DE102011054360A1

DE102011054360A1 - Werkzeugmaschine und Verfahren zur Herstellung von Werkstücken

Info

Publication number: DE102011054360A1
Application number: DE102011054360A
Authority: DE
Inventors: Andreas Kettner; Peter Epperlein
Original assignee: Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Current assignee: Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Priority date: 2011-10-10
Filing date: 2011-10-10
Publication date: 2013-04-11
Anticipated expiration: 2031-10-11
Also published as: DE102011054360B4; WO2013053569A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine (11) und ein Verfahren zur Herstellung von Werkstücken mit einer solchen Werkzeugmaschine, insbesondere einer Laserbearbeitungsmaschine, mit einer Werkstückauflage (14) zur Aufnahme von plattenförmigen Materialien (15) zur Bearbeitung mit einer Trennvorrichtung, welche einen Bearbeitungskopf (13) aufweist, der während eines Trennvorganges im plattenförmigen Material (6) zumindest in Y-Richtung verfahrbar ist, wobei die Werkstückauflage (14) einen ersten Auflagetisch (31) mit einer ersten Auflagefläche (38) und einen zweiten Auflagetisch (32) mit einer zweiten Auflagefläche (39) umfasst, wobei die Auflageflächen (38, 39) zur Bildung eines Spaltes (35) unterhalb des Bearbeitungskopfes (13) zueinander beabstandet sind, und wobei die Lage des Spaltes (36) und die Breite (37) des Spaltes (36) im Bearbeitungsbereich (30) des Trennvorganges durch die Positionierung der Auflagetische (31, 32) in X-Richtung zueinander einstellbar ist, wobei eine Steuerung (20) vorgesehen ist, welche eine Verfahrbewegung der Auflagetische (31, 32) ansteuert, so dass eine Spaltbreite (37) zwischen den Auflagetischen (31, 32) einstellbar ist, die an eine Größe eines durch den Spalt (36) zwischen den Auflagetischen (31, 32) nach unten auszuschleusenden Werkstücks (21) oder Abfallteils angepasst ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit einer Werkstückauflage zur Aufnahme von plattenförmigen Materialien zur Bearbeitung mit einer Trennvorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung von Werkstücken aus einem plattenförmigen Material durch einen Trennvorgang mit einer Trennvorrichtung, insbesondere mit solchen Werkzeugmaschinen.
Aus der WO 2007/137613 A1 ist eine 2D-Laserbearbeitungsmaschine bekannt, welche eine Werkstückauflage aufweist, die mehrere parallel zueinander angeordnete Auflageelemente umfasst. Jedes dieser Auflageelemente umfasst in Abständen zueinander angeordnete Tragpunktspitzen, auf welchen das plattenförmige Material aufliegt. Solche Kontaktpunkte zwischen den Tragpunktspitzen und dem plattenförmigen Material können sich beim Schneidprozess negativ auf die Werkstückqualität auswirken, da es zum Verkratzen der aufliegenden Seite des plattenförmigen Materials sowie zum Verbacken mit den Tragpunktspitzen kommen kann. Außerdem erschwert eine statische Auflage des plattenförmigen Materials ein Ausschleusen von Gutteilen aus der Maschine, wofür zwangsläufig zusätzliche Automatisierungskomponenten, wie beispielsweise ein Rechen oder ein Sauggreifer, benötigt werden.
Alternativ zu solchen Laserbearbeitungsmaschinen sind bereits sogenannte Sheetmover-Hybridanlagen bekannt, bei denen das plattenförmige Material durch Rollen- oder Bürstentische gestützt ist, welche eine Werkstückauflage bilden. Das plattenförmige Material wird durch eine Greifereinheit geklemmt und mit dieser Greifereinheit relativ zum Bearbeitungsbereich der Werkstückauflage bewegt. Solche alternativen Laserbearbeitungsmaschinen vermeiden ein Verkratzen und gegebenenfalls Verbacken der Unterseite des plattenförmigen Materials. Solche Maschinen sind jedoch in der Dynamik begrenzt, da das plattenförmige Material bewegt werden muss.
Des Weiteren ist aus der JP 2003290968 A eine Laserbearbeitungsmaschine bekannt, bei der das plattenförmige Material ebenfalls durch eine Klemmeinrichtung geklemmt wird. Das plattenförmige Material liegt auf einer Werkstückauflage auf, welche durch zwei Werkstückauflagetische ausgebildet sind, die jeweils zum Schneidspalt weisenden Umlenkrollen aufweisen, welche in und entgegen der X-Richtung verfahrbar sind. Auf diese Weise braucht der Bearbeitungsbereich innerhalb der Laserbearbeitungsmaschine aufgrund einer Bewegung des Schneidspaltes nicht vergrößert zu werden, sondern umfasst eine konstante Bauraumgröße. Das plattenförmige Material mit den geschnittenen Werkstücken wird über ein Abtransportband aus dem Bearbeitungsraum herausgeführt, welches mit der Ebene der Auflagetische fluchtet. Beim Abtransport kann die Gefahr des Verhakens von bereits geschnittenen Werkstücken und Abfallteilen bezüglich des Schneidspaltes beim Darüber-hinweg-Führen bestehen.
Aus der JP 2008200701 A ist eine weitere Laserbearbeitungsmaschine bekannt, welche eine Werkstückauflagefläche aus zwei Auflagetischen aufweist. Einer der beiden Auflagetische ist fest am Grundkörper der Bearbeitungsmaschine angeordnet. Der zweite Auflagetisch, der an den Schneidspalt angrenzt, kann aus dem Bearbeitungsbereich vollständig in eine Beladezone herausgefahren werden. Ein weiterer Auflagetisch wird während dessen in den Bearbeitungsbereich der Laserschneidmaschine eingefahren, um eine anschließende Bearbeitung des plattenförmigen Materials durchzuführen. Über den zuvor ausgefahrenen Auflagetisch erfolgt eine Entnahme des bearbeiteten plattenförmigen Materials. Eine solche Anordnung erfordert ebenfalls eine Klemmvorrichtung für das plattenförmige Material. Darüber hinaus ist ein hoher apparativer Aufwand zur Ausgestaltung einer solchen Laserbearbeitungsmaschine erforderlich. Gleichzeitig kann beim Abtransport des geschnittenen plattenförmigen Materials ein Verhaken der Werkstücke und Abfallteile mit dem Schneidspalt auftreten.
Die WO 2007/003299 A1 beschreibt eine Werkzeugmaschine mit einer Werkstückauflage zur Auflage von plattenförmigen Materialien zur Bearbeitung mit einer Trennvorrichtung. Diese weist einen Bearbeitungskopf auf, der während eines Trennvorganges im plattenförmigen Material zumindest in Y-Richtung verfahrbar ist. Die Werkstückauflage umfasst einen ersten Auflagetisch mit einer ersten Auflagefläche und einen zweiten Auflagetisch mit einer zweiten Auflagefläche, wobei die Auflageflächen zur Bildung eines Spaltes unterhalb des Bearbeitungskopfes zueinander beabstandet sind. Die Lage und Breite des Spaltes können während des Trennvorganges auch im Bearbeitungsbereich der Trennvorrichtung angepasst werden. Die jeweilige Auflagefläche des ersten und zweiten Auflagetisches ist durch zwei Walzen begrenzt, die jeweils unabhängig voneinander in und entgegen der Vorschubrichtung verfahrbar sind.
Diese bekannte Werkzeugmaschine ist grundsätzlich sehr flexibel zur Bearbeitung einzelner Werkstücke. Diese Flexibilität erfordert jedoch eine aufwändige Mechanik und Ansteuerung zur Aufrechterhaltung der Bandspannung der jeweiligen Auflagetische. Des Weiteren verbleiben die fertig bearbeiteten Werkstücke bei einer nachfolgenden Bearbeitung von weiteren Werkstücken aus demselben plattenförmigen Material auf dem Auflagetisch, wodurch die bewegten Massen erhöht und nur geringere Fahrgeschwindigkeiten angesteuert werden können. Sofern einzelne bearbeitete Werkstücke von einen der beiden Auflagetische abtransportiert werden, ist während diesem Zeitraum der Bearbeitungsprozess unterbrochen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine zur Bearbeitung eines plattenförmigen Materials mit einer Trennvorrichtung und ein entsprechendes Bearbeitungsverfahren bereitzustellen, wodurch eine höhere Herstellgeschwindigkeit und eine verbesserte Produktqualität der Werkstücke erzielt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Steuerung vorgesehen ist, welche eine Verfahrbewegung der Auflagetische der Werkstückauflage ansteuert, um eine Spaltbreite zwischen den Auflagetischen einzustellen, die an eine Größe eines durch den Spalt zwischen den Auflageflächen nach unten auszuschleusenden Werkstücks oder Abfallteils angepasst ist. Dadurch wird nach dem jeweiligen Bearbeiten und Ausschneiden eines Werkstücks oder eines Abfallstücks ein Herausführen aus dem Bearbeitungsbereich ermöglicht, so dass die freigeschnittenen Werkstücke oder Abfallteile bei weiteren Trennvorgängen zur Herstellung von weiteren Werkstücken eine Bewegung des plattenförmigen Materials oder eine Verfahrbewegung der das plattenförmige Material aufnehmenden Anlagetische nicht behindern. Diese Steuerung ermöglicht des Weiteren ein getrenntes Ausschleusen von Werkstückabfallteilen oder auch Teilen eines Restgitters. Freigeschnittene Werkstücke tragen in nachfolgenden Trennvorgängen weiterer Werkstücke nicht mehr zur bewegten Masse der Auflagetische bei. Somit kann eine verbesserte Dynamik und mittelbar eine erhöhte Herstellgeschwindigkeit und/oder eine bessere Produktqualität beim Schneiden der weiteren Werkstücke erzielt werden. Gleichzeitig weist diese Ausgestaltung der verfahrbaren Auflagetische mit der Bildung eines dazwischen liegenden Schneidspaltes den Vorteil auf, dass im Vergleich zu Werkstückauflagen, welche aus mehreren, zumeist parallel zueinander angeordneten und in der Lage nicht veränderbaren Auflageelementen bestehen, ein sogenanntes rückwirkungsfreies Schneiden ermöglicht ist. Das bedeutet, dass beim Überfahren von Auflageelementen mit dem Schneidstrahl eine Rückwirkung aufgrund der Reflexion des Schneidstrahls an den Auflageelementen und dadurch eine Beeinträchtigung der Unterseite des Werkstücks beziehungsweise des plattenförmigen Materials vermieden wird und somit eine verbesserte Qualität der Werkstücke erreicht wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass zumindest während eines Ausschleusvorganges des Werkstücks oder des Abfallteils nach unten ein Ausschleuselement unterhalb des zwischen den Auflagetischen gebildeten Spaltes zur Aufnahme des durch den Spalt hindurch fallenden Werkstücks oder Abfallteils positionierbar ist. Dadurch kann ein gezieltes Ausschleusen der durch den Spalt nach unten hindurch geführten Werkstücke und/oder Abfallteile erzielt werden. Beispielsweise können zunächst alle Abfallteile, die bei der Herstellung eines Werkstückes entstehen, nach unten ausgeschleust und gegebenenfalls durch das Ausschleuselement aufgenommen werden. Anschließend können die Werkstücke durch das Ausschleuselement aufgenommen werden. Somit kann bereits innerhalb der Werkzeugmaschinen eine Sortierung nach Werkstücken und Abfallteilen erfolgen. Es besteht auch die Möglichkeit, dass zunächst mehre Abfallteile und dann mehrere Werkstücke ausgeschleust werden. In einer weiteren Alternative können Abfallteile und Werkstücke auch gleichzeitig ausgeschleust werden. Das Ausschleuselement wird bevorzugt während des Trennvorganges außerhalb der Spaltbreite unter dem ersten oder zweiten Auflagetisch positioniert, so dass eine Beschädigung des Ausschleuselementes durch den Schneidstrahl, Schlacke und/oder Abbrand vermieden wird. Unmittelbar vor dem Abschließen eines Freischnitts von einem Werkstück oder Abfallteil kann das Ausschleuselement unter den Schneidspalt verfahren werden.
Das Ausschleuselement ist insbesondere als ein Ausschleustisch ausgebildet, welcher rollen-, walzen-, bürsten- oder bandförmige Auflageelemente aufweist, oder als Teileschublade oder als Auffangvorrichtung.
Diese Maßnahme ermöglicht einen Transport der Werkstücke, ohne dass die Werkstücke dabei verkratzt werden.
Die erste und der zweite Auflagefläche des Auflagetisches weist bevorzugt jeweils zumindest ein eine Relativbewegung zwischen dem Auflagetisch und dem plattenförmigen Material ermöglichendes Auflageelement auf, das als rollenförmiges, walzenförmiges, bürsten- oder bandförmiges Auflageelement ausgebildet ist. Diese Maßnahme ermöglicht eine Lageveränderung des Tischs beziehungsweise eine Größen- und Lageveränderung des Schneidspalts unter dem Werkstück, ohne dass dabei die Werkstückunterseite verkratzt und das plattenförmige Material innerhalb des Bearbeitungsbereiches bewegt wird. Durch die Ausgestaltung der beiden einander zugeordneten Auflagetische sind unterhalb des Spaltes innerhalb des Bearbeitungsbereichs keine Störkonturen vorgesehen, welche zu einem Zurückwerfen von Schlacke und/oder einer Reflexion von Laserstrahlen auf eine Unterseite des plattenförmigen Materials führen. Auf diese Weise wird die Qualität der Werkstücke verbessert. Darüber hinaus kann ein Verbacken der Auflageelemente mit dem plattenförmigen Material verhindert werden.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Auflageelemente mit einem gesteuerten motorischen Antrieb von der Steuerung angetrieben sind. Durch diese bevorzugte Ausgestaltung kann der Schneidspalt in der Größe und Lage unterhalb des plattenförmigen Materials zur Herstellung des Werkstückes verändert werden, ohne dass dabei das plattenförmige Material innerhalb des Bearbeitungsbereiches durch Reibungskräfte in seiner Lage und Position verändert wird. Insbesondere bei dicken plattenförmigen Materialien und bandförmigen Auflageelementen können so die Auflagetische unterhalb des plattenförmigen Materials eine solche Relativbewegung durchführen, um sowohl den Schneidspalt in der Lage und Größe an den Trennvorgang anzupassen als auch an den anschließenden Ausschleusvorgang der Werkstücke und/oder Abfallteile durch den Spalt nach unten. Zusätzlich kann ein Abtransport von Werkstücken von dem jeweiligen Auflagetisch durch eine Bewegung der Auflageelemente erfolgen.
Während einer Fahrbewegung des ersten und des zweiten Auflagetisches in X-Richtung kann das plattenförmige Material vorteilhafterweise durch eine Klemmvorrichtung fixiert und gehalten werden. Auf diese Weise wird verhindert, dass das plattenförmige Material während der Bewegungen der Auflagetische durch Reibkräfte zwischen der Auflagefläche und dem plattenförmigen Material verschoben wird, so dass eine exakte Aneinanderreihung von Trennschnitten der einzelnen Trennvorgänge ermöglicht ist.
Die Klemmvorrichtung kann relativ zum Schneidbereich, insbesondere in und entgegen der X-Richtung, verfahrbar sein. Hierdurch kann die Bewegung des Bearbeitungskopfes in X-Richtung beim Durchführen der Schnittkontur in ihrer Ausdehnung verringert oder gänzlich überflüssig werden, wodurch sich der Aufwand für eine präzise und zugleich schnelle Positionierbarkeit des Bearbeitungskopfes verringern kann. Außerdem kann durch eine Abstimmung der Verfahrgeschwindigkeit der Klemmvorrichtung in X-Richtung und der Verfahrgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfes in X- und Y-Richtung eine beschleunigte Bearbeitung erzielt werden.
Die Auflagetische sind bevorzugt in Z-Richtung, d.h. in der Höhe, variabel positionierbar. So sind sie relativ zueinander und relativ zu einer Klemmvorrichtung in Z-Richtung veränderbar. Dies ermöglicht, dass die Klemmvorrichtung das plattenförmige Material beziehungsweise das Restgitter hält, während beim Absenken der Auflagetische die geschnittenen Werkstücke und/oder Abfallteile auf der Auflagefläche verbleiben. Dadurch erfolgt eine Trennung der geschnittenen Teile vom Restgitter. Die geschnittenen Teile können durch eine Transportbewegung der Auflageelemente über den Schneidspalt ausgeschleust oder alternativ in eine Be- oder Entladezone überführt werden. Anschließend erfolgt durch Anheben der Auflagetische eine Auflage des plattenförmigen Materials beziehungsweise Restgitters auf der Auflagefläche für nachfolgende Trennvorgänge oder zum Abtransport des Restgitters aus dem Bearbeitungsbereich in eine Entladezone.
Den zum Spalt weisenden Stirnseiten der Auflagetische sind bevorzugt Spaltbegrenzungselemente zugeordnet, die beispielsweise abgeschrägt und zum Spalt hin geneigt sein können oder als Walzen ausgebildet sind. Hierdurch kann das auszuschleusende Werkstück und/oder Abfallteil mittels gezieltem, insbesondere gleichzeitigen Auseinanderziehen der Stirnseiten der beiden Auflagetische kontrolliert abgesenkt werden, so das eine kontrollierte Fallbewegung des auszuschleusenden Werkstücks und/oder Abfallteils, insbesondere auf das Ausschleuselement, erfolgt und damit eine Beschädigungsgefahr oder die Gefahr eines Verhakens des auszuschleusenden Werkstücks und/oder Abfallteils verringert wird. Diese zusätzlichen Spaltabschlusselemente können aus einem anderen temperaturbeständigeren Material als die Auflageelemente der Auflagetische bestehen und ausgebildet sein. Dadurch kann eine Verlängerung der Lebensdauer erzielt werden. Diese zusätzlichen Spaltbegrenzungselemente sind bevorzugt mit den Auflagetischen gekoppelt, so dass diese gleichzeitig mitbewegt werden.
Unterhalb des ersten und des zweiten Auflagetisches kann dem Spalt zugeordnet eine Strahlfangvorrichtung und/oder eine Absaugvorrichtung vorgesehen sein, welche mit dem Spalt verfahrbar ist, wobei vorzugsweise zwischen einer Unterseite der Auflagetische einerseits und der Strahlfangvorrichtung und/oder der Absaugvorrichtung andererseits das Ausschleuselement verfahrbar ist. Dadurch kann sowohl eine Optimierung der Absaugung von Abbrand und Schlacke gegeben sein als auch eine schnelle, einfache und bedarfsgemäße Positionierung des Ausschleuselementes unterhalb des Schneidspalts erfolgen. Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Strahlfangvorrichtung und/oder eine Absaugvorrichtung zusätzlich auch in der Höhe relativ zu dem Spalt verfahrbar sind, um vorübergehend Raum für ein Einfahren des Ausschleuselements in den Spaltbereich zu schaffen.
Eine alternative Ausführungsform sieht vor, dass bei der Werkzeugmaschine die Auflagetische mechanisch mit einer X-Achse der Bewegungseinheit für den Bearbeitungskopf verbunden sind. Dies ermöglicht eine einfache und kostengünstige Variante der Werkzeugmaschine, da die Auflagetische von der Bewegungseinheit des Bearbeitungskopfes gleichzeitig mit bewegt werden. Auf diese Weise lassen sich gesonderte Antriebe für die Auflagetische einsparen. Ein zusätzlicher Aktor kann bis zu einer bestimmten Teilegröße den Schneidspalt zwischen den Auflagetischen vergrößern, insbesondere beim Vorhandensein von Spaltbegrenzungselementen, so dass Werkstückteile beziehungsweise Werkstücke oder Abfallteile beziehungsweise Verschnitt nach unten fallen und ausgeschleust werden können. Durch die starre Kopplung der Auflagetische an die Bewegungseinheit ist eine erreichbare Dynamik bei einer solchen Maschine zwar verringert, jedoch ist dies bei der Bearbeitung von dickem plattenförmigem Material nicht nachteilig.
Die Aufgabe wird des Weiteren durch ein Herstellungsverfahren für Werkstücke aus einem plattenförmigen Material gelöst, bei dem nach einem Trennvorgang durch eine Steuerung ein Ausschleusvorgang gestartet wird, bei dem ein Spalt zwischen einem ersten und einem zweiten Auflagetisch einer Werkstückauflage derart vergrößert wird, dass Werkstücke und/oder Abfallteile durch den Spalt nach unten ausgeschleust werden können. Dies kann auch selektiv erfolgen. Beispielsweise kann die Spaltbreite während oder/nach dem Trennvorgang zur Herstellung eines Werkstückes vorübergehend verbreitert werden, um ein Abfallteil und/oder das Werkstück durch den Spalt nach unten auszuschleusen. Dadurch wird eine Erhöhung der Prozesssicherheit erreicht, da unmittelbar nach dem Freischneiden des Werkstückes oder des Abfallteiles ein Ausschleusen nach unten erfolgt, wodurch es nicht zum Verhaken beim Verfahren der Auflagetische unterhalb des plattenförmigen Materials kommen kann.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann zunächst während des Ausschleusvorganges eine Größe der Spaltbreite so eingestellt werden, dass Abfallteile, insbesondere Innenkonturen, Verschnitte und/oder Butzen, nach unten ausgeschleust werden. Dabei werden die Auflagetische in und entgegen der X-Richtung verfahren, um die Lage und die Größe beziehungsweise die Breite des Spaltes auf den Ausschleusvorgang anzupassen. Dieser Verfahrensschritt ermöglicht, dass direkt nach der Bearbeitung Abfallteile unmittelbar aus dem plattenförmigen Material und den Werkstücken entfernt werden. Bei solchen Abfallteilen handelt es sich oft um kleine Teile oder Kleinstteile, die besonders zum Verhaken neigen. Durch das umgehende Ausschleusen nach unten über den Spalt zwischen den Auflagetischen werden Beschädigungen der Werkstücke verhindert.
Die Abfallteile können in einem Auffangbehälter aufgefangen oder mit einer Abtransporteinrichtung unterhalb der Werkstückauflage abgeführt werden. Dadurch wird eine Prozessautomatisierung für die Abfallteile ermöglicht.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass bei oder nach jedem Trennvorgang, durch den ein Freischneiden eines Werkstücks aus dem plattenförmigen Material erfolgt, ein Ausschleusvorgang für dieses Werkstück gestartet wird. Dies ermöglicht ein prozesssicheres Abarbeiten des plattenförmigen Materials zur Herstellung der Werkstücke, da diese unmittelbar aus dem Restgitter nach unten ausgeschleust und herausgeführt werden. Bevorzugt wird eine Programmierung zur Schachtelung der Teile so ausgewählt, dass die Werkstücke beim Freischnitt an Bereichen der Außenkontur nicht mehr an Nachbarteilen oder Abfall- beziehungsweise Verschnittbereiche angrenzen. Dadurch wird auch eine höhere Materialeffizienz erzielt, da die Werkstückteile enger geschachtelt werden können.
Des Weiteren wird zumindest während des Ausschlussvorganges das als Restgitter verbleibende plattenförmige Material durch eine Klemmvorrichtung fixiert. Dadurch wird eine Verklemmung oder Verhakung während des Ausschleusvorgangs zwischen den Abfallteilen und Werkstücken und dem Restgitter verhindert, indem das plattenförmige Material ortsfest im Bearbeitungsbereich gehalten ist und trotz einer Verfahrbewegung der Auflagetische nicht mit bewegt wird. Gleichzeitig kann durch diese Klemmeinrichtung, die bevorzugt auch während des Trennvorganges das plattenförmige Material fixiert, eine präzise Bearbeitung des plattenförmigen Materials, insbesondere bei sehr dünnwandigen Materialien, ermöglicht sein.
Eine weitere alternative Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass nach dem Freischneiden eines oder mehrerer oder aller Werkstücke im plattenförmigen Material die Auflagetische gegenüber dem durch die Klemmvorrichtung fixierten plattenförmigen Material abgesenkt und die auf den Auflagetischen verbleibenden Werkstücke durch den Schneidspalt nach unten ausgeschleust oder durch Verfahren eines Auflagetisches oder Bewegen des bzw. der Auflagelemente in eine Endladezone übergeführt werden. Anschließend kann das Restgitter mit einem der beiden Auflagetische in eine Endladezone verfahren werden. Diese Anordnung weist den Vorteil auf, dass zunächst sämtliche Trennvorgänge eingebracht werden, wobei bevorzugt während den Trennvorgängen die jeweiligen Abfallteile wie Innenkonturen-Verschnitte und Butzen nach unten ausgeschleust und anschließend durch eine einmalige Absenkbewegung alle Werkstücke aus dem Restgitter herausgelöst und ausgeschleust werden. Dadurch kann wiederum eine Prozesszeitoptimierung erfolgen.
Vor Beginn des Ausschleusvorganges für Werkstücke, der insbesondere nach dem Ausschleusen von Abfallteilen eingeleitet wird, kann vorteilhafterweise ein unterhalb des ersten oder des zweiten Auflagetisches angeordnetes Ausschleuselement unter den Spalt zwischen dem ersten und dem zweiten Auflagetisch verfahren werden. Dadurch kann ein gesichertes Ausschleusen der durch den Spalt nach unten geführten Werkstücke über das Ausschleuselement erfolgen. Des Weiteren wird eine Beschädigung des Ausschleuselements durch den Schneidstrahl während des Trennvorgangs im plattenförmigen Material vermieden.
Während des Trennvorgangs zur Herstellung der Werkstücke oder nach dem Freischneiden des Werkstücks und dem Ausschleusen wird gemäß einer Alternative des Verfahrens das Restgitter geschnitten und durch den Spalt nach unten ausgeschleust. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine vollständige Abarbeitung des plattenförmigen Materials und eine Ausschleusung nach unten sowohl der Abfallteile, insbesondere der Innenkonturen, Verschnitte und/oder Butzen als auch des Restgitters, sowie ein Ausschleusen der Werkstücke nach unten.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass nach dem Ausschleusvorgang der Werkstücke und Abfallteile durch den Spalt zwischen den Auflagetischen nach unten das Restgitter durch Bewegen eines Auflagetisches in eine Entladezone übergeführt wird. Dadurch kann unmittelbar nach der Bearbeitung des plattenförmigen Materials das verbleibende Restgitter aus dem Bearbeitungsbereich herausgefahren werden. Gleichzeitig kann der weitere Auflagetisch bereits in eine Beladezone übergeführt werden, um ein neues plattenförmigen Material aufzunehmen und dem Bearbeitungsbereich zuzuführen. Dadurch kann eine Verkürzung des Prozesszyklus erzielt werden.
Für den Ausschleusvorgang von Werkstücken kann eine vordefinierte Spaltbreite oder es können verschiedene vordefinierte Spaltbreiten eingestellt werden. Hierdurch ist eine Trennung zwischen einzelnen Werkstücken als auch Abfallteilen bereits beim Ausschleusen, also zum frühestmöglichen Zeitpunkt, möglich, wodurch eine Beschädigung der Werkstücke durch Abfallteile und/oder ein Aufwand für eine spätere Selektion und Trennung vermieden werden kann.
Während des Ausschleusens des Werkstücks kann eine vorzugsweise synchrone Vergrößerung der Spaltbreite angesteuert werden, so dass das oder die Werkstücke ohne Verkippen nach unten ausgeschleust werden. Dabei können die Auflagetische beispielsweise den Spalt bildende Walzenelemente oder feststehende abgeschrägte Kanten umfassen, wobei durch die Verfahrbewegung zur Vergrößerung des Spaltes ein gesichertes, geführtes Ausschleusen nach unten erfolgt. In Abhängigkeit der Position des Spaltes zur Geometrie des Werkstückes kann bevorzugt eine synchrone Vergrößerung des Spaltes erfolgen. Sollte der letzte Trennschnitt asymmetrisch zum Flächenschwerpunkt des Werkstücks liegen, kann auch eine asynchrone Vergrößerung der Spaltbreite angesteuert werden. Hierdurch kann eine Beschädigungsgefahr des auszuschleusenden Werkstücks und/oder die Gefahr eines Verhakens des auszuschleusenden Werkstücks verringert werden.
Zum Ausschleusen des oder der Werkstücke kann eine vorzugsweise synchrone Vergrößerung der Spaltbreite angesteuert und gleichzeitig ein bewegbares Auflageelement des Auflagetisches zum Abtransport des oder der Werkstücke von dem Auflagetisch angetrieben werden, um das oder die Werkstücke geführt abzusenken. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Auflagetische durch ein Endlosband ausgebildet, das die Spaltbreite begrenzt.
Der Ausschleusvorgang von Werkstücken und/oder Abfallteilen aus dem als Restgitter verbleibenden plattenförmigen Material kann bevorzugt durch eine Detektionseinrichtung, insbesondere durch einen Abstandssensor, einen Lichtschnitt oder eine Lichtschranke, erfasst und überwacht werden. Hierdurch können Abhilfemaßnahmen oder ein Unterbrechen des Fertigungsablaufs rechtzeitig veranlasst werden, um mögliche Folgeschäden infolge einer nicht fehlerfreien Ausschleusung der Werkstücke oder Abfallteile zu vermeiden.
Zur Vorbereitung eines nachfolgenden Trennvorganges kann der erste Auflagetisch in einer Beladezone mit einem plattenförmigen Material beladen und in die Bearbeitungszone eingefahren werden, das plattenförmige Material vorzugsweise durch die Klemmvorrichtung in der Bearbeitungszone fixiert sowie der erste und der zweite Auflagetisch unter dem plattenförmigen Material zur Bildung eines Spaltes unterhalb des Bearbeitungskopfes positioniert werden. Hierdurch kann eine Rohblechtafel alleine mittels des ersten Auflagetischs von der Beladezone in die Bearbeitungszone transportiert werden, und der zweite Auflagetisch ist während dieser Zeit für eine andere Aufgabe frei, beispielsweise für seinen Rücklauf aus einer Entladezone für Ablage des Restgitters.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine,
2 eine perspektivische Ansicht der Werkzeugmaschine gemäß 1 ohne Be- und Entladezone,
3 eine perspektivische Ansicht im Teilschnitt der Werkzeugmaschine gemäß 2,
4 eine schematisch vergrößerte Ansicht der Werkstückauflage der Werkzeugmaschine gemäß 1,
5a bis 5c schematische Seitenansichten, die aufeinanderfolgende Schritte zum Ausschleusen eines Werkstücks darstellen,
6 eine schematische Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform einer Werkstückauflage zu 4,
7 eine perspektivische Ansicht einer Werkzeugmaschine gemäß 1 in einem ersten alternativen Arbeitsschritt und
8 eine perspektivische Ansicht der Werkzeugmaschine gemäß 1 in einem weiteren alternativen Arbeitsschritt.
In 1 ist beispielhaft ein prinzipieller Aufbau einer Laserschneidmaschine 11 dargestellt. Weitere Ausführungsbeispiele sind zum Beispiel eine Laserschweißmaschine oder eine kombinierte Stanz-/Laserschneidmaschine. Die Laserschneidmaschine weist einen CO₂-Laser oder Festkörperlaser als Laserstrahlerzeuger 12 auf, der einen Laserstrahl über einen Bearbeitungskopf 13 auf eine Werkstückauflage 14 führt. Auf dieser Werkstückauflage 14 ist ein plattenförmiges Material 15 angeordnet. Durch den Laserstrahlerzeuger 12 wird ein Laserstrahl 16 (4) erzeugt. Dieser Laserstrahl 16 wird mit Hilfe von nicht dargestellten Umlenkspiegeln von dem CO₂-Laser oder mit Hilfe eines nicht gezeigten Lichtleitkabels von dem Festkörperlaser zum Bearbeitungskopf 13 geführt. Der Laserstrahl 16 wird mittels einer im Bearbeitungskopf 13 angeordneten Fokussiervorrichtung auf das plattenförmige Material 15 gerichtet. Die Laserbearbeitungsmaschine 11 wird darüber hinaus mit Schneidgasen 17, beispielsweise mit Sauerstoff und Stickstoff, versorgt. Es können alternativ oder zusätzlich auch Druckluft oder anwendungsspezifische Gase vorgesehen sein. Die Verwendung der einzelnen Gase ist von dem Werkstoff des zu bearbeitenden plattenförmigen Materials 15 und von Qualitätsanforderungen an die Schnittkanten abhängig. Weiterhin ist eine Absaugeinrichtung 18 vorhanden, die mit einer Absaugkammer 19, die sich unter der Werkstückauflage 14 befindet (3), verbunden.
Beim Schneiden eines Werkstücks 21 aus dem plattenförmigen Material 15 unter Verwendung von Sauerstoff als Schneidgas wird das Material des plattenförmigen Materials 15 geschmolzen und größtenteils oxidiert. Bei der Verwendung von Inertgasen, wie beispielsweise Stickstoff oder Argon, wird das Material lediglich geschmolzen. Die entstandenen Schmelzpartikel werden dann gegebenenfalls zusammen mit den Eisenoxiden ausgeblasen und zusammen mit dem Schneidgas über die Absaugkammer 19 über die Absaugeinrichtung 18 abgesaugt.
Diese Laserbearbeitungsmaschine 11 weist an einem Grundkörper 22 angrenzend eine Beladezone 24 mit einer Beladeeinrichtung 25 sowie eine Entladezone 26 mit einer Entladeeinrichtung 27 auf.
In 2 ist eine perspektivische Ansicht der Laserschneidmaschine 11 vergrößert ohne Be- und Entladezone 24, 26 dargestellt. 3 zeigt diese Laserschneidmaschine 11 gemäß 2 in einem Teilschnitt, so dass die in dem Grundkörper 22 der Bearbeitungsmaschine 11 angeordneten Komponenten näher ersichtlich sind.
Bei dieser Ausführungsform sind anstelle von nur einem beispielsweise zwei Bearbeitungsköpfe 13 vorgesehen, die über eine gemeinsame Lineareinrichtung 29 in X-Richtung entlang eines Bearbeitungsbereiches 30 verfahrbar sind. Der Bearbeitungsbereich 30 wird über die Größe des Rahmens des Grundkörpers 22 gebildet beziehungsweise des Verfahrbereiches der Lineareinheit 29 bestimmt. Die Lineareinrichtung 29 weist eine Linearachse auf, um die beiden Bearbeitungsköpfe 13 unabhängig in und entgegen der Y-Richtung zu verfahren.
Die Werkstückauflage 14 umfasst einen ersten und zweiten Auflagetisch 31, 32, welche unabhängig voneinander in und entgegen der X-Richtung verfahrbar sind. Gemäß einer ersten Ausführungsform ist vorgesehen, wie dies in 4 dargestellt ist, dass die Auflagetische 31, 32 jeweils zueinander feststehend angeordnete Umlenkwalzen 33, 34 aufweisen, welche ein Endlosband als Auflageelement 35 aufnehmen. Zwischen den Umlenkwalzen 33, 34 wird durch das Auflageelement 35 eine erste Auflagefläche 38 für den ersten Auflagetisch 31 und eine zweite Auflagefläche 39 für den zweiten Auflagetisch gebildet. Die jeweiligen Walzen 33 der Auflagetische 31, 32 sind einander zugeordnet und bilden einen Spalt 36, dessen Spaltbreite 37 aufgrund der unabhängig verfahrbaren Auflagetische 31, 32 in der Breite als auch in der Lage innerhalb des Bearbeitungsbereiches 30 einstellbar ist. Eine oder beide Umlenkwalzen 33, 34 sind angetrieben, so dass das Auflageelement 35 wahlweise in und entgegen der X-Richtung angetrieben werden kann.
Die Auflagetische 31, 32 können alternativ auch Rollen, Walzen oder Bürsten als Auflageelemente 35 aufweisen. Diese Auflageelemente können ebenfalls sowohl angetrieben als auch nicht angetrieben ausgebildet werden.
Unterhalb der Auflagetische 31, 32 ist ein Ausschleuselement 41 angeordnet, welches eine Auflagefläche 42 umfasst. Dieses Ausschleuselement 41 ist bevorzugt in Analogie zu den Auflagetischen 31, 32 ausgebildet und weist ein angetriebenes Auflageelement 35 in Form eines umlaufenden Bands auf.
Das Ausschleuselement 41 ist in den 2 und 3 in einer Ruheposition 44 dargestellt. In einer Arbeitsposition 45 kann das Ausschleuselement unterhalb des Spaltes 36 positioniert werden, wie dies in 5 dargestellt ist.
Das Ausschleuselement 41 erstreckt sich bevorzugt über die Breite des Bearbeitungsbereiches 30 beziehungsweise ist bevorzugt in der Breite den Auflagetischen 31, 32 entsprechend ausgebildet. Gegebenenfalls ist eine geringere Breite vorgesehen, um das Ausschleuselement 41 innerhalb eines verfahrbaren Rahmens der Auflagetische 31, 32 aufzunehmen, so dass das Ausschleuselement 41 als Auszug zur Verlängerung der Auflagefläche 38, 39 der Auflagetische 31, 32 beispielsweise anordenbar ist, um einerseits einen Spalt 36 zu überbrücken und andererseits in Richtung Be- und/oder Entladezone 24, 26 verfahrbar zu sein und eine Verlängerung zu bilden.
Unterhalb der Werkstückauflage 14 ist beispielsweise am Boden des Grundkörpers 22 eine Abtransporteinrichtung 47, insbesondere als Längsförderband, vorgesehen, welches sich entlang des Bearbeitungsbereiches 30 erstreckt. Dieses Längsförderband dient dazu, um durch den Schneidspalt 36 hindurch fallende Abfallteile, wie beispielsweise Butzen, Innenkonturen oder sonstige Verschnitte, aufzunehmen. Dabei ist für diesen Fall keine unterhalb des Schneidspaltes mitgeführte und geschlossene Strahlfangvorrichtung vorgesehen.
Des Weiteren ist unterhalb des Schneidspalts 36 bevorzugt eine mit der Lineareinrichtung 29 gekoppelte Bewegungseinheit vorgesehen, durch welche eine Absaugeinrichtung 48 mitgeführt wird. Diese Absaugeinrichtung 38 weist bevorzugt eine sogenannte Absaughaube auf, die Teil der Absaugkammer 19 ist oder die Absaugkammer 19 bildet, die mit der Absaugeinrichtung 18 in Verbindung steht. Des Weiteren ist am Spalt 36 angrenzend, und insbesondere auf die Lage und/oder Breite des Spaltes 36 einstellbar, zumindest ein Schottblech 50 vorgesehen, durch welches eine Abschirmung des sich an den Spalt 36 nach unten in den Grundkörper 22 erstreckenden Raums gebildet ist. Dadurch wird ein gezieltes Absaugen von Schneidgas, Abbrand und dergleichen ermöglicht. Dieses Schottblech 50 ist bevorzugt mit Abstand zur Unterseite der Auflagetische 31, 32 angeordnet, so dass zwischen der Unterseite der Auflagetische 31, 32 und dem Schottblech 50 das Ausschleuselement 41 verfahrbar ist. Ergänzend kann das Schottblech 50 auch in Z-Richtung verfahrbar angeordnet werden, um unmittelbar einen Anschluss an der Unterseite der Auflagetische 31, 32 zu bilden, sofern das Ausschleuselement 41 in einer Ruheposition 44 angeordnet ist. Alternativ kann die Absaugeinrichtung 48 auch als wannenförmiger Linien- oder Punktcatcher ausgeführt und mit einem der Auflagetische 31, 32 bewegungsgekoppelt sein.
Das Ausschleuselement 41 weist bevorzugt in X-Richtung eine Förderrichtung auf, um die durch den Spalt 36 hindurch fallenden Werkstücke 21 (3) oder Abfallteile abzuführen. Quer zu dieser Förderrichtung ist bevorzugt ein Entnahmeband 52 vorgesehen, durch welches die Werkstücke 21 und/oder Abfallteile aus dem Grundkörper 22 der Laserschneidmaschine 11 heraus gefördert werden.
Das plattenförmige Material 15 wird bevorzugt über eine am Maschinenkörper 22 angebrachte Klemmvorrichtung 55 zum Bearbeitungsbereich 30 fixiert. Dabei kann der Auflagetisch 31 in der Beladezone 24 durch die Beladeeinrichtung 25 mit einem plattenförmigen Material 15 beladen werden. Anschließend fährt dieser Auflagetisch 31 in den Bearbeitungsbereich 30 ein, und das plattenförmige Material 15 wird durch die Klemmvorrichtung 55 fixiert gehalten, so dass dieses wahlweise auf nur einem oder beiden Auflagetischen 31, 32 aufliegt. Bevorzugt ist die Klemmvorrichtung 55 innerhalb des Bearbeitungsbereiches 30 verfahrbar angeordnet, so dass im Bedarfsfall eine Verfahrbewegung des plattenförmigen Materials 15 auf dem Auflagetisch 31 angesteuert werden kann.
Eine solche Laserschneidmaschine 11 ermöglicht ein rückwirkungsfreies Trenn- und Freischneiden von Werkstücken 21 sowie eine gezielte Entsorgung von Werkstücken nach unten, wodurch eine hohe Qualität des Werkstückes und eine Reduzierung der Arbeitszyklen zur Herstellung der Werkstücke ermöglicht werden. Das Ausschleusen von Werkstücken 21 durch den Spalt 36 nach unten wird prinzipiell anhand der 4 und 5 erörtert.
In 4 ist eine Bearbeitungsposition des Bearbeitungskopfes 13 im Bearbeitungsbereich 30 dargestellt, bei dem das plattenförmige Material 15 durch den Schneidstrahl 16 zur Herstellung eines Werkstücks 21 bearbeitet wird. Nach dem Freischneiden des Werkstückes 21 erfolgt gemäß 5a eine Verfahrbewegung des Ausschleuselementes 41 unter den Spalt 36, so dass dieses sich unterhalb der Spaltbreite 37 vollständig erstreckt. Während des Ausschleusvorganges des Werkstücks 21 wird die Bearbeitung des plattenförmigen Materials 15 unterbrochen. Die Auflagetische 31, 32 werden bevorzugt synchron auseinander bewegt, so dass sich der Spalt 36 kontinuierlich verbreitert. Gleichzeitig können die Auflageelemente 35 entsprechend angetrieben werden, so dass ohne Reibung zwischen der Unterseite des Werkstückes 21 und dem Auflageelement 35 ein Auseinanderfahren der Auflagetische 31 ermöglicht ist, insbesondere bei der Verwendung eines Endlosbandes als Auflageelement 35. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist dabei ein Zahnstangen-Ritzelgetriebe vorgesehen, welches einen solchen Antrieb ermöglicht. Sofern der Spalt 36 nicht mittig zum Werkstück 21 angeordnet sein sollte oder eine asymmetrische Geometrie des Werkstücks 31 vorgesehen ist, kann auch eine asynchrone Verfahrbewegung der Auflagetische 31, 32 erfolgen. Die gezielte Spaltverbreiterung führt dazu, dass Außenkanten 57 des Werkstückes 21 gleichlaufend entlang den Umlenkwalzen 33 durch den Spalt 36 hindurch geführt werden, so dass das Werkstück 21 in einer horizontalen Ausrichtung, wie dies in 5c dargestellt ist, auf dem Ausschlusselement 41 aufgelegt wird. Dadurch kann ein gezieltes und verkippungsfreies Überführen des Werkstücks 21 von den Auflagetischen 31, 32 auf das Ausschlusselement 41 erfolgen. Dadurch wird die Prozesssicherheit erhöht.
Diese Art des Ausschleusvorganges wird auch dann ermöglicht, wenn die Auflageelemente 35 der Auflagetische 31, 32 nicht als angetriebenes Endlosband ausgebildet sind, sondern als Rollen, Walzen oder Bürsten. Aufgrund der Fixierung des plattenförmigen Materials 15 durch die Klemmeinrichtung 55 im Bearbeitungsbereich kann durch das Verfahren der Auflagetische dasselbe Ausschleusen ermöglicht werden, unabhängig davon, ob die Rollenbürsten angetrieben oder nicht angetrieben sind. Diese Auflageelemente ermöglichen im Fall eines fehlenden Antriebs eine sehr reibungsarme Relativbewegung zwischen der Auflagefläche der Auflagetische 31, 32 und der Unterseite des Werkstücks 21.
Nachdem das ausgeschleuste Werkstück 21 durch das Ausschleusselement 41 aufgenommen wurde, wird es abtransportiert und beispielsweise auf das Entnahmeband 52 übergeführt, um es weiter auszuschleusen.
In 6 ist eine alternative Ausführungsform der Auflagetische 31, 32 zu der vorstehenden Ausführungsform dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind zusätzliche Spaltbegrenzungselemente 59 vorgesehen, welche fest mit den Auflagetischen 31, 32 gekoppelt und/oder gegebenenfalls sogar in X-Richtung angetrieben verfahrbar sind. Die Spaltbegrenzungselemente 59 können als abgeschrägte Kanten aufgeführt werden, so dass diese abgeschrägten Kanten denselben Ausschleusvorgang ermöglichen, wie dies in den 5a bis 5c beschrieben ist. Solche Ausschleuskanten sind bevorzugt aus temperaturbeständigem Material ausgebildet. Alternativ können anstelle von abgeschrägten Kanten auch Umlenkwalzen vorgesehen sein. Dadurch, dass diese Umlenkwalzen, die vorzugsweise aus temperaturbeständigem Material bestehen, dem Spalt zugeordnet sind, werden die als Endlosband ausgebildeten Auflageelemente 35 geschont.
Anhand der 1 bis 5 wird beispielhaft eine erste Ausführungsform eines Prozesszyklus zur Herstellung von Werkstücken 21 aus einem plattenförmigen Material durch die in den 1 bis 6 beschriebene Laserschneidmaschine 11 beschrieben. Dieser erste Bearbeitungszyklus umfasst ein Ausschleusen von Abfallteilen und Werkstücken 21 durch den Spalt 36 nach unten sowie ein Herausführen eines Restgitters 61 in die Entladezone 26.
Die Beladeeinrichtung 25 weist beispielsweise ein Sauggreifersystem 63 (1) auf, durch welches das plattenförmige Material 15 von dem Stapel 64 entnommen und angehoben wird. Anschließend wird der Auflagetisch 31 in die Beladezone 24 verfahren, so dass das Sauggreifersystem 63 das plattenförmige Material 15 auf dem Auflagetisch 31 ablegen kann. Nachfolgend wird der Auflagetisch 31 in den Bearbeitungsbereich 30 eingefahren, wobei ergänzend die Auflageelemente 35 der Auflagetische 31, 32 angetrieben werden können, so dass das plattenförmige Material 15 auf beiden Auflagetischen 31, 32 zu liegen kommt und zu der Klemmvorrichtung 55 positioniert wird. Alternativ kann die Klemmvorrichtung 55 verfahrbar ausgebildet sein und relativ zum Auflagetisch 31 verfahren werden, so dass anschließend das plattenförmige Material 15 durch die Klemmvorrichtung 55 ergriffen und über die Klemmvorrichtung 55 im Bearbeitungsbereich 30 positioniert wird. Bei dieser Verfahrbewegung der Klemmvorrichtung 55 kann das als Endlosband ausgebildete Auflageelement 35 der Auflagetische 31, 32 wiederum angetrieben werden. Anschließend erfolgt ein Trennvorgang zur Herstellung von Werkstücken 21, wobei die Lineareinheit 29 in und entgegen der X-Richtung verfahren wird und der oder die Bearbeitungsköpfe 13 in Y-Richtung verfahren werden. Korrespondierend zur Bewegung des oder der Bearbeitungsköpfe 13 werden die Auflagetische 31, 32 zum Bewegen des Spaltes 36 verfahren, so dass ein rückwirkungsfreier Spaltbereich 37 gebildet ist, der unterhalb der Trennstelle positioniert ist. Zwischen den Antrieben für die Auflagetische 31, 32 und der Lineareinrichtung 49 kann eine Koppelung vorgesehen sein.
Sofern bereits während des Trennvorganges zur Herstellung des Werkstücks 21 Abfallteile freigeschnitten werden, insbesondere Innenkonturen, Verschnitte oder Butzen, können diese direkt – ggf. durch Vergrößern der Spaltbreite 37 – durch den Spalt 36 nach unten geführt werden, so dass sie auf der Abtransporteinrichtung 47 zur Auflage kommen. Alternativ kann anstelle der Abtransporteinrichtung 47 ein unter dem Spalt 36 mitgeführter Auffangbehälter oder Teileschublade vorgesehen sein. Bevor ein Werkstück 21 gegenüber dem plattenförmigen Material 15 freigeschnitten wird, werden die daran angrenzenden Abfallteile entsorgt. Anschließend erfolgt ein Freischnitt des Werkstücks 31. Darauffolgend wird das Ausschleuselement 41 unterhalb des Spaltes 36 positioniert. Danach wird eine vordefinierte Änderung der Spaltbreite 37 angesteuert, wie dies in den 5a bis 5c beschrieben ist, so dass das Werkstück 21 nach unten durch den Spalt 36 ausgeschleust wird. Bevorzugt wird dieses dann, getrennt von den Abfallteilen, durch das Ausschleuselement 41 abtransportiert. Alternativ kann auch lediglich der Spalt 36 verbreitert werden, und zwar in der Form, dass die Spaltbreite größer als die maximale Breite des Werkstücks 21 ist, damit dieses nach unten hindurch fallen kann. Alternativ kann anstelle des Ausschleuselementes 41 auch eine separate Teileschublade angeordnet werden. Des Weiteren kann das Werkstück 21 alternativ über das Entnahmeband 47 aus dem Grundkörper 22 der Bearbeitungsmaschine 11 heraus befördert werden.
Nachdem das Werkstück 21 nach unten ausgeschleust wurde, beginnt der darauffolgende Bearbeitungszyklus zur Herstellung eines weiteren Werkstücks 21. Somit erfolgt bei diesem Verfahren ein Ausschleusen des einzelnen Werkstücks 21 nach dem jeweiligen Herstellen und Freischneiden. Nachdem das plattenförmige Material 15 vollständig abgearbeitet wurde, kann dieses im Gesamten durch Verfahren des weiteren Auflagetisches 32 oder durch angetriebene Bewegung des Endlosbandes 35 in die Entladezone 36 übergeführt werden, so dass das Restgitter 61 im Ganzen in die Entnahmevorrichtung 27 übergeführt wird. Alternativ zur vollständigen Restgitterablage kann auch vor dem Abtransport des Restgitters 61 eine Zerkleinerung des Restgitters erfolgen, so dass dieses in kleinere Behältnisse übergeführt werden kann. Um einen Lärm beim Abwerfen des Restgitters 61 in die Entladevorrichtung 27 zu verringern, kann die Fallhöhe durch Scherenhubtische reduziert und der Stapelhöhe nachgeführt werden. Darüber hinaus kann die Entnahmevorrichtung mehrere Aufnahmeeinrichtungen umfassen, so dass die Restgitter 61 sortenrein ins Lager zurückgelegt werden können.
Während dem Herausführen des Restgitters in die Entladezone 26 kann bereits wiederum ein Beladevorgang gestartet werden, so dass die bearbeitungsfreien Zeiten reduziert werden.
Eine alternative Ausführungsform des vorbeschriebenen Verfahrens sieht vor, dass das Restgitter nicht in die Entladezone 26 übergeführt, sondern geschnitten oder zerkleinert und ebenfalls durch den Spalt 36 nach unten entsorgt wird.
Dieses alternative Verfahren umfasst die vorstehenden Verfahrensschritte, wobei bevorzugt vor dem vollständigen Freischneiden des Werkstücks 21 ein das Werkstück 21 umgebender Bereich des Restgitters 61 durch den Laserstrahl 16 zerkleinert und dieser getrennt oder auch zusammen mit den weiteren Abfallteilen durch den Spalt 36 nach unten entsorgt wird. Hierfür kann wiederum eine spezielle Spaltbreite einstellbar sein, die jedoch abweichend zu der Größe des Werkstücks 21 ist, um ein Verhaken zu vermeiden. Nach dem Freischneiden des Werkstücks 21 erfolgt wiederum ein Ausschleusvorgang, der in den 5a bis 5c beschrieben ist.
Die beiden vorbeschriebenen Verfahrensweisen sind bevorzugt bei einer Werkstückgröße vorgesehen, bei der ein Ausschleusen der Werkstücke 21 durch den Spalt 36 nach unten ermöglicht ist. Hierfür können beispielsweise Werkstücke vorgesehen sein, welche eine Größe von kleiner/gleich 500 × 500 mm aufweisen.
Sofern die Werkstücke 21 eine größere Abmessung umfassen oder aus anderen Gründen ein Ausschleusen nach unten nicht erfolgen soll, kann folgender alternativer Prozesszyklus mit der Laserschneidmaschine 11 durchgeführt werden, der anhand der 7 und 8 erläutert wird.
Durch die Beladeeinrichtung 25 wird ein plattenförmiges Material 15 auf den Auflagetisch 31 übergeführt. Anschließend wird der Auflagetisch 31 in den Bearbeitungsbereich 30 eingefahren. Das plattenförmige Material 15 wird durch eine auf einer der beiden oder auf beiden Längsseiten der Maschine angebrachte Klemmvorrichtung 55 ergriffen und fixiert sowie im Bearbeitungsbereich 30 positioniert. In einem nachfolgenden Trennvorgang erfolgt bevorzugt ein streifenförmiges Abarbeiten über die Breite des plattenförmigen Materials, um die entsprechenden Konturen einzubringen. Die dabei gegebenenfalls entstehenden Abfallteile, wie beispielsweise Innenkonturen, Verschnitte oder dergleichen, werden beispielsweise nach der streifenförmigen Abarbeitung nach unten über den Spalt 36 abgeführt. Nachdem das gesamte plattenförmige Material 15 bearbeitet wurde und ein oder mehrere größere Werkstücke freigeschnitten sind sowie die Abfallteile durch den Spalt 36 nach unten entsorgt wurden, werden die Auflagetische 31, 32 beispielsweise bezüglich der Klemmeinrichtung 55 nach unten abgesenkt. Die hergestellten Werkstücke 21 liegen auf dem oder den Auflagetischen 31, 32 auf und kommen aus dem Restgitter 61 frei. Anschließend kann beispielsweise das Auflageelement 41 in Richtung Beladezone ausgefahren werden, so dass das oder die auf dem Auflagetisch 31 aufliegenden Werkstücke auf das Ausschleuselement 41 übergeführt und von dort aus auf beispielsweise einer Palette abgelegt werden, welche von der Entladeeinrichtung 27 getragen wird. Alternativ kann der Auflagetisch 31 die Werkstücke 21 auch direkt auf einer Palette oder dergleichen ablegen oder die Werkstücke 21 zur Entladeeinrichtung 27 verfahren, um die Werkstücke 21 unmittelbar auf einer dort aufgenommenen Palette abzulegen. Anschließend kann die Auflagefläche 39 des zweiten Auflagetisches 32 in die ursprüngliche Bearbeitungsebene zurückgeführt werden, um das Restgitter 61 aufzunehmen, so dass dieses Restgitter 61 in die Entladezone 26 übergeführt wird. Sollte eine Ablage des Restgitters 61 in der Entladezone nicht gewünscht sein, kann das Restgitter 61 auch geschnitten und durch den Spalt 36 nach unten entsorgt werden.
Die Aufnahme des Restgitters 61 durch den zweiten Auflagetisch 32 kann gleichzeitig mit dem Beladen des ersten Auflagetisches 31 mit einem neuen zu bearbeitenden plattenförmigen Material 15 erfolgen. Eine besonders große Zeitersparnis wird dann erzielt, wenn über das Ausschleuselement 41 ein Entladen des Werkstückes 21 zur Beladeeinrichtung 25 erfolgt, wobei diese bevorzugt sowohl das Sauggreifersystem 63 aufweist und darauf aufliegend beispielsweise eine Palette zur Aufnahme des hergestellten Werkstücks 21 trägt, wodurch durch eine einfache Verfahrbewegung sowohl eine Belade- als auch eine Entladefunktion gegeben ist. Dadurch kann eine prozessoptimierte Automatisierung zur Herstellung von solchen Werkstücken ermöglicht werden.
Bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen zur Durchführung des Verfahrens, welche eine nicht restgitterfreie Bearbeitung betreffen, kann zusätzlich eine Detektionseinrichtung zur Überprüfung der Ausschleusung der Werkstückteile aus dem Restgitter eingesetzt werden. Diese Überprüfung kann zum Beispiel durch eine Abstandsmessung von oben mit Hilfe der üblicherweise vorhandenen Kapazitätenabstandssensorik oder mit Hilfe eines Lasertriangulationssensors oder eines anderen Abstandsmessverfahrens erfolgen. Alternativ kann unterhalb der Werkstückauflage 14, insbesondere zwischen der Oberseite und der Unterseite des Auflageelementes 35, eine Lichtschranke angeordnet sein. Bei einer Detektion von verhakten Werkstücken 21 können Verfahrensschritte angesteuert werden, die das Lösen der Teile begünstigen. Hierbei kann es sich um Tischbewegungen, direkte mechanische Einwirkung auf das verhakte Teil, beispielsweise mittels eines Pneumatikaktuators, die Anregung durch den Schneidgasdruck oder eine Kombination von solchen Maßnahmen handeln.
Die Sensorik kann auch zur Fehlschnittdetektion verwendet werden. Runde Werkstücke 21 haben nahezu keine Verhakungsgefahr, so dass es einen Hinweis auf einen Fehlschnitt darstellt, wenn solche Teile im Restgitter 61 detektiert werden. Hier kann dann zur Korrektur ein Düsenreinigungs-Zyklus oder ein Fokussierlinsen- oder Kopfwechselzyklus gestartet werden. Alternativ wird das Bearbeitungsprogramm unterbrochen, um die Produktion von Ausschuss zu vermeiden.
Um die Dynamik von solchen Laserbearbeitungsmaschinen 11 zu steigern, ist es möglich, die Klemmeinrichtung 55 ebenfalls motorisch anzutreiben und durch eine Bewegung der Klemmeinrichtung 55 das Werkstück 21 relativ zum Bearbeitungskopf 13 in X-Richtung zu verschieben. Die angetriebenen Auflageelemente 35 der Auflagetische 31, 32 können die Bewegung der Werkstücke 21 kratzfrei mitführen. Auf diese Weise erreicht man eine überlagerte Bewegung, die kumuliert eine höhere Maschinendynamik in X-Richtung ermöglicht.
Die vorbeschriebenen Ausführungsformen zur Automatisierung der erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsschneidmaschine 11 ermöglichen die flexible Wahl der Materialflussrichtung und die optimale Platznutzung des Kollisionsbereichs der aus der Werkzeugmaschine ausladenden Auflagetische 31, 32. Der lineare Materialfluss minimiert die Nebenzeiten bei Materialwechsel. Die Bewegungsachsen der Auflagetische 31, 32 lassen sich so zu einer vollautomatisierten Anlage bei gleichbleibender Grundfläche erweitern. Werkstücke mit unterschiedlichsten Größen, Gewichten und Geometrien können gehandhabt werden, da keine Greifer für die Handhabungseinrichtung benötigt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2007/137613 A1 [0002]
JP 2003290968 A [0004]
JP 2008200701 A [0005]
WO 2007/003299 A1 [0006]

Claims

Werkzeugmaschine (11) mit einer Werkstückauflage (14) zur Aufnahme von plattenförmigen Materialien (15) zur Bearbeitung mit einer Trennvorrichtung, welche einen Bearbeitungskopf (13) aufweist, der während eines Trennvorganges im plattenförmigen Material (6) zumindest in Y-Richtung verfahrbar ist, wobei die Werkstückauflage (14) einen ersten Auflagetisch (31) mit einer ersten Auflagefläche (38) und einen zweiten Auflagetisch (32) mit einer zweiten Auflagefläche (39) umfasst, wobei die Auflageflächen (38, 39) zur Bildung eines Spaltes (35) unterhalb des Bearbeitungskopfes (13) zueinander beabstandet sind, und wobei die Lage des Spaltes (36) und die Breite (37) des Spaltes (36) im Bearbeitungsbereich (30) des Trennvorganges durch die Positionierung der Auflagetische (31, 32) in X-Richtung zueinander einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung (20) vorgesehen ist, welche eine Verfahrbewegung der Auflagetische (31, 32) ansteuert, so dass eine Spaltbreite (37) zwischen den Auflagetischen (31, 32) einstellbar ist, die an eine Größe eines durch den Spalt (36) zwischen den Auflagetischen (31, 32) nach unten auszuschleusenden Werkstücks (21) oder Abfallteils angepasst ist.
Werkzeugmaschine (11) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Ausschleuselement (41), das in X-Richtung verfahrbar und zumindest während eines Ausschleusvorganges eines Werkstücks (21) oder eines Abfallteils unterhalb des zwischen den Auflagetischen (31, 32) gebildeten Spaltes (36) positionierbar ist.
Werkzeugmaschine (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausschleuselement (41) als ein verfahrbarer Ausschleustisch, welcher zumindest ein rollen-, walzen-, bürsten- oder bandförmiges Auflageelement (45) aufweist, oder als Teileschublade oder als Auffangvorrichtung ausgebildet ist.
Werkzeugmaschine (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Auflagefläche (38, 39) der Auflagetische (31, 32) jeweils mindestens ein eine Relativbewegung zwischen dem Auflagetisch (31, 32) und dem plattenförmigen Material (15) erlaubendes Auflageelement (35) aufweisen, das als rollenförmiges, walzenförmiges, bürsten- oder bandförmiges Auflageelement (35) ausgebildet ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Auflageelement (35) des ersten und zweiten Auflagetisches (31, 32) mit einem gesteuerten motorischen Antrieb von der Steuerung (20) angetrieben ist.
Werkzeugmaschine (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Klemmvorrichtung (55), durch die während einer Verfahrbewegung des ersten und des zweiten Auflagetisches (31, 32) in X-Richtung das plattenförmige Material (15) gehalten ist.
Werkzeugmaschine (11) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmvorrichtung (55) relativ zum Bearbeitungsbereich (30), insbesondere in X-Richtung, verfahrbar ist.
Werkzeugmaschine (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagetische (31, 32) in Z-Richtung variabel positionierbar sind.
Werkzeugmaschine (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den zum Spalt (36) weisenden Stirnseiten der Auflagetische (31, 32) Spaltbegrenzungselemente (59) vorgesehen sind, die abgeschrägt und zum Spalt (14) hin geneigt oder als Walzen ausgebildet sind.
Werkzeugmaschine (11) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Auflagetisch (31, 32) unabhängig voneinander in und entgegen der X-Richtung aus dem Bearbeitungsbereich (38) bis in eine diesem jeweils zugeordnete Beladezone (26) und/oder Entladezone (26) für das plattenförmige Material (15) verfahrbar sind.
Werkzeugmaschine (11) nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des ersten und des zweiten Auflagetisches (31, 32) dem Spalt (36) zugeordnet eine Strahlfangvorrichtung und/oder eine Absaugvorrichtung (48) vorgesehen ist, welche mit dem Spalt (35) verfahrbar ist, wobei zwischen einer Unterseite (23) der Auflagetische (31, 32) und der Strahlfangvorrichtung und/oder der Absaugvorrichtung (48) das Ausschleuselement (41) unter den Spalt (35) verfahrbar ist.
Verfahren zur Herstellung von Werkstücken (21) aus einem plattenförmigen Material (15) durch einen Trennvorgang mit einer Trennvorrichtung einer Werkzeugmaschine (11), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 11, – bei dem durch einen Bearbeitungskopf (13) der Trennvorrichtung Werkstücke (21) aus dem plattenförmigen Material (15) getrennt werden, wobei ein zwischen zwei Auflagetischen (31, 32) einer Werkstückauflage (14) für das plattenförmige Material (15) gebildeter Spalt (36) unter dem Bearbeitungskopf (13) mitgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, – dass zumindest nach einem Trennvorgang durch eine Steuerung (20) ein Ausschleusvorgang gestartet wird, bei dem der Spalt (36) zwischen dem ersten und dem zweiten Auflagetisch (31, 32) derart vergrößert wird, dass Werkstücke (21) und/oder Abfallteile durch den Spalt (36) nach unten ausgeschleust werden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei oder nach jedem Trennvorgang, durch den ein Freischneiden eines Werkstücks (21) aus dem plattenförmigen Material (15) erfolgt, ein Ausschleusvorgang für dieses Werkstück (21) durch den Schneidspalt (36) gestartet wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest während des Ausschleusvorganges das als Restgitter (61) verbleibende plattenförmige Material (15) durch eine Klemmvorrichtung (55) fixiert und zum Bearbeitungsbereich (30) positioniert gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Freischneiden eines oder mehrerer Werkstücke (21) aus dem plattenförmigen Material (15) die Auflagetische (31, 32) gegenüber dem durch die Klemmvorrichtung (55) fixierten plattenförmigen Material (15) abgesenkt und die auf dem oder den Auflagetischen (31, 32) aufliegenden Werkstücke (21) durch den Schneidspalt (36) nach unten ausgeschleust oder in eine Endladezone (26) übergeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass vor Beginn des Ausschleusvorganges für Werkstücke (21) ein unterhalb des ersten oder des zweiten Auflagetisches (31, 32) angeordnetes Ausschleuselement (41) unter den Spalt (36) zwischen dem ersten und dem zweiten Auflagetisch (31, 32) verfahren wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass während dem Trennvorgang zur Herstellung von Werkstücken (21) oder nach dem Freischneiden der Werkstücke (21) ein verbleibendes Restgitter (61) geschnitten und durch den Spalt (36) nach unten ausgeschleust wird.
Verfahren nach Anspruch 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ausschleusvorgang von Werkstücken (21) und Abfallteilen durch den Spalt (36) das Restgitter (61) mit einem der beiden Auflagetische (31, 32) in eine Endladezone (76) verfahren wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass während des Ausschleusvorgangs eines Werkstücks (21) eine Vergrößerung der Spaltbreite (37) so angesteuert wird, dass das oder die Werkstücke (21) entlang von abgeschrägten Kanten, die am Auflagetisch (31, 32) vorgesehen sind und zum Spalt (14) weisen, oder entlang von Umlenkwalzen (33) oder Spaltbegrenzungselementen (59) der Auflagetische (31, 32) geführt nach unten ausgeschleust werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausschleusen des oder der Werkstücke (21) eine Vergrößerung der Spaltbreite (37) angesteuert und gleichzeitig ein bewegbares Auflageelement (35) des Auflagetisches (31, 32) zum Abtransport des oder der Werkstücke (21) von dem Auflagetisch (31, 32) angetrieben wird, um das oder die Werkstücke (21) geführt abzusenken.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausschleusvorgang von Werkstücken (21) und/oder Abfallteilen aus dem Restgitter (61) durch eine Detektionseinrichtung, insbesondere durch einen Abstandssensor, einen Lichtschnitt oder eine Lichtschranke, erfasst und überwacht wird.