EP3890918A1 - Verfahren und bearbeitungsvorrichtung zur schneidenden bearbeitung eines hohlkammerprofilförmigen werkstücks - Google Patents

Verfahren und bearbeitungsvorrichtung zur schneidenden bearbeitung eines hohlkammerprofilförmigen werkstücks

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Publication number
EP3890918A1
EP3890918A1 EP19801530.7A EP19801530A EP3890918A1 EP 3890918 A1 EP3890918 A1 EP 3890918A1 EP 19801530 A EP19801530 A EP 19801530A EP 3890918 A1 EP3890918 A1 EP 3890918A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
workpiece
processing device
separating
cutting
plunge milling
Prior art date
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Pending
Application number
EP19801530.7A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Karsten Ruetz
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Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Original Assignee
Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG filed Critical Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Publication of EP3890918A1 publication Critical patent/EP3890918A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C3/00—Milling particular work; Special milling operations; Machines therefor
    • B23C3/002—Milling elongated workpieces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P13/00—Making metal objects by operations essentially involving machining but not covered by a single other subclass
    • B23P13/04—Making metal objects by operations essentially involving machining but not covered by a single other subclass involving slicing of profiled material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P23/00—Machines or arrangements of machines for performing specified combinations of different metal-working operations not covered by a single other subclass
    • B23P23/04—Machines or arrangements of machines for performing specified combinations of different metal-working operations not covered by a single other subclass for both machining and other metal-working operations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C2220/00—Details of milling processes
    • B23C2220/56—Plunge milling

Definitions

  • the invention relates to a method for cutting
  • the invention further relates to a corresponding processing V orraum.
  • Processing device for cutting processing of a tubular workpiece by means of a
  • Processing device a feed device for feeding of the workpiece to be cut.
  • the feed device guides the tubular workpiece to be cut one
  • Laser processing device of the processing device for laser cutting In the course of
  • Laser cutting process in particular gradually cut pipe parts from the tubular workpieces.
  • tubular workpieces can be cut into tubular parts.
  • no workpieces can be cut that, in addition to a wall, also include internal workpiece sections, for example
  • Laser processing device can not be cut, so that it is not possible to separate individual workpiece parts.
  • Laser processing device can not be cut, so that it is not possible to separate individual workpiece parts.
  • the invention is therefore based on the object to remedy the disadvantages of the prior art mentioned.
  • hollow chamber profile-shaped workpiece with a wall and at least one lying within the wall
  • Inner workpiece section in particular a separator.
  • the processing is done using a
  • Processing device the processing device being a laser processing device and an additional separating device, in particular a mechanical one
  • the process includes the following steps:
  • the workpiece to be machined can in particular
  • the workpiece be rod-shaped and therefore have an elongated shape. Furthermore, the workpiece
  • the workpiece inner section can thus in particular be at least one Separator can be formed, the at least a first
  • the wall can be designed to run all the way round.
  • At least one workpiece part can be separated from the workpiece by means of the method. It is conceivable that a large number, in particular of the same type,
  • the separation area is the area of the workpiece in which the steps a. and b. be carried out, in particular to separate a workpiece part from the workpiece.
  • step a. can according to the invention by means of
  • Workpiece inner section of the workpiece are severed in the separation area.
  • This inner workpiece section is in particular with the laser cutting head
  • Laser processing device is not accessible and can therefore not be cut by laser cutting.
  • Laser processing device to cut the processing device by the of the
  • Laser processing device severable sections of the workpiece during the cutting process by means of
  • Laser processing device are cut and the inaccessible parts are cut by means of the cutting device. There is consequently a combination of the laser cutting process with a further cutting process, carried out by means of the cutting device.
  • all inner workpiece sections are in particular
  • step b. before step a. is carried out.
  • step a. before step b. is carried out.
  • the inner part of the workpiece in the separating area is first cut in particular by means of the separating device.
  • the further ones that can be cut by the laser processing device are first cut in particular by means of the separating device.
  • Workpiece sections are severed in the separation area, in particular to cut off a workpiece part from the workpiece.
  • a wall area in the separation area In order to reach the inner part of the workpiece, it is conceivable, in particular in the case of peripheral walls, that a wall area in the
  • Workpiece inner section is severed. Thereupon, a workpiece part can be completely removed by laser cutting
  • the separating device is designed as a mechanical separating device.
  • Separating device have a radial milling tool, in particular with comparatively less
  • the mechanical separating device comprises a saw, for example a circular saw, a band saw and / or a jigsaw, in order to cut through the inner part of the workpiece in the separating area.
  • the separating device is designed and configured to carry out a flame cutting process and / or a water jet cutting process in order to use the flame cutting process and / or the
  • Separating device comprises a plunge cutter in order to step a. to cut the inner part of the workpiece in the cutting area by means of a plunge milling process. This enables a comparatively low-power severing of the
  • Plunge milling for example, compared to radial milling, has the advantages of a low reaction force on the workpiece and a comparatively low one
  • plunge milling is particularly suitable with low workpiece stability and / or with long tool overhangs due to the comparatively low machining forces that occur.
  • the workpiece it is conceivable for the workpiece to be fed to the laser processing device and the mechanical separating device by means of a slide-through chuck with a comparatively low clamping force, so that, for example, milling away the inner part of the workpiece by means of a radial milling movement is comparatively expensive and difficult to accomplish.
  • the machining spindle in step a is operated at a speed of at least 4000 rpm, in particular at least 6000 rpm.
  • a processing speed in particular enables a comparatively economical cutting of the
  • the plunge cutter in step a. is operated with a feed rate of at least 0.5 m / min, in particular at least 1.2 m / min.
  • feed can enable a sufficiently high and therefore economical processing speed.
  • the plunge milling cutter in step a. is operated at a peripheral speed of at least 100 m / min. Such a high one too
  • Machining device has a chuck with at least one clamping jaw for clamping and moving the workpiece, the clamping force of the clamping jaw being a maximum of 2.5 kN, in particular a maximum of 2.0 kN.
  • the clamping force of the clamping jaw being a maximum of 2.5 kN, in particular a maximum of 2.0 kN.
  • a plunge milling process can be carried out in particular. Plunge milling enables in particular low-power machining of the workpiece. This is particularly due to the comparatively low reaction force on the workpiece and one
  • processing device can perform any combination of the processing device. Furthermore, the processing device can perform any combination of the processing device.
  • the workpiece advantageously consists of aluminum or comprises aluminum. Consequently, in particular
  • the workpieces to be machined in accordance with the method consist of other common materials or comprise other common materials.
  • common materials can also be structural steel, stainless steel, copper and / or brass. Additionally or alternatively, common materials of this type can also be used
  • the object set is also achieved by a processing device for performing the
  • Processing device has a laser processing device and an additional separation device, in particular a mechanical separation device.
  • Hollow chamber profiles can be separated into individual pieces.
  • the separating device preferably comprises one
  • Plunge cutters Such a plunge cutter enables
  • Plunge milling can be used to separate internal workpiece sections
  • Vibrations are excited on the workpiece. Internal geometries can also be severed when the clamping force in a chuck
  • Processing device are comparatively small and are, for example, at a maximum of about 2 kN per chuck of the chuck.
  • the separating device comprises a machining spindle on which the plunge milling cutter can be arranged or
  • Figure 1 is a schematic perspective view of a
  • FIG. 2 shows a schematic perspective illustration of a workpiece to be machined by means of the machining device according to FIG. 1;
  • FIG. 1 schematic representation of a separation process by means of the laser processing device according to Figure 1; and 5 shows a perspective view of a part of the workpiece of the workpiece shown in FIG. 2, separated by means of the separating processes shown in FIGS. 3 and 4.
  • FIG. 1 shows schematically simplified a processing device generally designated by the reference numeral 10. This includes a laser processing device 12. Furthermore, this includes an additional cutting device 14.
  • the laser processing device 12 comprises one
  • Laser cutting head 18 leads.
  • the separator 14 is next to or below the
  • Laser cutting head 18 arranged. This comprises a shaft, shown in FIG. 3, which is rotatable about an axis of rotation 22
  • a plunge cutter 26 is detachably arranged on the spindle 24.
  • the processing device 10 further includes a
  • Feeding device 28 for the lateral feeding of a workpiece 30 to be cut by the machining device 10. The process of separating a workpiece part from the
  • the feed device 28 comprises one
  • the feed device 28 further comprises a holding device 34 for holding and Displacement of the workpiece 30.
  • the holding device 34 is driven by a motor and can be displaced back and forth in a feed direction (X direction) 36.
  • Feed device 28 further comprises a machine bed 38 with guide rails 40 on which the holding device 34 is arranged such that it can be displaced.
  • the holding device 34 also has a chuck 42 with four clamping jaws 44.
  • the chuck 42 serves to hold the workpiece 30.
  • the workpieces 30 are each clamped with a clamping force up to a maximum of approximately 2 to 2.5 kN per clamping jaw 44.
  • the chuck 42 is rotatable, as indicated by the double arrow 46, in order to rotate a clamped workpiece 30.
  • the feed device 28 further comprises a workpiece support 48 arranged on the machine bed 38 for supporting the workpiece 30.
  • the feed device comprises
  • Feed device 28 a push-through chuck 50, through which the workpiece 30 is fed to the laser processing device 12 or the separating device 14.
  • Push-through chuck 50 likewise has clamping jaws, the workpiece 30 being carried through being clamped with a clamping force of up to a maximum of approximately 2 to 2.5 kN per clamping jaw.
  • the processing device 10 further includes a
  • Unloading device 51 for removing a cut workpiece Unloading device 51 for removing a cut workpiece.
  • This magazine 53 can, for example, as
  • drills, flow drills, thread cutting tools or thread forming tools can be arranged. Consequently, instead of a plunge milling cutter 26, for example, another tool can also be arranged on the spindle 24, for example in order to cut a thread in one
  • processing device 10 is designed to carry out the following method:
  • the workpiece 30 is designed as a hollow chamber profile and is shown schematically in perspective in FIG.
  • the workpiece 30 can be designed in particular as an aluminum hollow chamber profile. Hence, that points
  • Workpiece 30 in particular a rectangular or
  • the workpiece 30 comprises a peripheral wall 52. Inside the wall is a
  • Workpiece inner section 54 is arranged, which is designed as a separating web and consequently the workpiece 30 in two
  • the separation area 62 is consequently the area of the workpiece 30 at which the workpiece part 60 is to be separated from the remaining workpiece 30. Then a plunge cutter 26 is used first
  • Separator 54 is severed in the separation area 62. This continues until the inside of the opposite wall 52 is reached (cf. FIG. 3b). Overall, the
  • the plunge milling process consequently introduced a circular cylindrical bore into the workpiece 30 with comparatively little force.
  • the plunge milling process can be carried out with a plunge cutter with a diameter of 6 mm at a speed of 6000 revolutions per minute, which is one
  • Circumferential speed of 113 per minute corresponds.
  • the feed can be, for example, 1.2 m / min.
  • Laser processing device 12 a laser cut 66 along the circumference 65 of the workpiece 30 in the separation area 62
  • Wall 52 in the separation area 62 is cut over the entire circumference 65.
  • the workpiece part 60 is consequently separated by a combination of a plunge milling process and a laser cutting process.
  • the separating web 54 located in the interior of the wall 52 is first
  • This interior area of the hollow chamber-shaped workpiece 30 is with
  • Laser cutting head 18 cannot be severed. The entire remaining part of the workpiece 30 that can be cut by the laser radiation 18 is then cut in a particularly efficient and rapid manner by laser cutting. Overall, processing of hollow-chamber profile-like workpieces can thus be made possible by means of a laser processing device 12, by the process of the
  • Laser processing device 12 not severable
  • hollow chamber profile-like workpieces 30 are carried out.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur schneidenden Bearbeitung eines, insbesondere hohlkammerprofilförmigen, Werkstücks (30) mit einer Wandung (52) und wenigstens einem innerhalb der Wandung (52) liegenden Werkstückinnenabschnitt (54), insbesondere einem Trennsteg, mittels einer Bearbeitungsvorrichtung (10), wobei die Bearbeitungsvorrichtung (10) eine Laserbearbeitungseinrichtung (12) und eine zusätzliche Trenneinrichtung (14), insbesondere eine mechanische Trenneinrichtung (14), aufweist, das Verfahren umfassend folgende Schritte: a. Durchtrennen des Werkstückinnenabschnitts (54) in einem Trennbereich (62) des Werkstücks (30) mittels der Trenneinrichtung (14); und b. Durchtrennen der Wandung (52) des Werkstücks (30) im Trennbereich (62) mittels der Laserbearbeitungseinrichtung (12).

Description

Titel: Verfahren und Bearbeitungsvorrichtung zur schneidenden Bearbeitung eines
hohlkammerprofilförmigen Werkstücks
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur schneidenden
Bearbeitung eines, insbesondere hohlkammerprofilförmigen, Werkstücks. Die Erfindung betrifft ferner eine dazugehörige BearbeitungsVorrichtung .
Aus der DE 10 2016 106 067 Al ist eine
Bearbeitungsvorrichtung zur schneidenden Bearbeitung eines rohrförmigen Werkstücks mittels einer
Bearbeitungsvorrichtung vorbekannt. Dabei weist die
Bearbeitungsvorrichtung eine Zuführeinrichtung zur Zufuhr des zu schneidenden Werkstücks auf. Die Zuführeinrichtung führt das zu schneidende rohrförmige Werkstück einer
Laserbearbeitungseinrichtung der Bearbeitungsvorrichtung zum Laserscheiden zu. Dabei werden im Zuge des
Laserschneidvorgangs insbesondere nach und nach Rohrteile von den rohrförmigen Werkstücken abschnitten.
Abgeschnittene Rohrteile werden über eine
Entladeeinrichtung aufgenommen und aus der
Laserbearbeitungseinrichtung abgeführt .
Mittels der aus der DE 10 2016 106 067 Al vorbekannten Bearbeitungsvorrichtung können zwar rohrförmige Werkstücke in Rohrteile geschnitten werden. Allerdings können keine Werkstücke geschnitten werden, die neben einer Wandung auch innenliegende Werkstückabschnitte, wie beispielsweise
Trennstege, aufweisen. Dies deswegen, da die innerhalb der Wandung eines Werkstücks liegenden Geometrien mangels Zugänglichkeit mit dem Laserschneidkopf der
Laserbearbeitungseinrichtung nicht geschnitten werden können, so dass ein Abtrennen einzelner Werkstückteile nicht möglich ist. Insofern können beispielsweise
hohlkammerprofilförmige Werkstücke mittels der vorbekannten Bearbeitungsvorrichtung nicht in einzelne Werkstückteile geschnitten werden. Vielmehr erfolgt das Schneiden
hohlkammerprofilförmiger Werkstücke insbesondere durch konventionelles Spanabheben mit Fräswerkzeugen mit
vergleichsweise geringer Bearbeitungsgeschwindigkeit.
Insbesondere bei Werkstücken mit komplexen
Bearbeitungskonturen führt dies zu vergleichsweise hohen Fertigungskosten . Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunden, den genannten Nachteilen des Standes der Technik Abhilfe zu schaffen .
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorgeschlagen wird demnach zunächst ein Verfahren zur schneidenden Bearbeitung eines, insbesondere
hohlkammerprofilförmigen, Werkstücks mit einer Wandung und wenigstens einem innerhalb der Wandung liegenden
Werkstückinnenabschnitt, insbesondere einem Trennsteg. Die Bearbeitung erfolgt dabei mittels einer
Bearbeitungsvorrichtung, wobei die Bearbeitungsvorrichtung eine Laserbearbeitungseinrichtung und eine zusätzliche Trenneinrichtung, insbesondere eine mechanische
Trenneinrichtung, aufweist. Das Verfahren umfasst folgende Schritte :
a. Durchtrennen des Werkstückinnenabschnitts in einem
Trennbereich des Werkstücks mittels der Trenneinrichtung; und
b. Durchtrennen der Wandung des Werkstücks im Trennbereich mittels der Laserbearbeitungseinrichtung.
Das zu bearbeitende Werkstück kann insbesondere
stangenartig ausgebildet sein und demnach eine längliche Form aufweisen. Des Weiteren kann das Werkstück
insbesondere ein Hohlkammerprofil aufweisen. Somit kann der Werkstückinnenabschnitt insbesondere als wenigstens ein Trennsteg ausgebildet sein, der wenigstens eine erste
Kammer des Werkstücks von einer zweiten Kammer trennt. Die Wandung kann insbesondere vollständig umlaufend ausgebildet sein .
Mittels des Verfahrens kann insbesondere wenigstens ein Werkstückteil vom Werkstück abgetrennt werden. Denkbar ist, dass eine Vielzahl, insbesondere gleichartiger,
Werkstückteile vom Werkstück durch wiederholtes Durchführen der Schritte a. und b. abgetrennt werden.
Der Trennbereich ist derjenige Bereich des Werkstücks, in dem die erfindungsgemäßen Schritte a. und b. durchgeführt werden, um insbesondere ein Werkstückteil vom Werkstück abzutrennen .
In Schritt a. kann erfindungsgemäß mittels der
Trenneinrichtung der im Inneren der Wandung liegende
Werkstückinnenabschnitt des Werkstücks im Trennbereich durchtrennt werden. Dieser Werkstückinnenabschnitt ist insbesondere mit dem Laserschneidkopf der
Laserbearbeitungseinrichtung nicht zugänglich und kann somit nicht durch Laserschneiden durchtrennt werden.
Erfindungsgemäß wird dieser Bereich mittels der
Trenneinrichtung durchtrennt. Somit ist die Möglichkeit gegeben, Werkstückteile unter Verwendung der
Laserbearbeitungseinrichtung der Bearbeitungsvorrichtung zu durchtrennen, indem die von der
Laserbearbeitungseinrichtung zugänglichen Teile des
Werkstücks im Trennbereich getrennt werden, und die nicht zugänglichen Teile des Werkstücks im Trennbereich mittels der Trenneinrichtung abgetrennt werden.
Gegenüber dem Stand der Technik kann folglich insbesondere eine Geschwindigkeitssteigerung und/oder eine
Kostenreduzierung erzielt werden, indem die von der
Laserbearbeitungseinrichtung durchtrennbaren Abschnitte des Werkstücks beim Trennvorgang mittels der
Laserbearbeitungseinrichtung durchtrennt werden und die nicht zugänglichen Teile mittels der Trenneinrichtung durchtrennt werden. Es findet folglich eine Kombination des Laserschneidvorgangs mit einem weiteren Trennvorgang, ausgeführt mittels der Trenneinrichtung, statt.
Falls mehrere Werkstückinnenabschnitte vorhanden sind, beispielsweise zwei Trennstege in einem Hohlkammerprofil, um so insgesamt vier Hohlkammern auszubilden, so werden insbesondere sämtliche Werkstückinnenabschnitte im
Trennbereich des Werkstücks in Schritt a. mittels der
Trenneinrichtung durchtrennt.
In diesem Zusammenhang ist einerseits denkbar, dass Schritt b. vor Schritt a. durchgeführt wird. Allerdings ist
insbesondere auch denkbar, dass Schritt a. vor Schritt b. durchgeführt wird. Folglich wird insbesondere zunächst mittels der Trenneinrichtung der Werkstückinnenabschnitt im Trennbereich durchtrennt. Sodann können die weiteren, von der Laserbearbeitungseinrichtung schneidbaren
Werkstückabschnitte im Trennbereich durchtrennt werden, um insbesondere ein Werkstückteil vom Werkstück abzuschneiden. Um dabei den Werkstückinnenabschnitt zu erreichen, ist insbesondere bei umlaufenden Wandungen denkbar, dass von der Trenneinrichtung zunächst ein Wandungsbereich im
Trennbereich durchtrennt wird bis der
Werkstückinnenabschnitt erreicht ist und sodann der
Werkstückinnenabschnitt durchtrennt wird. Daraufhin kann durch Laserschneiden ein Werkstückteil vollends vom
Werkstück abgetrennt werden.
Denkbar ist, dass die Trenneinrichtung als mechanische Trenneinrichtung ausgebildet ist. Dabei kann die
Trenneinrichtung ein radiales Fräswerkzeug aufweisen, um insbesondere mit vergleichsweise geringer
Vorschubgeschwindigkeit und vergleichsweise geringen
Zustelltiefen den Werkstückinnenabschnitt im Trennbereich zu durchtrennen. Dabei wäre beispielsweise die Zuhilfenahme eines Gegenhalters, der auftretende Reaktionskräfte auf das Werkstück aufnimmt, denkbar. Denkbar wäre auch, dass die mechanische Trenneinrichtung eine Säge, beispielsweise eine Kreissäge, Bandsäge und/oder eine Stichsäge umfasst, um den Werkstückinnenabschnitt im Trennbereich zu durchtrennen.
Schließlich wäre auch denkbar, dass die Trenneinrichtung zur Ausführung eines Brennschneidvorgangs und/oder eines Wasserstrahlschneidvorgangs ausgebildet und eingerichtet ist, um mittels des Brennschneidvorgangs und/oder des
Wasserstrahlschneidvorgangs den Werkstückinnenabschnitt im Trennbereich zu durchtrennen. Denkbar ist allerdings insbesondere, dass die
Trenneinrichtung einen Tauchfräser umfasst, um in Schritt a. den Werkstückinnenabschnitt im Trennbereich mittels eines Tauchfräsvorgangs zu durchtrennen. Dadurch kann eine vergleichsweise kraftarme Durchtrennung des
Werkstückinnenabschnitts durchgeführt werden. Das
Tauchfräsen hat, beispielsweise gegenüber einem radialen Fräsen, die Vorteile einer geringen Reaktionskraft auf das Werkstück und einer vergleichsweise geringen
Schwingungsanregung des Werkstückes. Weiterhin weist das Tauchfräsen durch die vergleichsweise geringen auftretenden Bearbeitungskräfte eine besondere Eignung bei geringer Werkstückstabilität und/oder bei langen Werkzeugüberhängen auf. So ist beispielsweise denkbar, dass das Werkstück mittels eines Durchschiebefutters mit vergleichsweise geringer Spannkraft der Laserbearbeitungseinrichtung und der mechanischen Trenneinrichtung zugeführt wird, sodass beispielsweise ein Wegfräsen des Werkstückinnenabschnitts durch eine radiale Fräsbewegung vergleichsweise aufwendig teuer und schwierig zu bewerkstelligen ist.
Vorteilhaft ist auch, wenn die Trenneinrichtung eine
Bearbeitungsspindel umfasst, an der der Tauchfräser
angeordnet ist, wobei die Bearbeitungsspindel in Schritt a. mit einer Drehzahl von wenigstens 4000 U/min, insbesondere von wenigstens 6000 U/min, betrieben wird. Eine derartige Bearbeitungsgeschwindigkeit ermöglicht insbesondere ein vergleichsweise wirtschaftliches Durchtrennen des
Werkstücksinnenabschnitts im Trennbereich in Schritt a. Besonders bevorzugt ist, wenn der Tauchfräser in Schritt a. mit einem Vorschub von wenigstens 0,5 m/min, insbesondere wenigstens 1,2 m/min, betrieben wird. Ein derartiger
Vorschub kann insbesondere eine hinreichend hohe und damit wirtschaftliche Bearbeitungsgeschwindigkeit ermöglichen.
Besonders bevorzugt ist weiter, wenn der Tauchfräser in Schritt a. mit einer Umfangsgeschwindigkeit von wenigstens 100 m/min betrieben wird. Auch eine derart hohe
Umfangsgeschwindigkeit kann zu einer wirtschaftlichen
Betriebsweise des Verfahrens beitragen.
Besonders bevorzugt ist ferner, wenn die
Bearbeitungsvorrichtung ein Spannfutter mit wenigstens einer Spannbacke zum Spannen und Verlagern des Werkstücks aufweist, wobei die Spannkraft der Spannbacke maximal 2,5 kN, insbesondere maximal 2,0 kN, beträgt. Trotz dieser vergleichsweise geringen Spannkraft kann insbesondere ein Tauchfräsvorgang durchgeführt werden. Ein Tauchfräsvorgang ermöglicht insbesondere eine kraftarme Bearbeitung des Werkstücks. Dies insbesondere aufgrund der vergleichsweise geringen Reaktionskraft auf das Werkstück und einer
vergleichsweise geringen Schwingungsanregung des
Werkstücks .
Ferner kann die Bearbeitungsvorrichtung ein
Durchschiebefutter mit wenigstens einer Spannbacke zum Führen des Werkstücks aufweisen, wobei die Spannkraft der Spannbacke maximal 2,5 kN, insbesondere maximal 2,0 kN, betragen kann. Trotz der vergleichsweise geringen Spannkraft ist insbesondere eine Bearbeitung mittels eines Tauchfräsvorgangs möglich.
Vorteilhafterweise besteht das Werkstück aus Aluminium oder umfasst Aluminium. Folglich können insbesondere
Hohlkammerprofile aus Aluminium mittels des Verfahrens besonders wirtschaftlich in einzelne Werkstückteile
durchtrennt werden.
Denkbar ist allerdings auch, dass die verfahrensgemäß zu bearbeitenden Werkstücke aus anderen gängigen Werkstoffen bestehen oder andere gängige Werkstoffe umfassen. Derart gängige Werkstoffe können neben Aluminium auch Baustahl, Edelstahl, Kupfer und/oder Messing sein. Zusätzlich oder alternativ können derart gängige Werkstoffe auch
Kunststoffe, Gummi-Materialien, Holz und/oder
Verbundmaterialien sein.
Die eingangs gestellte Aufgabe wird auch gelöst durch eine Bearbeitungsvorrichtung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die
Bearbeitungsvorrichtung eine Laserbearbeitungseinrichtung und eine zusätzliche Trenneinrichtung, insbesondere eine mechanische Trenneinrichtung, aufweist. Die
Bearbeitungsvorrichtung weist folglich zum einen die
Möglichkeit des Laserschneidens mittels der
Laserbearbeitungseinrichtung auf. Aufgrund des Vorsehens der zusätzlichen Trenneinrichtung können allerdings auch Werkstückabschnitte eines Werkstücks durchtrennt werden, die mittels der Laserbearbeitungseinrichtung nicht geschnitten werden können, insbesondere aufgrund einer Unzugänglichkeit mittels eines Laserschneidkopfs der
Laserbearbeitungseinrichtung. Insofern können mit der
Bearbeitungsvorrichtung auf Grund des kombinierten
Vorsehens einer Laserbearbeitungseinrichtung und einer weiteren Trenneinrichtung insgesamt insbesondere
Hohlkammerprofile in einzelne Stücke getrennt werden.
Vorzugsweise umfasst die Trenneinrichtung einen
Tauchfräser. Ein derartiger Tauchfräser ermöglicht
insbesondere das Durchtrennen innenliegender Geometrien von Werkstücken, die mittels der Laserbearbeitungseinrichtung nicht durchtrennbar sind. Mittels des Tauchfräsens kann ein Trennvorgang innenliegender Werkstückabschnitte mit
vergleichsweise geringen auftretenden Reaktionskräften auf das Werkstück und vergleichsweise geringer
Schwingungsanregungen des Werkstücks erfolgen. Dabei können innenliegende Geometrien insbesondere auch dann durchtrennt werden, wenn die Spannkraft in einem Spannfutter der
Bearbeitungsvorrichtung vergleichsweise gering sind und beispielsweise bei maximal ca. 2 kN pro Spannbacke des Spannfutters liegen.
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Trenneinrichtung eine Bearbeitungsspindel umfasst, an der der Tauchfräser anordenbar ist oder
angeordnet ist. Mittels einer derartigen Trenneinrichtung ist vergleichsweise schnell und kostengünstig eine
Durchtrennung innenliegender Geometrien von zu durchtrennenden Werkstücken, insbesondere von Hohlkammerprofilen, möglich.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer die in den Figuren dargestellte
Ausführungsform der Erfindung näher beschrieben und erläutert ist.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Perspektivansicht einer
Bearbeitungsvorrichtung mit Laserbearbeitungseinrichtung und einer Trenneinrichtung gemäß einer Ausführungsform;
Figur 2 eine schematische perspektivische Darstellung eines mittels der Bearbeitungsvorrichtung nach Figur 1 zu bearbeitenden Werkstücks;
Figur 3 (a) Darstellung nach Figur 2 mit schematischer
Darstellung eines Trennvorgangs mittels der
Trenneinrichtung gemäß Figur 1, und (b) schematische Draufsicht auf die Darstellung gemäß Figur 3a;
Figur 4 Darstellung basierend auf Figur 3a mit
schematischer Darstellung eines Trennvorgangs mittels der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß Figur 1; und Figur 5 Perspektivische Darstellung eines, mittels der in den Figuren 3 und 4 gezeigten Trennvorgänge, abgetrennten Werkstückteils des in Figur 2 gezeigten Werkstücks.
Figur 1 zeigt schematisch vereinfacht eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnete Bearbeitungsvorrichtung. Diese umfasst eine Laserbearbeitungseinrichtung 12. Ferner umfasst diese eine zusätzliche Trenneinrichtung 14.
Die Laserbearbeitungseinrichtung 12 umfasst eine
Laserstrahlquelle 15 zum Erzeugen eines Laserstrahls 16, einen Laserschneidkopf 18, sowie eine Strahlführung 20, die den Laserstrahl 16 von der Laserstrahlquelle 15 zum
Laserschneidkopf 18 führt.
Die Trenneinrichtung 14 ist neben bzw. unterhalb des
Laserschneidkopfs 18 angeordnet. Diese umfasst eine, in Figur 3 gezeigte, um eine Rotationsachse 22 drehbare
Spindel 24. An der Spindel 24 ist ein Tauchfräser 26 lösbar angeordnet .
Die Bearbeitungsvorrichtung 10 umfasst ferner eine
Zuführeinrichtung 28 zur seitlichen Zufuhr eines von der Bearbeitungsvorrichtung 10 zu schneidenden Werkstücks 30. Der Vorgang des Abtrennens eines Werkstückteils vom
Werkstück 30 wird später noch detailliert beschrieben werden. Die Zuführeinrichtung 28 umfasst eine
Beladeeinrichtung 32 zur Lagerung von Werkstücken 30, bevor diese geschnitten werden. Die Zuführeinrichtung 28 umfasst ferner eine Halteeinrichtung 34 zur Halterung und Verlagerung des Werkstücks 30. Die Halteeinrichtung 34 ist motorisch angetrieben und in eine Vorschubrichtung (X- Richtung) 36 vor und zurück verlagerbar. Die
Zuführeinrichtung 28 umfasst weiterhin ein Maschinenbett 38 mit Führungsschienen 40, an denen die Halteeinrichtung 34 verlagerbar angeordnet ist. Die Halteeinrichtung 34 weist ferner ein Spannfutter 42 mit vier Spannbacken 44 auf. Das Spannfutter 42 dient zur Halterung des Werkstücks 30. Die Werkstücke 30 werden dabei jeweils mit einer Spannkraft bis maximal ca. 2 bis 2,5 kN pro Spannbacke 44 eingespannt. Das Spannfutter 42 ist dabei, wie durch den Doppelpfeil 46 angedeutet, drehbar, um ein eingespanntes Werkstück 30 zu drehen. Die Zuführeinrichtung 28 umfasst ferner eine am Maschinenbett 38 angeordnete Werkstückabstützung 48 zur Stützung des Werkstücks 30. Schließlich umfasst die
Zuführeinrichtung 28 ein Durchschiebefutter 50, durch welche das Werkstück 30 der Laserbearbeitungseinrichtung 12 bzw. der Trenneinrichtung 14 zugeführt wird. Das
Durchschiebefutter 50 weist ebenfalls Spannbacken auf, wobei das durchgeführte Werkstück 30 mit einer Spannkraft bis maximal ca. 2 bis 2,5 kN pro Spannbacke eingespannt wird .
Die Bearbeitungsvorrichtung 10 umfasst ferner eine
Entladeeinrichtung 51, um ein abgeschnittenes Werkstückteil abzuführen .
Neben der Trenneinrichtung 14 ist ein Werkzeugmagazin 53 vorgesehen. Dieses Magazin 53 kann beispielsweise als
Linear- oder Revolvermagazin ausgebildet sein. In diesem Magazin 53 können verschiedene Werkzeuge, wie
beispielsweise Bohrer, Fließbohrer, Gewindeschneidwerkzeuge oder Gewindeformwerkzeuge angeordnet sein. Folglich kann anstelle eines Tauchfräsers 26 beispielsweise auch ein anderes Werkzeug an der Spindel 24 angeordnet werden, um beispielsweise ein Gewinde in einem abzutrennenden
Werkzeugteil vorzusehen.
Insgesamt ist die Bearbeitungsvorrichtung 10 zur Ausführung des folgenden Verfahrens ausgebildet:
Das Werkstück 30 ist als Hohlkammerprofil ausgebildet und ist in Figur 2 schematisch perspektivisch gezeigt. Das Werkstück 30 kann insbesondere als Aluminium- Hohlkammerprofil ausgebildet sein. Folglich weist das
Werkstück 30 insbesondere eine rechteckige oder
quadratische Außenkontur auf. Das Werkstück 30 umfasst eine umlaufende Wandung 52. Innerhalb der Wandung ist ein
Werkstückinnenabschnitt 54 angeordnet, der als Trennsteg ausgebildet ist und folglich das Werkstück 30 in zwei
Hohlkammern 56, 58 unterteilt.
Um ein Werkstückteil 60 (in Figur 5 als Einzelteil gezeigt) vom Werkstück 30 abzutrennen, wird das Werkstück 30 so verlagert, dass ein Trennbereich 62 (vgl. Figur 3) des Werkstücks 30 von der Bearbeitungseinrichtung 14
bearbeitbar ist. Der Trennbereich 62 ist folglich derjenige Bereich des Werkstücks 30, an dem das Werkstückteil 60 vom verbleibenden Werkstück 30 abgetrennt werden soll. Sodann wird zunächst mittels des Tauchfräsers 26 ein
Wandabschnitt 64 im Trennbereich 62 der Wandung 52
durchbohrt bis der Trennsteg 54 erreicht ist. Sodann wird, wie in Figur 3b besonders deutlich erkennbar ist, der
Trennsteg 54 im Trennbereich 62 durchtrennt. Dies erfolgt soweit bis die Innenseite der gegenüberliegenden Wandung 52 erreicht ist (vgl. Fig. 3b) . Insgesamt wird bei dem
Tauchfräsvorgang folglich vergleichsweise kraftarm eine kreiszylindrische Bohrung in das Werkstück 30 eingebracht. Der Tauchfräsvorgang kann dabei mit einem Tauchfräser mit einem Durchmesser von 6 mm bei einer Drehzahl von 6000 Umdrehungen pro Minute durchgeführt werden, was einer
Umfangsgeschwindigkeit von 113 pro Minute entspricht. Der Vorschub kann dabei beispielsweise 1,2 m/min betragen.
Sodann wird, wie in Figur 4 gezeigt ist, mittels der
Laserbearbeitungseinrichtung 12 ein Laserschnitt 66 entlang des Umfangs 65 des Werkstücks 30 im Trennbereich 62
durchgeführt, um das Werkstückteil 60 vom Werkstück 30 abzutrennen. Im Zuge dieses Laserschnitts 66 wird die
Wandung 52 im Trennbereich 62 über den gesamten Umfang 65 durchtrennt .
Insgesamt findet folglich die Abtrennung des Werkstückteils 60 durch eine Kombination eines Tauchfräsvorgangs mit einem Laserschneidvorgang statt.
Mittels des Tauchfräsvorgangs wird dabei zunächst der im Inneren der Wandung 52 liegende Trennsteg 54 im
Trennbereich 62 durchtrennt. Dieser innenliegende Bereich des hohlkammerprofilförmigen Werkstücks 30 ist mit
Laserstrahlung mangels Zugänglichkeit mittels des
Laserschneidkopfs 18 nicht durchtrennbar. Der gesamte übrige, von der Laserstrahlung 18 schneidbare Teil des Werkstücks 30 wird sodann in besonders effizienter und schneller Weise durch Laserschneiden geschnitten. Insgesamt kann folglich eine Bearbeitung von hohlkammerprofilartigen Werkstücken mittels einer Laserbearbeitungseinrichtung 12 ermöglicht werden, indem die von der
Laserbearbeitungseinrichtung 12 nicht durchtrennbaren
Bereiche im Bedarfsfall durch den Tauchfräsvorgang mittels der Trenneinrichtung 14 abgetrennt werden.
Dadurch kann insgesamt ein effizientes Bearbeiten,
insbesondere Abtrennen, von Werkstückteilen 60 von
hohlkammerprofilartigen Werkstücken 30 durchgeführt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur schneidenden Bearbeitung eines,
insbesondere hohlkammerprofilförmigen, Werkstücks (30) mit einer Wandung (52) und wenigstens einem innerhalb der Wandung (52) liegenden Werkstückinnenabschnitt (54), insbesondere einem Trennsteg, mittels einer Bearbeitungsvorrichtung (10), wobei die
Bearbeitungsvorrichtung (10) eine
Laserbearbeitungseinrichtung (12) und eine zusätzliche Trenneinrichtung (14), insbesondere eine mechanische Trenneinrichtung (14), aufweist, das Verfahren
umfassend folgende Schritte: a. Durchtrennen des Werkstückinnenabschnitts (54) in einem Trennbereich (62) des Werkstücks (30) mittels der Trenneinrichtung (14); und b. Durchtrennen der Wandung (52) des Werkstücks (30) im Trennbereich (62) mittels der
Laserbearbeitungseinrichtung (12) .
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt a. vor
Schritt b. durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die
Trenneinrichtung (14) einen Tauchfräser (26) umfasst, um in Schritt a. den Werkstückinnenabschnitt (54) im Trennbereich (62) mittels eines Tauchfräsvorgangs zu durchtrennen .
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Trenneinrichtung (14) eine Bearbeitungsspindel (24) umfasst, an der der Tauchfräser (26) angeordnet ist, wobei die Bearbeitungsspindel (24) in Schritt a. mit einer Drehzahl von wenigstens 4000 U/min, insbesondere von wenigstens 6000 U/min, betrieben wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei der
Tauchfräser (26) in Schritt a. mit einem Vorschub von wenigstens 0,5 m/min, insbesondere wenigstens 1,2 m/min, betrieben wird.
6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4 oder 5, wobei der Tauchfräser (26) in Schritt a. mit einer
Umfangsgeschwindigkeit von wenigstens 100 m/min betrieben wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bearbeitungsvorrichtung (10) ein Spannfutter (42) mit wenigstens einer Spannbacke (44) zum Spannen und Verlagern des Werkstücks (30) aufweist, wobei die Spannkraft der Spannbacke (44) maximal 2,5 kN, insbesondere maximal 2,0 kN, beträgt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bearbeitungsvorrichtung (10) ein
Durchschiebefutter (50) mit wenigstens einer
Spannbacke zum Führen des Werkstücks (30) aufweist, wobei die Spannkraft der Spannbacke maximal 2,5 kN, insbesondere maximal 2,0 kN, beträgt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Werkstück (30) aus Aluminium besteht oder Aluminium umfasst.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Werkstück (30) aus Baustahl, Edelstahl, Kupfer,
Messing, Kunststoff, Gummi-Material, Holz und/oder Verbundmaterial besteht, oder eines der vorgenannten Materialien umfasst.
11. Bearbeitungsvorrichtung (10) zur Durchführung des
Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bearbeitungsvorrichtung (10) eine
Laserbearbeitungseinrichtung (12) und eine zusätzliche Trenneinrichtung (14), insbesondere eine mechanische Trenneinrichtung, aufweist.
12. Bearbeitungsvorrichtung (10) nach Anspruch 11, wobei die Trenneinrichtung (14) einen Tauchfräser (26) umfasst .
13. Bearbeitungsvorrichtung (10) nach Anspruch 12, wobei die Trenneinrichtung (14) eine Bearbeitungsspindel (24) umfasst, an der der Tauchfräser (26) anordenbar oder angeordnet ist.
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