DE202012007135U1 - Device for processing a workpiece with a laser beam - Google Patents
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- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
- B23K26/0823—Devices involving rotation of the workpiece
Abstract
Vorrichtung zum Bearbeiten von zylindrischen oder rohrförmigen Werkstücken (W) mittels eines Laser (L) mit: einem Drehantrieb (M) mit Spannfutter (30) zum Einspannen und Rotieren des Werkstücks (W); einem Paar Walzen (20, 20) zum drehbaren Abstützen des Werkstücks (W); einer Laservorrichtung zum Bearbeiten des Werkstücks (W) während der Rotation desselben.Apparatus for processing cylindrical or tubular workpieces (W) by means of a laser (L) with: a rotary drive (M) with a chuck (30) for clamping and rotating the workpiece (W); a pair of rollers (20, 20) for rotatably supporting the workpiece (W); a laser device for processing the workpiece (W) while rotating the same.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstückes mit einem Laserstrahl.The invention relates to a device for processing a workpiece with a laser beam.
Die Laserbearbeitung von Werkstücken ist eine heutig gängige Fertigungstechnik. Eine bekannte Anwendung ist beispielsweise die Präzisionsbearbeitung eines Rohres mit einem Strahlwerkzeug. Bearbeitungsverfahren sind hierbei beispielsweise Feinschneiden, Gravieren, Oberflächenstrukturieren oder Mikroschweißen. In vielen bekannten Laserfeinschneidsystemen wird hierbei das zu bearbeitende Werkstück bewegt, wobei die Strahlrichtung des Laserstrahls im Koordinatensystem der Maschine fixiert bleibt. Zur Bearbeitung eines Rohres wird dieses beispielsweise relativ zum Laserstrahl in Axialrichtung verschoben und um seine Mittellängsachse rotiert. Mit anderen Worten wird das Werkstück unter dem Laserstrahl hindurch bewegt. Die Außenkontur des Werkstücks bildet sich hierbei stets auf sich selbst ab.The laser machining of workpieces is a common manufacturing technique today. A known application is, for example, the precision machining of a tube with a jet tool. Processing methods are, for example, fineblanking, engraving, surface structuring or microwelding. In many known laser fine cutting systems in this case the workpiece to be machined is moved, wherein the beam direction of the laser beam remains fixed in the coordinate system of the machine. For machining a pipe, for example, it is displaced in the axial direction relative to the laser beam and rotated about its central longitudinal axis. In other words, the workpiece is moved under the laser beam. The outer contour of the workpiece is always formed on itself.
Derartige Werkstücke sind also zylindrisch und in Längsrichtung ausgedehnt und der Laserstrahl ist auf eine Bearbeitungsposition am Werkstück ausgerichtet, die bezüglich des Koordinatensystems der Maschine in Umfangsrichtung des Werkstücks bezüglich seiner Außenkontur festgelegt ist. In einer derartigen Anlage wird beispielsweise ein Laserschneiden von Stents oder anderen Implantaten und Instrumenten aus Metallen und Kunststoffen durchgeführt, wobei Genauigkeiten der Schnittkontur von deutlich unter 5 μm erreicht werden müssen. Die Art der Werkstückführung hat maßgeblichen Einfluss auf die erreichbare Genauigkeit der Schnittkontur.Such workpieces are thus cylindrical and extended in the longitudinal direction and the laser beam is aligned with a machining position on the workpiece, which is fixed with respect to the coordinate system of the machine in the circumferential direction of the workpiece with respect to its outer contour. In such a system, for example, a laser cutting of stents or other implants and instruments made of metals and plastics is performed, with accuracies of the sectional contour of well below 5 microns must be achieved. The type of workpiece guidance has a decisive influence on the achievable accuracy of the cutting contour.
Eine Aufgabe bei einer derartigen Laserbearbeitung ist daher das zentrische und präzise Führen derartiger Werkstücke verschiedener Durchmesser. Zur Führung derartiger Werkstücke sind verschiedene Lösungen bekannt.An object in such a laser machining is therefore the centric and precise guiding of such workpieces of different diameters. To guide such workpieces different solutions are known.
Es ist bekannt, das Werkstück in einer Buchsenführung zu führen, wobei diese eine Öffnung hat, deren Innendurchmesser möglichst exakt dem Außendurchmesser des Werkstücks entsprechen muss. Da eine derartige Buchse nicht im Durchmesser variabel ist, kann sie beispielsweise toleranzbedingte Änderungen des Außendurchmessers des Werkstückes nicht ausgleichen. Das Werkstück hat Spiel in der Führung oder blockiert in dieser. Für jeden Außendurchmesser verschiedener Werkstücke werden eigens angefertigte Buchsen benötigt.It is known to guide the workpiece in a bushing guide, which has an opening whose inner diameter must correspond as exactly as possible to the outer diameter of the workpiece. Since such a bushing is not variable in diameter, it can not compensate, for example, tolerance-related changes in the outer diameter of the workpiece. The workpiece has play in the lead or blocks in this. Specially made bushings are required for each outer diameter of different workpieces.
Es ist auch eine Universal-Stentführung der Fa. ROFIN/Baasel Lasertechnik bekannt, bei der das Werkstück in seiner Längsrichtung an der Umfangsposition, an der auch die oben genannte Bearbeitungsposition liegt, an einem ca. 30 mm langen, relativ zur Maschine ortsfest fixierten Stempel linienhaft angelegt wird. Dem Stempel ist ein relativ zur Maschine (quer zum Werkstück) beweglich angebrachtes Prisma zugeordnet, welches das Werkstück gegen den Stempel drückt. Das Prisma ist V-förmig, so dass das Werkstück am Prisma nochmals in Längsrichtung auf der Länge der gesamten Führung an zwei Anlegelinien anliegt. Die Seitenzentrierung ist bei der bekannten Führung unzureichend, bei einer Änderung des Rohrdurchmessers ergibt sich ein ungewollter Versatz. Die Anpresskraft ist bedienerunfreundlich, nicht präzise genug und nur einheitlich für die gesamte Führung einstellbar. Durch die drei Anlagelinien ist die Führungsauflage nicht eindeutig definiert. Die Universal-Stentführung eignet sich zwar in gewissen Grenzen für Rohre bis zu einem Außendurchmesser von ca. 1,5 mm, für Rohrdurchmesser ab 2 mm, insbesondere wenn diese Rohre eher starr sind, weichen die Werkstücke jedoch in der Führung aus, was zu einem ungewollten Seitenversatz führt.A universal stent guide from ROFIN / Baasel Lasertechnik is also known, in which the workpiece is fixed in its longitudinal direction at the circumferential position on which the abovementioned machining position lies, on a stamp that is approximately 30 mm long and fixed relative to the machine is applied linearly. The stamp is associated with a relative to the machine (transverse to the workpiece) movably mounted prism, which presses the workpiece against the stamp. The prism is V-shaped, so that the workpiece abuts the prism again in the longitudinal direction along the length of the entire guide at two lay-up lines. The page centering is insufficient in the known guide, with a change in the pipe diameter results in an unwanted offset. The contact pressure is operator-unfriendly, not precise enough and only uniformly adjustable for the entire leadership. Due to the three investment lines, the guide pad is not clearly defined. Although the universal stent guide is within certain limits for pipes up to an outer diameter of about 1.5 mm, for pipe diameter from 2 mm, especially if these pipes are rather rigid, but the workpieces in the guide, resulting in a unwanted page offset leads.
Aus der
Aus der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine hinsichtlich der Führung des Werkstücks verbesserte Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstückes mit einem Laserstrahl zu schaffen.Object of the present invention is therefore to provide an improved with respect to the leadership of the workpiece device for machining a workpiece with a laser beam.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.This object is solved by the features of claim 1. Advantageous developments are defined in the dependent claims.
Die Erfindung zielt insbesondere auf Werkstücke ab, die mit den bekannten Führungsprinzipien schlecht geführt werden können.The invention is particularly aimed at workpieces that can be performed poorly with the known leadership principles.
Dies sind zum Einen solche Werkstücke, die aufgrund der geringen Durchmesser und/oder der Materialeigenschaften zu wenig Biege- und Torsionssteifigkeit besitzen, um über eine längere Distanz ununterstützt frei geführt zu werden. Die Mitführung der Walzen ermöglicht hier eine durchgängige Unterstützung des Werkstückes, während bei den im Stand der Technik beschriebenen Prinzipien am Anfang der Bearbeitung ein größerer Abstand zwischen dem Spannfutter in der drehbaren Antriebsachse und der Führung bestehen muss, und das schon bearbeitete Werkstück nicht mehr geführt wird.On the one hand, these are workpieces which, due to the small diameter and / or the material properties, have too little flexural and torsional rigidity in order to be freely guided over a longer distance without assistance. The entrainment of the rollers here allows a continuous support of the workpiece, while in the principles described in the prior art at the beginning of machining a greater distance between the chuck in the rotatable drive shaft and the guide must exist, and the already machined workpiece is no longer performed ,
Zum Anderen gibt es Werkstücke mit großem Durchmesser, die eine hohe Biegesteifigkeit aufweisen und bei den verfügbaren Durchmessertoleranzen oder leichtem Verzug hohe Reibungs- und Querkräfte in Führungsbuchsen oder – prismen verursachen. In diesen Fällen bietet die vorliegende Erfindung die Möglichkeit, über die Walzen und Andrückwälzkörper hohe Stützkräfte auf das Werkstück auszuüben, ohne dadurch gleichzeitig hohe Reibungskräfte in den Kontaktstellen zu provozieren. On the other hand, there are large diameter workpieces which have high flexural stiffness and, with the available diameter tolerances or slight distortion, cause high friction and shear forces in guide bushes or prisms. In these cases, the present invention offers the possibility of exerting high supporting forces on the workpiece via the rollers and pressure rollers without at the same time provoking high frictional forces in the contact points.
Gemäß einem Gesichtspunkt wird eine Vorrichtung zum Bearbeiten von zylindrischen oder rohrförmigen Werkstücken mittels eines Laser geschaffen, die folgendes aufweist:
einen Drehantrieb mit Spannfutter bzw. ein drehbares Spannfutter zum Einspannen und Rotieren des Werkstücks;
ein Paar Walzen zum drehbaren Abstützen des (von dem Spannfutter vorstehenden Abschnitts des) Werkstücks;
eine Laservorrichtung zum Bearbeiten des Werkstücks während der Rotation desselben.According to one aspect, there is provided an apparatus for machining cylindrical or tubular workpieces by means of a laser comprising:
a rotary drive with chuck or a rotatable chuck for clamping and rotating the workpiece;
a pair of rollers for rotatably supporting the (from the chuck projecting portion of the) workpiece;
a laser device for machining the workpiece during rotation thereof.
Vorzugsweise ist des weiteren eine Andrückrolle oder -walze oder -kugel als Andrückwälzkörper im wesentlichen gegenüber dem Paar Walzen angeordnet, um das Werkstück mit einer definierten Kraft gegen das Paar Walzen zu drücken.Preferably, further, a pressure roller or roller or ball is arranged as Andrückwälzkörper substantially opposite to the pair of rollers to press the workpiece with a defined force against the pair of rollers.
Weiter bevorzugt ist das Paar Walzen und/oder die Andrückrolle oder -walze oder -kugel angetrieben.More preferably, the pair of rollers and / or the pressure roller or roller or ball is driven.
Vorzugsweise wird das Werkstück mittels der Andrückrolle oder -walze oder -kugel mit einer Anpresskraft von etwa 0,1 N bis etwa 50 N, vorzugsweise einer Anpresskraft von etwa 1 N bis etwa 20 N, gegen das Paar Walzen gedrückt.Preferably, the workpiece is pressed by means of the pressure roller or roller or ball with a contact pressure of about 0.1 N to about 50 N, preferably a contact pressure of about 1 N to about 20 N, against the pair of rollers.
Weiter bevorzugt sind die Walzen des Paars Walzen ineinander verschränkt.More preferably, the rollers of the pair of rollers are interlocked.
Noch weiter bevorzugt sind das drehbare Spannfutter und das Paar Walzen auf einem gegenüber der Laservorrichtung verschiebbaren Maschinentisch angeordnet und/oder der Laserstrahl der Laservorrichtung ist gegenüber dem Paar Walzen beweglich.Even more preferably, the rotatable chuck and the pair of rollers are arranged on a machine table which can be displaced relative to the laser device and / or the laser beam of the laser device is movable relative to the pair of rollers.
Weiter bevorzugt ist das Paar Walzen über ein mit dem Drehantrieb des Spannfutters gekoppeltes Getriebe angetrieben. Alternativ können das Paar Walzen und der Drehantrieb durch entsprechende Elektromotoren direkt angetrieben sein, die elektronisch miteinander gekoppelt sind.More preferably, the pair of rollers is driven via a coupled to the rotary drive of the chuck gear. Alternatively, the pair of rollers and the rotary drive may be directly driven by respective electric motors that are electronically coupled together.
Noch weiter bevorzugt wird die Andrückrolle oder -walze oder -kugel über eine Feder oder ein Festkörpergelenk oder einen Pneumatikzylinder gegen das Werkstück gedrückt.Even more preferably, the pressure roller or roller or ball is pressed against the workpiece via a spring or a solid-state joint or a pneumatic cylinder.
Gegenstand der Erfindung ist eine Werkstückführung für zylinderförmige Bauteile (also Rohre oder Vollmaterial) aus Metallen oder Kunststoffen, die in einer Laserbearbeitungsmaschine eingesetzt werden soll. Diese ist in verschiedenen Ausführungen möglich.The invention relates to a workpiece guide for cylindrical components (ie pipes or solid material) of metals or plastics to be used in a laser processing machine. This is possible in different versions.
Allen Ausführungen ist gemeinsam:
Die Vorrichtung besteht im Wesentlichen aus zwei parallelen, um ihre eigene Längsachse drehbaren Walzen
The device consists essentially of two parallel, about its own longitudinal axis
Bezüglich der Relativbewegung und Kräfte zwischen Werkstück W und Walzen
- 1. Nur das zylinderförmige Werkstück W wird angetrieben und rollt dabei aufgrund ausreichender Reibungskräfte in der Kontaktlinie in Umfangsrichtung auf
den Walzen 20 ,20 ab (reine Rollreibung). Damit das zylinderförmige oder rohrförmige Werkstück W die Rotation auf die nicht angetriebenen Walzen übertragen kann und nicht aufden Walzen 20 ,20 hochrollt, kann es zusätzlich notwendig sein, es mittels eines kleinen Wälzkörpers, wie beispielsweise einer Rolle bzw. Andrückrolle bzw.Andrückwalze 25 oder einer Kugel auf derden Walzen 20 ,20 gegenüberliegenden Seite an diese anzudrücken. - 2. In einer anderen Ausführung für Fälle, in denen die Abrollbewegung nicht durch das Werkstück auf die
Walzen 20 ,20 , übertragen werden kann, werden dieWalzen 20 ,20 zusätzlich über ein (nicht gezeigtes) Getriebe oder einen Direktantrieb so angetrieben, dass in den Kontaktlinien kein Schlupf entsteht (reine Rollreibung bzw. Abrollbedingung erfüllt).
- 1. Only the cylindrical workpiece W is driven and rolls due to sufficient frictional forces in the contact line in the circumferential direction on the
rollers 20 .20 off (pure rolling friction). So that the cylindrical or tubular workpiece W can transmit the rotation to the non-driven rollers and not on therollers 20 .20 Rolls up, it may be additionally necessary, it by means of a small rolling element, such as a roller or pressure roller orpressure roller 25 or a ball on therollers 20 .20 on the opposite side to press this. - 2. In another embodiment for cases where the rolling motion does not pass through the workpiece onto the
rollers 20 .20 , can be transferred to therollers 20 .20 additionally driven via a (not shown) gear or a direct drive so that no slip occurs in the contact lines (pure rolling friction or Abrollbedingung met).
Bezüglich der Ausführung des Abstandes der Walzen
- 1. zylindrische Walzen mit einem Abstand zueinander.
- 2. Ineinander verschränkte Walzen: a) entweder Walzen, die abschnittsweise und alternierend unterschiedliche Außendurchmesser aufweisen und so ineinander verschränkt werden können oder sind. Diese würden eine volle oder mehrmalige Rotation des Werkstücks W erlauben, weisen aber ein erhebliches Trägheits- oder Inertialmoment auf. b) oder hohle Walzen, die auf einem Teil ihres Umfanges Aussparungen besitzen, die ebenfalls das Ineinanderverschränken der beiden Walzen ermöglichen. Da ein gewisser Teil des Umfangs zur Erhaltung der Stabilität der Walze durchgehend erhalten sein muss und sich die Walzen überdies gegenläufig bewegen, erlauben diese Aussparungen nur eine teilweise Rotation der Walzen. Wenn aber der Walzendurchmesser ausreichend groß gegenüber dem Werkstückdurchmesser ist, ermöglicht diese teilweise Rotation der Walzen eine vollständige oder sogar mehrmalige Rotation des Werkstücks, wobei zur vollständigen Bearbeitung der Zylinderoberfläche eine Rotation ausreichend ist. Die Synchronität der Walzen muss gewährleistet werden, um ein Blockieren der Walzen zu vermeiden. Dies kann beispielsweise durch ein Getriebe oder einen Direktantrieb gewährleistet werden, wie bereits beschrieben ist.
- 1. cylindrical rollers with a distance from each other.
- 2. Intermeshed rolls: a) either rolls which in sections and alternately have different outer diameters and thus can be interlaced or are. These would allow a full or multiple rotation of the workpiece W, but have a significant inertial or Inertialmoment. b) or hollow rollers which have recesses on a part of their circumference, which also allow the interlocking of the two rollers. Since some of the circumference must be maintained throughout to maintain the stability of the roll and, moreover, the rolls move in opposite directions, these recesses permit only partial rotation of the rolls. However, if the roll diameter is sufficiently large relative to the workpiece diameter, this partial rotation of the rolls enables complete or even multiple rotation of the work piece, with sufficient rotation for complete machining of the cylinder surface. The synchronicity of the rollers must be ensured in order to avoid blocking of the rollers. This can be ensured for example by a transmission or a direct drive, as already described.
Mögliche Abwandlungen:Possible modifications:
- – Ersetzen der Walzen durch einzelne Rollen, die z B auf einer gemeinsamen Achse gelagert sind, aber relativ zueinander beweglich sind;- Replace the rollers by individual roles, which are z B mounted on a common axis, but are movable relative to each other;
- – Anordnung der Walzen über dem Werkstück mit Andruck von unten, was zwar eine bessere Präzision der Genauigkeit in Laserstrahlrichtung bietet, aber nur fur relativ steife Werkstücke W praktikabel ist.Arrangement of the rollers over the workpiece with pressure from below, which although a better accuracy of accuracy in the laser beam direction, but only for relatively stiff workpieces W is practicable.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Maschinentischmachine table
- 2020
- Walzenpaarroller pair
- 2525
- AndrückwälzkörperAndrückwälzkörper
- 3030
- Spannfutterchuck
- LL
- Laserstrahllaser beam
- MM
- Elektromotorelectric motor
- WW
- Werkstückworkpiece
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 2004/0004063 A1 [0007] US 2004/0004063 A1 [0007]
- JP 2003001490 A [0008] JP 2003001490 A [0008]
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DE201220007135 DE202012007135U1 (en) | 2012-07-24 | 2012-07-24 | Device for processing a workpiece with a laser beam |
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DE201220007135 DE202012007135U1 (en) | 2012-07-24 | 2012-07-24 | Device for processing a workpiece with a laser beam |
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DE202012007135U1 true DE202012007135U1 (en) | 2012-09-27 |
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ID=47088419
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DE201220007135 Expired - Lifetime DE202012007135U1 (en) | 2012-07-24 | 2012-07-24 | Device for processing a workpiece with a laser beam |
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003001490A (en) | 2001-06-13 | 2003-01-08 | Denso Corp | Butt welding method |
US20040004063A1 (en) | 2002-07-08 | 2004-01-08 | Merdan Kenneth M. | Vertical stent cutting process |
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2012
- 2012-07-24 DE DE201220007135 patent/DE202012007135U1/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |
Effective date: 20121122 |
|
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years | ||
R158 | Lapse of ip right after 8 years |