DE10249106A1 - Maschine zur Laserstrahlbearbeitung von länglichen Werkstücken - Google Patents
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Abstract
Die Maschine (1) hat eine Aufnahmevorrichtung (13) zum einseitigen Einspannen des Werkstücks (14). Eine Laseroptik (12) ist in den drei Raumkoordinaten x, y und z NC-gesteuert beweglich zur Bearbeitung des Werkstücks (14). An der Basis (3) des Maschinengestells (2) ist ein zusätzlicher Schlitten (21) gesteuert längsverschiebbar. Der Schlitten (21) hat eine Trägerplatte (29) mit mehreren in einem regelmäßigen Raster angeordneten Befestigungselementen zur austauschbar lösbaren Befestigung mindestens einer Hilfseinrichtung (37), z. B. eines Stützelementes (39). Dadurch ist die Maschine (1) vielseitig einsetzbar. Die Qualität der Bearbeitung kann durch eine verbesserte Positionierung und Abstützung des Werkstücks verbessert und die Taktfrequenz erhöht werden.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine gemäss dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2.
- Das Ausgangsmaterial von länglichen Werkstücken, d.h. von Werkstücken deren Länge in Bezug auf die Abmessungen im Querschnitt ein Vielfaches beträgt, wird häufig in Form von Stangenmaterial aber auch in Form von Bandmaterial angeliefert und einer Werkzeugmaschine zur Bearbeitung zugeführt. Bei Drehmaschinen und Drehautomaten ist es bekannt, das Ausgangsmaterial der Maschine direkt, auch automatisiert zuzuführen und in dieser über geeignete Spannmittel (Drehbackenfutter, Spannzangen etc.) während der Bearbeitung und auch zum Ablängen einzuspannen. Die Verwendung von Ladeund Entladevorrichtungen in Verbindung mit spanabhebenden Werkzeugmaschinen ist ebenfalls allgemein bekannt.
- Bei der Laserstrahlbearbeitung von länglichen Werkstücken wurde ein auf Führungen gleitender Schlitten (auch Wagen oder Fahreinheit genannt) vorgeschlagen (
EP-A2-0 901 874 ). Der mit einer Rollenbahn versehene, in seiner Arbeitshöhe einstellbare Schlitten ist über Ketten und einen im Gestell der Werkzeugmaschine angeordneten Elektromotor in Längsrichtung der Werkzeugmaschine verschieblich und dient dem Positionieren von Werkstücken mittels Greifern sowie dem Entladen. Auf einer Seite der Maschine sind pneumatisch betriebene Spannmittel und auf der gegenüberliegenden Seite ist eine weitere Vorrichtung zum Entladen kurzer Werkstücke vorgesehen. - Es ist Aufgabe der Erfindung eine vielseitig einsetzbare Vorrichtung zu schaffen, welche kompakt ist und auf eine ausserhalb dieser angeordnete Entladevorrichtung verzichten kann.
- Ausserdem soll der Erfindungsgegenstand an spezifische Bearbeitungsvorgänge anpassbar sein, bzw. diese in Bezug auf die Taktfrequenz der Maschine und/oder Qualität der Bearbeitung optimieren lassen. Ebenfalls müssen sich Werkstücke verschiedener Profilformen bearbeiten lassen, insbesondere Hohlprofile wie Rund-, Viereck- und Polygonprofile.
- Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 2 gelöst.
- In abhängigen Ansprüchen sind bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung beschrieben.
- Die Merkmale der Ansprüche 3 und 7 ermöglichen eine normierte Konstruktion der Zusatzeinrichtungen bezüglich ihrer Montage auf der Trägerplatte.
- Die Merkmale des Anspruchs 4 ermöglichen eine sehr einfache Anpassung der Maschine an unterschiedliche Werkstückprofile.
- Mit der flexiblen Leitung gemäss Anspruch 5 können Energie und Steuersignale auf den Schlitten übertragen werden.
- Die Ausführung gemäss Anspruch 6 verhindert die Ablagerung von Partikeln und die Kondensation oder den Niederschlag von Dämpfen, die bei der Laserbearbeitung entstehen, insbesondere innerhalb von zu bearbeitenden Hohlprofilen.
- Die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 8 bewirken eine höhere Präzision in der Positionierung des Schlittens in der Längsrichtung der Maschine.
- Die Ausgestaltung der Träger nach den Ansprüchen 9 oder 10 erhöhen die Positioniergenauigkeit der auf diesem montierten Hilfseinrichtung.
- Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen beschrieben. Darin zeigen:
-
1 eine Seitenansicht einer Laserstrahl – Werkzeugmaschine und -
2 -5 Einzelheiten verschiedener Hilfseinrichtungen zur Werkzeugmaschine nach1 - Die in
1 dargestellte Maschine1 hat ein Gestell2 mit einer Basis3 , zwei Ständern4 und einem diese verbindenden Längsträger5 . Auf dem Träger5 sind zwei parallele Führungsschienen6 befestigt, auf welchen ein Schlitten7 in Längsrichtung x der Maschine1 verschiebbar ist. Der Schlitten7 trägt zwei horizontale, senkrecht zu den Schienen6 verlaufende Schienen8 . Auf den Schienen8 ist ein zweiter Schlitten9 in Richtung y senkrecht zur Zeichenebene verschiebbar. Der Schlitten9 hat Schienen10 , welche senkrecht zu den Schienen6 ,8 verlaufen, und auf welchen ein dritter Schlitten11 vertikal in Richtung z verschiebbar ist. Die drei Schlitten7 ,9 ,11 werden durch hier nicht dargestellte Servomotoren in bekannter Weise in den drei NC-Achsen x, y, z positioniert. Am Schlitten11 ist eine Laseroptik12 zum Bearbeiten, z.B. zum Schneiden oder Schweissen, des Werkstücks14 befestigt. - Das längliche Werkstück
14 , z.B. eine Profilstange, ein Profilrohr oder ein zylindrisches Rohr, ist einseitig in einem Spannfutter13 eingespannt. Das Futter13 ist im linken Ständer4 um eine horizontale Achse15 drehbar gelagert, die parallel zu den Schienen6 ist. Das Futter13 ist mit einem nicht dargestellten weiteren Servomotor verbunden. Der Drehwinkel φ des Futters13 ist ebenfalls numerisch gesteuert und bildet die vierte NC-Achse. - Auf der Basis
3 sind zwei geradlinige Schienen20 befestigt, die parallel zu den Schienen6 und zur Achse15 verlaufen. Auf den Schienen20 ist ein Schlitten21 mittels Wälz-Linearführungen22 verschiebbar geführt. Auf dem Schlitten21 ist ein Servomotor23 , z.B. ein Schrittmotor befestigt. Auf dessen Abtriebswelle24 sitzt ein Zahnrad25 , das mit einer Zahnstange26 kämmt. Die Zahnstange26 verläuft parallel zu den Führungsschienen20 und ist an der Basis3 befestigt. - In vertikalen Bohrungen
27 des Schlittens21 sind zylindrische Stangen28 verschiebbar geführt. Die Stangen28 sind an einer horizontalen Trägerplatte29 befestigt. Der Servoantrieb für die vertikale Position der Platte29 ist in1 durch einen Servozylinder30 mit Kolbenstange31 symbolisch dargestellt. Die Servoantriebe23 ,30 ,31 für die zusätzlichen NC-Achsen x', z' der Trägerplatte29 werden über eine flexible Leitung32 von einer gestellfesten NC-Steuereinrichtung35 gesteuert, welche auch die übrigen NC-Achsen x, y, z, φ steuert. - Auf der Trägerplatte
29 ist wahlweise mindestens eine von verschiedenen Hilfseinrichtungen37 austauschbar lösbar montiert. Dazu hat die ebene Platte29 z. B. in einem regel mässigen, quadratischen Raster Durchgangsbohrungen33 und/oder Gewindebohrungen zur Aufnahme von Schrauben38 (2 ), oder in einem Raster angeordnete hinterschnittene Nuten wie T-Nuten34 (3 ) oder Schwalbenschwanznuten zur Aufnahme von Schraubenköpfen oder Muttern der Befestigungsschrauben38 . Um die Hilfseinrichtung37 auf der Trägerplatte29 zu positionieren weist diese eine Reihe von Zentrierbohrungen56 im Abstand des Rasters der Durchgangsbohrungen33 auf. In zwei dieser Zentrierbohrungen56 ist ein Zylinderstift57 eingesteckt. In jeder Hilfseinrichtung37 ist ebenfalls eine Zentrierbohrung58 von gleichen Nenndurchmesser wie die Bohrung56 und der Stift57 vorgesehen ebenfalls ein Langloch gleicher Breite, in welchem der zweite Zentrierstift57 geführt ist. Die Zentrierbohrungen56 können auch mit der einen Reihe der Durchgangsbohrungen33 identisch sein. – Bewährt haben sich auch an sich bekannte Stiftschrauben, die eine besonders schnelle Montage der Bauteile erlauben und eine ausreichende Zentriergenauigkeit ergeben. - Die Hilfseinrichtung
37 kann z.B. wie in1 und2 dargestellt eine Stütz- und Zentriereinrichtung39 für das Werkstück14 sein. Dadurch kann die Präzision der Laser-Bearbeitung durch die Laser-Optik12 , insbesondere bei grosser Auskragung, d.h. bei grossem Abstand der Optik12 vom Futter13 erheblich gesteigert werden, weil die Abstützung und Zentrierung des Werkstückes14 unmittelbar bei der Optik12 erfolgt. - Wie in
3 dargestellt können die Hilfseinrichtungen37 auch eine Hohllanze40 umfassen, die ein Absaugen der beim Laser-Schneiden entstehenden Partikel, Dämpfe und Gase aus dem Innern eines Hohlprofils14 ermöglicht. Dazu hat die Hohllanze40 einen zur Achse15 und den Schienen6 ,22 parallelen Endabschnitt, und ihr freies Ende ist dem Futter13 zugewandt. Die rohrförmige Hohllanze40 ist auf einem Träger43 befestigt und über einen flexiblen Schlauch41 mit einem Absauggebläse (nicht dargestellt) verbunden. Der Träger43 ist mittels der Schrauben38 auf der Trägerplatte29 befestigt. - Wie
3 zeigt, kann ein anderer Träger43 Ablenkplatten42 tragen, welche das Werkstück nach der Bearbeitung und dem Ablängen aus der Maschine lenken oder führen. - Bei der in
4a gezeigten Variante ist das Werkstück14 ein kreiszylindrisches Rohr. Es wird von kreiszylindrischen Stützrollen44 gestützt und zentriert, die um 45° geneigte Achsen auf dem Träger43 drehbar gelagert sind. Diese Variante erleichtert das Beladen und Abstützen des noch unbearbeiteten Werkstücks14 . Gleichzeitig dient sie dem Zentrieren vor dem Spannen des Futters13 , sowie dem Verfahren des Schlittens21 in x'-Richtung ohne Abrieb am Werkstück14 zu verursachen. - Die weitere Variante
4b eignet sich besonders für rechteckförmige Profile14' , wobei diese auf einer konkaven Stützrolle44' mit Lagerbock43' aufliegen. - In
5 ist die Hilfseinrichtung37 schematisch zum Sammeln abgelängter Werkstücke14 dargestellt. Nachdem ein Abschnitt des Werkstücks14 fertig bearbeitet ist, wird der Schlitten21 unter die Längsmitte dieses Abschnitts gefahren und dieser Abschnitt mittels der Laseroptik12 abgetrennt. Das fertig bearbeitete, abgelängte Werkstück14 fällt auf fingerartige Sammelschienen46 . Diese wird peri odisch geneigt, so dass die Werkstücke14' gegen einen Anschlag nach unten gleiten oder rollen. Die Sammelschienen46 sind an ihrem oberen Ende an einem Ständer45 schwenkbar befestigt. Der Ständer45 ist auf dem Träger43 befestigt, der seinerseits lösbar mit der Trägerplatte29 des Schlittens21 verschraubt ist. Die Sammelschienen46 können mittels einer am Träger43 und den Schienen46 ausgelenkten Kolben-Zylindereinheit47 ,48 aus der dargestellten Grundstellung nach unten abgeschwenkt werden. - In einer nicht gezeichneten Ausführung ist auf eine Kolben-Zylindereinheit verzichtet und die entsprechende Sammelschiene direkt mit der Basis
43 verbunden. - Im Bereich der einen Endstellung des Schlittens
21 sind an der Basis3 des Gestells2 zwei geneigte Auswerfer51 befestigt, deren unteres Ende in einen bereitgestellten Sammelbehälter52 münden. Von einem eingespannten langen Rohr14 werden ausgehend von dessen freiem Ende schrittweise einzelne Abschnitte fertig bearbeitet, abgelängt und mittels der Sammelschienen46 gesammelt. Nachdem die Schlitten7 ,21 im Bereich des Futters13 angelangt sind, fährt der Schlitten21 in den Bereich der Auswerfer51 und die Sammelschienen46 werden abgesenkt, sodass die Auswerfer51 die fertig bearbeiteten Rohrstücke14' in den Sammelbehälter52 auswerfen. - Weil in der gleichen Einspannung des langen Werkstück-Rohlings
14 im Spannfutter13 mehrere fertig bearbeitete, abgelängte kurze Werkstücke14' hergestellt und zwischengespeichert werden können, entfallen die unproduktiven Zwischenzeiten zum Ausspannen, neu positionieren und Einspannen des Werkstück-Rohlings14 im Futter13 , sodass die Pro duktivität der Maschine1 gesteigert wird. Insbesondere wenn auf der Trägerplatte29 zusätzlich zu den Sammelschienen46 noch eine Stütz- und Zentriereinrichtung39 ,44 z.B. gemäss2 oder4a ,4b montiert wird, kann dabei eine hohe Präzision der Bearbeitung auch bei langer Auskragung des Werkstücks14 gewährleistet werden. - Wie ersichtlich ist, benötigt der Zusatzschlitten
21 in der Werkzeugmaschine1 kaum zusätzlichen Raum. Auf eine ausserhalb der Maschine1 angeordnete zusätzliche Entladevorrichtung kann verzichtet werden. Wegen der universellen Befestigungsmöglichkeiten der Hilfseinrichtung37 auf der Trägerplatte29 kann die Werkzeugmaschine1 sehr rasch und mit geringem Aufwand an geänderte Bearbeitungsvorgänge oder Anforderungen angepasst werden. Die Qualität der Bearbeitung kann verbessert und die Taktzeiten. können verkürzt werden. - Selbstverständlich können auf der Trägerplatte
29 auch andere als die dargestellten Hilfseinrichtungen37 montiert werden. Als Beispiel sei ein automatischer Werkstückwechsler erwähnt, wie er z.B. bei spanabhebenden Werkzeugmaschinen bekannt ist. Für gewisse Anwendungsfälle kann es zweckmässig sein, wenn die Trägerplatte29 mittels eines Querschlittens analog dem Schlitten9 in einer zusätzlichen NC-Achse y' senkrecht zu den NC-Achsen x' und z' gesteuert verschiebbar ist. - Ebenfalls lässt sich auf dem Schlitten
21 eine Zentrierspitze (Pinole genannt) montieren. Für besonders lange und dünnwandige Profile kann es vorteilhaft sein, entsprechend der Darstellung in1 , einen zweiten Schlitten49 mit Stützrollen50 einzusetzen. Dieser kann von Hand auf seine Position geführt sein, lässt sich aber auch mit einem auto nomen Antrieb ausrüsten und in steuerungstechnischer Verbindung mit dem Schlitten21 verschieben. -
- 1
- Werkzeugmaschine
- 2
- Gestell
- 3
- Basis
- 4
- Ständer
- 5
- Längsträger
- 6
- Führungsschiene
- 7
- x-Schlitten
- 8
- Führungsschiene
- 9
- y-Schlitten
- 10
- Führungsschiene
- 11
- z-Schlitten
- 12
- Laseroptik/Laserschneidkopf
- 13
- Spannfutter
- 14
- Werkstück (Rohling)
- 14'
- Abgelängtes Werkstück
- 15
- Achse
- 20
- Führungsschiene
- 21
- Schlitten
- 22
- Linearführung
- 23
- Motor
- 24
- Welle
- 25
- Zahnrad
- 26
- Zahnstange
- 27
- Bohrung
- 28
- Stange
- 29
- Trägerplatte
- 30
- Zylinder
- 31
- Kolbenstange
- 32
- Kabel
- 33
- Durchgangsbohrung
- 34
- T-Nut
- 35
- Steuereinrichtung
- 37
- Hilfseinrichtung
- 38
- Schraube
- 39
- Stütze und Zentrierung/Zentrierein
- richtung
- 40
- Hohllanze/Absauglanze
- 41
- Schlauch
- 42
- Ablenkplatten
- 43
- Träger
- 43'
- Lagerbock
- 44, 44'
- Stützrollen
- 45
- Ständer
- 46
- Sammelschiene / Ablage
- 47
- Zylinder
- 48
- Kolbenstange
- 49
- weiterer Schlitten
- 50
- Träger/Rollen
- 51
- Auswerfer
- 52
- Sammelbehälter
- 56
- Zentrierbohrung / Positionierelement
- 57
- Zentrierstifte
- 58
- Zentierbohrungen
- φ
- Drehwinkel Spannfutter
- x, y, z, x', y', z'
- NC-Achsen
Claims (12)
- Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von länglichen Werkstücken (
14 ) mittels Laserstrahlen, insbesondere von Rohren, Flach- und Hohlprofilen, wobei eine Aufnahmevorrichtung (13 ) zum einseitigen Einspannen des Werkstücks (14 ) und im Bereich der Strahlbearbeitung ein in Längsrichtung der Werkzeugmaschine (1 ) an Führungsschienen (20 ) verschieblicher Schlitten (21 ) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass an diesem, wenigstens einen Schlitten (21 ;49 ) ein autonomer steuerbarer Antrieb (23 ) vorgesehen ist, dass dessen Abtrieb (24 ) mit einem Zahnrad (25 ) versehen ist und in eine in Längsrichtung der Werkzeugmaschine angeordnete Zahnstange (26 ) eingreift, und dass der Schlitten (21 ;49 ) Träger (29 ) von Stützen (39 ) und/oder Führungen (44 ) oder Ablagen (46 ) und/oder Auswerfern (51 ) und/oder Absaugvorrichtungen (40 ,41 ) ist, welche das zu bearbeitende Werkstück (14 ) und/oder das bereits bearbeitete Werkstück (14' ) stützen, führen, aufnehmen und/oder auswerfen. - Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von länglichen Werkstücken (
14 ) mittels Laserstrahlen, insbesondere von Rohren, Flach- und Hohlprofilen, wobei eine Aufnahmevorrichtung (13 ) zum einseitigen Einspannen des Werkstücks (14 ) und im Bereich der Strahlbearbeitung ein in Längsrichtung der Werkzeugmaschine (1 ) an Führungsschienen (20 ) verschieblicher Schlitten (21 ) sowie ein Antrieb (23 ) für die Längsverschiebung des Schlittens (21 ) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Schlitten (21 ;49 ) ei nen Träger (29 ;50 ) aufweist mit mehreren Befestigungselementen (33 ,34 ) zur austauschbar lösbaren Befestigung mindestens einer Hilfseinrichtung (37 ), insbesondere eines Stützelementes (39 ), eines Zentrierelementes (44 ), einer Absauglanze (40 ), eines Sammlers (46 ) für abgelängte Werkstücke (14' ) und/oder eines Auswerfers (51 ). - Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, wobei die Befestigungselemente (
33 ,34 ) auf dem Träger (29 ) in einem regelmässigen Raster angeordnet sind. - Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Träger (
29 ) am Schlitten (21 ) vertikal verschiebbar geführt und über ein Huborgan (30 ,31 ) mit dem Schlitten (21 ) verbunden ist. - Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Schlitten (
21 ) über eine flexible Leitung (32 ) mit einer Steuereinrichtung (35 ) verbunden ist. - Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Hilfseinrichtung (
37 ) eine Absauglanze (40 ) umfasst, deren Endabschnitt im montierten Zustand parallel zur Längserstreckung der Werkzeugmaschine (1 ) verläuft, und die über einen flexiblen Schlauch (41 ) an eine Absaugquelle angeschlossen ist. - Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Träger (
29 ) in einem regelmässigen Raster Befestigungsbohrungen (33 ) oder hinterschnittene Nuten (34 ) aufweist zur Aufnahme von Befestigungsschrauben (38 ) für die Hilfseinrichtung (37 ). - Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei der Antrieb einen am Schlitten (
21 ) befestigten Motor (23 ) umfasst, auf dessen Abtriebswelle (24 ) ein Zahnrad (25 ) befestigt ist, welches mit einer gehäusefesten Zahnstange (26 ) kämmt, die sich parallel zu den Längsführungen (20 ) erstreckt. - Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Träger (
29 ) Positionierelemente (56 ) zur exakten Ausrichtung der Hilfseinrichtung (37 ) auf dem Träger (29 ) aufweist. - Werkzeugmaschine nach Anspruch 9, wobei die Positionierelemente (
56 ) Zentrierbohrungen sind zur Aufnahme von Zentrierstiften (57 ). - Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei an wenigstens einem zweiten Schlitten (
49 ) eine höhenverstellbare Stütze (50 ) angeordnet ist. - Werkzeugmaschine nach Anspruch 11, wobei wenigstens einer dieser weiteren Schlitten (
49 ) manuell verschieblich ist.
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DE10249106B4 DE10249106B4 (de) | 2010-12-02 |
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Representative=s name: PATENTBUERO PAUL ROSENICH AG, TRIESENBERG, LI |
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