直线式匣或旋转式匣。诸如钻头、热熔钻、螺纹切割工具或螺纹成形工具的各种工具33例如可以存储在该匣25中。工具接收器21可以根据所示的双箭头26在Y方向上至少在匣25和加工点F之间移动。为了使用直线式匣25，工具接收器21还可以沿双箭头27在Z方向上移动。
在馈通装置10的背离机床床身8的一侧上设置有卸载装置5，所述卸载装置5移除已经从棒状工件2中切割的工件部分或区段和来自激光加工机器1的剩余工件。
在图2中以示意性简化的方式示出了激光加工机器1的加工空间20的示意性侧视图。加工头17对准在例如管状的工件2上，所述加工头例如垂直地设置在工件2上方。借助于对准在工件2上的激光束16将凹部31引入管状工件2的壁29中。例如，工具接收器21布置成相对于加工头17偏错90°。例如，工具接收器21沿引导件22的Y轴和Z轴可移动地被接收。工具接收器21接收热熔钻33。管状工件已经由工件移动装置7旋转90°以加工凹部31。根据工具接收器21沿X轴相对于加工头17的定位，工件2的另一移位运动可以通过工件移动装置附加地控制，使得凹部31布置成与热熔钻33的纵向轴线齐平，热熔钻33由工具接收器21保持。从图2中所示的该位置开始，凹部31借助于工具接收器21向工件2的方向上的进给运动而加宽，并且用热熔钻33将钻孔34加工到最终尺寸，如下面在图6中更详细地描述的那样。
匣25示意性地被示出为邻近工具接收器21，所述匣25可接收各种工具。
工具接收器21可以布置在单轴线或多轴线直线式引导件上或不同的操纵装置上。在X方向上，工具接收器21尽可能靠近馈通装置10定位，使得热熔钻33的压力在棒状工件2上施加尽可能低的杠杆力。馈通装置10可以在Y方向上比工件接收器14更好地支撑工件2。当工具接收器21与加工头17并排地安装并具有在Z方向上的进给方向时，待加工的工件2由工件接收器14支撑就足够了，不需要馈通装置10。类似地，还可以想到将工件支撑件14实施成在Y方向上有足够的支撑并且可以省去馈通件10。
在图3中，以透视图示出了棒状工件2。凹部31被引入该工件2中。凹部31具有多边形轮廓S。例如，这被调整成适应工件2的表面曲率，例如，其中，与沿径向尺度方向相比沿纵向轴线切割出更大的壁区段。在此，任何多边形或甚至椭圆形都是可能的。由于借助于激光束16产生凹部31，因此可以引入调整成适应工件2的几何形状的各种的凹部31。这具有的优点是，由于之后将凹部31加宽到钻孔34的最终尺寸，必须接收的通过热熔钻33作用在工件2上的轴向力较小。
在图4a-f中，描绘了凹部31的各种轮廓。例如，图4a示出了凹部31的圆形轮廓。另外的图4b-f示出了多边形轮廓S。图4b示出了十字状凹部31，图4c示出了三角形凹部31，图4d-f示出了各种星形凹部31。
对于径向对称的凹部31，如图4c-f所示，奇数式径向对称的凹部31是特别优选的，因为由此可以改善流孔钻在制造钻孔34时的平稳运行。
由于引入凹部31作为用于将钻孔34制造成最终尺寸的准备步骤，因此可以因使用激光束而使凹部在工件2中的定位成为可能。
在图5a中，壁区段36平行排列，或形成直的凹部31。在图5b中，描绘了相对的壁区段36的窄缩构型，并且在图5c中，描绘了壁区段36的加宽或扩展构型，这可在引入凹部31时通过激光切割产生。由于壁构型的适当选择，因此，凹部31可以进一步调整成适应工件2的形貌。壁构型的侧面倾斜度也可以沿凹部31的周边变化。
在图6中，示出了钻孔34的示意性剖视图，其中，在第一步骤中借助于激光束16引凹部31入，所述凹部31的包围圆小于钻孔34的最终尺寸。然后，钻孔34由热熔钻33形成，其中在钻孔34的产生期间由热熔钻33形成凸起37。由于钻头33上的环边38(图2)，该凸起37可以具有限定的轮廓，使得工件2的外侧形成为具有限定的轮廓。凸起37的高度也可受到钻孔34的几何形状的影响。因此，凸起37越小，凹部31的包围圆与钻孔34的差就越小。此外，凸起的高度可以根据选择的图5b通过具有凹部壁36的窄缩构型的凹部31减小。
通过热熔钻与凸起37相反地形成套环39。套环39的长度与由于凹部31的测量值与钻孔34的最终尺寸不同而要移位的材料有关，因此可以通过适当选择凹部31的几何形状来设定。
特别是对于薄壁工件2、即既对于棒状工件、特别是管状工件也对于板状工件，通过热熔钻产生钻孔34具有下述优点，形成了相比于工件2的壁厚延长的钻孔34。因此可以改善对插入物体的接收。
此外，例如如图7中所示，可以相比于工件2的壁厚增大待制造的螺纹41的长度，从而增大固定力。根据图7的螺纹41可以通过螺纹切割工具和螺纹成形工具引入钻孔34中。
在图8中，描绘了激光加工机器1的相当于图1的激光加工机器1的一替代实施例。该激光加工机器1设置成用于加工板状工件2。在此，它是所谓的平台激光冲压加工机器。
该激光加工机器1具有固定的激光加工装置4，所述激光加工装置4接收用于引导激光束16的加工头17和冲头44。待加工的板状工件2放置在工件支撑件14、特别是平坦的工件支撑件14上。工件2在加工期间由工件移动装置保持，该工件移动装置由马达驱动并控制板状工件2在工件支撑件14的平面内相对于加工头17和/或冲头44的行进运动。为此，夹紧装置12以夹子的形式设置。板状材料或工件2根据双箭头42并且通过工件移动装置7沿着和逆着X方向移动。工件支撑件14可以根据双箭头43沿着和逆着Y方向相对于基架46移动；在此，工件移动装置7也随之移动。加工区域或加工空间20位于冲头44和未详细示出并且分配给冲头44的冲压模之间。冲头44和冲压模都可以更换。
加工机器1的工件支撑件14在一端面上配有操纵装置，所述操纵装置48包括供给装置3，借助于所述供给装置3，板状材料从装载装置19移除并且经由线性轴49提供给加工机器1。该供给装置3可以用作移除装置，以便从工件支撑件14上移除已加工的板状工件2并将它或它们放置在卸载装置5中。例如，卸载装置5可以包括匣52，已加工的工件2借助于操纵装置48放置在所述匣中。
工具接收器21可设置在设置于加工装置4内的用于工具和/或工具保持器的匣中，使得热熔钻33可以通过将冲头44与工具接收器21交换来接收，并且可以提供给加工点F。在该实施例中，使激光束16和工具接收器21、特别是热熔钻33就其纵向轴线而言平行排列并彼此相邻，使得加工方向一样。由于工件移动装置7的行进运动，在通过激光束31引入凹部31之后，板状工件2移动到工件接收器，使得然后可以将热熔钻33引入凹部31中，并且可以制造钻孔34。

Claims (13)

1.一种用于在加工机器(1)中切割加工板状或棒状工件(2)的方法，所述加工机器具有激光加工装置(4)，并具有工件移动装置(7)，将在激光加工装置(4)中被加工的工件(2)借助于所述工件移动装置(7)被保持并相对于激光加工装置(4)移动，通过加工头(17)将激光束(16)导向待加工的工件(2)，在工件(2)中由激光束(16)引入凹部(31)，然后所述凹部(31)由热熔钻(33)加工并加宽到钻孔(34)的最终尺寸，其中，具有限界凹部(31)的平行的、窄缩的或加宽的壁区段(36)的凹部(31)和具有多边形轮廓S或非滚圆轮廓的凹部(31)由激光束(16)引入到工件(2)中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，具有最大尺寸的凹部(31)被引入工件(2)中，所述凹部(31)的包围圆小于钻孔(34)的最终尺寸。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过螺纹切割工具或螺纹成形工具将螺纹(41)引入钻孔(34)中。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，凹部(31)的轮廓或限界凹部(31)的壁区段(36)的侧面倾斜度、或者凹部(31)的轮廓和限界凹部(31)的壁区段(36)的侧面倾斜度都根据待加工的工件(2)的形貌来选择。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，凹部(31)的轮廓或限界凹部(31)的壁区段(36)的侧面倾斜度、或者凹部(31)的轮廓和限界凹部(31)的壁区段(36)的侧面倾斜度都根据待加工的工件(2)的表面曲率来选择。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述板状工件(2)在冲压激光加工机器中加工，所述冲压激光加工机器具有形成为平台的工件支撑件(14)。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，棒状的或管形棒状的工件(2)在激光管切割机器中加工，所述激光管切割机器具有支撑工件(2)的馈通装置(10)。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，与凹部(31)的在激光管切割机器的旋转方向(13)上的相对的壁区段(36)相比，凹部(31)的在激光管切割机器的进给方向(11)上的相对的壁区段(36)具有不同的侧面倾斜度和/或不同的间距。
9.一种用于执行根据上述权利要求中的任一项所述的方法以切割加工板状或棒状工件(2)的加工机器，所述加工机器具有激光加工装置(4)，并具有工件支撑件(14)或支撑待加工的工件(2)的馈通装置(10)或者具有工件支撑件(14)和支撑待加工的工件(2)的馈通装置(10)，所述馈通装置(10)接收将由激光加工装置(4)加工的工件(2)，所述加工机器还具有工件移动装置(7)，所述工件移动装置(7)使待加工的工件(2)相对于激光加工装置(4)移动，其中，激光加工装置(4)具有加工头(17)，所述加工头(17)将从加工头(17)发出的激光导向工件(2)，其特征在于，工具接收器(21)设置在加工空间(20)中或与激光加工装置(4)的加工头(17)邻近，借助于所述工具接收器(21)，用于加工由激光束(16)引入工件(2)中的凹部(31)的工具能够相对于工件(2)移动到加工位置。
10.根据权利要求9所述的加工机器，其特征在于，工具接收器(21)由引导件(22)接收，所述引导件(22)至少能够沿一条轴线移动。
11.根据权利要求9所述的加工机器，其特征在于，工具接收器(21)能够在加工空间(20)与用于存储多个工具的匣(25)之间移动。
12.根据权利要求9所述的加工机器，其特征在于，所述加工机器形成为具有用于接收板状工件(2)的平台的冲压激光加工机器。
13.根据权利要求9所述的加工机器，其特征在于，所述加工机器形成为用于加工棒状的或管形棒状的工件(2)的激光管切割机器，所述工件(2)由馈通装置(10)引导，加工空间(20)邻接所述馈通装置(10)。
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