DE102009008284A1

DE102009008284A1 - Laser-supported machining of high-strength workpiece, uses rotating tool on drive shaft and laser beam bundle passing through hole in shaft while overlapping rotational axis of shaft

Info

Publication number: DE102009008284A1
Application number: DE102009008284A
Authority: DE
Inventors: Chris-Jörg Rosen
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2009-02-10
Filing date: 2009-02-10
Publication date: 2010-08-12
Anticipated expiration: 2029-02-11
Also published as: DE102009008284B4

Abstract

In a method for laser-supported machining of high-strength workpieces (1) using a rotating tool (with geometrically specific cutters (14)) fixed on a drive shaft (6) containing a hole (5) and a laser beam (2) (for heating the workpiece before cutting) passing in bundle(s) through the hole and the tool onto the workpiece, at least one laser beam bundle overlaps the rotational axis of the shaft during entry into the hole. An independent claim is included for apparatus for carrying out the process, comprising a rotatable tool (with geometrically specific cutter(s) (14)) on a drive shaft (6) having a hole (5) allowing passage of a laser beam (2) and an optical system for coupling the laser beam bundle(s) into the shaft and guiding the beam onto the appropriate surface of the workpiece (1), the novel feature being that the optical system is arranged so that at least one laser beam bundle overlaps the rotational axis of the shaft during coupling into the hole.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur laserunterstützten, spanenden Bearbeitung von hochfesten Werkstoffen mittels eines rotierenden Werkzeugs mit geometrisch bestimmter Schneide, bei dem das Werkzeug an einer eine Antriebswellenbohrung aufweisenden Antriebswelle fixiert ist und ein Werkstück mittels Laserstrahlung vor dem Schneidvorgang erhitzt wird, indem während der Bearbeitung mindestens ein Laserstrahlbündel durch die Antriebswellenbohrung und das Werkzeug hindurch auf das Werkstück geleitet wird.The The invention relates to a method for laser-assisted, Machining of high-strength materials by means of a rotating Tool with geometrically defined cutting edge, where the tool fixed to a drive shaft bore having a drive shaft is and a workpiece by means of laser radiation before the cutting process is heated by at least during processing a laser beam through the drive shaft bore and the tool is passed through to the workpiece.

Des Weiteren betrifft die Erfindung eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung, umfassend ein an einer Antriebswelle angeordnetes rotierend antreibbares Werkzeug mit mindestens einer geometrisch bestimmten Schneide, wobei die Antriebswelle eine durchgehende Antriebswellenbohrung zur Durchleitung von Laserstrahlung aufweist, sowie optische Mittel zur Einkopplung mindestens eines Laserstrahlbündels in die Antriebswelle und zur Zuführung der Laserstrahlung zu einer zu bearbeitenden Oberfläche eines Werkstücks.Of Furthermore, the invention relates to a for carrying out the Method suitable device comprising a drive shaft arranged rotating drivable tool with at least one geometrically determined cutting edge, wherein the drive shaft is a continuous Has drive shaft bore for the passage of laser radiation, and optical means for coupling at least one laser beam in the drive shaft and for supplying the laser radiation to a surface of a workpiece to be machined.

Eine Verfahren sowie eine Vorrichtung der vorgenannten Art sind aus der WO 2004/016386 A1 bekannt. Dort ist eine Fräse vorgestellt, bei der Laserstrahlung über Lichtleitfasern oder Hohlleiter bis zum Werkzeugkopf geführt wird. Die Laserstrahlung soll das Werkstück bis zur Duktilität erwärmen, bevor die Schneide in das Material des Werkstücks eingreift. Dabei ist offenbart, dass es in der Regel notwendig sei, mehrere Laserbrennflecke vor der Schneide zu erzeugen, um das gewünschte Ergebnis zu erlangen. Die Lichtleitfasern oder Hohlleiter durchlaufen den Werkzeugschaft exzentrisch und werden daher um die Drehachse kreisend mitbewegt. Problematisch und aufwendig stellt sich die Einkopplung der Laserstrahlung in die weiterführenden Elemente dar. Die Einkopplung gelingt nur dann, wenn die Laserquelle in geeigneter Position der Einkopplungsstelle des weiterführenden Elements gegenüberliegt oder aufwändige Maßnahmen zur Umleitung der Laserstrahlung vorgesehen werden. Somit lässt sich nicht oder nur mit hohem technischem Aufwand verhindern, dass die Laserstrahlungseinkopplung während der Rotation stellenweise unterbrochen wird. Jedenfalls wird offensichtlich nur ein einzelnes weiterführendes Element mit Laserstrahlung beaufschlagt, oder es werden bei einer Vielzahl nebeneinander im Kreis angeordneter weiterführender Elemente einige wenige unmittelbar zueinander benachbarte Elemente über aufwändige Spiegelkonstruktionen gleichzeitig mit Laserstrahlung versorgt. Des Weiteren ist offenbart, dass ein Teil der Laserstrahlung auch zur Überwachung der Schnitttiefe eingesetzt werden soll. Die Führung der Laserstrahlung über Hohlleiter oder Lichtleitfasern stellt ein System geringer Flexibilität dar, da die Wege dieser Strahlung damit eindeutig festgelegt sind. Eine Möglichkeit zur Anpassung der übertragenen Laserleistung auf sich während der Bearbeitung verändernde Bedingungen wird nicht offenbart. Da zudem zu einem bestimmten weiterführenden Element nur zu bestimmten Zeitpunkten Laserstrahlung eingekoppelt wird, kann am Werkzeug dementsprechend auch nur pulsweise Laserstrahlung am zugeordneten Austritt des weiterführenden Elements austreten. Ein der Schneide des Werkzeugs kontinuierlich vorlaufender Laserbrennfleck kann daher mit diesem Stand der Technik nicht erzeugt werden, wodurch die Möglichkeiten für eine effiziente Energieeinkopplung stark eingeschränkt werden.A method and a device of the aforementioned type are known from WO 2004/016386 A1 known. There, a milling machine is presented in which laser radiation is guided via optical fibers or waveguides to the tool head. The laser radiation is intended to heat the workpiece to ductility before the cutting edge engages the material of the workpiece. It is disclosed that it is usually necessary to generate a plurality of laser focal spots in front of the cutting edge in order to obtain the desired result. The optical fibers or waveguides pass through the tool shaft eccentrically and are therefore circled around the axis of rotation. The coupling of the laser radiation in the continuing elements is problematic and expensive. The coupling succeeds only if the laser source in a suitable position of the coupling point of the continuing element opposite or elaborate measures for redirecting the laser radiation are provided. Thus, it can not be prevented or only with great technical effort that the laser radiation injection is interrupted in places during the rotation. In any case, it is obvious that only a single secondary element is exposed to laser radiation or, in the case of a multiplicity of secondary elements arranged next to one another in a circle, a few directly adjacent elements are simultaneously supplied with laser radiation via elaborate mirror constructions. Furthermore, it is disclosed that a part of the laser radiation should also be used for monitoring the depth of cut. The leadership of the laser radiation via waveguides or optical fibers is a system of low flexibility, since the paths of this radiation are clearly defined. One way to adapt the transmitted laser power to conditions that change during processing is not disclosed. In addition, since laser radiation is coupled to a certain further element only at certain times, only pulsed laser radiation can accordingly exit at the associated outlet of the further element on the tool. A cutting edge of the tool continuously leading laser burn spot can therefore not be generated with this prior art, whereby the possibilities for efficient energy coupling are severely limited.

Aus der DE 196 13 183 C1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Feindrehen eines Werkstücks aus einem härtbaren Stahl offenbart, bei denen Laserstrahlung über Glasfasern einem feststehenden Drehmeißel zugeführt werden. Der Austrittsort der Laserstrahlung befindet sich unmittelbar hinter der Schneide zu Beginn der Freifläche. Die Laserstrahlung dient dort nicht zur Erzeugung duktilen Materials vor der Bearbeitung sondern zur Härtung nach dem Schnitt.From the DE 196 13 183 C1 For example, there are disclosed a method and apparatus for precision turning a work-hardenable steel workpiece by supplying laser radiation over glass fibers to a fixed lathe tool. The exit point of the laser radiation is located immediately behind the cutting edge at the beginning of the free surface. The laser radiation is not there to produce ductile material before processing but for curing after cutting.

Aus der DE 199 62 126 B4 ist ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks durch Abtragen mittels eines laserstrahlunterstützten Rotationswerkzeugs bekannt, bei dem die Laserstrahlung in mindesten eine in das Rotationswerkzeug untergebrachte Glasfaser eingeleitet und über die Glasfaser zu einer Austrittslinse geführt wird. Bei dem Rotationswerkzeug handelt es sich offenbar um eine Art Trennscheibe, bei der das Laserlicht an dem auf das Werkstück wirkenden Umfang austritt. Es ist somit keine geometrisch definierte Schneide vorhanden.From the DE 199 62 126 B4 For example, a method for machining a workpiece by ablation by means of a laser-assisted rotary tool is known in which the laser radiation is introduced into at least one glass fiber accommodated in the rotary tool and guided via the glass fiber to an exit lens. The rotary tool is obviously a type of cutting disk in which the laser light emerges on the circumference acting on the workpiece. There is thus no geometrically defined cutting edge available.

Aus der DE 101 28 536 C2 sind eine Fräsmaschine und ein Fräsverfahren bekannt, bei denen ebenfalls Laserstrahlung zur Unterstützung des Fräsvorganges eingesetzt wird. Die Laserstrahlung wird über eine von der Fräse getrennte Lasereinrichtung der Bearbeitungsstelle zugeführt. Dies hat zur Folge, dass die Laserstrahlung nicht unmittelbar vor der Schneide wirken kann. Um dennoch die Duktilität des Werkstückmaterials während des Eingriffs der Schneide gewährleisten zu können, muss die durch den Laserbrennfleck im Werkstückmaterial erzeugte Temperatur hoch genug sein, um über Wärmeleitung auch an der Eingriffsstelle der Schneide eine hinreichende Temperatur zur Verfügung zu stellen. Dies bedeutet, dass das Material des Werkstücks an der Auftreffstelle des Laserstrahls deutlich über die für die Duktilität notwendige Temperatur hinaus erhitzt werden muss. Folgen hiervon sind erhöhter Energieverbrauch, Verzug sowie eine mögliche Schädigung des Werkstückmaterials aufgrund der hohen Temperaturbelastung.From the DE 101 28 536 C2 a milling machine and a milling method are known in which also laser radiation is used to support the milling process. The laser radiation is fed to the processing station via a laser device separate from the milling cutter. This has the consequence that the laser radiation can not act directly in front of the cutting edge. In order to still be able to ensure the ductility of the workpiece material during the engagement of the cutting edge, the temperature generated by the laser focal spot in the workpiece material must be high enough to provide a sufficient temperature via heat conduction also at the point of engagement of the cutting edge. This means that the material of the workpiece at the point of impact of the laser beam must be heated well beyond the temperature necessary for ductility. Consequences of this are increased energy consumption, distortion and possible damage to the workpiece material due to the high temperature load.

Es ist nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die eine in verbesserter Weise gezielte und flexible Einkopplung der Laserstrahlungsenergie in das Werkstückmaterial ermöglichen.It Now is an object of the present invention, a method and a device of the type mentioned above to provide a targeted and flexible in an improved way Coupling of the laser radiation energy into the workpiece material enable.

Bei dem Verfahren der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das mindestens eine Laserstrahlbündel beim Eintritt in die Antriebswellenbohrung die Drehachse der Antriebswelle überdeckt.at The method of the type mentioned is this task solved that the at least one laser beam when entering the drive shaft bore, the axis of rotation of the drive shaft covered.

Auf diese Weise kann ohne weitere besondere Maßnahmen ein kontinuierliches Einkoppeln der Laserstrahlung in die Antriebswellenbohrung hinein erreicht werden. Die Winkelposition der Antriebswelle ist dabei unerheblich. Es können zahlreiche Varianten ausgeführt werden, die eine Weiterführung der Laserstrahlung auf das Werkstück gewährleisten, wobei es möglich ist, einen auf dem Werkstück erzeugten Laserbrennfleck kontinuierlich der Schneide unmittelbar vorlaufen zu lassen. Durch die auf diese Weise erreichbare Nähe zwischen Laserbrennfleck und Schneide kann die Energieeinkopplung sehr gezielt erfolgen. Eine Überhitzung des Werkstückmaterials zur Überbrückung eines zu großen Abstands zwischen Laserbrennfleck und Schneide mittels Wärmeleitung kann vermieden werden. Die Möglichkeit der kontinuierlichen Bestrahlung über einen bestimmten Laserbrennfleck eröffnet zudem diverse Möglichkeiten, die auf das Werkstück auftreffende Wärmeenergie zu variieren und unterschiedlichen Bedingungen anzupassen. Auch hierdurch kann der Bearbeitungsprozess effizienter und damit energie- und kostensparender durchgeführt werden.On this way, without any further special measures a continuous Coupling the laser radiation into the drive shaft bore be achieved. The angular position of the drive shaft is here irrelevant. There are many variants possible be a continuation of the laser radiation on the Ensure workpiece, while possible is a laser spot generated on the workpiece continuously advance the cutting edge immediately. By the thus achievable proximity between laser focal spot and Cutting the energy input can be very targeted. Overheating of the workpiece material for bridging too large a distance between the laser focal spot and the cutting edge by means of heat conduction can be avoided. The possibility of continuous irradiation over a given laser spot also opens up various options to vary the workpiece impinging heat energy and to adapt to different conditions. Also this can the processing process more efficient and thus energy and cost-saving be performed.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei sowohl im unterbrochenen Schnitt, z. B. beim Fräsen, als auch in anderen spangebenden Bearbeitungsverfahren mit rotierendem Werkzeug, z. B. beim Bohren, Drehen oder Schleifen, angewendet werden.The Inventive process can be used both in the interrupted cut, z. B. when milling, as well as in other cutting machining processes with a rotating tool, z. B. when drilling, turning or grinding, are applied.

Dabei kann es vorteilhaft sein, das Verfahren so auszuführen, dass als Antriebswelle eine Hohlwelle mit konzentrisch zur Drehachse der Antriebswelle verlaufender Bohrung verwendet wird. Hierdurch ist eine besonders einfache Ausführungsform gegeben, bei der durch die Antriebswelle selbst keine Unwuchten erzeugt werden. Alternativ könnte es vorgesehen werden, die Bohrung oder auch mindestens eine zweite Bohrung mit einem Winkel zur Drehachse zu versehen, so dass die Bohrung in Richtung auf den Ort des Austritts der Laserstrahlung im Werkzeug zuläuft. Hierdurch könnte die jeweilige Bohrung mit einem geringen Durchmesser versehen werden. Mittel zur Umleitung der Strahlung innerhalb der Antriebswelle oder des Werkzeuges könnten so eingespart werden, wenn der Laserstrahlung bei Eintritt in die Bohrung bereits eine Richtung parallel zur Längsachse der mindestens einen Bohrung aufgegeben wird. Mehrere Bohrungen können dabei in Bezug auf die Drehachse symmetrisch angelegt werden, um Unwuchten zu vermeiden. Zu jeder Bohrung kann dann auch eine Schneide vorgesehen werden.there it may be advantageous to carry out the process in such a way that as a drive shaft, a hollow shaft concentric with the axis of rotation the drive shaft extending bore is used. hereby is given a particularly simple embodiment, in which are generated by the drive shaft itself no imbalances. Alternatively, it could be provided, the bore or also at least one second bore at an angle to the axis of rotation to provide, so that the bore towards the place of the exit the laser radiation in the tool tapers. This could the respective bore be provided with a small diameter. Means for diverting the radiation within the drive shaft or of the tool could be saved when the laser radiation when entering the hole already a direction parallel to the longitudinal axis the at least one hole is abandoned. Several holes can be applied symmetrically with respect to the axis of rotation to avoid imbalances. For each hole can also a cutting edge can be provided.

Insbesondere kann es vorteilhaft sein, das erfindungsgemäße Verfahren so auszuführen, dass die Laserstrahlung zwischen dem Eintritt in die Antriebswelle und dem Auftreffen auf das Werkstück zumindest überwiegend im freien Strahlengang geführt wird.Especially it may be advantageous to the invention Process so that the laser radiation between entering the drive shaft and hitting the workpiece at least predominantly in the free beam path is performed.

Mit einem überwiegend freien Strahlengang ist gemeint, dass mehr als die Hälfte des von der Laserstrahlung durchlaufenen Strahlengangs zwischen Eintritt in die Hohlwelle und Auftreffen auf dem Werkstück frei ist, d. h. keine optischen Elemente, wie Linsen oder dergleichen durchlaufen werden. Insbesondere durch den Verzicht auf Lichtwellenleiter im Bereich der Hohlwelle und des Werkzeugs treten die zum Stand der Technik beschriebenen Probleme bei der Einkopplung der Laserstrahlung in bewegte Wellenleiter erst gar nicht auf. Auf Grund der zumindest überwiegend freien Strahlführung sind – wie bei der Darstellung weiterer Ausführungsformen näher erläutert wird – größere Variationsmöglichkeiten in Bezug auf die Zuführung der Laserstrahlung zum Werkstück gegeben. Zudem werden im freien Strahlengang Leistungsverluste aufgrund von Absorption in optischen Elementen vermieden.With a predominantly free beam path is meant that more than half of the laser radiation traversed Beam path between entry into the hollow shaft and impact is free on the workpiece, d. H. no optical elements, how to go through lenses or the like. In particular by the waiver of optical fibers in the hollow shaft and of the tool, the problems described in the prior art when coupling the laser radiation into moving waveguides only not at all. Due to the at least predominantly free Beam guidance are - as in the presentation of more Embodiments will be explained in more detail - larger Variations in terms of feeder the laser radiation is given to the workpiece. In addition, will be outdoor beam power loss due to absorption avoided in optical elements.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch so ausgeführt werden, dass während des Bearbeitungsvorgangs die auf dem Werkstück auftreffende Oberfächenintensität der Laserstrahlung in Abhängigkeit von der Position der Schneide relativ zum Werkstück verändert wird. Dies kann z. B. dann sinnvoll sein, wenn die Werkstückeigenschaften örtlich variieren, z. B. auf Grund wechselnder Oberflächenstrukturen oder auf Grund unterschiedlicher Temperaturen oder auch Materialien innerhalb eines Werkstücks. So kann sichergestellt werden, dass einerseits immer der für eine duktile Bearbeitung notwendige Wärmeeintrag erfolgt, andererseits die eingekoppelte Energie nicht unnötig hoch wird.The inventive method can also be carried out so be that during the editing process on the Workpiece surface intensity the laser radiation as a function of the position of the Cutting edge is changed relative to the workpiece. This can be z. B. be useful if the workpiece properties vary locally, z. B. due to changing surface structures or due to different temperatures or even materials within a workpiece. So it can be ensured that on the one hand always the heat input necessary for ductile processing On the other hand, the injected energy is not unnecessary gets high.

So kann es insbesondere vorteilhaft sein, das erfindungsgemäße Verfahren so auszuführen, dass das Werkstück im unterbrochenen Schnitt bearbeitet wird und die Laserstrahlung derart gepulst wird, dass die Laserstrahlung unterbrochen oder in der Intensität verringert ist, wenn die Laserstrahlung auf nicht zu zerspanendes Werkstückmaterial trifft. Auf diese Weise werden ein unnötiger Energieeintrag und damit eine unnötige Belastung des Werkstücks vermieden.So it may be particularly advantageous to the invention Procedure to be carried out so that the workpiece in the interrupted cut is processed and the laser radiation in such a way is pulsed, that the laser radiation is interrupted or in intensity is reduced when the laser radiation on not to be machined Workpiece material hits. This way, you become an unnecessary one Energy input and thus avoid unnecessary load on the workpiece.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann des Weiteren auch so ausgeführt werden, dass während eines vorgegebenen Bearbeitungsintervalls die Laserleistung kontinuierlich verändert und an die Schnittkinematik angepasst wird. Solange die Schneide im unterbrochenen Schnitt auf zu zerspanendes Material trifft, werden Späne oder Partikel produziert, die den Laserstrahl mit zunehmender Schnittdauer immer häufiger unterbrechen. Die stetige Erhöhung der Laserleistung wirkt einer hierdurch bedingten Abnahme der auf das Werkstück auftreffenden Oberflächenleistung entgegen.Furthermore, the method according to the invention can also be carried out such that during a predetermined processing interval, the laser power is changed continuously and adapted to the Schnittkinematik. As long as the cutting edge meets the material to be cut in an interrupted cut, chips or particles are produced which interrupt the laser beam more and more often with increasing cutting time. The steady increase in the laser power counteracts a consequent decrease in the impact on the workpiece surface performance.

Des Weiteren kann das erfindungsgemäße Verfahren so ausgeführt werden, dass ein von dem Laserstrahlbündel oder von einem der Laserstrahlbündel erzeugter Laserbrennfleck in seiner Position relativ zur nachfolgenden Schneide, seiner Größe und/oder seiner Form verändert wird.Of Furthermore, the method according to the invention can be so be executed, that one of the laser beam or by a laser beam generated by one of the laser beam in its position relative to the subsequent cutting edge, its size and / or its shape is changed.

Diese Veränderung kann während eines Bearbeitungsvorganges z. B. zur Reaktion auf wechselnde Materialeigenschaften des Werkstücks erfolgen. Die Veränderung des Laserbrennflecks kann allerdings auch zur Anpassung an unterschiedliche Gegebenheiten bei verschiedenen Bearbeitungsvorgängen erfolgen, z. B. beim Wechsel von einem Werkstück zum nachfolgenden. Bei verschiedenen Bearbeitungsvorgängen kann ggf. das Werkzeug gewechselt werden, wodurch sich bereits der Laserbrennfleck in seinen Eigenschaften ändern kann. Es ist aber auch möglich, die vorgenannten Eigenschaften ohne Werkzeugwechsel und sogar während der Bearbeitung durchzuführen.These Change can be made during a machining process z. B. in response to changing material properties of the workpiece respectively. The change of the laser focal spot, however, can also to adapt to different circumstances in different Machining operations take place, for. B. when changing from a workpiece to the following. For various machining operations If necessary, the tool can be changed, which is already the Laser burn spot can change in its properties. It is but also possible, the aforementioned properties without Tool change and even during machining.

Dabei kann das erfindungsgemäße Verfahren auch so ausgeführt werden, dass die Position der Schneide relativ zum Werkstück aus den Parametern eines Drehgebers für eine das Werkzeug antreibende Motorspindel ermittelt wird. Als weitere Information für die Ermittlung der Schneidenposition steht die inzwischen übliche computergeführte Maschinensteuerung zur Verfügung.there the process according to the invention can also be carried out in this way be that the position of the cutting edge relative to the workpiece from the parameters of a rotary encoder for a tool driving motor spindle is determined. As further information for the determination of the cutting position is now the usual computerized machine control available.

Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren so ausgeführt werden, dass ein Prozessgas durch mindestens einen im Werkzeug angeordneten Prozessgasaustritt auf das Werkstück geführt wird. Mit dem Prozessgas wird anfallendes Spanmaterial sowie ggf. auf das Werkstück aufgebrachtes Kühlmittel von der zur bearbeitenden Werkstückoberfläche weg geblasen. Das Prozessgas selbst kann ebenfalls zur Kühlung dienen. Es kann auch mindestens ein zweiter Prozessgasaustritt pro Schneide vorgesehen werden. Hierfür kann der Prozessgasstrom im Werkzeug geteilt werden. Durch den weiteren Prozessgasaustritt kann die Wirkung des Prozessgases erhöht werden. Zudem ist es möglich, die Position der Schneide relativ zur Austrittsöffnung für den Laserstrahl zu verändern. Dabei kann einer der Prozessgasaustritte relativ zur Schneide fixiert sein, um im Schneidenbereich einen hinreichenden Prozessgasstrom gewährleisten zu können.Farther the process according to the invention can be carried out in this way be that a process gas through at least one arranged in the tool process gas is guided on the workpiece. With the process gas is accumulated chip material and possibly on the workpiece applied coolant away from the workpiece surface to be machined blown. The process gas itself can also be used for cooling serve. It can also be at least a second process gas outlet per Cutting edge are provided. For this purpose, the process gas flow be shared in the tool. By the further process gas outlet the effect of the process gas can be increased. moreover It is possible, the position of the cutting edge relative to the outlet opening for the laser beam to change. One can the process gas exits may be fixed relative to the cutting edge in the cutting area to ensure a sufficient process gas flow.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch so ausgeführt werden, dass der Prozessgasaustritt gleichzeitig als Austrittsöffnung für das oder eines der Laserstrahlbündel verwendet wird. Damit kann die Prozessgaszufuhr höchst effizient ausgeführt werden. Zusätzliche Öffnungen für das Prozessgas können eingespart werden.The inventive method can also be carried out so be that the process gas outlet at the same time as an outlet opening used for the or one of the laser beam becomes. This allows the process gas supply to be highly efficient be executed. Additional openings for the process gas can be saved.

Des Weiteren ist es möglich, ein Sperrgas einzusetzen, wobei das Sperrgas mittels einer ersten Spaltdichtung zur Verhinderung des Eintritts von Fremdkörpern in die Antriebswellenbohrung dient. Im Falle des Einsatzes eines Prozessgases wird dieses mit hohem Durchsatz durch die Antriebswellenbohrung geführt und eignet sich weniger für die Abdichtung der Antriebswellenbohrung, da ein hinreichender Druck nicht aufgebaut werden kann. Somit wird das Sperrgas über einen separaten Eingang in einen die Antriebswelle umgebenden Raum eingeblasen, der nach außen durch die Spaltdichtung abgedichtet ist, und der einen zur Abdichtung hinreichenden Druckaufbau erlaubt. Dabei kann mittels einer zweiten Spaltdichtung das Sperrgas vom Prozessgas entkoppelt werden. Die Sperrgaszufuhr befindet sich somit zwischen den beiden die Antriebswelle umgebenden Spaltdichtungen, die einen Druckraum für das Sperrgas begrenzen.Of Furthermore, it is possible to use a sealing gas, wherein the sealing gas by means of a first gap seal to prevent the entry of foreign bodies into the drive shaft bore serves. In the case of the use of a process gas this is with high throughput through the drive shaft bore and less suitable for sealing the drive shaft bore, because a sufficient pressure can not be established. Thus, that will Blocking gas via a separate input in a drive shaft surrounding space blown outward through the gap seal is sealed, and the one sufficient for sealing pressure build-up allowed. In this case, by means of a second gap seal the sealing gas be decoupled from the process gas. The barrier gas supply is located Thus, between the two surrounding the drive shaft gap seals, which limit a pressure space for the sealing gas.

Bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art wird die vorgenannte Aufgabe dadurch gelöst, dass die optischen Mittel so hergerichtet sind, dass das mindestens eine Laserstrahlbündel beim Einkoppeln in die Antriebswellenbohrung die Drehachse der Antriebswelle überdeckt. Dabei kann die Antriebswelle eine Hohlwelle mit konzentrisch zur Drehachse der Antriebswelle verlaufender Bohrung sein.at a device of the type mentioned is the aforementioned Problem solved in that the optical means so prepared are that the at least one laser beam when coupling in the drive shaft bore, the axis of rotation of the drive shaft covered. The drive shaft can be a hollow shaft with concentric to Be the axis of rotation of the drive shaft extending bore.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch so ausgebildet sein, dass die optischen Mittel mindestens ein strahlformendes optisches Element umfassen. Das strahlformende Element trägt zur Bereitstellung des Laserbrennflecks auf dem Werkstück bei. Als strahlformendes optisches Element kann z. B. eine refraktive oder diffraktive Optik vorgesehen sein.The Device according to the invention can also be designed in this way be that the optical means at least one beam-forming optical Include element. The beam-forming element contributes to Providing the laser spot on the workpiece. As a beam-shaping optical element z. B. a refractive or diffractive optics may be provided.

Dabei kann die erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhaft auch so ausgebildet sein, dass mindestens eines der strahlformenden optischen Elemente in der Strahlformung gezielt veränderbar ist. Mit der Veränderbarkeit können zum Beispiel zur Anpassung an wechselnde Werkstückeigenschaften oder an sich ändernde Bearbeitungsbedingungen unterschiedliche Laserbrennfleckgrößen erzeugt werden. Die Veränderung kann auch während eines Bearbeitungsvorgangs, d. h. während des Eingriffs der Schneide erfolgen.there the device according to the invention can be advantageous also be designed so that at least one of the beam-forming optical elements in the beam shaping selectively changeable is. With changeability, for example for adaptation to changing workpiece properties or changing processing conditions different Laser focal spot sizes are generated. The change can also during a machining operation, d. H. while the engagement of the cutting edge done.

Hierfür kann es vorteilhaft sein, das in der Strahlformung veränderbare optische Element im Strahlengang vor der Antriebswelle anzuordnen. Damit ist das optische Element von der Drehung der Antriebswelle unabhängig und kann leicht mit Mitteln zur Übertragung von Steuersignalen für die Veränderung der Strahlformung, z. B. Signalleitungen, kontaktiert werden. Bei dem in der Strahlformung veränderbaren Element kann es sich z. B. um eine Zoomoptik handeln.Therefor it may be advantageous to the changeable in the beam shaping to arrange optical element in the beam path in front of the drive shaft. This is the optical element of the rotation of the drive shaft independent and can be easily provided with means of transmission of control signals for changing the beam shaping, z. As signal lines to be contacted. In the case of beamforming changeable element can be z. B. a zoom optics act.

Weiterhin kann die erfindungsgemäße Vorrichtung so ausgebildet sein, dass die optischen Mittel mindestens einen Reflektor umfassen. Mit einem oder mehreren Reflektoren kann der Laserbrennfleck gezielt in Schneidennähe gebracht werden.Farther the device according to the invention can be designed in this way be that the optical means comprise at least one reflector. With one or more reflectors, the laser focal spot can be targeted be brought near the cutting edge.

Es kann vorteilhaft sein, die erfindungsgemäße Vorrichtung so auszubilden, dass mindestens einer der Reflektoren in der Strahlausrichtung gezielt veränderbar ist. Auf diese Weise kann die Position des Laserbrennflecks relativ zur Schneide verändert werden, um zum Beispiel auf veränderte Bearbeitungsbedingungen, z. B. unterschiedliche Werkstückmaterialien, reagieren zu können. Hierdurch kann ein Austausch der Werkzeughalterung unnötig werden. Aber auch während der Bearbeitung ist eine Anpassung der Laserbrennfleckposition möglich, z. B. als Reaktion auf in einem Werkstück gegebene Material- oder Strukturänderungen.It may be advantageous, the device of the invention in such a way that at least one of the reflectors in the beam alignment is selectively changeable. In this way, the position of the Laser burn spots are changed relative to the cutting edge, for example, to changed processing conditions, z. B. different workpiece materials react to be able to. This can replace the tool holder become unnecessary. But also during the processing an adjustment of the laser spot position is possible, z. B. in response to given in a workpiece material or structural changes.

Dabei kann der erste, in der Strahlausrichtung gezielt veränderbare Reflektor in der Drehachse des Werkzeugs und der Antriebswelle angeordnet sein. Hierdurch können Unwuchten aufgrund der Veränderungen am Reflektor vermieden oder zumindest minimiert werden.there can the first, in the beam alignment selectively variable Reflector be arranged in the axis of rotation of the tool and the drive shaft. This can cause imbalances due to the changes be avoided or at least minimized at the reflector.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch so ausgebildet sein, dass ein zweiter, in seiner Position und Ausrichtung fixierter Reflektor vorgesehen ist. Ist der erste Reflektor in der Drehachse ausgerichtet, ist der zweite Reflektor außerhalb der Drehachse anzuordnen. Mit dieser Konstruktion kann insbesondere ein nahezu orthogonaler Einfall der Strahlung auf die Werkstückoberfläche realisiert werden. Die Reflektoren selbst können ebenfalls als strahlformende Elemente, z. B. in Form von Konkav- oder Konvexspiegeln ausgeführt sein. Strahlformende Reflektoren können bei Bedarf in Ihrer Strahlformung veränderbar sein, womit z. B. die Größe des Laserbrennflecks beeinflussbar ist.The Device according to the invention can also be designed in this way be that a second, fixed in its position and orientation Reflector is provided. Is the first reflector in the axis of rotation aligned, the second reflector is outside the axis of rotation to arrange. With this construction, in particular, an almost orthogonal incidence of radiation on the workpiece surface will be realized. The reflectors themselves can also as jet-forming elements, e.g. B. in the form of concave or convex mirrors be executed. Beam-forming reflectors can if necessary be changeable in your beam shaping, which z. B. the size of the laser focal spot influenced is.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die optischen Mittel derart vorgesehen und angeordnet sein, dass der Strahlengang der Laserstrahlung zumindest zwischen dem Eintritt in die Antriebswelle und dem Auftreffen auf das Werkstück überwiegend frei ist.In the device according to the invention can the optical means are provided and arranged such that the beam path of the laser radiation at least between the entrance in the drive shaft and the impact on the workpiece predominantly free is.

Weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Ansprüchen 23 bis 26.Further Embodiments of the device according to the invention emerge from the claims 23 to 26.

Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden im Folgenden anhand von Figuren dargestellt.advantageous Embodiments of the invention Method and apparatus of the invention are shown below with reference to figures.

Es zeigt schematischIt shows schematically

1: eine Vorrichtung zur laserunterstützten spanenden Bearbeitung von Werkstoffen im Einsatz, 1 : a device for laser-assisted machining of materials in use,

2: eine Aufsicht auf das zu bearbeitende Werkstück sowie im Querschnitt schematisch das Werkzeug mit Blickrichtung parallel zur Drehachse des Werkzeuges, 2 : a plan view of the workpiece to be machined and in cross-section schematically the tool with a view parallel to the axis of rotation of the tool,

3: die Leistung des Lasers in Abhängigkeit von der Winkelposition des Werkzeuges, 3 : the power of the laser depending on the angular position of the tool,

4: eine Darstellung ähnlich zu 2 mit veränderter Werkstückgeometrie, 4 : a representation similar to 2 with changed workpiece geometry,

5: Diagramm zur Leistung des Lasers in Abhängigkeit von der Winkelstellung des Werkzeuges in Bezug auf 4, 5 : Diagram showing the power of the laser as a function of the angular position of the tool 4 .

6: eine Bearbeitungsvorrichtung mit ausrichtbaren Reflektoren, 6 a processing device with alignable reflectors,

7: eine Bearbeitungsvorrichtung mit Prozessgasführung und 7 : a processing device with process gas guidance and

8: Ausschnitt aus einer Bearbeitungsvorrichtung im Bereich der Einleitung des Prozessgases und von Sperrgas. 8th : Section of a processing device in the area of the introduction of the process gas and barrier gas.

1 zeigt schematisch und in Ausschnitten eine Bearbeitungsvorrichtung zur laserunterstützten, spanenden Bearbeitung von hochfesten Werkstoffen in einem seitlichen Querschnitt. Ein Werkstück 1 aus einem solchen hochfesten Werkstoff wird mittels Laserstrahlung 2 und einer Schneide 14 spanend bearbeitet. Die Laserstrahlung 2 entstammt einer hier nicht dargestellten Laserquelle und tritt aus einer Zuführungsglasfaser 3 aus. Nach Verlassen der Zuführungsglasfaser 3 trifft die Laserstrahlung auf ein Zoomobjektiv 4, das die Laserstrahlung 2 kollimiert und fokussiert. Nach Verlassen des Zoomobjektivs 4 tritt die Laserstrahlung 2 in eine Durchführungsbohrung 5 einer Antriebswelle 6 ein, die in einem Gehäuse 7 drehbar gelagert ist. Die Durchführungsbohrung 5 ist konzentrisch zur Drehachse der Antriebswelle 6. An der Antriebswelle 6 ist ein Werkzeug fixiert, von dem in 1 lediglich Wandteile 8 und die Schneide 14 dargestellt sind. In dem Werkstück 8 ist ein optischer Kanal 9 vorgesehen, der den Durchtritt der Laserstrahlung 2 von der Antriebswelle 6 bis zum Werkstück 1 erlaubt. An den in 1 sichtbaren Wandteilen 8 des Werkstücks sind eine Fokussierlinse 10 sowie zwei Reflektoren 11 und 12 vorgesehen. Die Reflektoren 11 und 12 richten die bis zum Auftreffen auf den ersten Reflektor 11 konzentrisch zur Drehachse der Antriebswelle 6 eingestrahlte Laserstrahlung 2 auf das Werkstück 1, auf dessen Oberfläche durch die Laserstrahlung 2 ein Laserbrennfleck 13 erzeugt wird, der das Werkstück 1 derart punktuell erwärmt, dass die Bearbeitung duktil erfolgen kann. Während der Bearbeitung des Werkstücks 1 durch das sich drehende Werkzeug läuft die Schneide 14 dem Laserbrennfleck 13 nach. 1 shows schematically and in sections a processing device for laser-assisted, machining of high-strength materials in a lateral cross-section. A workpiece 1 From such a high-strength material is by means of laser radiation 2 and a cutting edge 14 machined. The laser radiation 2 comes from a laser source, not shown here, and emerges from a supply fiber 3 out. After leaving the feed fiber 3 the laser radiation hits a zoom lens 4 that the laser radiation 2 collimated and focused. After leaving the zoom lens 4 occurs the laser radiation 2 in a bushing hole 5 a drive shaft 6 one in an enclosure 7 is rotatably mounted. The bushing hole 5 is concentric with the axis of rotation of the drive shaft 6 , At the drive shaft 6 is a tool fixed by the in 1 only wall parts 8th and the cutting edge 14 are shown. In the workpiece 8th is an optical channel 9 provided for the passage of La serstrahlung 2 from the drive shaft 6 to the workpiece 1 allowed. To the in 1 visible wall parts 8th of the workpiece are a focusing lens 10 as well as two reflectors 11 and 12 intended. The reflectors 11 and 12 straighten up to hitting the first reflector 11 concentric with the axis of rotation of the drive shaft 6 irradiated laser radiation 2 on the workpiece 1 , on its surface by the laser radiation 2 a laser stain 13 is generated, which is the workpiece 1 heated so selectively that the processing can be done ductile. During the machining of the workpiece 1 The cutting edge runs through the rotating tool 14 the laser spot 13 to.

Das Zoomobjektiv 4 ist in seiner Fokussierwirkung steuerbar, so dass es möglich ist, die Größe des Laserbrennflecks 13 auf dem Werkstück 1 gezielt zu verändern. In 1 sind diesbezüglich 2 Strahlengänge dargestellt: Die durchgezogene Linie zeigt einen Strahlengang mit einem größeren Laserbrennfleck 13, während die gestrichelten Linien den Verlauf der Laserstrahlung 2 darstellen, der zu einem kleineren Laserbrennfleck 13 führt. Dabei kann die Laserleistung gegenüber dem größeren Laserbrennfleck unverändert sein, so dass auf einer kleineren Fläche die Laserstrahlung 2 mit höherer Intensität auf das Werkstück 1 trifft. Alternativ kann die Laserleistung, z. B. unmittelbar an der nicht dargestellten Laserquelle oder durch ebenfalls nicht dargestellte Filter im Strahlengang, verändert werden, so dass die pro Fläche eingestrahlte Leistung je nach Bedarf im Wesentlichen unverändert, größer oder kleiner als vor der Änderung der Laserbrennfleckgröße sein kann. Auf diese Weise kann auf sich ändernde Werkstückeigenschaften reagiert werden.The zoom lens 4 is controllable in its focusing effect, so that it is possible, the size of the laser focal spot 13 on the workpiece 1 to change specifically. In 1 2 beam paths are shown in this regard: The solid line shows a beam path with a larger laser focal spot 13 while the dashed lines show the course of the laser radiation 2 that lead to a smaller laser spot 13 leads. The laser power compared to the larger laser focal spot can be unchanged, so that on a smaller area, the laser radiation 2 with higher intensity on the workpiece 1 meets. Alternatively, the laser power, z. B. directly to the laser source, not shown, or by filters, also not shown in the beam path, are changed, so that the radiated power per area can be substantially unchanged, larger or smaller than before the change of the laser focal spot size. In this way it is possible to react to changing workpiece properties.

Die 2 und 3 stellen eine mögliche Verfahrensvariante bei der Bearbeitung des Werkstücks 1 im unterbrochenen Schnitt dar. 2 zeigt einen Bereich des Werkstücks 1 in Aufsicht auf noch unbearbeitetes Material. Das Werkzeug 15 ist schematisch durch einen Kreis dargestellt. Das Werkzeug 15 bewegt sich mit der Vortriebsgeschwindigkeit v_f über das Werkstück 1. 2 zeigt ein Beispiel, bei dem die Schneide 14 über einen Winkelbereich von 180° in das Werkstück 1 eingreift. Der Schneide 14 voraus läuft der Laserbrennfleck 13. Zur Vermeidung unnötiger Energieeinstrahlung soll der Laserbrennfleck 13 nur dann erzeugt werden oder mit einer für eine Bearbeitung hinreichenden Laserleistung versorgt werden, wenn der Laserbrennfleck 13 auf Material des Werkstücks 1 trifft, das anschließend von der dem Laserbrennfleck 13 nachlaufenden Schneide 14 bearbeitet wird.The 2 and 3 represent a possible process variant in the machining of the workpiece 1 in broken section dar. 2 shows an area of the workpiece 1 in supervision on still unprocessed material. The tool 15 is shown schematically by a circle. The tool 15 moves with the propulsion speed v _f over the workpiece 1 , 2 shows an example in which the cutting edge 14 over an angular range of 180 ° in the workpiece 1 intervenes. The cutting edge 14 ahead is the laser spot 13 , To avoid unnecessary energy irradiation, the laser focal spot 13 only be generated or supplied with sufficient for a processing laser power when the laser focal spot 13 on material of the workpiece 1 This is followed by the laser burn spot 13 trailing edge 14 is processed.

3 zeigt die Leistung der hier nicht dargestellten Laserquelle in Abhängigkeit von der Winkelstellung der Schneide 14. Die im Werkzeug 15 vorgesehene hier nicht dargestellte Austrittsöffnung für die Laserstrahlung befindet sich in Drehrichtung gesehen um den Winkel Δφ Vor der Schneide 14. Die Laserleistung wird erst dann eingeschaltet, wenn der Laserbrennfleck 13 auf zu bearbeitendes Material trifft. Dieser Moment ist in 2 dargestellt. Durch den Laserbrennfleck 13 wird das zu bearbeitende Material des Werkstücks 1 bis zur Duktilität erhitzt, wobei die Duktilität auch dann noch gegeben ist, wenn die Schneide 14 das zu bearbeitende Material des Werkstücks 1 erreicht. Nach einer Drehung von 180° ab Einschalten des Lasers verlässt der Laserbrennfleck 13 das zu bearbeitende Material des Werkstücks 1 und der Laser wird abgeschaltet. Die sich durch dieses Verhalten ergebenden Leistungspulse sind im Diagramm der 3 dargestellt. Auf diese Weise wird zum einen unnötige Leistungsaufnahme durch den Laser verhindert. Des Weiteren wird vermieden, dass der Laserbrennfleck 13 bereits bearbeitetes Material mit seiner Leistung beaufschlägt und möglicherweise hierdurch schädigt. 3 shows the performance of the laser source, not shown here as a function of the angular position of the cutting edge 14 , The tool 15 provided not shown here outlet opening for the laser radiation is seen in the direction of rotation by the angle Δφ Before the cutting edge 14 , The laser power is only switched on when the laser focal spot 13 encounters material to be processed. This moment is in 2 shown. By the laser stain 13 becomes the workpiece material to be machined 1 heated to ductility, the ductility is still present even if the cutting edge 14 the material to be processed of the workpiece 1 reached. After a rotation of 180 ° from switching on the laser leaves the laser focal spot 13 the material to be processed of the workpiece 1 and the laser is turned off. The power pulses resulting from this behavior are in the diagram of 3 shown. In this way, on the one hand unnecessary power consumption is prevented by the laser. Furthermore, it avoids the laser spot 13 already processed material with its power applied and possibly damaged by it.

In 3 ist des Weiteren dargestellt, dass die Leistung des Lasers linear ansteigt, während der Laserbrennfleck 13 über das zu bearbeitende Material des Werkstücks 1 läuft. Dieser Leistungsanstieg innerhalb eines Pulses berücksichtigt, dass bei dem Eingreifen der Schneide 14 auf das Material des Werkstücks 1 Spanmaterial erzeugt wird, durch das zeitweise verhindert wird, dass der Laserbrennfleck 13 mit der gesamten Brennfleckfläche das Werkstück 1 erreicht. Dieses Spanmaterial nimmt in der Menge während der 180° Drehung zu und damit auch die Behinderung der Laserstrahlung durch dieses Spanmaterial. Dem trägt die Zuführung der Laserstrahlung dadurch Rechnung, dass die Laserstrahlleistung stetig erhöht wird, so dass trotz der Unterbrechungen des Laserstrahls eine hinreichende Leistung das Werkstück 1 erreicht.In 3 It is further shown that the power of the laser increases linearly while the laser spot 13 about the material to be machined on the workpiece 1 running. This increase in power within a pulse takes into account that the intervention of the cutting edge 14 on the material of the workpiece 1 Chipboard material is generated, which is temporarily prevented by the laser burn spot 13 with the entire focal spot the workpiece 1 reached. This chip material increases in quantity during the 180 ° rotation and thus also the obstruction of the laser radiation by this chip material. The supply of laser radiation takes into account that the laser beam power is steadily increased, so that despite the interruptions of the laser beam sufficient power the workpiece 1 reached.

Die 4 und 5 zeigen eine zu den 2 und 3 entsprechende Situation. Der einzige Unterschied besteht vorliegend darin, dass eine geänderte Geometrie des Werkstücks 1 vorliegt, weshalb ein kleinerer Winkel als 180° bearbeitet wird, nämlich lediglich δφ. Dementsprechend sind die Pulse kürzer, wie in 5 zu sehen ist.The 4 and 5 show one to the 2 and 3 appropriate situation. The only difference here is that a changed geometry of the workpiece 1 is present, which is why a smaller angle than 180 ° is processed, namely only δφ. Accordingly, the pulses are shorter, as in 5 you can see.

6 zeigt einen Ausschnitt aus einer Bearbeitungseinheit mit Antriebswelle 6 und Werkzeug 15. Ein die Antriebswelle 6 umschließendes Gehäuse (7 in 1) ist nicht dargestellt. In dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 befindet sich in der Durchführungsbohrung 5 eine Fokussiereinheit, die mit bereits kollimierter Laserstrahlung 2 versorgt wird. Der Reflektor 11 ist in seiner Ausrichtung relativ zum Werkzeug 15 veränderbar ausgestaltet, während der Reflektor 12 fixiert ist. Mit dem veränderbaren Reflektor 11 kann die Position des Laserbrennflecks 13 auf dem in 6 nicht dargestellten Werkstück verändert werden. So sind mit durchgezogenen Linien und mit gestrichelten Linien zwei unterschiedliche Strahlengänge dargestellt, die auf zwei unterschiedliche Ausrichtungen des Reflektors 11 zurückgehen. In 6 ist allerdings lediglich eine der beiden Positionen des Reflektors 11 gezeigt. Gleichzeitig wurde jedoch auch die Brennfleckgröße durch die veränderbare Fokussieroptik 16 verkleinert. Auf diese Weise ist der Laserbrennfleck 13 in seiner Position relativ zur Schneide 14 veränderbar. 6 shows a section of a processing unit with drive shaft 6 and tool 15 , A the drive shaft 6 enclosing housing ( 7 in 1 ) is not shown. In the embodiment according to 6 is located in the bushing hole 5 a focusing unit with already collimated laser radiation 2 is supplied. The reflector 11 is in its orientation relative to the tool 15 changeable designed while the reflector 12 is fixed. With the changeable reflector 11 can the position of the laser spot 13 on the in 6 not shown workpiece to be changed. So are with solid Lines and dashed lines show two different beam paths, pointing to two different orientations of the reflector 11 decline. In 6 However, it is only one of the two positions of the reflector 11 shown. At the same time, however, the focal spot size also became variable due to the variable focusing optics 16 reduced. In this way, the laser spot is 13 in its position relative to the cutting edge 14 variable.

7 zeigt ähnlich zu 6 ausschnittsweise eine Bearbeitungsvorrichtung, wobei übereinstimmende Bestandteile, nämlich Antriebswelle 6, das an der Antriebswelle 6 fixierte Werkzeug 15 und die in der Antriebswelle 6 angeordnete Fokussieroptik 16 mit gleichen Referenzzahlen versehen sind. Die für die hier nicht dargestellte Laserstrahlung vorgesehene Durchführungsbohrung 5 der Antriebswelle 6 sowie der optische Kanal 9 des Werkzeuges 15 dienen gemäß 7 gleichzeitig zur Durchleitung von Prozessgas 17, das in 7 durch Pfeile symbolisiert ist. Das Prozessgas 17 wird über die Durchführungsbohrung 5 und den optischen Kanal 9 direkt auf das Werkstück 1 gegeben, wo es zur Kühlung und zum Abtransport des bei der Bearbeitung anfallenden Spanmaterials dient. 7 shows similar to 6 a section of a processing device, wherein matching components, namely drive shaft 6 at the drive shaft 6 fixed tool 15 and those in the drive shaft 6 arranged focusing optics 16 are provided with the same reference numbers. The provided for the laser radiation, not shown here, implementation bore 5 the drive shaft 6 as well as the optical channel 9 of the tool 15 serve according to 7 at the same time for the passage of process gas 17 , this in 7 symbolized by arrows. The process gas 17 gets over the bushing hole 5 and the optical channel 9 directly on the workpiece 1 given where it is used for cooling and removal of accumulating during machining chip material.

8 zeigt ausschnittsweise und schematisch den Bereich der Einkopplung des Prozessgases 17 in die Durchführungsbohrung 5 der Antriebswelle 6, die drehbar im feststehenden Gehäuse 7 gelagert ist. An dem Gehäuse 7 ist eine Prozessgaseinführeinrichtung 18 fixiert, die zwei Prozessgaseingänge 19a und 19b aufweist. Oberhalb der Prozessgaseinführvorrichtung 18 ist eine Abdeckung 20 vorgesehen und zwischen Prozessgaseinführvorrichtung 18 und der Abdeckung 20 eine Dichtung 21. Die Abdeckung 20 umfasst hier nicht dargestellte Mittel zum Durchlass der hier ebenfalls nicht dargestellten Laserstrahlung, z. B. Linsen oder eine Zoomoptik. 8th Sectionally and schematically shows the region of the coupling of the process gas 17 into the bushing hole 5 the drive shaft 6 rotatable in the fixed housing 7 is stored. On the case 7 is a process gas introduction device 18 fixed, the two process gas inputs 19a and 19b having. Above the process gas introduction device 18 is a cover 20 provided and between Prozessgaseinführvorrichtung 18 and the cover 20 a seal 21 , The cover 20 includes means not shown here for the passage of the laser radiation, also not shown here, for. As lenses or a zoom optics.

Um den Zutritt von festen oder flüssigen Verunreinigungen zum Eingang der Durchführungsbohrung 5 zu verhindern, ist zusätzlich zum Prozessgas die Zufuhr von Sperrgas 22 vorgesehen, das in 8 mit gestrichelten Pfeilen dargestellt ist. Die Zufuhr erfolgt über Sperrgaseingänge 23a und 23b. Sowohl das Sperrgas 22 als auch das Prozessgas 17 kann Luft sein. Andere Gase, wie z. B. Stickstoff, können ebenfalls eingesetzt werden. Eine ringförmige erste Spaltdichtung 24 dichtet mit Hilfe des Sperrgases 22 den Bereich der Prozessgaszufuhr von dem das Gehäuse 7 umgebenden Bereich ab und unterbindet so den Zutritt von Fremdkörpern. Eine zweite Spaltdichtung 25 entkoppelt das Sperrgas 22 vom Prozessgas 17.To prevent the entry of solid or liquid contaminants to the inlet of the feedthrough bore 5 To prevent, in addition to the process gas, the supply of sealing gas 22 provided in 8th shown with dashed arrows. The supply takes place via barrier gas inputs 23a and 23b , Both the sealing gas 22 as well as the process gas 17 can be air. Other gases, such as. As nitrogen, can also be used. An annular first gap seal 24 seals with the help of the barrier gas 22 the range of process gas supply from the housing 7 surrounding area and thus prevents the entry of foreign bodies. A second gap seal 25 decouples the sealing gas 22 from the process gas 17 ,

11: Werkstückworkpiece
22: Laserstrahlunglaser radiation
33: Zuführungsglasfasersupply fiberglass
44: Zoomobjektivzoom lens
55: DurchführungsbohrungBy guide bore
66: Antriebswelledrive shaft
77: Gehäusecasing
88th: Wandteilewall parts
99: optischer Kanaloptical channel
1010: Fokussierlinsefocusing lens
1111: Reflektorreflector
1212: Reflektorreflector
1313: LaserbrennfleckLaser focal spot
1414: Schneidecutting edge
1515: WerkzeugTool
1616: Fokussieroptikfocusing optics
1717: Prozessgasprocess gas
1818: ProzessgasseinführeinrichtungProzessgasseinführeinrichtung
1919: ProzessgaseingangProcess gas input
2020: Abdeckungcover
2121: Dichtungpoetry
2222: Sperrgassealing gas
2323: SperrgaseingangSealing gas input
2424: Spaltdichtunggap seals
2525: Spaltdichtunggap seals

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2004/016386 A1 [0003]
- DE 19613183 C1 [0004]
- DE 19962126 B4 [0005]
- DE 10128536 C2 [0006]

Claims

Method for the laser-assisted, machining of high-strength materials by means of a rotating tool ( 15 ) with a geometrically determined cutting edge ( 14 ), where the tool ( 15 ) on a drive shaft bore ( 5 ) having drive shaft ( 6 ) and a workpiece ( 1 ) by means of laser radiation ( 2 ) is heated prior to the cutting operation by at least one laser beam through the drive shaft bore during machining ( 5 ) and the tool ( 15 ) through the workpiece ( 1 ), characterized in that the at least one laser beam bundle when entering the drive shaft bore ( 5 ) the axis of rotation of the drive shaft ( 6 ) covered.

Method according to claim 1, characterized in that as drive shaft ( 6 ) a hollow shaft with concentric to the axis of rotation of the drive shaft ( 6 ) extending drive shaft bore ( 5 ) is used.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the laser radiation ( 2 ) between the entry into the drive shaft ( 6 ) and the impact on the workpiece ( 1 ) is guided at least predominantly in the free beam path.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that during the machining process on the workpiece ( 1 ) incident surface intensity of the laser radiation ( 2 ) depending on the position of the cutting edge ( 14 ) relative to the workpiece ( 1 ) is changed.

Method according to claim 4, characterized in that the workpiece ( 15 ) is processed in interrupted section and the laser radiation ( 2 ) is pulsed such that the laser radiation ( 2 ) is interrupted or reduced in intensity when the laser radiation ( 2 ) encounters workpiece material that is not to be cut.

Method according to claim 4 or 5, characterized that during a given machining interval the laser power continuously changed and the cutting kinematics is adjusted.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a generated by the or a laser beam bundle laser focal spot ( 13 ) in its position relative to the subsequent cutting edge ( 14 ), its size and / or its shape is changed.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the position of the cutting edge ( 14 ) relative to the workpiece ( 1 ) from the parameters of a rotary encoder for a tool ( 15 ) driving motor spindle is determined.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a process gas ( 17 ) by at least one in the tool ( 15 ) arranged process gas outlet on the workpiece ( 1 ) to be led.

Method according to claim 9, characterized in that that the process gas outlet at the same time as an outlet opening used for the or one of the laser beam becomes.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a sealing gas ( 22 ) is used, wherein the sealing gas ( 22 ) by means of a first gap seal ( 24 ) to prevent the entry of foreign bodies in the drive shaft bore ( 5 ) serves.

A method according to claim 11, characterized in that by means of a second gap seal ( 25 ) the sealing gas ( 22 ) of the process gas ( 17 ) is decoupled.

Device suitable for carrying out the method according to one of claims 1 to 12, comprising a drive shaft (10) 6 ) arranged rotationally drivable tool ( 15 ) with at least one geometrically determined cutting edge ( 14 ), wherein the drive shaft ( 6 ) a drive shaft bore ( 5 ) for the transmission of laser radiation ( 2 ), and optical means for coupling at least one laser beam in the drive shaft ( 6 ) and for supplying the laser radiation ( 2 ) to a surface of a workpiece to be machined ( 1 ), characterized in that the optical means are prepared so that the at least one laser beam bundle when coupled into the drive shaft bore ( 5 ) the axis of rotation of the drive shaft ( 6 ) covered.

Apparatus according to claim 13, characterized in that the drive shaft ( 6 ) a hollow shaft with concentric to the axis of rotation of the drive shaft ( 6 ) extending drive shaft bore ( 5 ).

Device according to claim 13 or 14, characterized in that the optical means comprise at least one beam-shaping optical element ( 4 ).

Apparatus according to claim 15, characterized in that at least one of the strahlfor menden optical elements ( 4 ) is selectively changed in the beam shaping.

Device according to Claim 16, characterized in that the optical element which is variable in the beam shaping ( 4 ) in the beam path in front of the drive shaft ( 6 ) is arranged.

Device according to one of claims 13 to 17, characterized in that the optical means at least one reflector ( 11 . 12 ).

Apparatus according to claim 18, characterized in that at least one of the reflectors ( 11 . 12 ) is selectively changeable in the beam alignment.

Apparatus according to claim 19, characterized in that the first, in the beam alignment selectively variable reflector ( 11 ) in the axis of rotation of the tool ( 15 ) and the drive shaft ( 6 ) is arranged.

Device according to one of claims 18 to 20, characterized in that a second, in its position and orientation fixed reflector ( 12 ) is provided.

Device according to one of claims 13 to 21, characterized in that the optical means are provided and arranged such that the beam path of the laser radiation ( 2 ) at least between the entry into the drive shaft ( 6 ) and the impact on the workpiece ( 1 ) is mostly free.

Device according to one of claims 13 to 22, characterized in that a continuous, the drive shaft ( 6 ) and the tool ( 15 ) is provided through the process gas channel.

Device according to claim 23, characterized in that one on the tool ( 15 ) provided process gas outlet is simultaneously the outlet for the or one of the laser beam.

Apparatus according to claim 22 or 24, characterized in that the drive shaft bore ( 5 ) by means of at least one gap seal ( 24 ) is sealed against the environment.

Apparatus according to claim 25, characterized in that for sealing the drive shaft bore ( 5 ) two gap seals ( 24 . 25 ) are provided, wherein between the two gap seals ( 24 . 25 ) a barrier gas inlet ( 23 ) is arranged.