CN112955277B - 用于切割工件的方法和加工机以及相应的计算机程序产品 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于借助切割射束(5)和切割流体(7)切割工件(6)、尤其是板形工件的方法，其中，待切出的工件部分(10)分成至少两个较小的子块(11，12)被相继切割，这些子块在它们分别被切出之后朝下方从包围的剩余工件(13)中掉落或下沉，根据本发明，分成所述子块(11，12)的划分和用于分割出第一子块(11)的切割引导进行为，使得首先被切割的第一子块(11)的切出点(14)位于所述待切出的工件部分(10)的外轮廓(15)内。

Description

用于切割工件的方法和加工机以及相应的计算机程序产品
技术领域
本发明涉及一种用于借助切割射束和切割流体切割工件、尤其板形工件的方法和加工机，其中，待切出的工件部分分成至少两个较小的子块相继切割，这些子块在它们分别被切出之后朝下方从围绕的剩余工件掉落或下沉，本发明也涉及一种相应的计算机程序产品。子块的切出在切出点处完成，在该切出点处，子块的对应的分割切口闭合成封闭轮廓。切割射束和切割流体可以-例如在水射束切割中-是相同的，也就是说，由同样的介质形成。
现有技术
在借助切割射束、即例如借助等离子射束、激光射束和/或水射束切割尤其是板形且金属的工件时，会产生较小的废料部分(余料)，这些废料部分一般通过自由落体从切割机器的加工区域中被排出。然而，视工件的厚度并且视废料部分的几何形状而定，这样的部分可能会在切出时倾斜或者夹或卡在剩余工件中。这些部分可能造成与切割头的碰撞并且使后续从机器中自动化地取走剩余工件变得困难。
由现有技术中、例如由JPH 10244394 A或WO 2015/080179 A1已知，为了改进在切割和排出工件部分时的过程可靠性，将工件部分分成在切出之后可靠地朝下方掉落的更小的子块。在JPH 10244394 A中公开了在U型工件部分的情况下，首先切出两个侧腿部并且接下来切出连接段。由US 2013/0200051 A已知，螺旋形地切割切削余料。
发明内容
与此相应地，本发明的任务是，进一步改进在借助切割射束切割工件部分时的过程可靠性，这些工件部分在被切出(Freischnitt)之后应通过自由落体从切割区域排出。
该任务根据本发明通过以下方式解决，这样划分成子块和引导用于分割出第一子块的切割，使得首先被切割的第一子块的切出点位于待切出的工件部分的外轮廓内。
即，根据本发明，第一子块的切出点并不位于待切出的工件部分的外轮廓上并且因此更靠近第一工件部分的重心。在切出的瞬间，由于切割流体压力(气体压力、水压力)而作用到第一子块上的倾斜力矩与在工件部分的外轮廓上的切出点相比更小。这导致第一子块的倾斜运动减小或在最好情况下甚至没有倾斜运动，因此，第一子块可以明显更过程可靠地从剩余工件脱落。然后在第二步骤中，第二子块从剩余工件中被切出并且掉落，因为第二子块很大程度上不再被材料包围，而是自由地位于在剩余工件中在第一切割中形成的开口内，所以第二子块可靠地从剩余工件朝下方掉落。分成子块的所述划分方式和所述切割引导方式使得能够实现，第一子块可在最佳的切出点被切出并因此防斜卡地从剩余工件掉落。
优选，待切出的工件部分按面积被划分为较大的第一子块和较小的第二子块。第一工件部分选择得越大，则第一工件部分的重心越靠近工件部分的整体重心，这提高了过程可靠性。例如，可以将待切出的工件部分划分为第一子块和被第一子块在三侧包围的第二子块。在这种情况下，第二子块插片式地延伸到第一子块中。
第二子块必须选择得足够大，以使在切割第一子块时引入到第二子块中的热量能够排出到剩余工件中。如果将第二子块的横向于热流方向的宽度选择得太小，则热量不能足够快速地排出并且可能会出现第二子块的热变形并且出现第一子块与第二子块的卡紧。因此有利的是，分成子块的划分和用于分割出第一子块的切割引导这样进行，使得第二子块的宽度至少与工件的厚度一样大。
为了在切出的时刻仅尽可能小的基于切割流体压力而产生的倾斜力矩作用到第一子块上，特别优选这样进行分成子块的划分和用于分割出第一子块的切割引导，使得第一子块的切出点位于围绕第一子块的重心的半径内，其中，由半径限界的圆形面积应占据第一子块的面积的1/3以下。优选，第一子块的切出点位于待切出的工件部分的重心处或第一子块的重心处或在这两个重心之间的区域中。
将第二子块的几何形状确定为，使得该几何形状造成的第一子块在其被切出之后的斜卡风险尽可能小。为此，可以将第二子块在其几何形状方面选择为，使得该第二子块的横截面或者说面向彼此的侧边沿之间的间距从第一子块的切出点直至第二子块的切出点增大。因此，第二子块具有从工件部分的外轮廓朝内彼此汇聚的侧边沿，使得得到第二子块的锥形形状。进一步优选，第二子块的形状是对称的，尤其，第二子块的外轮廓在角部处不具有直角，而是在角部处是经倒角或经圆角的。
为了有效地防止第一子块在第二子块上的斜卡，第一子块和第二子块之间的分割切口优选没有尖(winklig)的角部，而是具有经倒角或经圆角的角部。
在本发明的一个扩展方案中，第一子块和第二子块之间的分割切口倾斜地实施，使得第一子块的下边沿比上边沿进一步朝外突出，即例如第二子块的面向彼此的侧边沿具有朝下方汇聚的锥形形状。这简化了第一子块朝下方的掉落并且在以下情况下可实现：加工机允许加工头的倾斜位态，使得可以产生相对于工件表面倾斜的切割边沿。
为了改进在分割第二子块时的边沿质量，可以在切割第一子块时就已经在第二子块与剩余工件之间实施部分分割切口，即第二子块与剩余工件之间的连接轮廓已经被切开一部分。
尤其对于待切出的工件部分的重心位于工件部分以外的情况，可以将工件部分分解成待相继切割的多个部段，其中，至少一个部段像前面所说明的那样被划分为至少两个子块，这些子块相继地被切割。在此，将这些部段分别选择为，使得这些部段的重心位于对应部段的轮廓内。也可行的是，将所有部段都划分为至少两个子块。
本发明也涉及一种适用于实施根据本发明的方法的加工机，该加工机具有切割射束(射束式工具)和切割流体，所述加工机具有能相对于工件运动的加工头，切割射束和切割流体从该加工头中射出，并且该加工机具有机器控制器，该机器控制器被编程为用于按照上述方法来控制加工头和工件之间的相对运动。在水射束切割机器的情况下，切割流体同时形成切割射束，也就是说，切割射束和切割流体是相同的。
最后，本发明也涉及一种计算机程序产品，该计算机程序产品具有代码单元，所述代码单元适配成用于当所述程序在加工机的机器控制器上运行时实施上述方法的所有步骤。
附图说明
由说明书、权利要求书和附图中得出本发明的主题的另外的优点和有利构型。上述的和还会进一步列出的特征也可以分别单独使用或以多个在任意组合中使用。所示出的和所说明的实施方式不应理解为穷举，而是仅具有用于说明本发明的示例性特征。附图示出：
图1是适用于实施根据本发明的用于切出工件部分的激光切割方法的激光加工机；
图2是在根据本发明的激光切割方法中进行的、将待切出的工件部分分成较小的两个子块的划分方式；
图3是用于将第一子块从第二子块并且从剩余工件切出的有利的切割引导方式；
图4是工件部分在被切出的时刻根据图2中IV-IV的截面图；
图5是将待切割工件部分分成较小的两个子块的、与图2相比经修改的划分方式；
图6是将待切割的工件部分分成多个部段的分解方式，这些部段各自分别被划分为待相继切割的两个子块；以及。
图7是待切出的工件部分的、与图6相比经修改的部段分解方式。
具体实施方式
在图1中，以激光加工机1为示例，立体地示出具有射束式工具的加工机。这种加工机的另外的实施例是组合式冲压/激光切割机、等离子切割机或水射束切割机。激光加工机1例如具有CO2激光器、二极管激光器或固体激光器作为激光射束发生器2，具有可移动的加工头3和工件承放部4。在激光射束发生器2中产生激光射束5，借助(未示出的)光导线缆或(未示出的)偏转镜将该激光射束从激光射束发生器2引导到加工头3。在工件承放部4上布置呈板材形式的工件6。激光射束5借助布置在加工头3中的聚焦光具对准工件6。此外，激光加工机1被供应以切割气体7，例如氧气和氮气。替代地或附加地，也可以设置压缩空气或应用特定的气体，例如惰性气体。切割气体7被供应给加工头3的切割气体喷嘴8，切割气体从该切割气体喷嘴中与激光射束5一起朝工件6的方向射出。激光加工机1还包括机器控制器9，该机器控制器被编程为用于使加工头3连同该加工头的切割气体喷嘴8一起相应于切割轮廓相对于工件6移动。
替代于使加工头3相对于地点固定的工件6运动，也可以是工件6相对于地点固定的加工头3运动。也可行的是，加工头3的运动和工件6的运动叠加。
下面，参照图2，说明一种用于由工件6切出工件部分10的激光切割方法，其中，待切出的工件部分10是废料部分(切割余料)并且沿着分割切口23(图3)分成两个较小的子块11、12相继切割，这些子块在它们分别被切出之后朝下方从周围的剩余工件13脱落。子块11、12的切出各自在切出点完成，在该切出点，子块的切割轮廓、也就是各自的分割切口23闭合成封闭的轮廓。第一子块11的切出点在图2中以14标出。
在此，这样选择子块11、12的划分方式和用于切下第一子块11的切割引导方式：首先被切割的第一子块11的切出点14位于待切割的工件部分10的外轮廓15内，即不在外轮廓15上。优选，第一子块11在面积上大于第二子块12并且第一子块在三个侧包围第二子块11。如在图2中示例性所示，第一子块11可以近似U形地构造并且第二子块12近似矩形地构造。
在第一方法步骤中，第一子块11被切出并且从包围的剩余工件12、13脱落。与位于外轮廓15上的切出点相比，在切出的瞬间、即在切出点14处，基于切割气体7的压力而作用到第一子块11上的倾斜力矩减小。这导致第一子块11的倾斜运动减小或最好情况下甚至没有倾斜运动，因此，该第一子块可以以明显更过程可靠或者说无斜卡的方式从包围的剩余工件12、13脱落。第二子块(“MacroJoint”)12首先仍保持与包围的剩余工件13连接。在第二方法步骤中，也将第二子块12从剩余工件13切出。因为第二子块很大程度上不再被材料包围，而是自由地位于在剩余工件13中的、在第一方法步骤中形成的开口内，所以第二子块以过程更可靠或无斜卡的方式从剩余工件13朝下方脱落。
为了在切出的时刻使得尽可能没有或者说仅有可忽略的基于切割气体压力的倾斜力矩作用到第一子块11上，则第一子块11的切出点14尽可能位于围绕第一子块11的重心16的半径R中，其中，由半径R限界的圆形面积17应占据第一子块11的总面积的1/3以下、优选1/5以下。优选，第一子块11的切出点14位于待切出的工件部分10的重心18处、第一子块11的重心16处或在这两个重心16、18之间的区域中。
如在图2中进一步示出，第二子块11关于延伸穿过待切出的工件部分10的重心16和第一子块11的重心18的线19优选镜面对称。
第二子块12必须选择得足够大，以使在切割第一子块11时引入到第二子块12中的热量能够排出到剩余工件13中。此外，第二子块12必须选择得足够宽，使得直至完全切出第一子块11为止，第二子块都能够承受工件部分10的重力和切割气体压力，而不会出现第二子块12的明显弯曲。因此，第二子块12的宽度B应选择为至少与工件6的厚度D(图4)一样大。
在图2中使用切割气体喷嘴8，切割气体7从该切割气体喷嘴中与激光射束5同轴地朝工件6的方向射出，也就是说，在切出第一子块4的时刻，切割气体7到第一子块11上的冲击点20位于切出点14处。
而如果切割气体7相对于激光射束5偏心地冲击到工件6上，则在切出第一子块11的时刻，要么切割气体7在第一子块11以外冲击到工件6上，要么——如果前一点不能实现——第一子块11的切出点14尽可能位于第一子块11的重心16和冲击点20之间的区域中。
图3示出用于将第一子块11从第二子块12并且从剩余工件13切出的有利的切割引导方式。在靠近第一子块11的切出点14的21处刺入，并且切割线(区段)22接下来延伸到第二子块12的顶部处的切出点14，然后再实施第一子块11自封闭的分割切口23，该分割切口23又在切出点14处终止。如果制造没有切口的零件，则刺入位于第一子块11的封闭的分割切口23上。为了改进在切出第二子块12时的边沿质量，在切割第一子块11时已经实施了第二子块12与剩余工件13之间的部分分割切口24。激光射束5从25处开始，沿着第二子块12与剩余工件13之间的连接轮廓运动一段并且在反转点26处被关断并且在部位25处再次被接通，以便在结束时切割第一子块11的轮廓。由此在第二子块12的后续分割中能获得切割边沿的更好的质量。
这样确定第二子块12的几何形状，使得该第二子块造成的所切出的第一子块11斜卡的风险尽可能低。如在图4中示出，第一子块和第二子块11、12之间的分割切口27理想地这样倾斜地实施，使得第一子块11的下边沿28a与上边沿28b相比更多地突入到第二子块12中。由此，第一子块11具有朝第二子块12倾斜的边沿29，该边沿不妨碍第一子块11的掉落。
如在图2和3中进一步示出，第一子块和第二子块11、12之间的分割切口23可以实施为不具有尖角而是具有被倒角或被倒圆的角部30，以便有效地防止第一子块在第二子块上斜卡。
如图5中所示，替代于或补充于倾斜的边沿29，分成子块11、12的划分方式可以这样进行：第二子块12具有从工件部分10的外轮廓15朝第一子块11的切出点14彼此汇聚的侧边沿29a、29b。并不彼此平行延伸的这些侧边沿29a、29b也抑制第一子块在第二子块上斜卡。
尤其对于如在图6中示出的情况——待切出的工件部分10的重心18位于工件部分10以外，则将工件部分10分解成应相继切出的多个部段31a-31c，这些部段可以各自像上面所说明的那样分别被划分成两个子块11a、12b、11b、12b和11c、12c，然后这些子块像前面所说明的那样被相继切割。在此，必须将工件部分10以下述程度分解成较小部段，直至在每个部段中，第一子块11a、11b、11c的切出点14位于对应部段的外轮廓内。在图5中，首先切割部段31a，然后切割部段31b并且最后切割部段31c。
如在图7中所示出，如果第一部段31a的第二子块12a是附接在相邻的也会朝下方掉落的第二部段31b上，则可以不用单独分割该第二子块12a。因此，第一部段31a的第二子块12a变成第二部段31b的第一子块11b的组成部分。因此，可以提高切割过程的生产效率。

Claims (13)

1.一种用于借助切割射束(5)和切割流体(7)切割平放在工件承放部(4)上的工件(6)的方法，其中，待切出的工件部分(10)分成较小的至少两个子块(11，12)、即至少第一子块(11)和第二子块(12)相继切割，这些子块在它们分别被切出之后朝下方从包围的剩余工件(13)掉落或下沉，
其特征在于，
分成所述子块(11，12)的划分和用于分割出第一子块(11)的切割引导进行为，使得首先被切割的第一子块(11)的切出点(14)位于待切出的工件部分(10)的外轮廓(15)内并且靠近所述第一子块的重心，以抑制所述至少两个子块在掉落或下沉时的倾斜。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，待切出的工件部分(10)按面积被划分为较大的第一子块(11)和较小的第二子块(12)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，待切出的工件部分(10)被划分为第一子块(11)和被所述第一子块(11)在三个侧包围的第二子块(12)。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，分成所述子块(11，12)的划分和用于分割出所述第一子块(11)的切割引导进行为，使得所述第二子块(12)的宽度(B)至少与所述工件(6)的厚度(D)一样大。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，分成所述子块(11，12)的划分和用于分割出所述第一子块(11)的切割引导进行为，使得所述第一子块(11)的切出点(14)位于绕所述第一子块(11)的重心(16)的半径(R)内，其中，由所述半径(R)限界的圆形面积(17)占据所述第一子块(11)的总面积的1/3以下。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，分成所述子块(11，12)的划分和用于分割出所述第一子块(11)的切割引导进行为，使得所述第一子块(11)的切出点(14)位于待切出的工件部分(10)的重心(18)处或所述第一子块(11)的重心(16)处或这两个重心(16，18)之间的区域中。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，分成所述子块(11，12)的划分进行为，使得所述第二子块(12)具有从所述工件部分(10)的外轮廓(15)朝所述第一子块(11)的切出点(14)彼此汇聚的两个侧边沿(29a，29b)。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述第一子块(11)和所述第二子块(12)之间的分割切口(23)无尖角地实施。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述第一子块(11)和所述第二子块(12)之间的分割切口(23)倾斜地实施，使得所述第一子块(11)的下边沿(28a)比上边沿(28b)更多地突伸到所述第二子块(12)中。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在切出所述第一子块(11)时就已经在所述第二子块(12)和所述剩余工件(13)之间实施部分分割切口(24)。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述工件部分(10)被分解成待相继切割的多个部段，其中，至少一个部段(31a)被划分为待相继切割的至少两个子块(11，12)。
12.一种加工机(1)，所述加工机具有切割射束(5)和切割流体(7)以将工件(6)分割成至少一个工件部分(10)和剩余工件(13)，所述加工机具有能相对于所述工件(6)运动的加工头(3)，所述切割射束(5)和所述切割流体(7)从所述加工头射出，并且所述加工机具有机器控制器(9)，该机器控制器被编程为用于按照根据权利要求1或2所述的方法来控制所述加工头(3)和所述工件(6)之间的相对运动。
13.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括代码单元，所述代码单元适配成用于当所述程序在加工机(1)的机器控制器(9)上运行时实施根据权利要求1或2所述方法的所有步骤。
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