DE102018114635B4

DE102018114635B4 - Device and method for producing metal parts

Info

Publication number: DE102018114635B4
Application number: DE102018114635.3A
Authority: DE
Inventors: Bernd Zapf; Benjamin Grübel; Heinz Brujmann; Sebastian Knaus; Wolfgang Wenzler
Original assignee: August Wenzler Maschb GmbH; August Wenzler Maschinenbau GmbH; Gebrueder Heller Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: August Wenzler Maschb GmbH; August Wenzler Maschinenbau GmbH; Gebrueder Heller Maschinenfabrik GmbH
Priority date: 2018-06-19
Filing date: 2018-06-19
Publication date: 2024-02-08
Anticipated expiration: 2038-06-20
Also published as: DE102018114635A1; WO2019243089A1

Abstract

Werkzeugmaschine (10) zur Herstellung von Metallteilen (11),mit einer Werkstückaufnahme (14), die durch eine erste Positioniereinrichtung (15) mindestens um zwei Achsen (16, 17) schwenkbar gehalten ist,mit einer Werkzeugaufnahme (20), die zur Aufnahme eines Lichtbogenschweißkopfs (21) eingerichtet ist,mit einer Drahtzuführeinrichtung (23), die mit dem Lichtbogenschweißkopf (21) verbunden ist, um diesen mit Schweißdraht (24) zu versorgen,mit einem Schweißstromgenerator (25), der mit dem Lichtbogenschweißkopf (21) verbunden ist, um diesen mit Schweißstrom zu versorgen,mit einer Schweißsteuereinrichtung (26), die mit der Drahtzuführeinrichtung (23) und/oder dem Schweißstromgenerator (25) steuernd verbunden ist,mit einer zweiten Positioniereinrichtung (27), die dazu eingerichtet ist, die Werkstückaufnahme (14) und die Werkzeugaufnahme (20) relativ zueinander zu bewegen,mit einer Maschinensteuereinrichtung (18), die mit der Schweißsteuereinrichtung (23) und mit den Positioniereinrichtungen (15, 27) verbunden ist, um diese entsprechend eines Maschinensteuerprogramms (32) sowie entsprechend wenigstens eines Parameters (T) der Schweißsteuereinrichtung (26) zu steuern,wobei die Maschinensteuereinrichtung (18) dazu eingerichtet ist, den Lichtbogenschweißkopf (21) entlang der abzufahrenden Schweißbahn (45) in unterschiedlichen Winkeln (α) bezüglich einer Senkrechten (43) zu halten, die rechtwinklig auf dem Schweißbad (41) steht, undwobei die Maschinensteuereinrichtung (18) dazu eingerichtet ist, den Lichtbogenschweißkopf (21) in stark gekrümmten Abschnitten (48) der Schweißbahn (45) in einem geringeren Winkel (α) bezüglich der Senkrechten (43) und in weniger gekrümmten Abschnitten (46, 47) der Schweißbahn (45) in einem größeren Winkel (α) bezüglich der Senkrechten (43) zu führen.Machine tool (10) for producing metal parts (11), with a workpiece holder (14), which is held pivotably about at least two axes (16, 17) by a first positioning device (15), with a tool holder (20), which is used for receiving an arc welding head (21) is set up, with a wire feed device (23) which is connected to the arc welding head (21) in order to supply it with welding wire (24), with a welding current generator (25) which is connected to the arc welding head (21). is to supply it with welding current, with a welding control device (26), which is connected to the wire feed device (23) and / or the welding current generator (25), with a second positioning device (27), which is set up to hold the workpiece (14) and the tool holder (20) to move relative to one another, with a machine control device (18) which is connected to the welding control device (23) and to the positioning devices (15, 27) in order to operate these in accordance with a machine control program (32) and accordingly to control at least one parameter (T) of the welding control device (26), the machine control device (18) being set up to hold the arc welding head (21) along the welding path (45) to be traveled at different angles (α) with respect to a vertical (43). , which stands at right angles to the weld pool (41), and the machine control device (18) is designed to move the arc welding head (21) in highly curved sections (48) of the welding path (45) at a smaller angle (α) with respect to the vertical (43 ) and in less curved sections (46, 47) of the welding path (45) at a larger angle (α) with respect to the vertical (43).

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Metallteilen, insbesondere in einem Fertigungsverfahren mit Auftragschweißen. Insbesondere betrifft die Erfindung die Abstimmung mindestens einer Führungsgröße, z.B. der Drahtvorschubgeschwindigkeit des Drahtvorschubs einer Lichtbogen-Schweißeinrichtung, beim Auftragschweißen an metallischen Werkstücken. Die Erfindung betrifft ferner die Einstellung des Anstellwinkels eines Brenners einer Lichtbogen-Schweißeinrichtung relativ zu der Auftragsfläche.The invention relates to a device and a method for producing metal parts, in particular in a manufacturing process with deposition welding. In particular, the invention relates to the coordination of at least one reference variable, e.g. the wire feed speed of the wire feed of an arc welding device, during deposition welding on metallic workpieces. The invention further relates to the adjustment of the angle of attack of a torch of an arc welding device relative to the application surface.

Aus der DE 21 40 545 A ist eine Vorrichtung zum automatischen Lichtbogenschweißen durch programmierte Takte bekannt. Zu der Vorrichtung gehört ein Brenner, dem während des Schweißens fortwährend ein aus Zusatzwerkstoff bestehender Draht zugeführt wird. Der Brenner wird beim Schweißvorgang in eine Richtung parallel zu den zu verschweißenden Oberflächen und senkrecht zur Schweißnaht geführt. Zur Verbesserung des Schweißergebnisses wird vorgeschlagen, durch einen Programmgeber die Stromstärke, die Brennergeschwindigkeit, die Strompulsierung, den Drahtvorschub, Drahtvorschubpulsierungen, Zeitpunkt des Inbewegungsetzens oder Anhaltens des Drahts und andere Parameter automatisch einzustellen. Dabei wird auch in Betracht gezogen, den Brenner in einer Ebene senkrecht zur Schweißnaht zu neigen.From the DE 21 40 545 A a device for automatic arc welding using programmed cycles is known. The device includes a torch to which a wire made of filler metal is continuously fed during welding. During the welding process, the torch is guided in a direction parallel to the surfaces to be welded and perpendicular to the weld seam. To improve the welding result, it is proposed to use a programmer to automatically set the current strength, the torch speed, the current pulsation, the wire feed, wire feed pulsations, the time at which the wire is started or stopped and other parameters. It is also considered to tilt the torch in a plane perpendicular to the weld seam.

Aus der DE 10 14 682 A ist eine Maschine zur selbsttätigen Lichtbogenschweißung mit nicht abschmelzender Elektrode und Zusatzdraht bekannt, bei der die Schweißgeschwindigkeit und die Zufuhrgeschwindigkeit des Schweißdrahts von der Schweißstromstärke abhängig gemacht werden. Dazu wird ein regelbarer Proportionalitätsfaktor zwischen der Schweißgeschwindigkeit und der Zuführgeschwindigkeit des Schweißdrahts vorgesehen.From the DE 10 14 682 A a machine for automatic arc welding with a non-consumable electrode and filler wire is known, in which the welding speed and the feed speed of the welding wire are made dependent on the welding current. For this purpose, an adjustable proportionality factor is provided between the welding speed and the feed speed of the welding wire.

Aus der EP 1 352 698 A1 ist eine Drahtvorschubvorrichtung für Drahtschweißanlagen bekannt, bei der die Solldrahtgeschwindigkeit während des Schweißvorgangs geändert werden soll. Dazu sind Messmittel vorgesehen, um die tatsächliche Drahtgeschwindigkeit zu erfassen, um diese mit der Solldrahtgeschwindigkeit in Einklang zu bringen. Außerdem wird der Schweißstrom der Drahtgeschwindigkeit entsprechend eingestellt.From the EP 1 352 698 A1 a wire feed device for wire welding systems is known in which the target wire speed is to be changed during the welding process. For this purpose, measuring devices are provided to record the actual wire speed in order to bring it into line with the target wire speed. In addition, the welding current is adjusted according to the wire speed.

Aus der EP 0 496 181 B1 ist eine Auftragsschweißvorrichtung zur Herstellung von metallischen Werkstücken bekannt, die dazu dient, durch formgebendes Auftragsschwei-ßen auf einem Basiskörper das gewünschte Werkstück herzustellen. Dazu weist die Auftragsschweißvorrichtung einen Schweißbrenner auf, der von einem Schweißgerät mit Energie, Schweißdraht und Schutzgas versorgt wird. Außerdem ist eine Anlagensteuerung vorgesehen, die den Schweißbrenner mit Hilfe eines Roboters und mit Hilfe eines Drehtisches, der das Werkstück aufnimmt, derart zu positionieren, dass die Tangente der aufzutragenden bahnförmigen Naht ungefähr horizontal liegt. Dabei wird der Schweißbrenner senkrecht oder in einem Winkelbereich von etwa +/- 10° zur Senkrechten leicht stoßend oder ziehend bewegt. Die Anlagensteuerung regelt dabei die aufgetragene Schweißmaterialauftragsrate nach einem vorgegebenen Konzept. From the EP 0 496 181 B1 a build-up welding device for the production of metallic workpieces is known, which serves to produce the desired workpiece by forming build-up welding on a base body. For this purpose, the build-up welding device has a welding torch which is supplied with energy, welding wire and protective gas by a welding machine. In addition, a system control is provided that positions the welding torch with the help of a robot and with the help of a turntable that holds the workpiece in such a way that the tangent of the web-shaped seam to be applied is approximately horizontal. The welding torch is moved slightly pushing or pulling vertically or at an angle of approximately +/- 10° to the vertical. The system control regulates the applied welding material application rate according to a specified concept.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Lichtbogenschweißeinrichtung zur Herstellung von Metallteilen in eine Werkzeugmaschine zu integrieren.It is the object of the invention to integrate an arc welding device for producing metal parts into a machine tool.

Diese Aufgabe wird mit den in den Ansprüchen 1 und 5 angegebenen Konzepten gelöst.This task is solved with the concepts specified in claims 1 and 5.

Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine weist eine Werkstückaufnahme auf, die durch eine erste Positioniereinrichtung mindestens um zwei zueinander nicht parallele Achsen schwenkbar gehalten ist. Von den beiden Achsen ist eine Achse vorzugsweise horizontal orientiert, während die andere Achse dazu rechtwinklig orientiert ist. Steht die erste Achse in Nulllage ist die zweite Achse vorzugsweise vertikal. Die zweite Achse steht vorzugsweise senkrecht auf der ersten Achse. Es ist aber auch möglich, eine andere Achskonfiguration zu wählen, z.B. zwei können horizontale Achsen sein, die wiederum vorzugsweise miteinander einen rechten Winkel einschließen. Die Achsen können einander kreuzen oder in einem Abstand zueinander angeordnet sein. Außerdem sind den beiden Achsen Antriebe zugeordnet, deren Position und Bewegung von der Maschinensteuereinrichtung gesteuert ist. Mittels der beiden Achsen kann das von der Werkstückaufnahme aufgenommene Werkstück oder ein von der Werkstückaufnahme aufgenommener Grundkörper bei der weiteren generativen Anbringung von Material immer so gehalten werden, dass eine starre Werkstückpartie, die temporär flüssiges Material aufnehmen soll, horizontal gehalten ist. Das von dem Schweißdraht abtropfende flüssige Metall wird vorzugsweise in Schwerkraftrichtung aufgebracht.The machine tool according to the invention has a workpiece holder which is held pivotably about at least two mutually non-parallel axes by a first positioning device. Of the two axes, one axis is preferably oriented horizontally, while the other axis is oriented at right angles to it. If the first axis is in the zero position, the second axis is preferably vertical. The second axis is preferably perpendicular to the first axis. But it is also possible to choose a different axis configuration, e.g. two can be horizontal axes, which in turn preferably form a right angle with one another. The axes can cross each other or be arranged at a distance from one another. In addition, the two axes are assigned drives whose position and movement are controlled by the machine control device. By means of the two axes, the workpiece picked up by the workpiece holder or a base body picked up by the workpiece holder can always be held during the further generative application of material in such a way that a rigid part of the workpiece, which is intended to temporarily hold liquid material, is held horizontally. The liquid metal dripping from the welding wire is preferably applied in the direction of gravity.

Die Werkzeugmaschine weist außerdem eine Werkzeugaufnahme auf, die zur Aufnahme eines Lichtbogenschweißkopfs eingerichtet ist. Typischerweise ist die Werkzeugaufnahme außerdem zur Aufnahme anderer, insbesondere mechanischer Werkzeuge eingerichtet, die beispielsweise zur spanabhebenden Bearbeitung des Werkstücks dienen können, so zum Beispiel Bohrer, Fräser und dergleichen. Die Werkzeugaufnahme kann typischerweise von einer Arbeitsspindel getragen sein, die drehend antreibbar oder in willkürlich festlegbaren Drehpositionen arretierbar ist.The machine tool also has a tool holder that is set up to hold an arc welding head. Typically, the tool holder is also set up to hold other tools, in particular mechanical ones, which can be used, for example, for machining the workpiece, such as drills, milling cutters and the like. The tool holder can typically be carried by a work spindle, which can be driven in rotation or locked in arbitrarily definable rotational positions.

Der Lichtbogenschweißkopf ist mit einer Drahtzuführeinrichtung verbunden, die den Lichtbogenschweißkopf mit Schweißdraht versorgt. Die Drahtzuführeinrichtung weist typischerweise eine Drahtspule mit einer Abwickelvorrichtung sowie einen Drahtantrieb auf, der mit einer oder mehreren angetriebenen Rollen mit dem Schweißdraht in Verbindung steht, um diesen dem Lichtbogenschweißkopf kontrolliert zuzuführen. Der Lichtbogenschweißkopf ist außerdem mit einem Schweißstromgenerator verbunden, der den Lichtbogenschweißkopf und dabei insbesondere den Schweißdraht mit Schweißstrom versorgt. Der Schweißstromgenerator ist dabei vorzugsweise so ausgebildet, dass er entsprechend einem Steuersignal einen variablen Schweißstrom abgeben kann. Zum Schließen des Stromkreises ist der Schweißstromgenerator außerdem an der Werkstückaufnahme angeschlossen. Dabei kann der Strompfad direkt zu einer Palette oder einem Werkstückträger oder auch über eine flexible oder gelenkige Stromzuführeinrichtungen über die erste Positioniereinrichtung führen.The arc welding head is connected to a wire feed device which supplies the arc welding head with welding wire. The wire feed device typically has a wire spool with an unwinding device and a wire drive, which is connected to the welding wire with one or more driven rollers in order to feed it to the arc welding head in a controlled manner. The arc welding head is also connected to a welding current generator, which supplies the arc welding head and in particular the welding wire with welding current. The welding current generator is preferably designed so that it can deliver a variable welding current in accordance with a control signal. To close the circuit, the welding power generator is also connected to the workpiece holder. The current path can lead directly to a pallet or a workpiece carrier or also via a flexible or articulated power supply device via the first positioning device.

Die Drahtzuführeinrichtung und der Schweißstromgenerator sind mit einer Schweißsteuereinrichtung verbunden, um von dieser gesteuert zu werden. Die Schweißsteuereinrichtung reguliert somit die Drahtzufuhrgeschwindigkeit und den Schweißstrom. Vorzugsweise arbeitet die Schweißstromeinrichtung gesteuert von einem Signal, das mindestens eine Führungsgröße, z.B. die Drahtvorschubgeschwindigkeit, und damit die Materialauftragrate festlegt.The wire feeder and the welding power generator are connected to a welding control device to be controlled by it. The welding control device thus regulates the wire feed speed and the welding current. The welding current device preferably works controlled by a signal that determines at least one reference variable, e.g. the wire feed speed, and thus the material application rate.

Eine zweite Positioniereinrichtung ist dazu eingerichtet, die Werkstückaufnahme und die Werkzeugaufnahme relativ zueinander zu bewegen. Dazu können die Werkstückaufnahme und/oder die Werkzeugaufnahme jeweils über eine oder mehrere Linearachsen beweglich gelagert sein. Der Begriff der Linearachse umfasst dabei sowohl eine Linearführung wie auch eine zugeordnete Linearantriebseinrichtung, wie beispielsweise ein Spindelantrieb oder dergleichen. Zur Steuerung der beiden Positioniereinrichtungen ist eine Maschinensteuereinrichtung vorgesehen, die diese entsprechend eines Maschinensteuerprogramms steuert. Dieses kann ein sogenanntes NC-Programm sein, das die von den einzelnen Achsen der Werkzeugmaschine zu absolvierenden Bewegungen in der gewünschten Reihenfolge vorgibt. Die Maschinensteuereinrichtung ist dabei außerdem mit der Schweißsteuereinrichtung verbunden, um dieser wenigstens einen Parameter, beispiels- und vorzugsweise die Drahtvorschubgeschwindigkeit vorzugeben. Die Maschinensteuereinrichtung ist dabei dazu eingerichtet, wenigstens einen Parameter der Schweißsteuereinrichtung einzuhalten. Ein solcher Parameter ist insbesondere ein die Dynamik begrenzender Parameter, wie beispielsweise die maximale Änderungsrate der Drahtvorschubgeschwindigkeit, d.h. die maximale Drahtbeschleunigung oder Drahtverzögerung. Die Berücksichtigung dieses Parameters hat erheblichen Einfluss auf die Steuerung der ersten und der zweiten Positioniereinrichtung. Dies gilt insbesondere, wenn die Dynamik, d.h. die maximale Beschleunigung oder Verzögerung der Drahtvorschubgeschwindigkeit, geringer ist als die Dynamik (d.h. wiederum maximale Beschleunigung oder Verzögerung) der Achsen der beiden Positioniereinrichtungen.A second positioning device is set up to move the workpiece holder and the tool holder relative to one another. For this purpose, the workpiece holder and/or the tool holder can each be movably mounted via one or more linear axes. The term linear axis includes both a linear guide and an associated linear drive device, such as a spindle drive or the like. To control the two positioning devices, a machine control device is provided, which controls them in accordance with a machine control program. This can be a so-called NC program that specifies the movements to be completed by the individual axes of the machine tool in the desired order. The machine control device is also connected to the welding control device in order to specify at least one parameter, for example and preferably the wire feed speed. The machine control device is set up to maintain at least one parameter of the welding control device. Such a parameter is in particular a parameter that limits the dynamics, such as the maximum rate of change of the wire feed speed, i.e. the maximum wire acceleration or wire deceleration. Taking this parameter into account has a significant influence on the control of the first and second positioning devices. This is particularly true if the dynamics, i.e. the maximum acceleration or deceleration of the wire feed speed, is lower than the dynamics (i.e. again maximum acceleration or deceleration) of the axes of the two positioning devices.

Die Positioniereinrichtungen der Werkzeugmaschine arbeiten deswegen bei aktivem Schweißkopf gegebenenfalls mit verlängerten Beschleunigungs- oder Bremswegen, wodurch andererseits aber ein Materialauftrag in gewünschter Qualität und Menge erreicht wird. Die Schweißsteuereinrichtung arbeitet gesteuert von der Maschinensteuereinrichtung, wobei die Maschinensteuereinrichtung die Restriktionen der Schweißsteuereinrichtung bei der Ansteuerung aller Positioniereinrichtungen einbezieht, um eine korrekte Umsetzung dieser Befehle durch die Schweißsteuereinrichtung sicherzustellen.The positioning devices of the machine tool therefore work with extended acceleration or braking distances when the welding head is active, which, on the other hand, results in material application in the desired quality and quantity. The welding control device works under the control of the machine control device, the machine control device taking into account the restrictions of the welding control device when controlling all positioning devices in order to ensure correct implementation of these commands by the welding control device.

Wenn der Schweißstrom und die Drahtvorschubgeschwindigkeit in einem festgelegten funktionalen Zusammenhang zueinander stehen, kann die Maschinensteuereinrichtung anstelle der Vorschubgeschwindigkeit auch den Schweißstrom vorgeben. Erfolgt dies wiederum unter Berücksichtigung der Dynamik der Schweißeinrichtung, insbesondere der Drahtvorschubeinrichtung, wird wiederum nach den oben erläuterten Prinzipien eine generative Fertigung in der gewünschten Qualität erreicht. Insbesondere gelingt es in beiden genannten Varianten, den Materialauftrag so zu dosieren, dass ein etwaiger nachfolgender Materialabtrag mittels eines spanenden von der Werkzeugmaschine geführten Werkzeugs einerseits auf ein geringes Maß beschränkt werden kann, wobei andererseits Materialfehlstellen vermieden werden.If the welding current and the wire feed speed have a defined functional relationship to one another, the machine control device can also specify the welding current instead of the feed speed. If this is again done taking into account the dynamics of the welding device, in particular the wire feed device, generative production in the desired quality is achieved according to the principles explained above. In particular, in both variants mentioned, it is possible to meter the material application in such a way that any subsequent material removal can be limited to a small extent by means of a cutting tool guided by the machine tool, while on the other hand material defects are avoided.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine ist die Maschinensteuereinrichtung zusätzlich dazu eingerichtet, den Schweißkopf entlang der abzufahrenden Schweißbahn in unterschiedlichen Winkeln bezüglich einer Senkrechten zu halten, die rechtwinklig auf dem Schweißbad steht. Beispielsweise kann der Schweißdraht in einem geraden Abschnitt der Schweißbahn der Schweißstelle in einem positiven spitzen Winkel zur Senkrechten, d.h. gewissermaßen stechend zugeführt werden, so dass der Lichtbogen einen der Schweißstelle vorauseilenden Bereich trifft und zügig aufschmilzt. In diesem Betrieb kann mit hoher Schweißgeschwindigkeit und somit hoher Drahtzufuhrgeschwindigkeit und hoher Schweißstromstärke gearbeitet werden. Ist die Schweißbahn hingegen stark gekrümmt, wie es zum Beispiel an Ecken oder engen Rundungen der Fall ist, kann die Maschinensteuereinrichtung dazu eingerichtet sein, mit einem geringeren Winkel bezüglich der Senkrechten zu arbeiten, wobei vorzugsweise auch die Vorschubgeschwindigkeit des Lichtbogenschweißkopfes wie auch die Drahtzufuhrgeschwindigkeit und der Schweißstrom reduziert werden können. Auf diese Weise werden Materialanhäufungen an Ecken und in stark gekrümmten Bereichen ebenso vermieden wie die unerwünschte Vergrößerung des Schweißbads die ansonsten zur Deformation des vorhandenen aufgebauten Materials bis hin zur Zerstörung der bereits vorhandenen Struktur führen könnte.In a preferred embodiment of the machine tool according to the invention, the machine control device is additionally set up to hold the welding head along the welding path to be traveled at different angles with respect to a vertical that is perpendicular to the weld pool. For example, in a straight section of the welding path, the welding wire can be fed to the welding point at a positive, acute angle to the vertical, ie in a piercing manner, so that the arc hits an area ahead of the welding point and melts quickly. In this operation, work can be carried out at high welding speeds and therefore high wire feed speeds and high welding currents. If, on the other hand, the welding path is strongly curved, as is the case For example, if this is the case at corners or narrow curves, the machine control device can be set up to work at a smaller angle with respect to the vertical, whereby the feed speed of the arc welding head as well as the wire feed speed and the welding current can preferably also be reduced. In this way, accumulations of material at corners and in strongly curved areas are avoided, as is the undesirable increase in the size of the weld pool, which could otherwise lead to deformation of the existing built-up material or even the destruction of the existing structure.

Diese und weitere Merkmale und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus Ansprüchen, der Zeichnung sowie der zugehörigen Beschreibung. Es zeigen:

1 eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine, in schematisierter Darstellung,
2 das Werkstück und den Schweißkopf während der generativen Fertigung, in schematisierter Darstellung,
3 eine Schweißbahn mit unterschiedlich gekrümmten Abschnitten, in schematisierter Draufsicht,
4 Diagramme zur Veranschaulichung der Arbeit der Werkezugmaschine entlang der Schweißbahn nach 3 und
5 ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung des Betriebs der Maschinensteuereinrichtung und der Schweißsteuereinrichtung.

These and other features and advantages of the invention result from the claims, the drawing and the associated description. Show it:

1 a machine tool according to the invention, in a schematic representation,
2 the workpiece and the welding head during generative manufacturing, in a schematic representation,
3 a welding path with differently curved sections, in a schematic top view,
4 Diagrams to illustrate the work of the tool machine along the welding path 3 and
5 a block diagram illustrating the operation of the machine control device and the welding control device.

In 1 ist eine Werkzeugmaschine 10 veranschaulicht, die sich insbesondere zur generativen Fertigung von Werkstücken 11 eignet wie es in 1 durch eine gestrichelte Markierung angedeutet ist. Bei der generativen Fertigung des Werkstücks 11 wird an ein zuvor zum Beispiel im Urformverfahren oder durch Schmieden hergestelltes Basisteil eine Struktur additiv angeformt. Das Basisteil 12 kann auch ein Trägerteil, wie zum Beispiel eine Platte oder ein sonstiges Element oder dergleichen sein, das später nicht Teil des herzustellenden Werkstücks 11 ist und dann von diesem entfernt wird. In diesem letzteren Fall wird das Werkstück 11 komplett generativ erzeugt, während es auch in Betracht gezogen wird, mit der genannten Werkzeugmaschine 10 Werkstück 11 bereitzustellen, die aus einem vorgefertigten Basisteil und daran angeformten, generativ erzeugten Zusatzstrukturen bestehen. Die spanende Bearbeitung kann sowohl das Basisteil 12 als auch die Zusatzstrukturen betreffen.In 1 a machine tool 10 is illustrated, which is particularly suitable for the generative production of workpieces 11 as shown in 1 is indicated by a dashed marking. During the generative production of the workpiece 11, a structure is additively formed on a base part previously produced, for example, using the original molding process or by forging. The base part 12 can also be a support part, such as a plate or other element or the like, which is later not part of the workpiece 11 to be produced and is then removed from it. In this latter case, the workpiece 11 is produced completely generatively, while it is also considered to provide workpieces 11 with the said machine tool 10, which consist of a prefabricated base part and additional, generatively produced structures molded onto it. The machining can affect both the base part 12 and the additional structures.

Die Werkzeugmaschine 10 weist einen umgrenzten Arbeitsraum 13 auf, in dem vorzugsweise sowohl additive, d.h. materialhinzufügende als auch subtraktive, d.h. materialabtragende Bearbeitungsvorgänge stattfinden können. In diesem Arbeitsraum 13 ist eine Werkstückaufnahme 14 angeordnet, die über eine erste Positioniereinrichtung 15 im Raum beweglich gehalten ist. Die Positioniereinrichtung gestattet das Schwenken der Werkstückaufnahme 14 vorzugsweise um zwei zueinander in einem Winkel vorzugsweise einem rechten Winkel stehende Schwenkachsen 16, 17, die einander kreuzen oder auch gegeneinander versetzt angeordnet sein können. Den Achsen 16, 17 sind nicht weiter veranschaulichte Antriebseinrichtungen zugeordnet, die von einer Maschinensteuereinrichtung 18 gesteuert werden. Die Achse 16 markiert die Drehbarkeit der Werkstückaufnahme 14 gegen einen Träger, der seinerseits um die horizontale Achse 17 schwenkbar ist.The machine tool 10 has a delimited work space 13 in which preferably both additive, i.e. material-adding, and subtractive, i.e. material-removing machining processes can take place. A workpiece holder 14 is arranged in this work space 13 and is held movable in space via a first positioning device 15. The positioning device allows the workpiece holder 14 to be pivoted, preferably about two pivot axes 16, 17 which are at an angle to one another, preferably at a right angle, which can cross one another or can also be arranged offset from one another. The axes 16, 17 are assigned drive devices (not illustrated further) which are controlled by a machine control device 18. The axis 16 marks the rotatability of the workpiece holder 14 against a carrier, which in turn can be pivoted about the horizontal axis 17.

Zur Bearbeitung des Werkstücks 11, die vorzugsweise sowohl eine subtraktive wie auch eine additive Bearbeitung umfasst, ist eine Arbeitsspindel 19 vorgesehen, die eine Werkzeugaufnahme 20 aufweist. Die Werkzeugaufnahme 20 ist beispielsweise eine Hohlschaftkegelaufnahme oder eine andere Aufnahme, wie sie im Maschinenbau üblich und genormt ist. Eine nicht weiter dargestellte Werkzeugwechseleinrichtung kann in Verbindung mit einem ebenfalls nicht dargestellten Werkzeugmagazin dazu dienen, verschiedene Werkzeuge, insbesondere von Werkzeughaltern getragene Werkzeuge, in die Werkzeugaufnahme 20 einzusetzen oder aus dieser herauszuführen. Zu den Werkzeugen gehört u.a. auch ein Lichtbogenschweißkopf 21, wie in 1 symbolisch veranschaulicht ist. Diesem ist ein Schweißgerät 22 zugeordnet, das Teil der Werkezugmaschine 10 sein kann, das von der Werkzeugmaschine 10 ganz oder teilweise getragen sein kann oder das separat zu der Werkzeugmaschine 10 aufgestellt sein kann. Das Schweißgerät 22 umfasst eine Drahtzufuhreinrichtung 23, die dazu eingerichtet ist, dem Lichtbogenschweißkopf 21 einen Schweißdraht 24 zuzuführen. Die Drahtzufuhreinrichtung 23 weist dazu nicht weiter veranschaulichte Antriebe auf, mittels derer der Schweißdraht 24 von einer Drahtspule abgewickelt und zu dem Lichtbogenschweißkopf 21 gefördert wird. Der Schweißkopf 21 kann mit weiteren antriebsmitteln zur Drahtförderung versehen sein.For machining the workpiece 11, which preferably includes both subtractive and additive machining, a work spindle 19 is provided which has a tool holder 20. The tool holder 20 is, for example, a hollow shaft cone holder or another holder that is common and standardized in mechanical engineering. A tool changing device, not shown, can be used in conjunction with a tool magazine, also not shown, to insert various tools, in particular tools carried by tool holders, into or out of the tool holder 20. The tools also include an arc welding head 21, as in 1 is symbolically illustrated. This is assigned a welding device 22, which can be part of the machine tool 10, which can be carried entirely or partially by the machine tool 10, or which can be set up separately from the machine tool 10. The welding device 22 includes a wire feed device 23, which is designed to feed a welding wire 24 to the arc welding head 21. For this purpose, the wire feed device 23 has drives (not illustrated further), by means of which the welding wire 24 is unwound from a wire spool and conveyed to the arc welding head 21. The welding head 21 can be provided with additional drive means for feeding the wire.

Außerdem gehört zu dem Schweißgerät 22 ein Schweißstromgenerator 25, der einerseits mit dem Lichtbogenschweißkopf 21 verbunden ist, um den Schweißdraht 24 Schweißstrom zuzuführen und der andererseits, wie es in 1 gestrichelt angedeutet ist, direkt oder über die Positioniereinrichtung 15 mit der Werkstückaufnahme 14 verbunden ist. Der Schweißstromgenerator 25 und die Drahtzufuhreinrichtung 23 werden von einer Schweißsteuereinrichtung 26 gesteuert, die die Drahtzufuhrgeschwindigkeit und/oder den Schweißstrom reguliert.In addition, the welding device 22 includes a welding current generator 25, which on the one hand is connected to the arc welding head 21 in order to supply welding current to the welding wire 24 and on the other hand, as shown in 1 is indicated by dashed lines, is connected to the workpiece holder 14 directly or via the positioning device 15. The welding current generator 25 and the wire feed device 23 are controlled by a welding control device 26, which Regulates wire feed speed and/or welding current.

Zu der Werkzeugmaschine 10 gehört ferner eine zweite Positioniereinrichtung 27, die dazu dient, die Werkzeugaufnahme 20 und die Werkstückaufnahme 14 relativ zueinander zu bewegen. Dazu können die Werkstückaufnahme 14 und/oder die Werkzeugaufnahme 20, wie durch Pfeile 28, 29, 30 angedeutet, in vorzugsweise mehreren Raumrichtungen bewegt werden. Bedarfsweise kann die Arbeitsspindel 19, die in 1 mit horizontaler Drehachse veranschaulicht ist, auch geneigt werden. Der Arbeitsspindel 19 ist außerdem ein Drehantrieb zugeordnet, der in 1 nicht weiter veranschaulicht ist. Dieser Drehantrieb sowie auch die zweite Positioniereinrichtung 27 werden von der Maschinensteuereinrichtung 18 gesteuert.The machine tool 10 also includes a second positioning device 27, which serves to move the tool holder 20 and the workpiece holder 14 relative to one another. For this purpose, the workpiece holder 14 and/or the tool holder 20 can be moved in preferably several spatial directions, as indicated by arrows 28, 29, 30. If necessary, the work spindle 19, which is in 1 illustrated with a horizontal axis of rotation, can also be tilted. The work spindle 19 is also assigned a rotary drive, which is in 1 is not further illustrated. This rotary drive as well as the second positioning device 27 are controlled by the machine control device 18.

Die Maschinensteuereinrichtung 18 und die Schweißsteuereinrichtung 26 sind in 5 schematisch als Blöcke veranschaulicht. Ebenso sind die beiden Positioniereinrichtungen 15, 27, die von der Maschinensteuerung 18 gesteuert werden als Block veranschaulicht. Die Steuerbeziehung zwischen den Positioniereinrichtungen 15, 27 und der Maschinensteuereinrichtung 18 ist durch einen Pfeil 31 symbolisiert. Die Maschinensteuereinrichtung 18 arbeitet mit einem Maschinensteuerprogramm anhand eines NC-Programms, das in 5 durch einen Block 32 veranschaulicht ist. Die Steuerbeziehung ist wiederum durch einen Pfeil 33 veranschaulicht. Das NC-Programm des Blocks 32 entsteht aus CAM-Daten, die durch einen Block 34 veranschaulicht sind.The machine control device 18 and the welding control device 26 are in 5 schematically illustrated as blocks. Likewise, the two positioning devices 15, 27, which are controlled by the machine control 18, are illustrated as a block. The control relationship between the positioning devices 15, 27 and the machine control device 18 is symbolized by an arrow 31. The machine control device 18 works with a machine control program based on an NC program that is in 5 is illustrated by a block 32. The control relationship is again illustrated by an arrow 33. The NC program of block 32 is created from CAM data, which is illustrated by a block 34.

Die Schweißsteuereinrichtung 26 weist einen Steuereingang 35 auf, an dem die Schweißsteuereinrichtung 26 die durch einen Pfeil 36 veranschaulichten Signale von der Maschinensteuereinrichtung 18 empfängt, die die gewünschte Drahtvorschubgeschwindigkeit charakterisieren. Alternativ können die Signale 36 auch die gewünschte Materialauftragrate, den gewünschten Schweißstrom oder ähnliches charakterisieren.The welding control device 26 has a control input 35, at which the welding control device 26 receives the signals from the machine control device 18, illustrated by an arrow 36, which characterize the desired wire feed speed. Alternatively, the signals 36 can also characterize the desired material application rate, the desired welding current or similar.

Die Maschinensteuereinrichtung 18 weist einen Eingang 37, zum Beispiel in Gestalt eines signalempfangenden Eingangs eines geeigneten Eingabemittels oder dergleichen, auf, über den die Maschinensteuereinrichtung 18 Parameter, insbesondere Dynamikparameter erhält, die zum Beispiel die größte Beschleunigung oder Verzögerung des Drahtvorschubs charakterisieren. Die Parameter kennzeichnen vorzugsweise die die Dynamik des Schweißgeräts 22 am meisten beschränkende Grö-ße. Dazu können neben der maximalen Drahtbeschleunigung oder Verzögerung auch andere Charakteristika dienen, wie beispielsweise Parameter, die die maximale Änderung der Materialauftragrate charakterisieren oder ähnliches. Vorzugsweise kennzeichnen die an dem Eingang 37 empfangenen Parameter diejenige technische Größe, die die Dynamik des Schweißgeräts beschränkt, d.h. die größtmögliche Rate der Veränderung des Schweißvorgangs betrifft.The machine control device 18 has an input 37, for example in the form of a signal-receiving input of a suitable input means or the like, via which the machine control device 18 receives parameters, in particular dynamic parameters, which, for example, characterize the greatest acceleration or deceleration of the wire feed. The parameters preferably characterize the size that most restricts the dynamics of the welding device 22. In addition to the maximum wire acceleration or deceleration, other characteristics can also be used for this purpose, such as parameters that characterize the maximum change in the material application rate or similar. Preferably, the parameters received at input 37 identify the technical variable that limits the dynamics of the welding machine, i.e. affects the greatest possible rate of change in the welding process.

Die insoweit beschriebene Werkzeugmaschine 10 arbeitet wie folgt:

Zur Herstellung des Werkstücks 11 wird das Basisteil 12, das eine einfache Trägerplatte sein oder alternativ schon einige Werkstückstrukturmerkmale aufweisen kann, auf der Werkstückaufnahme 14 platziert. Falls an dem Basisteil 12 spanende Bearbeitungsvorgänge vorzunehmen sind, können diese unter Zuhilfenahme eines entsprechenden Bearbeitungswerkzeugs vorgenommen werden, das von der Werkzeugaufnahme 20 aufgenommen und mit dem Basisteil 12 in spanenden Eingriff gebracht werden kann. Dazu gibt die Maschinensteuereinrichtung 18 entsprechende Positionierbefehle an die Positioniereinrichtungen 15, 27 ab. Dies erfolgt unter der Steuerung eines Maschinensteuerprogramm, das in der Maschinensteuereinrichtung arbeitet und, wie 5 erkennen lässt, aus dem NC-Programm in Block 32 abgeleitet worden ist.

The machine tool 10 described so far works as follows:

To produce the workpiece 11, the base part 12, which can be a simple support plate or alternatively already have some workpiece structural features, is placed on the workpiece holder 14. If machining operations are to be carried out on the base part 12, these can be carried out with the aid of a corresponding machining tool, which can be received by the tool holder 20 and brought into machining engagement with the base part 12. For this purpose, the machine control device 18 issues corresponding positioning commands to the positioning devices 15, 27. This is done under the control of a machine control program that works in the machine control device and how 5 can be seen, was derived from the NC program in block 32.

Sobald das Werkstück 11 durch generatives Fertigen, nämlich durch Auftragschweißen weiter aufgebaut werden soll, wird der Lichtbogenschweißkopf 21 in die Werkzeugaufnahme 20 eingewechselt. Das Maschinensteuerprogramm in der Maschinensteuereinrichtung 18 steuert nachfolgend die Bewegungen der Positioniereinrichtungen 15, 27, um das im Entstehen begriffene Werkstück 11 und den Lichtbogenschweißkopf 21 gemäß vorgegebener Bahnen relativ zueinander zu bewegen. Dabei legt das Steuerprogramm der Maschinensteuereinrichtung 18 die Bewegungen der Positioniereinrichtungen 15, 27 derart fest, dass zwischen dem Werkstück 11 und dem Schweißdraht 24, wie 2 zeigt, ein Lichtbogen 38 unterhalten werden kann. Die Schweißsteuereinrichtung 26 erhält dabei Steuersignale 36, die die gewünschte Vorschubgeschwindigkeit des Schweißdrahts 24 charakterisieren. Zugleich stellt die Maschinensteuereinrichtung 18 eine Relativgeschwindigkeit zwischen dem Schweißkopf 21 und dem Werkstück 11 ein, so dass abschmelzende Metallpartikel 39 eine Schweißraupe 40 hinterlassen. Der Lichtbogen 38 erzeugt dabei z.B. durch Einbrand in dem bereits teilweise vorhandenen Werkstück 11 ein Schweißbad 41, dessen Berandung vorzugsweise in einer horizontalen Ebene liegt. Die Maschinensteuereinrichtung 18 steuert die Achsen 16, 17 dabei so, dass das Schweißbad 41 bzw. seine Berandung stets horizontal gehalten wird. Dies, indem das Werkstück 11 immer so gehalten wird, dass alle Tangenten an die Oberfläche des Werkstücks an der Stelle des Schweißbads 41 horizontal gehalten werden.As soon as the workpiece 11 is to be further constructed by generative manufacturing, namely by deposition welding, the arc welding head 21 is replaced in the tool holder 20. The machine control program in the machine control device 18 subsequently controls the movements of the positioning devices 15, 27 in order to move the workpiece 11 being created and the arc welding head 21 relative to one another according to predetermined paths. The control program of the machine control device 18 determines the movements of the positioning devices 15, 27 in such a way that between the workpiece 11 and the welding wire 24, like 2 shows an arc 38 can be maintained. The welding control device 26 receives control signals 36 which characterize the desired feed speed of the welding wire 24. At the same time, the machine control device 18 sets a relative speed between the welding head 21 and the workpiece 11, so that melting metal particles 39 leave a weld bead 40. The arc 38 creates a weld pool 41, for example by burning into the already partially existing workpiece 11, the edge of which preferably lies in a horizontal plane. The machine control device 18 controls the axes 16, 17 so that the weld pool 41 or its edge is always kept horizontal. This is done by always holding the workpiece 11 so that all tangents are on the surface of the work piece can be held horizontally at the location of the weld pool 41.

Die flüssigen Metallpartikel 39 werden vorzugsweise in Richtung der Schwerkraft 42 übertragen. Auf dem Schweißbad 41 steht eine Senkrechte 43, mit der die Längsachse des Schweißkopfs 21 bzw. das an den Lichtbogen 38 anschließende Ende des Schweißdrahts 24 einen spitzen Winkel α einschlie-ßen. Der Schweißdraht 24 läuft dabei bezüglich der auf das Werkstück 11 bezogenen Vorschubrichtung 44 des Schweißkopfs 21 hinter der Senkrechten 43. Mit anderen Worten, der Schweißdraht 24 wird gewissermaßen „stechend“ geführt. Neben seiner Zufuhrbewegung kann er in Längsrichtung eine überlagerte Oszillationsbewegung in Gestalt einer Pilgerschrittbewegung ausführen und dabei Metallpartikel 39 gezielt in oder auf dem Schweißbad 41 ablegen. Dabei wird der Schweißdraht 24 oszillierend mit hoher Frequenz, vorzugsweise mehr als 10 Hz, weiter vorzugsweise mehr als 50 Hz, vorzugsweise mehr als 100 Hz vor und zurück bewegt, so dass sich an seinem Ende bildende Tropfen bzw. Metallpartikel 39 mit dem Schweißbad 41 in Berührung gebracht und auf diese Weise kontrolliert in dieses überführt werden. Die Frequenz der Oszillationsbewegung kann fest oder in einem Zusammenhang mit anderen Prozessgrößen, z.B. dem Schweißstrom oder der Drahtvorschubgeschwindigkeit oder der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Werkstück 11 und dem Schweißkopf 21, eingestellt sein.The liquid metal particles 39 are preferably transferred in the direction of gravity 42. On the weld pool 41 there is a vertical 43 with which the longitudinal axis of the welding head 21 or the end of the welding wire 24 adjoining the arc 38 forms an acute angle α. The welding wire 24 runs behind the vertical 43 with respect to the feed direction 44 of the welding head 21 related to the workpiece 11. In other words, the welding wire 24 is guided in a “piercing” manner, so to speak. In addition to its feed movement, it can carry out a superimposed oscillatory movement in the longitudinal direction in the form of a pilgrim step movement and thereby deposit metal particles 39 in a targeted manner in or on the weld pool 41. The welding wire 24 is moved back and forth in an oscillating manner at a high frequency, preferably more than 10 Hz, more preferably more than 50 Hz, preferably more than 100 Hz, so that drops or metal particles 39 forming at its end come into contact with the weld pool 41 brought into contact and in this way transferred into it in a controlled manner. The frequency of the oscillatory movement can be set fixed or in connection with other process variables, for example the welding current or the wire feed speed or the relative speed between the workpiece 11 and the welding head 21.

Die Maschinensteuereinrichtung 18 hat an ihrem Eingang 37 Informationen empfangen, die mindestens die maximale Relativgeschwindigkeit in Vorschubrichtung 44, vorzugsweise aber auch weitere Parameter charakterisieren, wie insbesondere die maximale Beschleunigung oder Abbremsung des Schweißdrahts 24. Diese Information kennzeichnet die Dynamik des Schweißgeräts 22 und wird von der Maschinensteuereinrichtung 18 wie nachfolgend mit Bezug auf 3 und 4 erläutert berücksichtigt:

3 veranschaulicht eine Schweißbahn 45 mit zwei geraden Abschnitten 46, 47, die an einer spitzen Ecke 48 aneinander anschließen und ansonsten keine Krümmung aufweisen (Krümmung ist Null). Während die Abschnitte 46, 47 somit einen unendlich großen Krümmungsradius aufweisen, ist die Ecke 48 spitz und weist somit einen sehr geringen Krümmungsradius oder den Krümmungsradius 0 auf. Allgemein gesprochen, kann die Schweißbahn 45 Abschnitte unterschiedlicher Krümmung aufweisen.

The machine control device 18 has received information at its input 37 that characterizes at least the maximum relative speed in the feed direction 44, but preferably also other parameters, such as in particular the maximum acceleration or deceleration of the welding wire 24. This information characterizes the dynamics of the welding device 22 and is used by the Machine control device 18 as referred to below 3 and 4 explained taking into account:

3 illustrates a welding track 45 with two straight sections 46, 47, which adjoin one another at an acute corner 48 and otherwise have no curvature (curvature is zero). While the sections 46, 47 thus have an infinitely large radius of curvature, the corner 48 is pointed and therefore has a very small radius of curvature or the radius of curvature 0. Generally speaking, the welding path can have 45 sections of different curvature.

Der Schweißkopf 41 fährt nun zunächst den Abschnitt 46 in Richtung auf die Ecke 48 unter fortwährendem Nachschub des Schweißdrahts 24 und somit unter Erzeugung einer Schweißraupe 40 gemäß 2 ab. Die Bewegung findet zum Beispiel in Z-Richtung statt. Mit Erreichen der Ecke 48 ist die Bewegung in Z-Richtung zu stoppen und dafür die Bewegung in X-Richtung fortzusetzen. 4 veranschaulicht oben den Verlauf der Geschwindigkeit in Z-Richtung. Der in 4 auf den Horizontalachsen (Abszissen) abgetragene Wert 1 entspricht einer Länge entlang der Schweißbahn 45. Zunächst ist die Geschwindigkeit konstant, während sie in Annäherung an die Ecke 48 zu vermindern ist. Die Dynamik der Positioniereinrichtungen 15, 27 gestattet dabei das Durchfahren einer Geschwindigkeitskurve I, wie sie gestrichelt dargestellt ist. Dies würde aber ein ebenso rasches Abstoppen der Bewegung des Schweißdrahts 24 erfordern. Über den Eingang 37 hat die Maschinensteuereinrichtung 18 jedoch die Parameter der Drahtzuführeinrichtung 23 erhalten, wonach eine derart hohe Bremsbeschleunigung für den Schweißdraht 24 nicht möglich ist. Entsprechend wird die Relativbewegung zwischen dem Schweißkopf 21 und dem Werkstück 11 nun gemäß der flacheren Rampe II reduziert, d.h. der Bremsvorgang früher eingeleitet. Zugleich wird die Zufuhrgeschwindigkeit V_D des Schweißdrahts gemäß Kurve III reduziert. Ist die Ecke 48 erreicht, hat die Geschwindigkeit v_Z den Wert 0 während die Geschwindigkeit v_X in X-Richtung beginnt anzusteigen. Die Kurve IV zeigt die maximal mögliche Dynamik der Positioniereinrichtungen 15, 27 auf. Aufgrund der grö-ßeren Trägheit der Drahtzuführeinrichtung 23 weist die Maschinensteuereinrichtung 18 jedoch eine langsamere Geschwindigkeitszunahme an und überträgt diese gemäß der Kurve V als Signal 36 an die Schweißsteuereinrichtung 26. Entsprechend nimmt die Vorschubgeschwindigkeit v_D des Schweißdrahts gemäß Kurve VI wieder zu.The welding head 41 now first moves the section 46 in the direction of the corner 48 while continuously replenishing the welding wire 24 and thus producing a weld bead 40 2 away. The movement takes place, for example, in the Z direction. When corner 48 is reached, the movement in the Z direction must be stopped and the movement in the X direction must be continued. 4 above illustrates the course of the speed in the Z direction. The in 4 Value 1 plotted on the horizontal axes (abscissas) corresponds to a length along the welding path 45. Initially the speed is constant, while it has to be reduced as it approaches the corner 48. The dynamics of the positioning devices 15, 27 allow a speed curve I to be traversed, as shown in dashed lines. However, this would require the movement of the welding wire 24 to be stopped just as quickly. However, the machine control device 18 has received the parameters of the wire feed device 23 via the input 37, according to which such a high braking acceleration for the welding wire 24 is not possible. Accordingly, the relative movement between the welding head 21 and the workpiece 11 is now reduced according to the flatter ramp II, ie the braking process is initiated earlier. At the same time, the feed speed V _D of the welding wire is reduced according to curve III. When corner 48 is reached, the speed v _Z has the value 0 while the speed v _X in the X direction begins to increase. Curve IV shows the maximum possible dynamics of the positioning devices 15, 27. However, due to the greater inertia of the wire feed device 23, the machine control device 18 commands a slower increase in speed and transmits this as a signal 36 to the welding control device 26 according to curve V. Correspondingly, the feed speed v _D of the welding wire increases again according to curve VI.

Wie 4 weiter erkennen lässt, wird der Winkel α, den der Schweißdraht 24 mit der Senkrechten 43 einschließt, ebenfalls geschwindigkeits- und/oder ortsabhängig gesteuert. In Annäherung an die Ecke 48 kann der Betrag des Winkels α stets verkleinert werden, bis der Schweißdraht 24 an der Ecke 48 koaxial zur Senkrechten 43 steht. Mit zunehmender Relativgeschwindigkeit zwischen dem Schweißkopf 21 und dem Werkstück 11 kann der Winkel 11 wieder zunehmen, bis er seinen gewünschten Endwert erreicht. Das Erreichen dieses Endwerts kann vor dem Zeitpunkt des Erreichens der maximalen Relativgeschwindigkeit exakt zu diesem Zeitpunkt oder auch danach liegen.How 4 can further be seen, the angle α that the welding wire 24 includes with the vertical 43 is also controlled depending on the speed and / or location. As you approach the corner 48, the amount of the angle α can always be reduced until the welding wire 24 is coaxial with the vertical 43 at the corner 48. As the relative speed between the welding head 21 and the workpiece 11 increases, the angle 11 can increase again until it reaches its desired final value. This final value can be reached before the maximum relative speed is reached, at exactly this point in time or even afterwards.

Die vorliegend erläuternden Vorgänge können nicht nur im Übergang zwischen spitzen Ecken und geraden Abschnitten ablaufen, wie es in 3 veranschaulicht ist. Vielmehr kann die Anpassung des Betrags des Winkels α sowie auch der Vorschubgeschwindigkeit des Schweißdrahts 24 an unterschiedliche Krümmungen der Schweißbahn 45 fortwährend erfolgen, auch wenn sich die Krümmungen nur graduell unterscheiden. Es lässt sich dadurch der Aufbau des Werkstücks 11 mit hoher Auftragsqualität und geringem Materialüberschuss erreichen.The processes explained here cannot only take place in the transition between sharp corners and straight sections, as in 3 is illustrated. Rather, the amount of the angle α and also the feed speed of the welding wire 24 can be adjusted Different curvatures of the welding path 45 occur continuously, even if the curvatures only differ gradually. This allows the construction of the workpiece 11 to be achieved with high order quality and little excess material.

Eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine weist eine Maschinensteuereinrichtung 18 auf, die die Achsen der Werkzeugmaschine 10 steuert. Zugleich ist ein Schweißgerät 22 vorgesehen, dessen Parameter, zumindest soweit sie Einfluss auf die Dynamik des Schweißgeräts 22 haben, an die Maschinensteuereinrichtung 18 übertragen werden. Die Maschinensteuereinrichtung 18 steuert die Achsen der Werkzeugmaschine und auch das Schweißgerät 22 unter Berücksichtigung von dessen Dynamik, so dass im generativen Fertigungsverfahren Werkstücke in hoher Qualität mit geringem Aufmaß hergestellt werden können, so dass interimsweise durchgeführte oder am Ende durchzuführende spanende Materialbearbeitungen mit geringem Materialabtrag auskommen.A machine tool according to the invention has a machine control device 18 which controls the axes of the machine tool 10. At the same time, a welding device 22 is provided, the parameters of which, at least insofar as they influence the dynamics of the welding device 22, are transmitted to the machine control device 18. The machine control device 18 controls the axes of the machine tool and also the welding device 22, taking its dynamics into account, so that high-quality workpieces can be produced with small oversize in the generative manufacturing process, so that material machining operations that are carried out on an interim basis or to be carried out at the end require little material removal.

Bezugszeichen:Reference symbol:

1010: Werkzeugmaschinemachine tool
1111: Werkstückworkpiece
1212: BasisteilBase part
1313: Arbeitsraumworking space
1414: WerkstückaufnahmeWorkpiece holder
1515: erste Positioniereinrichtungfirst positioning device
1616: vertikale Schwenkachsevertical pivot axis
1717: horizontale Schwenkachsehorizontal pivot axis
1818: MaschinensteuereinrichtungMachine control device
1919: Arbeitsspindelwork spindle
2020: WerkzeugaufnahmeTool holder
2121: LichtbogenschweißkopfArc welding head
2222: Schweißgerätwelding machine
2323: DrahtzufuhreinrichtungWire feeding device
2424: Schweißdrahtwelding wire
2525: SchweißstromgeneratorWelding power generator
2626: SchweißsteuereinrichtungWelding control device
2727: zweite Positioniereinrichtungsecond positioning device
2828: Pfeil Z-AchseZ axis arrow
2929: Pfeil Y-AchseY-axis arrow
3030: Pfeil X-AchseX-axis arrow
3131: Pfeil für SteuerbeziehungTax relationship arrow
3232: Block NC-ProgrammBlock NC program
3333: Pfeil SteuerbeziehungArrow tax relationship
3434: Block CAM-ProgrammBlock CAM program
3535: EingangEntrance
3636: SignaleSignals
3737: EingangEntrance
TT: Parameter / TrägheitParameters / inertia
3838: LichtbogenElectric arc
3939: Metallpartikelmetal particles
4040: SchweißraupeWeld bead
4141: SchweißbadWeld pool
4242: SchwerkraftGravity
4343: Senkrechtevertical
αα: Winkelangle
4444: Vorschubrichtungfeed direction
4545: Schweißbahnwelding track
4646: erster gerader Abschnitt der Schweißbahn 45first straight section of the welding track 45
4747: zweiter gerader Abschnitt der Schweißbahn 45second straight section of the welding track 45
4848: Ecke der Schweißbahn 45Corner of welding track 45
I - VIIII - VIII: Abschnitte von BewegungskurvenSections of motion curves

Claims

Machine tool (10) for producing metal parts (11), with a workpiece holder (14), which is held pivotably about at least two axes (16, 17) by a first positioning device (15), with a tool holder (20), which is used for receiving an arc welding head (21), with a wire feed device (23) which is connected to the arc welding head (21) in order to supply it with welding wire (24), with a welding current generator (25) which is connected to the arc welding head (21). is, in order to supply it with welding current, with a welding control device (26), which is connected to the wire feed device (23) and / or the welding current generator (25), with a second positioning device (27), which is set up to hold the workpiece (14) and the tool holder (20) to move relative to one another, with a machine control device (18) which is connected to the welding control device (23) and to the positioning devices (15, 27) in order to operate these in accordance with a machine control program (32) and accordingly to control at least one parameter (T) of the welding control device (26), the machine control device (18) for this purpose is set up to hold the arc welding head (21) along the welding path (45) to be traveled at different angles (α) with respect to a vertical (43) which is perpendicular to the weld pool (41), and the machine control device (18) is set up for this purpose , the arc welding head (21) in highly curved sections (48) of the welding path (45) at a smaller angle (α) with respect to the vertical (43) and in less curved sections (46, 47) of the welding path (45) at a larger angle (α) with respect to the vertical (43).

machine tool Claim 1 , characterized in that the welding control device (26) has a control input (35) which is connected to the machine control device (18).

machine tool Claim 2 , characterized in that data (36) transmitted from the machine control device (18) to the control input (35) characterize the desired wire feed speed.

Machine tool according to one of the preceding claims, characterized in that the machine control device (18) has a parameter input (37) which is connected to the welding control device (26) in order to receive data from the welding control device (26), this data being parameter (T ).

Method for producing metal parts (11), in which a carrier element (12) is provided and transferred to a machine tool (10), an arc welding head (21) connected to a wire feed device (23) and a welding current generator (25) in the machine tool (10 ₎ is arranged _, the relative speed ₍ _v 21) is guided along a welding path (45) with changing angles of attack (α).

Procedure according to Claim 5 , characterized in that the speed (v _D ) of the wire feed is tracked by the relative speed (v _X , v _Y , v _Z ) between the metal part (11) and the arc welding head (21).

Procedure according to Claim 5 or 6 , characterized in that the rate of change in the relative speed between the metal part (11) and the arc welding head (21) is limited to a maximum value which is determined based on parameters (T) of the wire feed device (23).