CN112912203B - 用于对呈空心腔轮廓形式的工件进行切割加工的方法和加工装置 - Google Patents
用于对呈空心腔轮廓形式的工件进行切割加工的方法和加工装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种用于借助加工装置(10)对尤其是呈空心腔轮廓形式的工件(30)进行切割加工的方法，所述工件(30)具有壁(52)和至少一个位于所述壁(52)内的工件内部部段(54)，尤其是分离腹板，其中，所述加工装置(10)具有激光加工装置(12)和附加分离装置(14)，尤其是机械分离装置(14)，所述方法包括以下步骤：a.借助所述分离装置(14)将所述工件内部部段(54)在所述工件(30)的分离区域(62)中切离；和b.借助所述激光加工装置(12)将所述工件(30)的所述壁(52)在所述分离区域(62)中切离。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于对尤其是呈空心腔轮廓形式的工件进行切割加工的方法。本发明还涉及一种属于其的加工装置。
背景技术
从DE102016106067A1中已知一种用于借助加工装置对管状工件进行切割加工的加工装置。在这里，加工装置具有导入装置，该导入装置用于导入待切割的工件。导入装置将待切割的管状工件导入到加工装置的激光加工装置以进行激光切割。在这里，在激光切割过程中，尤其是逐渐从管状工件上切下管部分。所切下的管部分通过卸载装置被收纳并且从激光加工装置被导出。
虽然借助从DE102016106067A1中已知的加工装置可以将管状工件切割成管部分，但是不能切割除了壁之外还具有位于内部的工件部段例如分离腹板的工件。这是因为，由于缺乏可接近性而无法使用激光加工装置的激光切割头切割位于工件的壁内的几何形状，从而使得不能分离各个工件部分。在这方面，例如呈空心腔轮廓形式的工件不能借助先前已知的加工装置切割成单个工件部分。更确切地说，对呈空心腔轮廓形式的工件的切割尤其是通过常规切削使用铣削工具以相对较低的加工速度进行。尤其是在工件具有复杂的加工轮廓的情况下，这导致相对较高的生产成本。
发明内容
因此，本发明基于的目的是消除现有技术的所述缺点。
该目的通过具有权利要求1的特征的一种方法来实现。
因此，首先提出了一种用于对尤其是呈空心腔轮廓形式的工件进行切割加工的方法，所述工件具有壁和至少一个位于所述壁内的工件内部部段，尤其是分离腹板。在这里，所述加工借助加工装置进行，其中，所述加工装置具有激光加工装置和附加分离装置，尤其是机械分离装置。所述方法包括以下步骤：
a.借助所述分离装置将所述工件内部部段在所述工件的分离区域中切离；和
b.借助所述激光加工装置将所述工件的所述壁在所述分离区域中切离。
所述待加工的工件可以尤其构造成杆状并因此具有细长形状。此外，所述工件可以尤其具有空心腔轮廓。因此，所述工件内部部段可以尤其构造成至少一个分离腹板，所述至少一个分离腹板至少将所述工件的第一腔与第二腔分离。所述壁可以尤其构造成完全绕转的。
借助所述方法，可以尤其将至少一个工件部分与所述工件分离。可以设想的是，通过重复执行步骤a和步骤b将大量的、尤其是同类的工件部分与所述工件分离。
所述分离区域是所述工件的执行根据本发明的步骤a和步骤b以便尤其将工件部分与所述工件分离所在的区域。
在步骤a中，根据本发明，可以借助所述分离装置将所述工件的位于所述壁的内部中的所述工件内部部段在所述分离区域中切离。该工件内部部段尤其是使用所述激光加工装置的所述激光切割头不可接近的并因此不能通过激光切割来切离。根据本发明，该区域借助所述分离装置来切离。因此，能够通过以下方式使用所述加工装置的所述激光加工装置切离工件部分，即，所述工件的由所述激光加工装置可接近的部分在所述分离区域中被分离，并且所述工件的不可接近的部分在所述分离区域中借助所述分离装置被分离。
因此，与现有技术相比，可以尤其通过以下方式实现速度提高和/或成本降低，即，所述工件的可由所述激光加工装置切离的部段在分离过程中借助所述激光加工装置被切离，并且不可接近的部分借助所述分离装置被切离。因此，将所述激光切割过程与借助所述分离装置实施的进一步的分离过程相结合。
如果存在多个工件内部部段，例如在一个空心腔轮廓中存在两个分离腹板，以便构造总共四个空心腔，则尤其是在步骤a中借助所述分离装置将所有工件内部部段在所述工件的所述分离区域中切离。
在此方面，一方面可以设想的是，步骤b在步骤a之前执行。不过，尤其是还可以设想的是，步骤a在步骤b之前执行。因此，尤其是首先借助所述分离装置将所述工件内部部段在所述分离区域中切离。然后，可以将可由所述激光加工装置切割的另外的工件部段在所述分离区域中切离，以便尤其是将工件部分从所述工件上切下。
在这里，为了到达所述工件内部部段，尤其是在绕转式壁的情况下可以设想的是，首先由所述分离装置将壁区域在所述分离区域中切离，直到到达所述工件内部部段，然后将所述工件内部部段切离。然后可以通过激光切割将工件部分与所述工件完全分离。
可以设想的是，所述分离装置构造成机械分离装置。在这里，所述分离装置可以具有径向铣削工具，以便尤其是以相对较小的进给速度和相对较小的横向进给深度将所述工件内部部段在所述分离区域中切离。例如，可以设想借助支座，该支座吸收在所述工件上产生的反作用力。也可以设想的是，所述机械分离装置包括锯，例如圆锯，带锯和/或孔锯，以便将所述工件内部部段在所述分离区域中切离。
最后，还可以设想的是，所述分离装置构造并设置成执行火焰切割过程和/或水射流切割过程，以便借助火焰切割过程和/或水射流切割过程将所述工件内部部段在所述分离区域中切离。
不过，尤其是可以设想的是，所述分离装置包括插铣刀，以便在步骤a中借助插铣过程将所述工件内部部段在所述分离区域中切离。由此，可以用相对较小的力切离所述工件内部部段。例如与径向铣削相比，插铣削具有以下优点：对工件的反作用力较小，并且工件的振动激发相对较小。此外，插铣削由于产生的加工力较低而特别适合于工件稳定性低和/或工具悬垂时间长的情况。例如，例如可以设想的是，将所述工件借助直通式卡盘以相对较低的夹紧力导入到所述激光加工装置和所述机械分离装置，从而例如通过径向铣削运动铣削掉所述工件内部部段实施起来比较复杂、昂贵且困难。
还有利的是，所述分离装置包括加工主轴，在所述加工主轴处布置有所述插铣刀，其中，所述加工主轴在步骤a中以至少4000rpm，尤其是至少6000rpm的转速运行。这种加工速度尤其使得能够在步骤a中将所述工件内部部段以相对经济的方式在所述分离区域中切离。
特别优选的是，所述插铣刀在步骤a中以至少0.5m/min，尤其是至少1.2m/min的进给速度运行。这种进给速度可以尤其实现足够高的且因此经济的加工速度。
进一步特别优选的是，所述插铣刀在步骤a中以至少100m/min的圆周速度运行。这种高的圆周速度也可以有助于所述方法的经济的操作方式。
还特别优选的是，所述加工装置具有卡盘，所述卡盘具有至少一个用于夹紧和移位所述工件的夹爪，其中，所述夹爪的夹紧力最大为2.5kN，尤其是最大为2.0kN。尽管该夹紧力比较低，然而也可以尤其是执行插铣削过程。插铣削过程尤其实现对工件的用力较小的加工。这尤其是由于工件上的反作用力相对较小以及工件的振动激发相对较小。
此外，所述加工装置可以具有直推式卡盘，所述直推式卡盘具有至少一个用于引导所述工件的夹爪，其中，所述夹爪的夹紧力最大为2.5kN，尤其是最大为2.0kN。尽管夹紧力比较低，然而也尤其能够借助插铣削过程进行加工。
有利地，所述工件由铝组成或包括铝。因此，尤其是由铝制成的空心腔轮廓可以借助所述方法特别经济地切离成各个工件部分。
不过，还可以设想的是，根据所述方法待加工的工件由其他常用材料组成或包括其他常用材料。这种常用材料除了铝之外还可以是结构钢、不锈钢、铜和/或黄铜。附加地或替代地，这种常用材料也可以是塑料、橡胶材料、木材和/或复合材料。
开头提出的目的还通过一种用于执行根据本发明的方法的加工装置来实现，其中，所述加工装置具有激光加工装置和附加分离装置，尤其是机械分离装置。因此，一方面，所述加工装置具有借助所述激光加工装置进行激光切割的可能性。不过，由于设置有所述附加分离装置，也可以切离工件的不能借助所述激光加工装置切割的工件部段，尤其是由于不能借助所述激光加工装置的激光切割头接近的情况。在这方面，由于所述激光加工装置和另一分离装置的组合设置，可以总体上利用所述加工装置尤其将空心腔轮廓分离成单个零件。
优选地，所述分离装置包括插铣刀。这种插铣刀尤其使得能够切离不能借助所述激光加工装置切离的工件的位于内部的几何形状。借助插铣削，可以在以相对较小的反作用力作用于所述工件上并且所述工件的振动激发相对较小的情况下进行对位于内部的工件部段的分离过程。在这里，尤其是当在所述加工装置的卡盘中的夹紧力比较小，例如每个卡盘的夹爪最大约为2kN时，也可以切离位于内部的几何形状。
本发明的一个特别优选的改进方案规定的是，所述分离装置包括加工主轴，在所述加工主轴处可布置有或布置有所述插铣刀。借助这种分离装置，能够相对快速且廉价地切离尤其是空心腔轮廓的待切离工件的位于内部的几何形状。
在下面的描述中可以找到本发明的其他细节和有利的设计方案，在此基础上，对附图中所示的本发明的实施方式进行详细描述和说明。
附图说明
图1示出了根据一个实施方式的具有激光加工装置和分离装置的加工装置的示意性立体图；
图2示出了借助根据图1的加工装置待加工的工件的示意性立体图；
图3(a)示出了根据图2的图示，其中示意性示出了借助根据图1的分离装置进行的分离过程，并且图3(b)示出了根据图3(a)的图示的示意性俯视图；
图4示出了基于图3a的图示，其中示意性示出了借助根据图1的激光加工装置进行的分离过程；和
图5示出了图2所示的工件的借助图3和图4所示的分离过程所分离的工件部分的立体图。
具体实施方式
图1以示意性简化的方式示出了总体上由附图标记10表示的加工装置。该加工装置包括激光加工装置12。该加工装置还包括附加分离装置14。
激光加工装置12包括：激光束源15，用于生成激光束16；激光切割头18；以及光束引导器20，该光束引导器20将激光束16从激光束源15引导到激光切割头18。
分离装置14布置在激光切割头18的旁边或下方。该分离装置14包括图3所示的可绕旋转轴线22旋转的主轴24。在主轴24处可拆卸地布置有插铣刀26。
加工装置10还包括导入装置28，该导入装置28用于侧向导入由加工装置10待切割的工件30。稍后将详细描述从工件30分离工件部分的过程。导入装置28包括装载装置32，该装载装置32用于在切割工件30之前存放工件30。进给装置28还包括保持装置34，该保持装置34用于保持和移位工件30。保持装置34是电动驱动的，并且可以在进给方向(X方向)36上来回移位。导入装置28还包括具有导轨40的机架38，在这些导轨40处可移位地布置有保持装置34。保持装置34还具有卡盘42，该卡盘42具有四个夹爪44。卡盘42用于保持工件30。在这里，每个夹爪44均以最大约2至2.5kN的夹紧力夹紧工件30。在这里，如双箭头46所示，卡盘42是可旋转的，以便旋转已夹紧的工件30。导入装置28还包括布置在机架38处的用于支撑工件30的工件支撑件48。最后，导入装置28包括直推式卡盘50，通过该直推式卡盘50将工件30导入到激光加工装置12或分离装置14。直推式卡盘50也具有夹爪，其中，每个夹爪均以最大约2至2.5kN的夹紧力夹紧所导通的工件30。
加工装置10还包括卸载装置51，以导出所切割的工件部分。
除了分离装置14之外，还设置有工具库53。该库53可以例如构造成线性库或旋转库。在该库53中可以布置有各种工具，例如钻头，流动钻头，螺纹切割工具或螺纹成形工具。因此，代替插铣刀26，也可以例如在主轴24处布置另一种工具，以便例如在待分离的工具部分中设置螺纹。
总体上，加工装置10构造成执行以下方法：
工件30构造成空心腔轮廓并且在图2中以立体图示意性示出。工件30可以尤其构造成铝空心腔轮廓。因此，工件30尤其具有矩形或正方形的外部轮廓。工件30包括绕转式壁52。在壁内布置有工件内部部段54，该工件内部部段54构造成分离腹板并因此将工件30分成两个空心腔56、58。
为了将工件部分60(在图5中示出为单个部分)与工件30分离，使工件30如此移位，使得工件30的分离区域62(参见图3)可以由加工装置14加工。因此，分离区域62是工件30的应将工件部分60与工件30的其余部分分离所在的区域。
然后，首先借助插铣刀26在壁52的分离区域62中钻穿壁部段64，直到到达分离腹板54。然后，如在图3b中特别清楚地看到的那样，将分离腹板54在分离区域62中切离。这一直进行到到达相对壁52的内侧为止(参见图3b)。总体上，因此，在插铣过程中以相对较小的力将圆柱形的孔引入到工件30中。在这里，插铣过程可以使用直径为6mm的插铣刀以每分钟6000转的转速进行，这相当于每分钟113的圆周速度。在这里，进给速度可以例如为1.2m/min。
然后，如图4所示，借助激光加工装置12在分离区域62中沿着工件30的圆周65进行激光切割66，以将工件部分60与工件30分离。在该激光切割66的过程中，将壁52在分离区域62中在整个圆周65上切离。
总体上，因此，通过将插铣过程与激光切割过程相结合来进行工件部分60的分离。
在这里，借助插铣过程，首先将位于壁52内部的分离腹板54在分离区域62中切离。由于缺少可接近性，不能借助激光切割头18使用激光辐射将呈空心腔轮廓形式的工件30的位于内部的该区域切离。然后可以通过激光切割以特别有效和快速的方式切割工件30的可以由激光辐射18切割的整个剩余部分。总体上，因此，通过以下方式借助激光加工装置12实现对呈空心腔轮廓形式的工件的加工，即，在必要时通过插铣过程借助分离装置14分离不能由激光加工装置12切离的区域。
由此，可以总体上进行有效的加工，尤其是将工件部分60与呈空心腔轮廓形式的工件30分离。
Claims (21)
1.一种用于借助加工装置(10)对工件(30)进行切割加工的方法，所述切割加工用于从所述工件(30)切下工件部分(60)，所述工件(30)具有壁(52)和至少一个位于所述壁(52)内的工件内部部段(54)，其中，所述加工装置(10)具有激光加工装置(12)和附加的机械的分离装置(14)，所述方法包括以下步骤：
a.借助所述分离装置(14)将所述工件内部部段(54)在所述工件(30)的用于切下工件部分(60)的分离区域(62)中完全切断；和
b.借助所述激光加工装置(12)将所述工件(30)的所述壁(52)在所述分离区域(62)中完全切断。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤a在步骤b之前执行。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述分离装置(14)包括插铣刀(26)，以便在步骤a中借助插铣过程将所述工件内部部段(54)在所述分离区域(62)中切离。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述分离装置(14)包括加工主轴(24)，在所述加工主轴(24)处布置有所述插铣刀(26)，其中，所述加工主轴(24)在步骤a中以至少4000rpm的转速运行。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述插铣刀(26)在步骤a中以至少0.5m/min的进给速度运行。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，所述插铣刀(26)在步骤a中以至少100m/min的圆周速度运行。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述加工装置(10)具有卡盘(42)，所述卡盘(42)具有至少一个用于夹紧和移位所述工件(30)的夹爪(44)，其中，所述夹爪(44)的夹紧力最大为2.5kN。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述加工装置(10)具有直推式卡盘(50)，所述直推式卡盘(50)具有至少一个用于引导所述工件(30)的夹爪，其中，所述夹爪的夹紧力最大为2.5kN。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述工件(30)由铝组成。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述工件(30)由结构钢、不锈钢、纯铜、黄铜、塑料、橡胶材料、木材和/或复合材料组成。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述工件呈空心腔轮廓形式。
12.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述工件内部部段(54)构造为分离腹板。
13.根据权利要求4所述的方法，其中，所述加工主轴(24)在步骤a中以至少6000rpm的转速运行。
14.根据权利要求5所述的方法，其中，所述插铣刀(26)在步骤a中以至少1.2m/min的进给速度运行。
15.根据权利要求7所述的方法，其中，所述夹爪(44)的夹紧力最大为2.0kN。
16.根据权利要求8所述的方法，其中，所述夹爪的夹紧力最大为2.0kN。
17.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述工件(30)包括铝。
18.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述工件(30)包括结构钢、不锈钢、纯铜、黄铜、塑料、橡胶材料、木材和复合材料中的一种。
19.一种用于执行根据权利要求1至18中任一项所述的方法的加工装置(10)，其中，所述加工装置(10)具有激光加工装置(12)和附加的机械的分离装置(14)。
20.根据权利要求19所述的加工装置(10)，其中，所述分离装置(14)包括插铣刀(26)。
21.根据权利要求20所述的加工装置(10)，其中，所述分离装置(14)包括加工主轴(24)和能布置在所述加工主轴(24)处的插铣刀(26)。
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