DE9310029U1

DE9310029U1 - Fräs- oder Lasermaschine zur Herausarbeitung eines Werkstücks aus insbesondere plattenförmigem Material

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Publication number: DE9310029U1
Application number: DE9310029U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-07-06
Filing date: 1993-07-06
Publication date: 1993-12-02
Anticipated expiration: 2003-07-07

Description

13978/ko6

37079 Göttingen, Rudolf-Wissell-Str. 16

Fräs- oder Lasermaschine zur Herausarbeitung eines
Werkstücks aus insbesondere plattenförmigen! Material

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fräs- oder Lasermaschine zur Herausarbeitung eines Werkstücks aus insbesondere plattenförmigen! Material, mit einem einen Fräser aufweisenden Fräskopf bzw. einem einen Laserstrahl abgebenden Laserkopf und mit einer einen ersten Datenspeicher für die Vorgabe eines Grundrisses, der einer Projektion des Werkstücks auf eine Projektionsebene, insbesondere die Haupterstreckungsebene des plattenförmigen Materials, entspricht, und einen zweiten Datenspeicher für die Vorgabe einer Ausgestaltung der Oberfläche des Werkstücks senkrecht zu der Projektionsebene aufweisenden Steuerung, wobei die Steuerung den Fräskopf bzw. den Laserkopf über dem Material

verfährt und dabei die Eingriffstiefe des Fräsers bzw. des Laserstrahls in Abhängigkeit von den der Position des Fräskopfs bzw. des Laserkopfs entsprechenden Einträgen in den Datenspeichern festlegt.

Eine derartige Fräs- oder Lasermaschine dient dazu, nicht nur irgendwelche zweidimensionalen Formen aus plattenförmigen! Material herauszuarbeiten, sondern die jeweiligen Werkstücke auch mit einer Oberflächengestaltung zu versehen. Die Oberflächengestaltung erstreckt sich im wesentlichen senkrecht zu der Haupterstreckungsebene des plattenförmigen Materials, die üblicherweise mit der Haupterstreckungsebene des Werkstücks zusammenfällt.

Bekannte Fräs- und Lasermaschinen der eingangs beschriebenen Art weisen zwei nur geringfügig miteinander verknüpfte Datenspeicher auf. In dem ersten Datenspeicher ist der Grundriß des herauszuarbeitenden Werkstücks abgelegt. In dem zweiten Datenspeicher befindet sich die Vorgabe für eine Strukturierung der Oberfläche des Werkstücks. Das Herausarbeiten des Werkstücks aus dem plattenförmigen Material erfolgt in zwei Arbeitsschritten, wobei die Reihenfolge dieser Arbeitsschritte beliebig ist. In dem einen Arbeitsschritt wird das Werkstück entlang der Begrenzungslinien seines Umrisses aus dem plattenförmigen Material herausgetrennt. In dem anderen Arbeitsschritt wird die Oberfläche des Werkstücks mit der von dem zweiten Arbeitsspeicher vorgegebenen Struktur versehen. Bei beiden Arbeitsschritten greift die Steuerung zur Ansteuerung des Fräs- bzw. Laserkopfs im wesentlichen nur auf einen Arbeitsspeicher zurück. Allerdings erfolgt das Anbringen der Struktur gemäß dem zweiten Datenspeicher nur innerhalb des Grundrisses des Werkstücks gemäß dem ersten Datenspeicher.

Die bekannten Fräs- und Lasermaschinen genügen den steigenden Ansprüchen an die Gestaltungsmöglichkeiten bei rationeller

Umsetzung insbesondere im Bereich der Werbebranche nicht. Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Fräs- bzw. Lasermaschine bereitzustellen, mit der auf besonders einfache Weise anspruchsvolle Gestaltungsformen umsetzbar sind, deren Verwirklichung bislang nur in Handarbeit möglich war.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der zweite Datenspeicher für die Vorgabe einer geometrischen Grundform vorgesehen ist, wobei die Steuerung beim Festlegen der Eingriffstiefe des Fräsers bzw. des Laserstrahls in das Material die geometrische Grundform in Abhängigkeit von dem Grundriß skaliert sowie relativ zu dem Grundriß verschiebt und/oder verdreht. Durch diese Verknüpfung der beiden Datenspeicher sind eindrucksvolle ästhetische Effekte zu erzielen. Dabei kann die geometrische Grundform in dem zweiten Datenspeicher eine dreidimensionale Grundform, beispielsweise eine Halbkugeloberfläche sein. Die Oberfläche des Werkstücks ist dann ebenfalls auf einer Halbkugeloberfläche angeordnet. Die Steuerung stellt in diesem Zusammenhang sicher, daß durch die Skalierung der Radius der Halbkugeloberfläche ausreichend groß ist und der Mittelpunkt der Halbkugeloberfläche eine gewünschte Lage relativ zu den Umrissen des insbesondere plattenförmigen Materials aufweist. Die dreidimensionale geometrische Grundform ist natürlich nicht auf Kugeloberflächen beschränkt. So sind auch zylindermantelförmige Flächen, eiförmige Oberflächen oder aufwendigere dreidimensionale Grundformen denkbar.

Die geometrische Grundform in dem zweiten Datenspeicher kann aber auch eine zweidimensionale Grundform sein. Konkrete Ausführungsformen wären in diesem Zusammenhang ein Kreisbogenabschnitt oder eine beliebige mathematische Funktion. Von der mathematischen Funktion wäre nur zu fordern, daß sie in dem relevanten Bereich beschränkt ist.

Bei einer zweidimensionalen geometrischen Grundform in dem

zweiten Arbeitsspeicher erfordert die Ansteuerung des Fräs- bzw. Laserkopfs die schrittweise Anpassung der geometrischen Grundform an den Grundriß des Werkstücks. Dabei kann die Steuerung beispielsweise die geometrische Grundform in Abhängigkeit von Längen von Schnitten durch den Grundriß in der Projektionsebene für jeden Schritt separat skalieren sowie relativ zu dem Schwerpunkt des jeweiligen Schnitts verschieben bzw. drehen. Als Beispiel dazu stelle man sich einen in der Ebene gewundenen Streifen variabler Breite vor, der mit einer Hohlkehle versehen werden soll, die sich jeweils über die gesamte Breite des Streifens erstreckt. Vergleichbar wäre der Fall bei einer in die Randbereiche des Streifens auslaufenden Rundung oder anderen symmetrischen Gestaltungen des Streifens senkrecht zu seiner Haupterstreckung.

Es versteht sich, daß die Steuerung die schnittweise Kombination des Grundrisses und der geometrischen Grundform vorzugsweise glättet, bevor sie den Fräs- bzw. Laserkopf ansteuert. Bei geeigneter Wahl der Schnitte, anhand derer die Steuerung die Kombination des Grundrisses und der geometrischen Grundform durchführt, stellt die Glättung üblicherweise kein Problem dar. Eine geeignete Schnittform wäre beispielsweise dadurch definiert, daß immer der Schnitt senkrecht zu den Umrissen des Grundrisses des Werkstücks maßgeblich ist, der die kürzeste Erstreckung aufweist. Eine entsprechende Selektion ist mit einer Steuerlogik problemlos umsetzbar.

Neben den beiden Datenspeichern für den Grundriß des Werkstücks und dessen Oberflächengestaltung kann ein weiterer Datenspeicher für die Vorgabe einer Oberflächenstruktur des Werkstücks vorgesehen sein, wobei die Steuerung beim Festlegen der Eingrifftiefe des Fräsers bzw. des Laserstrahls in das Material die Oberflächenstruktur mit der Kombination des Grundrisses und der geometrischen Grundform überlagert. Auf diese Weise wird die Oberflächenstruktur gemäß dem weiteren Datenspeicher in die

Oberflächengestaltung gemäß dem zweiten Datenspeicher eingebracht. Bei der Art der Überlagerung sind verschiedene Ausfuhrungsformen denkbar. Als Beispiele seien eine Übertragung, bei der die Projektion der Oberflächenstruktur auf eine vorgegebene Ebene invariant ist und eine Übertragung, bei der die Abstände innerhalb der Oberflächenstruktur auf der Oberfläche des Werkstücks invariant sind, genannt. Derartige Überlagerungsformen sind beispielsweise durch eine als programmierbarer Mikroprozessor realisierte Steuerung problemlos umsetzbar.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert und beschrieben. Es zeigt:

Figur 1 eine Fräsmaschine,

Figur 2 die Steuerung der Fräsmaschine gemäß Figur 1,

Figur 3 den Inhalt eines ersten Datenspeichers der Steuerung gemäß Figur 2,

Figur 4 den Inhalt eines zweiten Datenspeichers der Steuerung gemäß Figur 2,

Figur 5 den Inhalt eines dritten Datenspeichers der Steuerung gemäß Figur 2,

Figuren 6 und 8 Auftragungen von Ausgangssignalen der Steuerung gemäß Figur 2 bei einem ersten Anwendungsbeispiel und

Figuren 9 und 10 Auftragungen von Ausgangssignalen bei einem
zweiten Anwendungsbeispiel.

Die Fräsmaschine 1 gemäß Figur 1 weist eine Spannplatte 2 auf, die zum Spannen von plattenförmigem Material mit hier nicht näher dargestellten Spannmitteln vorgesehen ist. Über der

Spannplatte 2 ist ein Portalgestell 4 verfahrbar. Die Richtung der Verfahrbarkeit verläuft senkrecht zur Zeichenebene und ist durch Symbole 5 und 6 in Figur 1 angegeben. Auf die Verfahrbarkeit des Portalgestells 4 wird zukünftig als x-Richtung Bezug genommen. An dem Portalgestell 4 ist ein Schlitten 7 gelagert, der in Richtung des Doppelpfeils 8 relativ zu dem Portalgestell 4 verfahrbar ist. Diese Verfahrbarkeit wird im Folgenden auch als y-Richtung bezeichnet. Der Schlitten 7 trägt einen Fräskopf 9 mit einem rotierbaren, zur Bearbeitung des plattenförmigen Materials 3 vorgesehenen Fräser 10. Der Fräskopf 9 ist relativ zu dem Schlitten 7 in Richtung des Doppelpfeils 11 verfahrbar. Auf diese Verfahrbarkeit wird im Folgenden auch als z-Richtung Bezug genommen. Mit dem Fräser 10 wird ein durch eine gestrichelte Linie angedeutetes Werkstück 12 aus dem plattenförmigen Material 3 herausgearbeitet. Dabei wird der rotierende Fräser beispielsweise über Schrittmotoren mit dem Portalgestell 4 in x-Richtung, mit dem Schlitten 7 in y-Richtung und mit dem Fräskopf 9 in z-Richtung verfahren.

Eine Steuerung 13 für die Schrittmotoren 14, 15 und 16 ist in Figur 2 schematisch wiedergegeben. Die Steuerung 13 weist einen ersten Datenspeicher 17, einen zweiten Datenspeicher 18 und einen dritten Datenspeicher 19 auf. Weiterhin ist eine Datenverarbeitungseinheit 20 vorgesehen, in der die Inhalte der Datenspeicher 17 bis 19 verarbeitet werden und von der die Schrittmotoren 14 bis 16 angesteuert werden.

Der erste Datenspeicher 17 gibt einen Grundriß 21 für das Werkstück 12 vor. Dieser Grundriß 21 entspricht der Projektion des Werkstücks 12 auf die Haupterstreckungsebene des plattenförmigen Materials 3, die hier mit der x-y-Ebene zusammenfällt. Ein Beispiel für den Grundriß 21, das jedoch nicht dem Werkstück 12 gemäß Figur 1 entspricht, ist in Figur 3 wiedergegeben. Der Grundriß 21 wird von einer geschlossenen Linie 22 in der x-y-Ebene begrenzt.

Der zweite Datenspeicher 18 beinhaltet eine geometrische Grundform. Hierbei kann es sich beispielsweise um die in Figur 4 dargestellte Kurve 23 handeln. Die Kurve 23 ist über einen Bereich zwischen 0 und 1 in einer Richtung s definiert. Die Richtung s verläuft senkrecht zur z-Achse, in deren Richtung die Werte der Kurve 23 fallen.

In dem dritten Datenspeicher 19 ist eine Oberflächenstruktur 24 abgelegt. Die Oberflächenstruktur 24 ist über der x-y-Ebene in z-Richtung definiert. Einen Schnitt durch die Oberflächenstruktur 24 in x-Richtung gibt Figur 5 wieder.

Die Datenverarbeitungseinheit 20 kombiniert die Inhalte der Datenspeicher 17 bis 19 für die Ansteuerung der Schrittmotoren 14 bis 16. Die Kombination des Grundrisses 21 mit der Kurve 23 ist schematisch in den Figuren 6 und 7 dargestellt. Die Kurve 23 wird in Abhängigkeit von dem Grundriß 21 so skaliert sowie relativ zu dem Grundriß 21 verschoben und verdreht, daß sie jeweils quer zu der lokalen Haupterstreckungsrichtung des Grundrisses 21 verläuft. Dies ist in Figur 6 angedeutet. Hierdurch wird eine dreidimensionale Ausgestaltung für das Werkstück 12 bzw. die Ansteuerung des Fräsers 10 über die Schrittmotoren 14 bis 16 vorgegeben. Die dreidimensionale Ausgestaltung des Werkstücks wird anhand von Figur 7 deutlich, die zwei Schnitte VII-VII gemäß Figur 6 durch das Werkstück 12 wiedergibt. Hierbei ist der breitere Querschnitt mit durchgezogenen und der schmale Querschnitt mit gestrichelten Linien dargestellt. Insgesamt weist das Werkstück 12 an seiner Oberseite eine Hohlkehle auf, deren Querschnitt jeweils die auf die Breite des Querschnitts skalierte Kurve 23 zeigt. Im vorliegenden Fall ist die Skalierung sowohl in x-y-Richtung als auch in z-Richtung vorgenommen. Es ist aber auch eine Skalierung ausschließlich in x-y-Richtung denkbar. Hierdurch würde die Hohlkehle eine konstante Tiefe aufweisen.

Figur 8 gibt die Auswirkung der zusätzlichen Berücksichtigung des Inhalts des Datenspeichers 19 durch die Datenverarbeitungseinheit 20 der Steuerung 13 anhand eines Beispiels wieder. Der Querschnitt durch das Werkstück 12 in x-Richtung zeigt die Oberflächenstruktur 24, mit der die Kurve 23 überlagert wurde.

Die von dem Datenspeicher 17 vorgegebene geometrische Grundform kann nicht nur zweidimensional, sondern auch dreidimensional sein. Ein Beispiel hierfür ist in den Figuren 9 und 10 angedeutet. Hier handelt es sich bei dem von der Linie 22 begrenzten Grundriß 21 um den Großbuchstaben A. Dieser Grundriß 21 wird von der Datenverarbeitungseinheit 20 mit einer in dem Datenspeicher 18 abgelegten Halbkugeloberfläche kombiniert. Hierzu wird der Mittelpunkt 26 der der Halbkugeloberfläche entsprechenden Kugel auf den Mittelpunkt des Grundrisses 21 verschoben und der Durchmesser der Halbkugeloberfläche 25 so skaliert, daß sie den Grundriß 21 abdeckt. Hieraus resultiert ein Werkstück 12 mit einem in Figur 10 beispielhaft dargestellten Querschnitt. Dieser Querschnitt entspricht der Schnittlinie X-X gemäß Figur 9.

BEZUGSZEICHENLISTE

1	- Fräsmaschine
2	Spannplatte
3	plattenförmiges Material
4	Portalgestell
5	Symbol
6	Symbol
7	Schlitten
8	Doppelpfeil
9	Fräskopf
10	Fräser
11	Doppelpfeil
12	Werkstück
13	Steuerung
14	- Schrittmotor
15	Schrittmotor
16	Schrittmotor
17	- Datenspeicher
18	- Datenspeicher
19	Datenspeicher
20	Datenverarbeitungseinheit
21	Grundriß
22	Linie
23	Kurve
24	- Oberflächenstruktur
25	Halbkugeloberfläche
26	Mittelpunkt

Claims

SCHDTZ ANSPRÜCHE :

1. Fräs- oder Lasermaschine zur Herausarbeitung eines Werkstücks aus insbesondere plattenförmigem Material, mit einem einen Fräser aufweisenden Fräskopf bzw. einem einen Laserstrahl abgebenden Laserkopf und mit einer einen ersten Datenspeicher für die Vorgabe eines Grundrisses, der einer Projektion des Werkstücks auf eine Projektionsebene, insbesondere die Haupterstreckungsebene des plattenförmigen Materials, entspricht, und einen zweiten Datenspeicher für die Vorgabe einer Ausgestaltung der Oberfläche des Werkstücks senkrecht zu der Projektionsebene aufweisenden Steuerung, wobei die Steuerung den Fräßkopf bzw. den Laserkopf über dem Material verfährt und dabei die Eingrifftiefe des Fräsers bzw. des Laserstrahls in das Material in Abhängigkeit von dem der Position des Fräskopfs bzw. des Laserkopfs entsprechenden Einträgen in den Datenspeichern festlegt, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Datenspeicher (18) für die Vorgabe einer geometrischen Grundform (23, 25) vorgesehen ist, wobei die Steuerung (13) beim Festlegen der Eingrifftiefe des Fräsers (10) bzw. des Laserstrahls in das Material (3) die geometrische Grundform (13, 25) in Abhängigkeit von dem Grundriß (21) skaliert sowie relativ zu dem Grundriß (21) verschiebt und/oder verdreht.

2. Fräs- oder Lasermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geometrische Grundform in dem zweiten Datenspeicher (18) eine dreidimensionale Grundform (25) ist.

3. Fräs- oder Lasermaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dreidimensionale geometrische Grundform eine Halbkugeloberfläche (25) ist.

4. Fräs- oder Lasermaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (13) die geometrische

Grundform (23) in Abhängigkeit von dem Umfang des Grundrisses (21) skaliert und in Abhängigkeit von dem Schwerpunkt des Grundrisses (21) verschiebt.

5. Fräs- oder Lasermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geometrische Grundform in dem zweiten Datenspeicher (18) eine zweidimensionale Grundform (23) ist.

6. Fräs- oder Lasermaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweidimensionale geometrische Grundform (23) ein Kreisbogenabschnitt oder eine mathematische Funktion ist.

7. Fräs- oder Lasermaschine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung die geometrische Grundform (23) in Abhängigkeit von Längen von Schnitten durch den Grundriß (21) in der Projektionsebene für jeden Schnitt separat skaliert sowie relativ zu dem Schwerpunkt des jeweiligen Schnitts verschiebt bzw. dreht.

8. Fräs- oder Lasermaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung die schnittweise Kombination des Grundrisses (21) und der geometrischen Grundform (23) glättet.

9. Fräs- oder Lasermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Datenspeicher (19) für die Vorgabe einer Oberflächenstruktur (24) des Werkstücks (12) vorgesehen ist, wobei die Steuerung (13) beim Festlegen der Eingrifftiefe des Fräsers (10) bzw. des Laserstrahls in das Material (3) die Oberflächenstruktur (24) mit der Kombination des Grundrisses (21) und der geometrische Grundform (23, 25) überlagert.