DE19506591A1

DE19506591A1 - Verfahren zum Schneiden von Werkstücken mit einem Laserstrahl

Info

Publication number: DE19506591A1
Application number: DE19506591A
Authority: DE
Inventors: Masaru Kanaoka; Homare Mori; Takayuki Yuyama; Shozui Takeno
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1994-02-24
Filing date: 1995-02-24
Publication date: 1995-08-31
Anticipated expiration: 2015-02-25
Also published as: CN1132715C; US5585018A; CN1079714C; JP3175463B2; DE19506591C2; JPH07232289A; TW242121B; CN1112866A; CN1312146A; KR950024834A; KR0153084B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laserschneidverfahren, das die Energie eines Laserstrahls zum Schneiden verschiedener Materialien verwendet, und insbesondere ein Laserschneidverfahren, das wirksam die Beschädigung der Schnittfläche eines Werkstücks aufgrund von Änderungen der Schnittbedingungen sowie eine Verschlechterung der Schneidqualität des Werkstücks verhindert, wenn die Schneidbedingungen während der Laserbearbeitung geändert werden.

Während der Laserbearbeitung einer scharfen Ecke oder ähnlichem werden die Schneidbedingungen häufig geändert, da diese unter Hochgeschwindigkeitsbedingungen und bei hoher Leistung schwer gut zu schneiden ist (im folgenden mit "erste Schneidbedingungen" bezeichnet), wie sie für eine normale gerade Bearbeitung (gerader Schnitt) verwendet werden. Zum Schneiden einer scharfen Ecke oder ähnlichem wurden die Schneidbedingungen herkömmlicherweise auf eine niedrige Geschwindigkeit und niedrige Leistung (im folgenden als "zweite Schneidbedingungen" bezeichnet) geändert, wobei nur ein Bereich von einigen Millimetern vor und hinter der Ecke gut bearbeitet werden konnte, ohne daß die Laserbeaufschlagung unterbrochen wurde.

Fig. 25 veranschaulicht ein solches herkömmliches Schneidverfahren und zeigt einen Schneidpfad, der mit einem Verfahren zum Ändern der Schneidbedingung verwendet wird, wie es in der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung Nr. Sho. 63-63593 offenbart ist. Wie dies in Fig. 25 gezeigt ist, wird bei dieser herkömmlichen Lösung ein Werkstück zunächst unter ersten Schneidbedingungen bearbeitet, die dann am Punkt A am Schneidpfad in die zweiten Schneidbedingungen geändert werden, wobei die Laserbeaufschlagung aufrechterhalten wird, und eine Ecke wird unter den zweiten Schneidbedingungen geschnitten, die dann am Punkt B am Schneidpfad wieder in die ersten Bearbeitungsbedingungen geändert werden.

Fig. 26 zeigt eine weitere herkömmliche Lösung, die in der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung Nr. Hei. 2- 30388 offenbart ist. Bei dieser Lösung wird die Schneidgeschwindigkeit unter den zweiten Schneidbedingungen in Stufen, d. h. 10%, 20%, 40%, 60% und 100% der Schneidgeschwindigkeit unter den ersten Schneidbedingungen, während eines Zeitraums T mit Intervallen T1, T1 + T2, T1 + T2 + T3 sowie T1 + T2 + T3 + T4 bei der Rückkehr von den zweiten Schneidbedingungen zu den ersten Schnittbedingungen geändert.

Fig. 27 veranschaulicht ein weiteres Schneidverfahren, das ein Beispiel von Schaltbedingungen nur an einer Seite der Ecke zeigt, wie dies in der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung Nr. Sho. 60-127775 und der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung Nr. Hei. 5-277773 offenbart ist. Bei diesem Verfahren werden die ersten Schneidbedingungen zur Bearbeitung bis T2 an der Spitze der Ecke verwendet, die zweiten Schneidbedingungen werden zur Bearbeitung zwischen T2 und Tp verwendet, und die ersten Schneidbedingungen werden wieder für die Bearbeitung ab T3 verwendet.

Die japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. Hei. 3- 106583 offenbart als weiteres Beispiel einer herkömmlichen Lösung ein Eckenschneidverfahren, bei dem nach der Durchführung der Laserbearbeitung bis zu einer Ecke zum Kühlen des Werkstücks ein Kühlmedium über einen voreingestellten Zeitraum eingespritzt wird und die Bearbeitung dann wiederaufgenommen wird.

Bei der Durchführung des in Fig. 25 dargestellten Verfahrens zum Ändern der Schneidbedingung, das in Fig. 21 gezeigt ist, besteht allerdings die Tendenz, daß das Werkstück in der Nähe von Punkt A, an dem die Schneidbedingungen geändert werden, teilweise Einbuchtungen oder Aushöhlungen o. dgl. in einem Teil der Schnittfläche des Werkstücks aufweist, woraus sich eine Verschlechterung der Bearbeitungsqualität des bearbeiteten Produkts ergibt. Dieses Problem liegt an plötzlichen Änderungen der Schneidgeschwindigkeit, der Schneidlaserleistung usw. aufgrund der Änderung der Schneidbedingungen während der Bearbeitung sowie der resultierenden Störung des Durchflusses des Schneidgases (des Gases, das in der gleichen Achsenrichtung wie der Laserstrahl für solche Zwecke wie zum Entfernen eines geschmolzenen Bereichs von dem Werkstück sowie zur Beschleunigung einer oxidativen Verbrennungsreaktion bei der Laserbearbeitung eingespeist wird). Die Wärmekonzentration in der Nähe der Schnittfläche des Werkstücks aufgrund der Laserbearbeitung ist ebenfalls ein Faktor für die Zunahme solcher Aushöhlungen.

Fig. 21 ist eine Schnittansicht, die den Schneidzustand nach der Änderung der Bedingungen am Punkt A während der Bearbeitung zeigt. In dieser Zeichnung deutet die Bezugsziffer 1 einen Laserstrahl an, und 3 bezeichnet ein Werkstück. Allgemein treten beim Ändern von Bedingungen während der Bearbeitung an der Position dieser Änderung der Bedingungen Einbuchtungen auf. Dies wird durch die Abweichung der tatsächlichen Schneidposition an der Beaufschlagungsposition des Laserstrahls (Abweichung "m" in Fig. 21) verursacht, woraus sich eine anormale Verbrennung an dem Punkt ergibt, wo die Schneidbedingungen geändert werden. Demnach ist zu erwarten, daß am Punkt B keine Aushöhlungen erzeugt werden, wo die Schaltposition für den Schneidzustand an einem Punkt vor der Abweichung "m" (Wegziehabstand "1") auftritt, wie dies in Fig. 22 gezeigt ist. Fig. 23 gibt die Abweichungen "m" an, die bei der Bearbeitung von Flußstahlmaterialien mit einer Dicke von 12 mm und 19 mm unter Änderung der Schneidgeschwindigkeit bearbeitet wurden. Wie oben beschrieben, hängen die Abwei chungen "m" von der Materialdicke und der Schneidge schwindigkeit ab. Die Schneidbedingungen der oben erwähnten Materialien sind in den Tabellen 1(A) und 1(B) angegeben.

Tabelle 1(A)

Bedingungen für eine Dicke von 12 mm

Tabelle 1(B)

Bedingungen für eine Dicke von 19 mm

Ein weiterer Hauptgrund für die Einbuchtungen liegt in der un gleichen Wärmeverteilung am Umfang einer Schnittnut während der Bearbeitung. Da die Temperatur in der Umgebung der Schnittnut beim Ändern der Schneidbedingungen höher ist, ist die Wärmeleitung stärker, was zu einer größeren Wahrscheinlichkeit einer anormalen Verbrennung führt. In Fig. 24 bezeichnet die Bezugsziffer 2 eine Schnittnut, und die Bezugsziffer 1 stellt einen Laserstrahl dar. Um die Schnittnut wird eine Temperaturverteilung erzeugt, wie sie in Fig. 24 gezeigt ist. Unter solchen Bedingungen kann leicht ein Schneidfehler auftreten, besonders bei einer Temperatur von nicht weniger als etwa 500°C. Je dicker das Werkstück wird, desto höher ist die Umgebungstemperatur und desto mehr Zeit ist zur Kühlung erforderlich.

Bei anderen Materialien als Flußstahl treten an der Position der Bedingungsänderung allgemein keine Schmelzfehler auf. Allerdings können bei Flußstahl an der Position der Bedingungsänderung leicht Schmelzfehler auftreten. Die Oxi dationsreaktion des Flußstahlmaterials ist durch die folgenden Reaktionsgleichungen (oder ihre Kombination) angegeben:

Fe + 1/2 O₂ → FeO + 64,0 kcal (1)
2Fe + 3/2 O₂ → Fe₂O₃ + 190,7 kcal (2)
3Fe + 2O₂ → Fe₃O₄ + 266,9 kcal (3).

Es wird also zusätzlich zur Energie des Laserstrahls eine übermäßige Wärme erzeugt, und daraus ergeben sich Schmelz fehler. Bei Nichteisenmetallen liegt allerdings keine we sentliche Reaktionswärme vor, und demnach treten keine Schmelzfehler auf.

Bei der in Fig. 26 gezeigten herkömmlichen Lösung wird eine hohe Qualität erzielt, wenn ein relativ dünnes Werkstück, also z. B. mit 6 mm oder weniger, mit niedriger Geschwindigkeit, z. B. mit 1 m/min oder weniger bearbeitet wird; je dicker allerdings das Werkstück wird und je höher die Schneidgeschwindigkeit wird, desto wahrscheinlicher ist es, daß an dem Punkt ein Schneidfehler auftritt, wo die Bedingungen geändert werden.

Die in Fig. 27 gezeigte herkömmliche Lösung verhindert darüber hinaus wirksam, daß ein geschmolzener Teil einer Ecke aufgrund einer Einbuchtung abfällt, die durch eine Bearbeitungsabweichung verursacht wird, und die angesammelte Wärme nimmt aufgrund der Schneidbedingungen mit niedriger Geschwindigkeit und niedriger Leistung zwischen T2 und Tp ab. Allerdings fallen geschmolzene Bereiche, wie unter Bezug auf Fig. 21 beschrieben, an der Position Tp der Bedingungsänderung ab, womit die Schneidqualität insgesamt verschlechtert wird.

Demnach liegt eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die oben erläuterten Probleme dadurch zu überwinden, daß ein Laserstrahlschneidverfahren vorgesehen wird, mit dem Bearbeitungsfehler zum Zeitpunkt der Änderung der Schneidbedingungen im wesentlichen ausgeschaltet sind.

Die oben erwähnte Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren zum Schneiden eines Werkstücks gelöst, das mehrere Schneidbedingungen verwendet und folgende Schritte umfaßt: Bewegen eines Laserstrahls entlang eines vorbestimmten Pfades zum Schneiden eines Werkstücks unter ersten Schneidbedingungen, Anhalten der Beaufschlagung des Werkstücks mit dem Laserstrahl, wenn der Laserstrahl eine Position entlang des Pfades erreicht, wo die ersten Schneidbedingungen in die zweiten Schneidbedin gungen geändert werden sollen, Wegziehen des Laserstrahls entlang des vorbestimmten Pfades um einen vorbestimmten Abstand von der Position, wo die ersten Schneidbedingungen in die zweiten Schneidbedingungen umgeschaltet werden sollen, und Wiederaufnahme der Bewegung des Laserstrahls entlang des vorbestimmten Pfades, um das Werkstück unter den zweiten Schneidbedingungen zu bearbeiten. Der Wegziehabstand ist bevorzugt in Abhängigkeit von der Dicke des Werkstücks eingestellt. Ebenso kann ein Hilfsgas in der Nähe des Bearbeitungspfades auf das Werkstück gesprüht werden, während die Beaufschlagung durch den Strahl angehalten wird.

Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 veranschaulicht ein Laserstrahlschneidverfahren nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 zeigt Beziehungen zwischen dem Wegziehabstand und der Rauhigkeit einer Umschaltposition (Position der Änderung einer Schneidbedingung) bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 veranschaulicht ein Laserschneidverfahren zum kreisförmigen Schneiden bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 zeigt Beziehungen zwischen einem Abstand von der Stirnseite einer Schnittnut und der Temperatur an dieser Position bei einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 zeigt Beziehungen zwischen der Temperatur eines Werkstücks und einem Fehlerverhältnis an der Position zum Ändern der Schneidbedingungen bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 veranschaulicht grob, wie eine Flüssigkeit oder ein Gas in einen Schneidabschnitt eingespritzt wird, um den Bearbeitungsabschnitt bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu kühlen;

Fig. 7 zeigt Beziehungen zwischen dem Durchfluß des eingespritzen Wassers und einem Fehlerverhältnis bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8 stellt dar, wie ein Hilfsgas in einen Schneidabschnitt eingebracht wird, um den Schnittabschnitt bei der zweiten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung zu kühlen;

Fig. 9 veranschaulicht Beziehungen zwischen dem Druck des Hilfsgases und einem Fehlerverhältnis bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 10 veranschaulicht eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei der Betrieb der ersten Ausführungsform bei einem herkömmlichen Versatzverfahren gezeigt ist;

Fig. 11(a) bzw. 11(b) veranschaulichen für die dritte Ausführungsform ein Beispiel, bei dem bezüglich der Strahl richtung nach links und rechts ein Versatz durchgeführt wird;

Fig. 12(a) und 12(b) zeigen den Betrieb der Wegziehsteuerung und ein Programm dafür zur Durchführung bei einem Versatzverfahren der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 13 veranschaulicht ein Laserschneidverfahren bei einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 14 zeigt Beziehungen zwischen der Schneidzeit und der Schneidgeschwindigkeit für eine Ecke beim Verfahren der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sowie bei einem herkömmlichen Verfahren;

Fig. 15 veranschaulicht eine Schnittform bei der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 16 bezieht sich auf die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und zeigt Beziehungen zwischen den Längen L1, L2 und einem Fehlerverhältnis, wobei CW und PW als erste Bearbeitungsbedingungen der Schnittform in Fig. 15 verwendet werden;

Fig. 17 betrifft die vierte Ausführungsform der vor liegenden Erfindung und zeigt Beziehungen zwischen dem Wegziehabstand zum Zeitpunkt der Bedingungsänderung und der Schneidflächenrauhigkeit an einer Bedingungsänderungsposition;

Fig. 18 zeigt Beziehungen zwischen der Laserstrahlbe aufschlagungs-Anhaltezeit und einem Fehlerverhältnis bei der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 19 ist ein Blockdiagramm bezüglich der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das eine Vorrichtung zur Durchführung der Laserschneidverfahren der Ausführungsformen 1 bis 4 zeigt;

Fig. 20 ist ein Blockdiagramm bezüglich der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung eines Laserschneidverfahrens nach der fünften Ausführungsform;

Fig. 21 zeigt, wie ein Schneidabschnitt bei einem herkömmlichen Laserschneidverfahren laserbearbeitet wird;

Fig. 22 veranschaulicht Fehlstellen, die durch das herkömmliche Laserschneidverfahren und die Laserschneidverfahren nach den Ausführungsformen 1 bis 4 der vorliegenden Erfindung erzeugt werden;

Fig. 23 zeigt Beziehungen zwischen der Schneid geschwindigkeit und der Abweichung in einer Stirnschnittfläche nach der Werkstückdicke;

Fig. 24 zeigt die Temperaturverteilung einer Stirn schnittfläche aus der Sicht von oben;

Fig. 25 zeigt, wie eine Ecke bei einem alternativen herkömmlichen Laserschneidverfahren geschnitten wird;

Fig. 26 veranschaulicht ein weiteres alternatives herkömmliches Laserschneidverfahren; und

Fig. 27 veranschaulicht noch ein alternatives her kömmliches Laserschneidverfahren.

Ausführungsform 1

Nun wird unter Bezug auf Fig. 1 bis 3 die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Fig. 1 zeigt hauptsächlich ein Beispiel der Änderung der Schneidbedingungen bei hoher Geschwindigkeit und hoher Leistung für gewöhnliches gerades Schneiden (im folgenden mit "erste Schneidbedingungen" bezeichnet) in Schneidbedingungen mit niedriger Geschwindigkeit und niedriger Leistung (im folgenden als "zweite Schneidbedingungen" bezeichnet), wobei die Bearbeitung in der Reihenfolge (1) bis (9) fortschreitet. In dieser Zeichnung deutet die Bezugsziffer 1 einen Laserstrahl an, und die Bezugsziffer 2 stellt eine durch einen Laserstrahl 1 gebildete Schnittnut dar. (1) bezeichnet den Bearbeitungs zustand unter den ersten Schneidbedingungen. (2) bezeichnet den Zustand, in dem der Laserstrahl den Punkt A oder eine Position zum Ändern der Schneidbedingung erreicht hat. (3) gibt den Zustand an, wo die Beaufschlagung durch den Laserstrahl am Punkt A angehalten wurde. Bei (4) wird eine Laserstrahlbeaufschlagungszone (-position) längs eines bereits bearbeiteten Pfades weggezogen. In diesem Zustand bleibt die Beaufschlagung des Laserstrahls angehalten. (5) bezeichnet den Zustand, wo die Laserstrahlbeaufschlagungszone bis zur Position B weggezogen wurde, die durch einen Abstand bestimmt ist, der für eine Bedingungsänderung spezifiziert ist. Dieses Wegziehen von A nach B kann entweder bei normaler Schneidgeschwindigkeit oder bei nicht schneidender (rasch quer verlaufender) Geschwindigkeit durchgeführt werden. Bei (6) werden die zweiten Schneidbedingungen an Position B ausgewählt, und die Bearbeitung wird in der ursprünglichen Vorschubrichtung gestartet. (7) stellt den Zustand dar, wo sich die Laserstrahlbeaufschlagungszone am Punkt A vorbeibewegt hat und die Bearbeitung fortschreitet.

Es ist zu verstehen, daß die Laserstrahlbeaufschlagungszone durch Bewegung eines Schneidkopfes, durch Bewegung des Werkstücks oder durch die Bewegung des Schneidkopfes sowie des Werkstücks relativ zueinander weggezogen werden kann.

Der Grund dafür, daß ein solches Schneidverfahren Schmelzfehler an dem Abschnitt der Bedingungsänderung verringert, liegt darin, daß der Schmelzfehler, der aufgrund einer Hilfsgasstörung und anormaler Verbrennung in Reaktion auf eine Abweichung stattfindet, wenn die Bedingungen an Position A geändert werden, wo eine Bearbeitungsabweichung ("m" in Fig. 22) vorliegt, die bei hoher Temperatur in einer Dickenrichtung in einer Stirnschnittfläche erzeugt wird, wie dies in Fig. 22 zum herkömmlichen Stand der Technik gezeigt ist, nicht auftritt, wenn die Bedingungsänderungsposition B außerhalb des Abweichungsbereichs "m" liegt.

Fig. 2 zeigt Beziehungen zwischen dem Bedingungsänderungs abschnitt-Wegziehabstand l (mm) und der Schnittflächenrauhigkeit der Bedingungsänderungsposition A für Flußstahlmaterialien mit Dicken von 6, 12, 19, 25 und 35 mm. Die Rauhigkeit einer Schnittfläche, an der ein Schmelzfehler auftritt, ist größer als bei einer gewöhnlichen Schnittfläche. Bei steigendem Wegziehabstand l wird die Schnittflächenrauhigkeit zunächst verbessert, aber nach einem gegebenen Wert für l für die jeweilige Dicke, z. B. l = etwa 1,2 mm für eine Dicke von 6 mm, l = etwa 2,2 mm für 12 mm und l = etwa 3,5 mm für 19 mm, tritt keine weitere Verbesserung auf. Wie oben beschrieben, hängt der Wegziehabstand l nicht nur von der Dicke, sondern auch von der Abweichung "m" ab, die je nach der Schneidgeschwindigkeit differiert, wie dies in Fig. 21 gezeigt ist. Die Schneidergebnisse für Werkstücke mit einer Dicke von 6,0 mm bis 35 mm geben an, daß sich gute Schnitte erreichen lassen, wenn der Wegziehabstand l im Bereich von 1 mm bis 10 mm liegt.

Es versteht sich von selbst, daß ein Wegziehabstand von 10 mm oder mehr eine hohe Schneidqualität liefert. Je mehr allerdings der Wegziehabstand zunimmt, desto mehr Schneidzeit ist erforderlich. Wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, liegt der Wegziehabstand, der einen hohen Wirkungsgrad gewährleistet, für Dicken von 6 mm oder mehr zwischen 1 mm und 10 mm. Die Schwankungen der Schneiddaten in der Figur ergeben sich aufgrund eines Unterschieds in dem Wegziehabstand l nach den Schneidbedingungen der Geschwindigkeit und der Leistung, und diese Daten sind schwer genau anzugeben.

Da natürlich ein dünneres Werkstück eine kleinere Abweichung ergibt, kann der Wegziehabstand l in solchen Fällen kleiner sein.

Es ist zu bemerken, daß der Wegziehpfad bei geradem Schneidpfad durch den Wegziehabstand angegeben werden kann, aber er kann nicht während der Bearbeitung einer Kurve durch den Wegziehabstand angegeben werden, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. In einem solchen Fall kann der Koordinatenpunkt einer Wegziehposition B (Xb, Yb) bezüglich eines Schneidanhaltepunkts (Xa, Ya) angegeben werden. Diese Art der Angabe des Koordinatenpunktes ermöglicht die einfache Bestimmung der Wegziehposition, falls die zu schneidende Form extrem kompliziert ist oder die Wegziehposition in drei Dimensionen liegt. Der Punkt B kann relativ zum Punkt A bestimmt werden, indem die Koordinaten von B aus dem Schnittpunkt eines Schneidpfades und dem Pfad eines Kreises mit dem Radius des angegebenen Wegziehens l z. B. um den Punkt A oder durch die Definition eines Wegziehpfades während der Kurvenbearbeitung unter Verwendung einer bekannten Technik definiert werden.

Ausführungsform 2

Die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezug auf Fig. 4 bis 9 beschrieben.

Einer der Gründe für Schmelzfehler, die an der Bedingungs änderungsposition auftreten, liegt in einem Schneidausfall, der an einer Stirnschnittfläche auftritt, wo die Temperatur hoch ist, wie dies in Fig. 24 gezeigt ist. Allerdings wird das Material nur durch das Anhalten der Laserstrahlbeaufschlagung gekühlt, womit die Schneidqualität verbessert wird.

Fig. 4 zeigt Beziehungen zwischen einem Abstand von der Stirnschnittfläche und der Temperatur an dieser Position, die gleich nach dem Anhalten der Laserstrahlbeaufschlagung gemessen wird. S gibt in der Zeichnung einen Zeitraum (Sekunden) an, der mit dem Anhalten der Laserstrahlbeaufschlagung beginnt. In der Nachbarschaft der Stirnschnittfläche fällt die Temperatur etwa 10 Sekunden (S = 10 sec) nach dem Anhalten der Laserstrahlbeaufschlagung auf 220°C. Bei 220°C treten keine Bearbeitungsfehler auf. Fig. 5 zeigt Beziehungen zwischen der Materialtemperatur an der Schneidbedingungs-Änderungsposition und ein Fehlerverhältnis, das sich aus 200 Bedingungsänderungen für ein Flußstahlmaterial mit einer Dicke von 16 mm ergibt. Das Fehlerverhältnis nimmt proportional zu der Materialtemperatur ab, und bei einer Materialtemperatur von etwa 200°C oder weniger treten kaum Fehler auf, womit sich keine Schneidprobleme ergeben. Wie oben beschrieben, wird durch das Vorsehen einer Schneidanhaltezeit eine Verringerung der Schneidfehler bewirkt.

Fig. 6 veranschaulicht allgemein, wie Sauerstoffgas zur Kühlung in einen Schneidabschnitt eingebracht wird. Die Bezugsziffer 1 deutet einen Laserstrahl an, die Bezugsziffer 3 stellt ein Werkstück dar, und die Bezugsziffer 10 bezeichnet eine Düse mit einem Durchmesser von 6 mm, aus der ein Gas oder eine Flüssigkeit eingespritzt werden. Die Flüssigkeit oder das Gas wird aus der Düse 10 an der Schneidanhalteposition eingebracht, um den Schneidabschnitt zu kühlen, und dann wird die Bearbeitung wiederaufgenommen. Fig. 7 zeigt Beziehungen zwischen dem Durchfluß des aus der Düse 10 eingebrachten Gases und dem Fehlerverhältnis beim Schneiden von Werkstücken mit einer Dicke von 16 mm nach experimentellen Ergebnissen, die durch Änderung der Einspritzzeit erhalten wurden. Schneid bedingungen mit einer Leistung von 600 W, einer Impulsfrequenz von 30 Hz, einem Arbeitszyklus von 30% sowie einer Schneidgeschwindigkeit von 100 mm/min wurden in eine Leistung von 2000 W, eine Impulsfrequenz von 1300 Hz, einen Arbeitszyklus 60% sowie eine Schneidgeschwindigkeit von 900 mm/min geändert, um die Bedingungsänderungsposition zu bewerten. Die experimentellen Ergebnisse geben an, daß das Fehlerverhältnis abnimmt, wenn die Durchflußrate oder die Gaseinspritzzeit zunimmt. Dies ist der Tatsache zuzuschreiben, daß die Temperatur der Bedingungsänderungsposition verringert ist. Die anstelle des Gases zum Kühlen verwendete Flüssigkeit führt zu dem gleichen Effekt.

Der Schneidabschnitt kann bei gleicher Wirkung auch mit einem von dem Schneidkopf eingebrachten Hilfsgas gekühlt werden. Es ist zu bemerken, daß bevorzugt ein nicht so teures Gas wie O₂ oder N₂ verwendet wird, da ein relativ teures Hilfsgas wie ein Ar-Gas zu hohen Betriebskosten führt.

Fig. 8 veranschaulicht allgemein, wie das Hilfsgas zum Kühlen in einen Bearbeitungsabschnitt eingebracht wird. Die Bezugsziffer 1 gibt einen Laserstrahl an, die Bezugsziffer 2 bezeichnet eine Schnittnut, die Bezugsziffer 3 stellt ein Werkstück dar, und die Bezugsziffer 11 bezeichnet eine Hilfsgasversorgungsöffnung. O₂-Gas oder ähnliches wird aus der Düse an einer Schneidanhalteposition eingebracht, um den Schneidabschnitt zu kühlen, und dann wird die Bearbeitung wiederaufgenommen.

Fig. 9 zeigt Fehlerverhältnisse, wobei der Schneidabschnitt mit verschiedenen Hilfsgasdrücken für 3 Sekunden (S = 3 sek) gekühlt wird; dann werden die Schneidbedingungen geändert, und die Bearbeitung wird erneut gestartet. Die bearbeiteten Werkstücke sind Flußstahlmaterialien mit einer Dicke von 12 mm und 25 mm. Die Erhöhung des Hilfsgasdrucks steigert bei jeder Dicke die Kühlwirksamkeit und verringert das Fehlerverhältnis. Ist das Werkstück dünn, dann wird das Fehlerverhältnis vermindert, wenn der Druck niedrig ist; werden aber Werkstücke mit 25 mm und dünner alle unter gleichen Bedingungen bearbeitet, dann muß der Druck auf 3 bar eingestellt werden. Als Ergebnis wird also bei höherem Druck des Hilfsgases das Fehlerverhältnis aufgrund der Steigerung der Kühlwirksamkeit an der Schneidbedingungs-Änderungsposition um so unwirksamer. Allerdings ist jenseits von 3 bar keine weitere Verbesserung zu erkennen. Deshalb wird der Gasdruck bevorzugt auf nicht weniger als 3 bar eingestellt. Der Grund dafür, daß die Verbesserung des Fehlerverhältnisses bei nicht weniger als 3 bar unwirksam ist, liegt darin, daß der Sprühdruck des Hilfsgases aus der Düse durch die Form der Düse und die Viskosität einer Flüssigkeit definiert ist.

Die Schneidbedingungen für das Werkstück mit einer Dicke von 25 mm waren eine Leistung von 2800 W, eine Impulsfrequenz von 1300 Hz, ein Arbeitszyklus von 60% und eine Schneidgeschwindigkeit von 650 mm/min, und die Schneidbedingungen für das Werkstück mit einer Dicke von 12 mm waren eine Leistung von 1800 W, eine Impulsfrequenz von 1300 Hz, ein Arbeitszyklus von 40% und eine Bearbeitungsgeschwindigkeit von 1000 mm/min.

Wird demnach bei der ersten Ausführungsform ein Gas oder eine Flüssigkeit mit einem gewünschten Druck über einen Zeitraum in Abhängigkeit von dem Material und der Dicke des Werkstücks an dem Schneidpfad und in seiner Nachbarschaft eingesprüht, entlang dessen sich die Laserstrahlbeaufschlagungszone während einer Reihe von Operationen zwischen dem Anhalten und erneuten Starten der Laserstrahlbeaufschlagung bewegt, dann verursacht das Gas oder die Flüssigkeit, daß die in der Nähe der Schneidanhalteposition akkumulierte Wärme abnimmt, womit das Auftreten von Schmelzfehlern viel besser als bei der ersten Ausführungsform verhindert wird.

Ebenso bewirkt die natürliche Wärmeableitung durch die Wiederaufnahme der Bewegung nach dem Anhalten über einen gewünschten Zeitraum an einem beliebigen Punkt während einer Reihe von Operationen zwischen dem Anhalten und dem erneuten Starten der Laserstrahlbeaufschlagung bei der ersten Ausführungsform, daß die akkumulierte Wärme des Werkstücks während der Anhaltezeit abnimmt, womit das Auftreten eines Schmelzfehlers viel besser als bei der ersten Ausführungsform verhindert wird.

Außerdem bewirken die natürliche Wärmeableitung und das Hilfsgas durch die Wiederaufnahme der Bewegung nach dem zeitweiligen Anhalten an einem beliebigen Punkt während einer Reihe von Operationen zwischen dem Anhalten und erneuten Starten der Laserstrahlbeaufschlagung und dem Sprühen eines Hilfsgases am Anhaltepunkt in dem Bearbeitungspfad über einen gewünschten Zeitraum mit einem Druck von 3 kg/m² bei der ersten Ausführungsform, daß die akkumulierte Wärme des Werkstücks während der Anhaltezeit abnimmt, womit das Auftreten eines Schmelzfehlers viel besser als bei der ersten Ausführungsform verhindert wird.

Ausführungsform 3

Nun wird unter Bezug auf Fig. 10 bis 12 die dritte Ausfüh rungsform der Erfindung beschrieben.

Fig. 11(a) und 11(b) veranschaulichen, wie der Bearbeitungspfad um eine Schnittnutbreite versetzt wird. In diesen Zeichnungen zeigt Fig. 11(a) ein Beispiel, bei dem bezüglich der Vorschubrichtung des Laserstrahls ein Versatz von W nach rechts durchgeführt wird, und Fig. 11(b) zeigt ein Beispiel, bei dem ein Versatz von W nach links durchgeführt wird. Den Versatzrichtungen werden in einem Programm G-Codes wie G41 und G42 zugeordnet, und sie werden zusammen mit den Versatzbeträgen eingegeben.

Wie oben beschrieben, wird der Schneidpfad nur nach rechts oder links bezüglich der Vorschubrichtung um die Schnittnutbreite versetzt. Da der Schneidpfad bei den herkömmlichen Verfahren stets in der gleichen Richtung lag, stellt sich beim Versatz nur nach rechts oder links kein Problem.

Allerdings wird die Vorschubrichtung bei der ersten Aus führungsform der vorliegenden Erfindung an der Schneidbedingungs-Änderungsposition umgekehrt. Demnach muß die Versatzrichtung berücksichtigt werden, um Fehler zu verhindern, wie dies in Fig. 10 angedeutet ist. In Fig. 10 wird das Werkstück nämlich unter den ersten Schneidbedingungen bis zum Punkt A bearbeitet, woraufhin die Laserstrahlbeaufschlagungszone zum Punkt B weggezogen wird. Da allerdings der Versatz jeweils in der gleichen Richtung durchgeführt wird und die Versatzrichtung nicht geändert wird, weicht der Versatz von dem Schneidpfad ab, wie dies in Fig. 10 am Punkt B angegeben ist. Dies liegt an der Stromfunktion, durch die der Schneidpfad um einen angegebenen Betrag versetzt wird, wenn ein gewöhnlicher Versatz am Ende eines geraden Pfades nach der Bezeichnung des Versatzes beendet ist.

Fig. 12(a) bzw. 12(b) stellen eine Schneidprozedur sowie ein Programm dafür dar, wobei die Versatzrichtung an der Position A umgekehrt wird, wo die Vorschubrichtung umgekehrt wird, die Laserstrahlbeaufschlagungszone zum Punkt B weggezogen wird, und die Versatzrichtung beim erneuten Starten der Bearbeitung nochmals umgekehrt wird. Um dies zu erreichen, wird der Code G42 angegeben, um den Versatz im Code G41 aufzuheben und die Versatzrichtung umzukehren, wenn die Laserstrahlbeaufschlagungszone vom Punkt A zum Punkt B zurückkehrt, und der Code G41 wird für den Punkt B angegeben, um den Versatz im Code G42 aufzuheben und das Werkstück mit dem ursprünglichen Versatzbetrag und der Richtung zu bearbeiten.

Ausführungsform 4

Nun wird unter Bezug auf Fig. 13 bis 17 die vierte Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Fig. 13 zeigt ein Laserschneidverfahren nach der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die Bezugsziffer 1 einen Laserstrahl andeutet und S einen Abschnitt darstellt, zu dem die Laserstrahlbeaufschlagung zurückkehrt und an dem das Werkstück erneut bearbeitet wird, wenn die zweiten Schneidbedingungen in die ersten Bedingungen geändert werden. Die vierte Ausführungsform liefert nämlich ein Beispiel, bei dem die Ausführungsformen 1 bis 3 auf das in Fig. 27 gezeigte Schneidverfahren angewandt werden (das Verfahren, bei dem die ersten Schneidbedingungen zur Bearbeitung bis zum Eckpunkt verwendet werden, die zweiten Schneidbedingungen zur Bearbeitung zwischen dem Punkt und S verwendet werden und die ersten Bedingungen zur Bearbeitung von S ab verwendet werden, um die Schneidwirksamkeit zu erhöhen), d. h., die bei der ersten Ausführungsform beschriebene Wegziehoperation für die Laserstrahlbeaufschlagungszone wird an der Schneidbedingungs- Änderungsposition S durchgeführt, während des Wegziehens wird eine aktive Kühloperation für das Werkstück durchgeführt, wie sie unter Bezug auf die zweite Ausführungsform beschrieben ist, und darüber hinaus wird während des Wegziehens die in der dritten Ausführungsform beschriebene Versatzoperation durchgeführt.

Wie dies in Fig. 14 gezeigt ist, wird bei der vorliegenden Ausführungsform einmal pro Ecke eine Bedingungsänderung durchgeführt, und der Schneidabstand unter den zweiten Schneidbedingungen ist zur Verringerung der Schneidzeit halbiert. Die Qualität der Schnittfläche wird durch die am Punkt S durchgeführten Operationen im Vergleich zu dem in Fig. 25 veranschaulichten herkömmlichen Verfahren stark verbessert (also dem Verfahren, bei dem die ersten Schneidbedingungen knapp vor der Ecke in die zweiten Bearbetungsbedingungen geändert werden und die zweiten Schneidbedingungen wieder in die ersten Schneidbedingungen geändert werden, nach dem der Laserstrahlbeaufschlagungspunkt an der Ecke vorbeibewegt worden ist).

Fig. 14 zeigt die Schneidgeschwindigkeit und die Schneidzeit pro Ecke unter der Annahme, daß der Abstand zwischen dem Scheitel der Ecke und der Bedingungsänderungsposition 10 mm beträgt und die Kühlzeit an der Bedingungsänderungsposition 5 sek dauert. In dieser Zeichnung deutet das einseitige Umschalten das herkömmliche, in Fig. 25 gezeigte Verfahren und das zweiseitige Umschalten das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung an.

Die Ausgangsbedingung bei den ersten Schneidbedingungen, unter denen das Werkstück bis zur Ecke bearbeitet wird, ist wichtig für das Zickzack-Schneiden, wo die Ecken nahe beieinanderliegen, wie dies in Fig. 15 gezeigt ist.

Fig. 16 zeigt Fehlerverhältnisse unter der Annahme, daß die Längen L1 (Abstand zwischen den Scheitelpunkten von Ecken in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Zickzacklinie) und L2 (Abstand zwischen den Scheitelpunkten in Längsrichtung der Zickzacklinie) in Fig. 15 10, 20, 30, 40 und 50 mm betragen und als erste Schneidbedingung, unter der das Werkstück bis zur Ecke bearbeitet wird, ein Dauerstrichausgang (CW) und ein Impulsausgang (PW) verwendet werden. Aus dieser Zeichnung wird deutlich, daß die Fehlerverhältnisse von CW hoch sind, wenn die Längen L1 und L2 zwischen 10 und 30 mm liegen, aber es bestehen keine Unterschiede zwischen den Fehlerverhältnissen von CW und PW bei Längen von 40 mm oder mehr, und das Werkstück kann mit CW und PW gut bearbeitet werden.

Demnach hat man herausgefunden, daß dann, wenn wahrscheinlich ein Fehler bei kleinen Abmessungen L1 und L2 auftritt (wenn die Längen L1 und L2 etwa zwischen 10 und 30 mm liegen), bevorzugt sowohl unter der ersten als auch unter der zweiten Schneidbedingung ein Impulsausgang (PW) verwendet wird, damit die Wärmeeingangssteuerung für das Werkstück leichter wird, und daß dann, wenn im wesentlichen nicht die Gefahr des Auftretens eines Fehlers bei großen Abmessungen L1 und L2 besteht (wenn die Längen L1 und L2 etwa 40 mm oder mehr betragen), bevorzugt ein Dauerstrichausgang (CW) als erste Schneidbedingung verwen det wird, da sich damit eine hohe Schneidgeschwindigkeit und eine gute Schnittflächenqualität erreichen lassen, und ein Impulsausgang (PW) als zweite Schneidbedingung verwendet wird.

Fig. 17 zeigt, daß an der Schneidbedingungs-Änderungsposition optimale Werte für den Wegziehabstand l nach einem Schneidwinkel Θ vorliegen. Fig. 17 zeigt die Ergebnisse der Bearbeitung eines Flußstahlmaterials mit einer Dicke von 16 mm mit drei verschiedenen Winkeln von 90°, 70° und 50°. Der Betrag der Verbesserung der Schnittflächenrauhigkeit pendelt sich tendenziell bei l = etwa 2,2 mm bei einem Winkel Θ von 900, bei l = etwa 3 mm bei einem Winkel Θ von 70° sowie bei l = etwa 3,7 mm bei einem Winkel e von 50° ein. Wie oben beschrieben, hat man herausgefunden, daß der Wegziehabstand l nach dem Schneidwinkel geändert werden muß.

Ausführungsform 5

Im folgenden wird unter Bezug auf Fig. 18 die fünfte Aus führungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Fig. 18 zeigt Beziehungen zwischen der Strahlanhaltezeit und einem Fehlerverhältnis, wobei das Schneiden nach dem Durchbohren beginnt, nachdem die Beaufschlagung durch den Laserstrahl angehalten wurde und das Werkstück abgekühlt ist. Die gezeigten Daten sind das Ergebnis der Bearbeitung von Flußstahlmaterialien mit einer Dicke von 6, 12, 19 und 25 mm. Die Bearbeitungsbedingungen sind in Tabelle 2 angegeben.

Tabelle 2

Eine längere Anhaltezeit für die Laserbeaufschlagung ergibt zwar bei jeder Dicke ein geringeres Fehlerverhältnis, aber für diese Wirkung treten keine weiteren Verbesserungen bei einer Anhaltezeit auf, die länger als ein gegebener Wert in Abhängigkeit von der Dicke ist, d. h. 2,5 sek bei t = 6 mm, 4,5 sek bei 6 = 12 mm, 6,5 sek bei t = 19 mm und 10 sek bei t = 25 mm. Wie oben beschrieben, ist das Auftreten eines Schneidfehlers aufgrund eines Fehlverbrennungsphänomens wahrscheinlich, wenn die Bearbeitung unmittelbar nach dem Durchbohren bei hoher Materialtemperatur begonnen wird. Allerdings wird die Wahrscheinlichkeit, daß ein solcher Fehler auftritt, stark verringert, wenn die Materialtemperatur nur leicht gesenkt wird. Man hat herausgefunden, daß eine lange Kühlzeit verwendet werden muß, da die Rate der Materialtemperaturverringerung von der Dicke des Materials abhängt und große Dicken längere Zeit erfordern, damit die Temperatur des Materials ausreichend stark abfällt.

Wird das Schneiden nach dem Durchbohren begonnen, dann wird die Bewegung bevorzugt wiederaufgenommen, nachdem das Hilfsgas, wie bei der zweiten Ausführungsform beschrieben, an einem Anhaltepunkt entlang des Pfades mit einem Druck von 3 bar oder mehr über einen gegebenen Zeitraum gesprüht wird, um die Kühlwirkung bei einer Reihe von Operationen zu verbessern, bei denen die Beaufschlagung durch den Laserstrahl nach dem Durchbohren angehalten wird und die Laserstrahlbeaufschlagung zum Beginn der Bearbeitung wiederaufgenommen wird.

Ausführungsform 6

Unter Bezug auf Fig. 19 und 20 wird nun die sechste Ausführungsform beschrieben.

Fig. 19 ist ein Blockdiagramm, das die Funktionen einer Steuereinheit oder einer automatischen Programmiereinheit zeigt, die automatisch den Wegziehabstand bestimmt, um zu verhindern, daß an der Schneidbedingungs-Änderungsposition ein Schneidfehler auftritt, wie dies bei der Ausführungsform 1 bis 4 beschrieben wurde. In dieser Zeichnung deutet ST1 die Funktionen der herkömmlichen Vorrichtung an, und ST2 stellt zusätzliche Funktionen dar, die durch die vorliegende Ausführungsform vorgesehen sind. Bei S1 innerhalb ST1 werden ein Inkrement- oder Absolutwertkoordinatensystem und ein Schneidstartpunkt eingestellt. Bei S2 werden die Bedingungen des am Schneidstartpunkt durchgeführten Durchbohrens über die Auswahl aus einem Speicher oder eine Eingabe aus externen Mitteln eingestellt. Bei S3 wird das Durchbohren zum Schneiden eines Lochs durchgeführt. Bei S4 werden die Schneidbedingungen über die Auswahl aus einem Speicher oder eine Eingabe aus externen Mitteln eingestellt. Bei S5 wird die Bearbeitung begonnen. Bei S6 wird der Pfad der Laserstrahlbewegung in Abhängigkeit von der von einem Bearbeitungsprogramm gelieferten Schneidforminformation gesteuert, und die Bearbeitung endet bei S7.

Bei der vorliegenden Ausführungsform wird S8, wo Informationen über den Winkel, den Lochdurchmesser und die Segmentlänge der zu schneidenden Form von vornherein eingelesen ist, während der Ausführung von S6 ausgeführt. Dann werden bei S9 die Startposition für das Wegziehen sowie eine Koordinatenposition nach dem Wegziehen bestimmt. Bei S10 wird eine Strahl AUS- /Gasdruck-Verstellung oder eine AUS-/Verweilzeit-Einstellung durchgeführt, nachdem die Wegziehstartposition erreicht worden ist. Bei S11 wird die Bearbeitungsposition zu den angegebenen Wegziehkoordinaten bewegt. Bei S12 werden die Gas AN- oder die Schneidgasdruck-Verstellung und Strahl AN durchgeführt. Bei S13 wird die Bearbeitung wiederaufgenommen, und der Betrieb kehrt zu S6 zurück.

Fig. 20 ist ein Blockdiagramm, das die Funktionen einer Steuereinheit oder einer automatischen Programmiereinheit zeigt, die automatisch den Wegziehabstand bestimmt, um zu verhindern, daß ein Schneidfehler auftritt, wenn die Bearbeitung bzw. das Schneiden, wie bei der fünften Ausführungsform beschrieben, nach dem Ende des Durchbohrens gestartet wird. ST3 deutet eine herkömmliche Arithmetiksteuerung an, und ST4 stellt eine zusätzliche Steuerung dar, die durch die vorliegende Ausführungsform vorgesehen ist.

Bei ST14 innerhalb ST3 werden ein Inkrement- oder Absolut wertkoordinatensystem und ein Schneidstartpunkt eingestellt. Bei S15 werden die Bedingungen des am Schneidstartpunkt durchgeführten Durchbohrens über die Auswahl aus einem Speicher oder die Eingabe aus externen Mitteln eingestellt. Bei S16 wird das Durchbohren zum Schneiden eines Lochs durchgeführt. Bei S17 wird das Durchbohren nach einer voreingestellten Zeitdauer oder durch Verwendung eines Sensors oder ähnlichem beendet, der eben diese Beendigung erfaßt. Bei S18 werden die Schneidbedingungen über die Auswahl aus einem Speicher oder die Eingabe von externen Mitteln eingestellt. Bei S19 wird die Bearbeitung bzw. das Schneiden gestartet.

Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Steuerung bei ST4 unmittelbar nach der Beendigung des Durchbohrens bei S17 durchgeführt. Bei S20 werden der Druck und die Einspeisezeit für das Hilfsgas zum Kühlen eingestellt. Bei S21 wird das Einspeisen des Hilfsgases in Abhängigkeit von den bei S20 eingestellten Informationen gestartet. Bei S22 wird das Einspeisen des Hilfsgases angehalten, und die Operation geht zu S18 weiter.

Es wird deutlich, daß die erste Ausführungsform wie oben beschrieben eine Laserbearbeitung erreicht, bei der dann, wenn die Schneidbedingungen während der Bearbeitung geändert werden sollen, die Beaufschlagung durch den Laserstrahl in einer linearen oder kreisförmigen Position angehalten wird, wo die Schneidbedingungen geändert werden sollen, die Laserstrahlbeaufschlagungszone um einen vorbestimmten Abstand entlang des Schneidpfades in die obengenannte Position weggezogen wird, die Beaufschlagung durch den Laserstrahl wieder gestartet wird und die Laserstrahlbeaufschlagungszone entlang des gleichen Pfades wie für das Wegziehen bewegt wird, wobei mit der Laserstrahlbeaufschlagung die Bearbeitung wiederaufgenommen wird. Bei diesem Vorgang wird durch das Wegziehen des Stirnschnittendes zum Zeitpunkt der Bedingungsänderung der Einfluß von plötzlichen Änderungen der Schneidgeschwindigkeit, der Schneidleistung usw. während der Bearbeitung aufgehoben, woraus sich ansonsten eine Verschlechterung der Schneidfläche ergeben würde. Darüber hinaus wird der Durchfluß des Hilfsgases nicht gestört, kein Schmelzfehler tritt in der Schnittfläche an der Bedingungsänderungsposition auf, und eine hohe Schneidqualität wird erhalten.

Es wird auch deutlich, daß durch die zweite Ausführungsform ein Laserschneidverfahren erreicht wird, bei dem nach dem Wegziehen die Position der Laserstrahlbeaufschlagungszone um die Größe eines Strahldurchmessers in der entgegengesetzten Richtung zum Versatz in der Schneidrichtung versetzt ist, und bei dem nach dem erneuten Vorschub in der Schneidrichtung die Laserstrahlbeaufschlagungszone um die Größe eines Strahldurchmessers in der gleichen Richtung wie der Versatz in der Schneidrichtung versetzt ist, so daß die Laserstrahlbeaufschlagungszone bei der erneuten Rückkehr zu der Laserstrahlbeaufschlagungsanhalteposition zuverlässig zu dieser Position zurückkehrt, und wobei das Werkstück ferner mit höherer Genauigkeit als bei dem Laserbearbeitungsverfahren nach der ersten Ausführungsform bearbeitet bzw. geschnitten werden kann.

Ebenso wird deutlich, daß durch die dritte Ausführungsform ein Laserschneidverfahren erreicht wird, bei dem die Laserstrahlbeaufschlagungszone um einen Betrag weggezogen wird, der der Größe einer Fehlstelle in dem Werkstück entspricht, die ansonsten beim Ändern der Schneidbedingungen erzeugt würde, so daß im allgemeinen eine kürzere Schneidzeit als bei den Laserschneidverfahren der ersten und zweiten Ausführungsform erforderlich ist, da die Laserstrahlbeaufschlagungszone nur um den mindestens erforderlichen Betrag weggezogen wird, wobei die vorteilhaften Wirkungen der ersten und zweiten Ausführungsform beibehalten werden.

Ferner wird deutlich, daß die vierte Ausführungsform ein Laserschneidverfahren vorsieht, bei dem jede Operation, bei der ein Gas oder eine Flüssigkeit (ein Fluid) mit einem gewünschten Druck über einen gegebenen Zeitraum nach dem Material und der Dicke des Werkstücks auf den Schneidpfad und darum gesprüht wird, in dem sich die Laserstrahlbeaufschlagung während einer Reihe von Operationen zwischen dem Anhalten und erneuten Starten der Laserstrahlbeaufschlagung bewegt, eine Operation, bei der die Bewegung wiederaufgenommen wird, nachdem sie für einen gewünschten Zeitraum an einem beliebigen Punkt während einer Reihe von Operationen zwischen dem Anhalten und erneuten Starten der Laserstrahlbeaufschlagung angehalten wurde, sowie eine Operation, bei der die Bewegung wiederaufgenommen wird, nachdem sie zeitweilig an einem beliebigen Punkt während einer Reihe von Operationen zwischen dem Anhalten und erneuten Starten der Laserstrahlbeaufschlagung angehalten wurde und ein Hilfsgas mit einem gewünschten Druck über einen gewünschten Zeitraum an einem Anhaltepunkt in dem Pfad gesprüht wurde, bewirken, daß zusätzlich zu den Wirkungen der ersten bis vierten Ausführungsform die Menge der in der Nähe der Schneidanhalteposition akkumulierten Wärme verringert und das Auftreten von Schmelzfehlern viel wirksamer verhindert werden kann als bei der ersten bis vierten Ausführungsform.

Wird ein Gas oder eine Flüssigkeit mit einem gewünschten Druck über einen gegebenen Zeitraum nach dem Material und der Dicke des Werkstücks an und um den Schneidpfad gesprüht, in dem sich die Laserstrahlbeaufschlagungszone zwischen einer Reihe von Operationen zwischen dem Anhalten und erneuten Starten der Laserstrahlbeaufschlagung bewegt, dann wird die Gesamtbearbeitungszeit verringert, es treten keine Schmelzfehler auf, und es läßt sich eine hohe Schneidqualität erreichen.

Ebenso bewirkt die natürliche Wärmeableitung die Abkühlung des Werkstücks während der Anhaltezeit bei der Wiederaufnahme der Bewegung, nachdem sie über einen gewünschten Zeitraum an einem beliebigen Punkt während einer Reihe von Operationen zwischen dem Anhalten und erneuten Starten der Laserstrahlbeaufschlagung angehalten wurde, daß Schmelzfehler leicht kostengünstig verhindert werden, während eine hohe Schneidqualität erreicht wird.

Darüber hinaus wird die Kühlwirkung für das Werkstück be schleunigt, wenn die Bewegung nach dem zeitweiligen Anhalten an einem beliebigen Punkt während einer Reihe von Operationen zwischen dem Anhalten und erneuten Starten der Laser strahlbeaufschlagung wiederaufgenommen wird und ein Hilfsgas über einen gewünschten Zeitraum mit einem gewünschten Druck an einen Anhaltepunkt in dem Pfad gesprüht wird, so daß der Gesamtbetrieb einfach ist, die Schneidzeit verringert wird und darüberhinaus Schmelzfehler sicher verhindert werden und eine hohe Schneidqualität erreicht wird.

Es wird auch deutlich, daß die fünfte Ausführungsform eine Laserbearbeitung erreicht, indem ein Laserstrahl auf ein Werkstück konzentriert wird und die Laserenergie aus dem Strahl zum Schneiden des Werkstücks in einem Zickzackmuster verwendet wird, wobei dann, wenn der Abstand zwischen den Scheitelpunkten nebeneinanderliegender Ecken in Längsrichtung des Zickzackmusters und der Abstand zwischen den Scheitelpunkten von Ecken in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Zickzackmusters allgemein 40 mm oder mehr beträgt, ein Dauerstrichausgang als eine Schneidbedingung zum Schneiden bis zum Scheitelpunkt der Ecke verwendet wird, die Schneidbedingung am Scheitelpunkt der Ecke in einen Impulsausgang geändert wird, eine gegebene Länge ab dem Scheitelpunkt der Ecke dann unter Verwendung eines Impulsausgangs geschnitten wird, die Bedingung dann wieder zu einem Dauerstrichausgang geändert wird und die nachfolgende Bearbeitung fortgeführt wird, so daß die Schneidbedingung einmal pro Ecke geändert wird, der Schneidabstand unter der Schneidbedingung des Impulsausgangs demnach halbiert wird, der Dauerstrichausgang, der eine hohe Schneidgeschwindigkeit erreichen kann, zum Schneiden bis zu der Ecke verwendet wird, um die Schneidzeit stark zu verringern, und der Dauerstrichausgang, der eine hohe Schnittflächen qualität erreichen kann, dazu verwendet wird, eine hohe Qualität der Schnittfläche zu gewährleisten.

Schließlich wird deutlich, daß die sechste Ausführungsform ein Laserschneidverfahren vorsieht, bei dem dann, wenn die Bearbeitung nach dem Durchlochen des Werkstücks gestartet werden soll, die Beaufschlagung durch den Laserstrahl an einer Durchlochungsposition über einen wahlweise eingestellten Zeitraum angehalten wird, die Beaufschlagung durch den Laserstrahl dann erneut gestartet und aufrechterhalten wird und die Bearbeitung von der Durchlochung aus gestartet wird, so daß konsequent eine hohe Schneidqualität erzielt wird ist.

Zu Fig. 19

1

Schneiden beendet

2

Tisch oder Schneidkopf wird in dem Pfad nach der programmierten Schneidform betrieben

3

Schneiden

4

Schneidbedingungsauswahl

5

Durchbohren

6

Durchbohrungsbedingungsauswahl

7

Koordinatensystemeinstellung Schneidstartpunkteinstellung

8

Schneidformbeurteilung Winkelbeurteilung Lochdurchmesserbeurteilung Segmentlängenbeurteilung

9

Wegziehstartpositionsbeurteilung Wegziehkoordinatenpositionsbeurteilung

10

Strahl AUS und Gasverstellung oder Verweilzeiteinstellung

11

Wegziehen

12

Gas AN und Strahl EIN

13

Schneiden wiederaufgenommen

zu Fig. 20

1 Koordinatensystemeinstellung Schneidstartpunkteinstellung
2 Durchbohrungsbedingungsauswahl
3 Durchbohrungsstartcodeeingabe
4 Durchbohrungsendecodeeingabe
5 Schneidbedingungauswahl
6 Schneiden
7 Hilfsgasdruck-/Zeiteinstellung
8 Eingabe des Startcodes zur Hilfsgaseinspeisung
9 Eingabe des Anhaltecodes zur Hilfsgaseinspeisung

Claims

1. Verfahren zum Schneiden eines Werkstücks mit einem La serstrahl unter Verwendung einer Vielzahl von Schneid bedingungen, das folgende Schritte aufweist:

- Bewegen eines Laserstrahls entlang eines vorbestimmten Pfades zum Schneiden eines Werkstücks unter ersten Schneidbedingungen;
- Anhalten der Beaufschlagung des Werkstücks durch den Laserstrahl, wenn der Laserstrahl eine Position entlang des Pfades erreicht, wo die ersten Schneidbedingungen in zweite Schneidbedingungen geändert werden sollen;
- Wegziehen des Laserstrahls entlang des vorbestimmten Pfades um einen vorbestimmten Abstand von der Position, wo die ersten Schneidbedingungen in die zweiten Schneidbedingungen geändert werden sollen; und
- Wiederaufnahme der Bewegung des Laserstrahls entlang des vorbestimmten Pfades, um das Werkstück unter den zweiten Schneidbedingungen zu schneiden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Position linear angefahren wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Position kreisförmig angefahren wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das ferner folgende Schritte umfaßt:

- Versetzen des Laserstrahls von dem vorbestimmten Pfad an der Anhalteposition, zu der der Laserstrahl weggezogen ist; und
- Bewegen des Laserstrahls, um dem Versatz bei der Wiederaufnahme des Schneidens unter den zweiten Bedingungen zu begegnen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem ein Versatzabstand etwa der Breite eines von dem Laserstrahl geschnittenen Pfades entspricht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem der Abstand, um den der Laserstrahl weggezogen wird, der Größe einer Fehlstelle entspricht, die in dem Werkstück erzeugt würde, wenn der Laserstrahl nicht an der Position weggezogen würde, wo die ersten Bedingungen in die zweiten Bedingungen geändert werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das ferner folgenden Schritt aufweist:

- Sprühen eines Fluids auf das Werkstück in der Nachbarschaft des Schneidpfades, wenn der Laserstrahl weggezogen ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, das ferner folgenden Schritt aufweist:

- Einstellen eines Drucks und einer Sprühzeit für das Fluid in Abhängigkeit von dem Materialtyp und der Dicke des Werkstücks.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das ferner folgenden Schritt aufweist:

- Pausieren mit der Bewegung des Laserstrahls an der Anhalteposition über einen vorbestimmten Zeitraum.

10. Verfahren nach Anspruch 9, das ferner folgenden Schritt aufweist:

- Einstellen des vorbestimmten Zeitraums in Abhängigkeit von dem Materialtyp und der Dicke des Werkstücks.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei welchem die vorbestimmte Zeit 2,5 sek für ein Werkstück mit einer Dicke von 6 mm, 4,5 sek für ein Werkstück mit einer Dicke von 12 mm, 6,5 sek für ein Werkstück mit einer Dicke von 19 mm und 10 sek für ein Werkstück mit einer Dicke von 22 mm beträgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei welchem die Schneidbedingungen wenigstens die Laserleistung, die Laserimpulsfrequenz, den Laser impulsarbeitszyklus, die Schneidgeschwindigkeit oder den Schneidwinkel umfassen.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei welchem ein Werkstück aus einem Flußstahlmaterial verwendet wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei welchem der vorbestimmte Abstand etwa 1,2 mm für ein Werkstück mit einer Dicke von 6 mm, 2,2 mm für ein Werkstück mit einer Dicke von 12 mm und 3,5 mm für ein Werkstück mit einer Dicke von 19 mm beträgt.

15. Verfahren zum Schneiden eines Werkstücks mit einem La serstrahl entlang eines Zickzackpfades, bei dem der Abstand zwischen Scheitelpunkten nebeneinanderliegender Ecken in Längsrichtung des Zickzackpfades und der Abstand zwischen den Scheitelpunkten von Ecken in einer Richtung senkrecht zu der Längsrichtung 40 mm beträgt, das die folgenden Schritte aufweist:

- Anlegen eines Laserstrahls mit einem Dauerstrichausgang als Schnittbedingung zur Bearbeitung bis zum Scheitelpunkt einer ersten Ecke;
- Ändern des Laserstrahls auf einen Impulsausgang am Scheitelpunkt der ersten Ecke;
- Schneiden einer gegebenen Länge des Werkstücks vom Scheitelpunkt der ersten Ecke mit dem Laserstrahl mit Impulsausgang; und
- erneutes Ändern des Laserstrahls zum Dauerstrichausgang für die nachfolgende Bearbeitung.

16. Verfahren zum Schneiden eines Werkstücks mit einem La serstrahl, das die folgenden Schritte aufweist:

- Durchbohren des Werkstücks mit einem Laserstrahl;
- Anhalten der Laserstrahlbeaufschlagung des Werkstücks über einen vorbestimmten Zeitraum;
- erneutes Starten der Laserbeaufschlagung des Werkstücks; und
- Schneiden des Werkstücks ausgehend von einer Position, wo das Werkstück von dem Laserstrahl durchbohrt wurde.

17. Verfahren zum Schneiden eines Werkstücks mit einem La serstrahl, das die folgenden Schritte aufweist:

- Schneiden eines Werkstücks mit einem Laserstrahl entlang eines vorbestimmten Pfades;
- Anhalten der Laserstrahlbeaufschlagung des Werkstücks an einer vorbestimmten Position entlang des Pfades;
- Wegziehen des Laserstrahls entlang des Pfades von der vorbestimmten Position um einen Abstand, der in Abhängigkeit von dem Materialtyp des Werkstücks, der Dicke des Werkstücks und der Form des Werkstücks bestimmt ist;
- erneutes Starten der Laserbeaufschlagung des Werkstücks; und
- Fortführung des Schneidens des Werkstücks entlang des vorbestimmten Pfades.

18. Verfahren zum Schneiden eines Werkstücks mit einem Laserstrahl, das die folgenden Schritte aufweist:

- Schneiden eines Werkstücks mit einem Laserstrahl entlang eines vorbestimmten Pfades;
- Anhalten der Laserstrahlbeaufschlagung des Werkstücks an einer vorbestimmten Position entlang des Pfades;
- Besprühen wenigstens eines Abschnitts des Werkstücks in der Nachbarschaft des Pfades mit einem Hilfsgas über einen Zeitraum, der in Abhängigkeit von dem Materialtyp des Werkstücks, der Dicke des Werkstücks und der Form des Werkstücks bestimmt ist;
- erneutes Starten der Beaufschlagung des Werkstücks mit dem Laserstrahl; und
- Fortführung des Schneidens des Werkstücks entlang des vorbestimmten Pfades.