ES2586810T3

ES2586810T3 - Máquina para el mecanizado de una pieza de trabajo mediante un rayo láser

Info

Publication number: ES2586810T3
Application number: ES09759876.7T
Authority: ES
Inventors: Max Schrobenhauser; Günther RAUSCH
Original assignee: Hoerbiger Automatisierungstechnik Holding GmbH
Current assignee: Hoerbiger Automatisierungstechnik Holding GmbH
Priority date: 2008-11-14
Filing date: 2009-11-10
Publication date: 2016-10-19
Anticipated expiration: 2029-11-10
Also published as: JP2012508650A; JP5486746B2; CN102216024B; CN102216024A; EP2344296B1; DE102008057415B3; WO2010054792A1; EP2344296A1; KR20110095263A; KR101627386B1

Abstract

Máquina para el mecanizado de una pieza de trabajo mediante un rayo láser, en particular para el corte por láser de metales, que comprende un portapiezas, una unidad de mecanizado por laser (5), una unidad de accionamiento para el movimiento de la unidad de mecanizado por láser y del portapiezas uno con respecto al otro, un control de máquina y un dispositivo de suministro de gas, en la que el dispositivo de suministro de gas presenta al menos una fuente de gas (2), una boquilla de gas (6) asociada a la unidad de mecanizado por laser, una disposición de lineas (7) que conecta la boquilla de gas con la al menos una fuente de gas y al menos una válvula de regulación de presión proporcional (4, 4', 4") dispuesta en ésta, conectada con una unidad de control de gas (65), caracterizada porque la válvula de regulación de presión proporcional (4, 4'. 4") comprende una etapa preliminar piezoneumática (14, 14') Y una etapa de potencia neumática (1 3) operada por ésta.

Description

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Maquina para el mecanizado de una pieza de trabajo mediante un rayo laser

La presente invention se refiere a una maquina para el mecanizado de una pieza de trabajo mediante un rayo laser, en particular para el corte por laser de metales. que comprende un portapiezas, una unidad de mecanizado por laser, una unidad de acdonamiento para el movimiento de la unidad de mecanizado por laser y del portapiezas uno con respecto a otro, un control de maquina y un dispositivo de suministro de gas, presentando el dispositivo de suministro de gas al menos una fuente de gas. una boquilla de gas asociada a la unidad de mecanizado por laser, una disposition de lineas que conecta la boquilla de gas con la al menos una fuente de gas y al menos una valvuia de regulaciOn de presiOn proporcional dispuesta en esta. conectada con la unidad de control de gas.

Mediante un rayo laser se pueden realizar diferentes mecanizados de distintos materiales. Por ejemplo, se conocen procedimientos para la soldadura por laser, para el corte por laser y para el rotulado por laser, en particular del metal. La densidad energetics del rayo laser focalizado es suficiente para fundir o incluso evaporar el material.

Para evitar un deterioro de la optica laser o menoscabo de sus propiedades opticas se requiere una evacuaaon fiable de las sustancias que se originan durante el mecanizado del matenal mediante el rayo laser Para ello un chorro de gas a alta velocidad se orienta hacia la zona del mecanizado por laser, con cuya finalidad las maquinas de mecanizado por Ibser del tipo que aqui nos ocupa presentan un dispositivo de suministro de gas equipado de una boquilla de gas. A este respecto, en determinados procedimientos de mecanizado por laser es importante poder adaptar la velocidad del chorro de gas a la operation de mecanizado especifica; sobre todo esto es valido para el corte por laser donde la velocidad del gas en primer lugar es menor. a saber, antes de que el rayo laser atraviese completamente el espesor de matenal, que durante el corte siguiente continuado del material a lo largo de la llnea de corte. A este respecto, la valvuia de regulaciOn de presiOn proporcional del dispositivo de suministro de gas prevista en maquinas genericas sirve para el ajuste de la velocidad del chorro de gas que abandona la boquilla de gas. Dado que el tipo de gas tambien influye en el resultado del mecanizado del matenal que se realiza mediante el rayo laser, la unidad de suministro de gas de maquinas genericas comprende en parte varias fuentes de gas que proporcionan gases diferentes.

Con vistas a todo el estado de la tOcnica representado anteriormente son pertinentes, por ejemplo. los documentos JP 08174261 A, KR 1020060059652 A, DE 102005028243 A1, DE 69317313 T3. DE 202007015908 U1. DE 102005049010 A1, DE 10154352 A1. DE 60216996 T2 y WO 2004/087362 A2.

A este respecto, el documento mencionado en ultimo tOrmino divulga una maquina semejante para el mecanizado de una pieza de trabajo mediante un rayo laser, en el que para el control del flujo de gas a traves de la boquilla de gas asociada a la unidad de mecanizado por laser puede estar prevista una valvuia de regulaciOn de circulaciOn proporcional o una servovalvula de regulaciOn. A este respecto, la ultima puede estar realizada en particular como valvuia de regulaciOn de circulaciOn neumatica, controlandose la vOlvula de regulaciOn de circulaciOn en funciOn de la presiOn del gas.

El documento US 6.715 731 B1 divulga una valvuia electrics operada directamente que presenta una unidad de acdonamiento piezoelectrics que comprende al menos un transducer de flexiOn piezoelectnco sujeto de un lado y mediante la que se opera directamente un cuerpo de valvuia A este respecto, la unidad de acdonamiento piezoelOctrica puede comprender en particular dos transductores de flexiOn piezoelectricos orientados en sentido contrario.

El documento DE 102007006567 At divulga un dispositivo de ajuste con un actuador piezoelectrico y una disposicion de amplification de camera que trabaja de forma hidraulica La camera, comparablemente pequefla. del acluador piezoelectrico se aumenta mediante la disposition de amplification de camera hidraulica (o hidrostatica), para provocar una regulation comespondiente del piston de control de la valvuia. La funciOn de este dispositivo de ajuste presupone obligatoriamente un fluido de presiOn incompresible para la amplification de camera mencionada.

Frente al estado de la tecnica generico representado mbs arriba la presente invention tiene el objetivo de proportionar una maquina del tipo especificado al initio, que se destaque por un potencial de potencia especialmente elevado. Sobre todo se pretende posibilitar, en el interes de durationes de mecanizado lo mas cortas posibles, un mecanizado del material mediante un rayo laser con una dinOmica realizable o no realizada hasta ahora y/o, en el interes de una calidad aun mas mejorada del producto, una precision reforzada de! mecanizado del material mediante un rayo laser,

Este objetivo se consigue segun la presente invention en tanto que, en una maquina generica para el mecanizado de una pieza de trabajo mediante un rayo laser. la valvuia de regulaciOn de presiOn proportional comprende una etapa preliminar piezoneumatica y una etapa de potencia neumatica operada por esta. Un modo de realizaciOn semejante de la vOlvula de regulation de presiOn proporcional constituye de manera absolutamente sorprendente la clave a una serie de posibilidades que repercuten, segun se represents a continuation en detalle, en una mejora sustancial de distintas caracteristicas de potencia relevantes en la practica de la mOquina.

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Una primera posibilidad que se produce con !a aplicacion de la presente invencibn consiste en que la valvula de regulacion de presibn proporclonal esta dispuesta en la unldad de mecanizado por laser, es decir, en el caso de un movimiento de la umdad de mecanizado por Ibser se mueve junto con esta. Ya que el peso de la valvula de regulacidn de presibn proporclonal se puede reducir frente al estado de la tecnica mediante su modo de realizacidn con una etapa preliminar piezoneumatica y una etapa de potencia neumatica operada por esta, por lo que una disposicibn o cdocacibn de la valvula de regulacidn de presion proporclonal directamente en la unidad de mecanizado por laser no repercute negativamente en la dinbmica de la maquina En las maquinas segun la presente invencidn, la unidad de mecanizado por laser se puede mover por consiguiente con una dinamica sustancialmente mas elevada que en una disposicidn de una valvula de regulacidn de presion proporclonal controlada por iman, claramente mbs pesada en la unidad de mecanizado por Ibser Y comparado con una disposicidn estacionana de la valvula de regulacidn de presidn proporcional, es decir. una disposicidn en la que esta no se desplaza conjuntamente con la unidad de mecanizado por Idser, sino mejor dicho esta conectada a traves de un tubo u otra linea de gas flexible con la boquilla de gas dispuesta en la unidad de mecanizado por gas, se produce una precision sustancialmente mejorada del mecanizado; entonces el chorro de gas que sale de la boquilla de gas, porque no se requieren lineas de gas deformables y se puede reducir el espacio muerto entre la valvula de regulacidn de presion proporcional y de la boquilla de gas. se puede adaptar mucho mas exactamente al rayo laser y el mecanizado del matenal realizado actualmente por este. Esto es vblido tanto con vistas a la respectiva velocidad de salida ajustable del chorro de gas, como tambien con vistas al tipo de gas, es decir, un cambio de gas dentro de la operacion de mecanizado. Tambien un cambio de gas especialmente rbpido o una modlficacidn no solo especialmente exacta, sino tambien especialmente rapida de la velocidad del chorro de gas que abandons la boquilla de gas. tambien son de nuevo aspectos de la dinamica de mecanizado especialmente elevada. posibilitada con la aplicacibn de la presente invencibn En el sentido de los aspectos representados anteriormente se destaca un perfeccionamiento especialmente preferente de la invencibn porque la valvula de regulaclbn proporcional esta dispuesta especialmente cerca de una boquilla de gas colocada en la unidad de mecanizado por laser, preferentemente en su entomo inmediato.

Tambien es especialmente ventajoso para la aplicacion practica de maquinas segun la invencibn para el mecanizado por laser de piezas de trabajo que. debido al modo de realizacion segun la invencibn de la valvula de regulacion de presibn con una etapa preliminar piezoneumatica, es posible un funcionamiento de la valvula de regulacidn de presion con una tension de funcionamiento de 24 V, siendo la absorcion de potencia electrica de la etapa preliminar piezoneumatica menor de 50 mW. preferentemente como mbximo de 30 mW, incluso con elevadas lineas de conmutacibn en el lado de potencia.

Segun un perfeccionamiento preferente de la invencibn, las posibilidades proporcionadas por la presente invencibn se usan especialmente cuando una salida de presibn de control de la etapa preliminar piezoneumatica actua directamente en la etapa de potencia neumatica. Sobre todo se puede implementar de este modo una valvula de regulacidn de presibn proporcional especialmente compacts, dado que de manera ideal es apropiada para ei alojamiento en una unidad de mecanizado por laser. A este respecto. desde el mismo punto de vista es especialmente favorable que la etapa preliminar piezoneumatica comprenda una valvula proporcional piloto piezoneumatica adosada directamente en la carcasa de la etapa de potencia neumdtica. En un perfeccionamiento preferente. esta puede comprender de nuevo una carcasa con un transducer de flexion piezoelectrico, dispuesto en ella, modificable en posicibn entre una boquilla de entrada y una boquilla de evacuacion de aire A este respecto, es ventajoso que ei espacio interior de la carcasa de la vblvula proporcional piloto piezoneumatica se comunique con la etapa de potencia neumbtica para actuar directamente en esta en el sentido representado arriba.

La carcasa de la valvula proporcional piloto piezoneumatica puede estar alojada en un encapsulado. en cuyo espacio interior desemboca la abertura de evacuacibn de aire de la valvula proporcional piloto piezoneumatica. presentando el encapsulado una abertura de salida con una gran seccion transversal respecto a la boquilla de evacuacibn de aire. Un encapsulado semejante protege la abertura de evacuacibn de aire de la valvula proporcional piloto frente a las influencias del flujo que podrlan menoscabar la reproductibilidad de la curva caracteristica de regulacion de la valvula de regulacidn de presibn proporcional y, de esta manera. contribuye a una precision especialmente elevada. Simultaneamente gracias al dimensionado de la abertura de salida del encapsulado en relacion grande respecto a la boquilla de evacuacibn de aire se impide un establecimiento de presibn indeseado dentro del encapsulado, que podria conducir igualmente a un menoscabo de la reproductibilidad de la curva caracteristica de regulacidn de la valvula de regulacion de presibn proporcional. El encapsulado puede recibir al menos una parte de los componentes electronicos de la unidad de control de gas, de modo que estos tambien estan alojados protegidos pese a su cercania directa a la valvula de regulacion de presibn proporcional.

Si la etapa preliminar piezoneumatica comprende en e! sentido del perfeccionamiento explicado anteriormente de la invencibn una valvula proporcional piloto piezoneumatica. adosada directamente en la carcasa de la etapa de potencia neumatica, entonces, segun otro nuevo perfeccionamiento de la invencibn, la boquilla de entrada de la valvula proporcional piloto piezoneumatica esta conectada a traves de una abertura en su carcasa con un onficio de gas de control dispuesto en la carcasa de la etapa de potencia neumatica De este modo se puede usar la estatica de ia carcasa de la etapa de potencia neumbtica para una conexion del gas de control con la valvula proporcional piloto

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piezoneumatica. Para la clarification se remite en este contexto a que como gas de control de la valvula proportional piloto piezoneumatica entra en consideration basicamente cualquier gas y cualquier mezcla de gases (por ejemplo tambien aire). En particular entra en consideration que la valvula proportional piloto piezoneumatica se hace funtionar con un gas disponible de todos modos en el dispositivo de suministro de gas, en particular en tanto que el orifitio de gas de control explicado anteriormente esta conectado a traves de un regulador de presiOn de admisiOn, que puede ajustar por ejemplo a 1.2 bares en la valvula proportional piloto. con una fuente de gas a alta presion del dispositivo de suministro de gas Otra option consiste en que el orificio de gas de control este conectado con una fuente de medio de presiOn separada, diferente del dispositivo de suministro de gas.

Con respecto al modo de realization de la etapa de potencia neumatica. un perfeccionamiento preferente de la invention se destaca porque la etapa de potencia neumatica presents una entrada, una salida y un piston de control guiado axialmente de forma desplazable en un orificio de piston de control, que presents al menos un primer borde de control que coopera con un segundo borde de control correspondiente, fijo a la carcasa. definiendo el primer y el segundo borde de control una hendidura de control variable dispuesta en el recorrido de flujo entre la entrada y la salida. En una configuration semejante se puede implementar ventajas especiales. segun se represents a continuation en detaile Entonces, por ejemplo. en tanto que el segundo borde de control esta dispuesto en la zona de la abertura de la salida hatia el orificio de piston de control, el piston de control se puede guardar de cualquier menoscabo por parte del gas que se expande en la hendidura de control; ya que la expansion con su inquietud considerable del flujo se realiza en la salida de la etapa de potencia neumatica. es decir, en la zona fija a la carcasa. de modo que se impide una repercusion sobre el pistOn de control. En la zona del pistOn de control siempre se aplica entretanto la presiOn constants del gas proporcionado. Esto produce una elevada precision de la reproductibilidad de la curva caracteristica de regulation. Ademas, segun otra forma de realization preferente. contribuye a etlo que la superficie de la section transversal de la abertura de la entrada hacia el onficio de pistOn de control sea mayor que la superficie de section transversal de la abertura de la salida hatia el orifitio de pistOn de control.

Si la etapa de potencia neumatica presenta en este sentido un pistOn de control y la etapa preliminar piezoneumatica comprende un transducer de flexion piezoelectrico. entonces la relation de multiplication del movimiento del transducer de flexiOn eiOctnco respecto al recorrido de ajuste del pistOn de control puede ser en todo caso por zonas por lo menos de 1:50. mils o menos preferentemente 1:100 o mds. mediante la selection apropiada de los parametros de diseflo detisivos. Esto es una relation especialmente favorable con vises a la caracteristica de regulation

Con vises a una ventilation r&pida de la linea de gas entre la valvula de regulation de presiOn proporcional y la boquilla de gas y por consiguiente la posibilidad de un cambio de gas especialmente rOpido es venejoso que la etapa de potencia neumatica presente una ventilation y el pistOn de control un tercer borde de control, que coopera con un cuarto borde de control correspondiente, fijo a la carcasa. definiendo el tercer y el cuarto borde de control una segunda hendidura de control variable dispuesta en el recorrido de flujo entre la salida y la ventilation. En este sentido tambien es favorable que el cuarto borde de control este dispuesto en la zona de la abertura de la salida hacia el orifico de piston de control. Y aqui tambien es vOlido de nuevo con respecto a las ventajas obtenibles con ello explicadas anteriormente en relation con la conexiOn de la entrada con la salida, que la superficie de section transversal de la abertura de la ventilaciOn hatia el orificio de piston de control sea preferentemente mayor que la superficie de section transversal de la abertura de la salida hacia el orifitio de pistOn de control.

Si la etapa de potencia neumatica comprende en el sentido del perfeccionamiento explicado anteriormente de la invention una entrada, una salida, una ventilaciOn y un pistOn de control guiado axialmente de forma desplazable en un orificio de pistOn de control, que presenta un primer borde de control que coopera con un segundo borde de control fijo a la carcasa y un tercer borde de control que coopera con un cuario borde de control fijo a la carcasa, entonces segun otro perfeccionamiento especialmente preferente de la invention, la caracteristica de regulation de flujo durante la ventilation de la salida se diferencia de la caracteristica de regulation de flujo durante la abertura de la vOlvula proporcional mediante la conexiOn de la salida con la entrada gracias a un perfilado correspondiente del primer y/o el segundo borde de control. Sobre todo, en este sentido. el tercer y el cuarto borde de control pueden ser mOs cortantes que el primer y/o el segundo borde de control, en particular en tanto que el primer y/o el segundo borde de control estan achaflanados. En una configuration semejante de la maquina es posible un ajuste especialmente sensible y preciso de la presion aplicada en la salida de la valvula de regulation de pr&sidn y por consiguiente en la boquilla de gas A la inversa, mediante el modo de realizacidn relativamente cortante del tercer y cuarto borde de control, comparado con el primer y segundo borde de control, durante la ventilation de la salida se puede implementar una reduccidn brusca de la presion dentro de la linea de gas corriente abajo de la valvula de regulatidn de presion, lo que es muy ventajoso con vistas a la posibilidad de un cambio de gas especialmente rapido.

Mas arriba ya se ha expuesto que de forma especialmente preferente una salida de presion de control de la etapa preliminar piezoneumatica actua directamente en la etapa de potencia neumatica. Con vistas a la configuration constructiva de una actuation directa semejante en la etapa de potencia neumatica mediante la etapa preliminar piezoneumatica existen distintas posibilidades que presentan diferentes ventajas y por ello se pueden usar preferentemente segun las condiciones limite especificas. Si la etapa de potencia neumatica comprende en el sentido

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de los modos de realizacion arriba mencionados un piston de control desplazable axialmente en un orificio de piston de control, entonces en particular la superficie frontal del piston de control puede limitar un espacio de control que esta conectado directamente con la salida de presibn de control de la etapa preliminar piezoneumatica. Oe este modo se produce un modo constructive especialmente compacto de la vdlvula de regulacibn de presion; sin embargo, se plantean requisites muy elevados en el guiado lo mas hermbtico posible y aim asi sin friccibn del piston de control en el orificio de piston de control. Como alternative posible entra en consideraciOn. por ejemplo, que sobre el pistOn de control actue un empujador de accionamiento, que esta en conexibn con un transducer de presibn / recorrido conectado con la salida de presibn de control de la etapa preliminar piezoneumatica Mediante el transductor de presibn / recorrido. que de manera usual puede presentar una membrana, se realiza una separacibn de gas entre la etapa preliminar piezoneumatica y la etapa de potencia neumatica.

Son validos puntos de vista correspondientes para un movimiento del piston de control, es decir, tipicamente su retroceso. Aqui tambien se pueden implementar varias posibilidades con ventajas individuales Asi en particular el pistbn de control se puede someter a un resorte de retroceso en el lado opuesto al espacio de control o al empujador de accionamiento. O la superficie frontal del pistbn de control opuesta al espacio de control o al empujador de accionamiento delimita un espacio de control de retroceso. que esta conectado con la salida de presibn de control de una valvula piloto de retroceso piezoneumatica Segun otro nuevo perfeccionamiento, un empujador de retroceso. que esta en conexibn con un transductor de presibn / recorrido conectado con la salida de presibn de control de una valvula piloto de retroceso piezoneumatica, actua sobre el pistbn de control en el lado opuesto al espacio de control o al empujador de accionamiento

Preferentemente el pistbn de control de la etapa de potencia neumatica. en tanto que esta previsto un pistbn de control semejante, es capaz de una marcha en seco. En este caso se puede prescindir de medios de lubricacibn o deslizamiento de cualquier tipo Esto representa. dado que debido a ello no se pueden entregar medios de lubricacibn o deslizamiento con ei gas desde la valvula de regulacion de presibn. un aspecto esencial de la proteccibn de la optica laser frente a impurezas A este respecto, el pistbn de control se compone de forma especialmente preferente de un metal ligero. preferentemente de aluminio; y en una configuracion ventajosa se recubre superficialmente con un derivado de teflon. Un disefto semejante es ventajoso con vistas a una elevada dinamica de regulacion y una reproductibilidad especialmente buena de la caracteristica de regulacion. Dentro de un amplio espectro de temperaturas se puede garantizar una reproductibilidad especialmente buena de la caracteristica de regulacibn. sobre todo porque el pistbn de control estb guiado en un casquillo de control insertado en una carcasa de valvula, en el que esta realizado ei orificio de pistbn de control y que preferentemente se compone del mismo o un material afln al pistbn de control y en particular puede estar revestido superficialmente con un derivado de teflon. Si en el sentido representado anteriormente esta previsto un casquillo de control, entonces este presents preferentemente hacia el orificio de pistbn de control un paso de entrada, un paso de salida y un paso de ventilacibn. que se comunican con la entrada, la salida o la ventilacibn de la valvula de regulacibn de presibn

De nuevo existen considerables posibilidades de disefio para el modo de realizacion de una regulacibn de la valvula de regulacibn de presibn que constituye una parte de la unidad de control de gas En este sentido entra en consideracibn en particular que la unidad de control de gas comprende una etapa de regulacibn puramente digital. Esto ofrece en particular la posibilidad de predeterminar relaciones de regulacibn no lineales y/o curvas caracteristicas de regulacibn individuales con simultaneamente tiempos de reaccibn y regulacibn minimos. A este respectb, la etapa de regulacibn de la unidad de control de gas se puede comunicar en particular, prescindiendo de una interfaz analogies, a traves de una interfaz de cornunicacibn digital unidireccional o bidireccional con el control de maquina. Se producen otras opciones especialmente ventajosas. como en particular la posibilidad de modificar de forma adaptada a las necesidades el juego de parametros de la valvula de regulacibn de presibn proporcionai por parte del control de maquina y compararlo con el proceso actual. Ademas, es especialmente favorable que la vblvula de regulacibn de presibn proporcionai disponga de una funcion de autodiagnbstico y reconozca automaticamente las modificaciones de! tramo de regulacibn.

A este respecto, para casos de aplicacion tipicos es suficiente incluso que la unidad de control de gas comprenda una regulacibn de presibn pura, es decir. se prescinda de una regulacibn de posicion del pistbn de control o de un elemento de control comparable y se regule directamente la presibn que reina en la salida de la vblvula de regulacibn de presibn. Sin embargo, tambien entra en consideracibn otra configuracibn de la etapa de regulacibn, por ejemplo, en tanto que la unidad de control de gas comprende una regulacibn de presibn / posicion combinada, en la que en particular esta previsto un sensor de ajuste de pistbn conectado con la unidad de control de gas, que detecta la posicion del pistbn de control.

Con vistas a una interconexion tecnica directa respecto al control de la unidad de control de gas con el control del accionamiento de la unidad de mecanizado por laser, el control de maquina presents preferentemente un presostato en e! que se aplica la presibn que reina en la salida de la valvula de regulacibn proporcionai y actua sobre un accionamiento de ajuste para la unidad de mecanizado por laser. De este modo se puede acoplar. en el interbs de una elevada dinamica del proceso. el movimiento de la unidad de mecanizado por laser directamente con el flujo de gas

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que abandons la boquilla de gas

En la disposicibn de lineas de las mbquinas para el mecanizado por laser de piezas de trabajo comente arriba de la valvula de regulacion de presion proporcional puede estar dispuesta al menos una vblvula de conmutacibn, mediante la que se puede bloquear la fuente de gas por la otra disposiclbn de lineas. Esto es valido sobre todo en el caso de que este prevista una multiplicidad de fuentes de gas, estando asociada luego preferentemente a cada fuente de gas una vblvula de conmutacibn propia. Las vblvulas de conmutacibn semejantes tambien estan realizadas de manera especialmente preferente de forma electroneumatica, y a saber con un accionamiento piezoelectrico o electromagnetico De este modo el resultado obtenible en Ios lados de la regulacibn de presion de gas no se menoscaba por un modo de realizacibn desfavorable de las valvulas de conmutacibn. Mejor dicho, en este caso, las valvulas de conmutacibn se pueden adaptar a la vblvula de regulacibn de presibn proporcional de manera favorable para el resultado de potencia de la mbquina A este respecto. las valvulas de conmutacibn estan realizadas de manera especialmente preferente de forma fija al flujo inverso; esto hace superfluo el uso de valvulas de retencibn que se requieren en una fuente de gas que aprovisiona otro gas segun el estado de la tbcnica para evitar un flujo inverse de un gas que esta presente en la vblvula de regulacibn de presibn propercibnal.

Las mbquinas para el mecanizado por laser de piezas de trabajo permiten parametros de funcionamiento, que se diferencian sustancialmente de Ios parametros de funcionamiento obtenibles hasta ahora. Asi en particular la etapa de potencia neumbtica puede presentar un rango de funcionamiento de (en parte claramente) por encima de 20 bares, por ejemplo hasta 30 bares o todavia por encima. Esto posibilita aplicaciones que no 6e pudieron implementar hasta ahora. En las mbquinas realizables con la aplicacion tecnica de la invencibn. el tiempo de reaccibn de la vblvula de regulacibn de presibn proporcional tambien puede estar por debajo de 200 ms, preferentemente como mbximo 150 ms y/o estar regulada el 90 % de la modificacibn de presibn en el ladb de salida de la valvula de regulacibn proporcional en el intervalo de como mbximo 100 ms, lo que posibilita igualmente nuevas aplicaciones y resultados de trabajo debido a la dinbmlca ligada a ello, no obtenible hasta ahora. La posible reduccibn del volumen muerto entre la vblvula de regulacibn de presibn proporcional y la boquilla de gas a como maximo 1200 mm3, preferentemente como mbximo 600 mm3, produce, segun se ha representado ya mbs arriba, una dinbmica y precision de proceso aumentada sustancialmente respecto al estado de la tecnica, En este sentido suite efecto igualmente que el peso de los componentes del dispositivo de sumimstro de gas dispuestos en la unidad de mecanizado por laser pueda ser de como mbximo 1500 g, preferentemente menos de 1000 g. Dado que el modo de realizacibn de la valvula de presibn posibilita, segun se representa en detalle, en particular la facilitacibn de mbquinas genericas para el mecanizado por Ibser de piezas de trabajo con una regulacibn precisa y muy dinbmica de elevadas potencias de gas, se abren los campos de uso con flujos de gas necesarios muy elevados, siendo la seccibn transversal de flujo de la boquilla de gas preferentemente hasta 5,7 mm2, de manera especialmente preferente incluso hasta 7 mm2 con presiones de gas por encima de 20 bares, en particular hasta 30 bares, lo que en e! modo de realizacibn de la boquilla de gas con una seccibn transversal de flujo redonda se corresponde con un diametro de preferentemente hasta 2,7 mm, de manera especialmente preferente hasta 3 mm. No existe una seccibn transversal minima de la boquilla de gas, sin embargo, surten efecto ventajas especiales solo desde un diametro minimo de la boquilla de gas de aproximadamente 0,8 mm a 1 mm.

A continuacibn se explican mbs en detalle aspectos especiales de la presente invencibn mediante ejemplos de realizacibn preferentes ilustrados en el dibujo. A este respecto muestra:

Fig. 1 un diagrams de bloques del dispositivo de suministro de gas de una maquina segun la invencibn para el mecanizado por laser de piezas de trabajo,

Fig. 2 la vista en detalle de la vblvula de regulacibn de presibn proporcional utilizada en el dispositivo de suministro degas segun la fig 1,

Fig. 3 una representacibn esquembtica de un detalle de la vblvula de regulacibn de presibn segun la fig. 2,

Fig. 4 una representacibn esquematica de otro detalle de la vblvula de regulacibn de presibn segun la fig. 2,

Fig. 5 una representacibn esquematica de una modificacibn del detalle mostrado en la fig. 4 de la vblvula de

regulacibn de presibn segun la fig. 2,

Fig 6 en representacibn esquembtica una modificacibn de la vblvula de regulacibn de presibn segun la fig. 2.

Fig. 7 en representacibn esquematica otra modificacibn de la vblvula de regulacibn de presibn segun la fig. 2,

Fig. 8 en una vista esquembtica una primera posibilidad de la disposicibn de la vblvula de regulacibn de presibn

segun la fig. 2. y

Fig. 9 en representacibn esquembtica otra posibilidad de la disposicibn de la vblvula de regulacibn de presibn segun la fig. 2.

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Despues de que la maquina segun la invencion para el mecanizado por laser de piezas de trabajo se diferencia del estado de la tdcnica por las particularidades que se manifiestan en la unidad de suministro de gas. las siguientes explicaciones de la invencion se limitan a la unidad de suministro de gas. Con vistas a otra estructura y otros componentes de la maquina para el mecanizado por laser sobre todo el portapiezas, la unidad de mecanizado por Idser, la unidad de accionamiento para el movimiento de la unidad de mecanizado por laser y del portapiezas uno con respecto al otro. asi como el control de maquina se remite al estado de la tdcnica conocido suficientemente, en particular los documentos mencionados mas arriba sobre el estado de la tecnica. cuyo contenido de divulgacion se hace mediante referenda al objeto de la presente solicitud. asi como las maquinas adquiribles en el mercado.

La unidad de suministro de gas 1 ilustrada en la fig. 1 de una maquina para el mecanizado de una pieza de trabajo mediante un rayo laser comprende dos fuentes de gas 2. que aprovisionan diferentes gases (gases de proceso) con elevada presidn, dos valvulas de conmutacion 3 asociadas respectivamente a una fuente de gas 2. una vdlvula de reguiacidn de presion proporcional 4, que se puede conectar a traves de las valvulas de conmutacidn 3 con cada una de las dos fuentes de gas 2, y una boquilla de gas 6 dispuesta en la unidad de mecanizado por laser 5. Los componentes mencionados de la unidad de gas esten conectados entre si a traves de una disposicion de lineas 7, Las dos valvulas de conmutacion 3 estan realizadas como valvulas neumaticas fijas al flujo inverse, es decir, se pueden conmutar de forma neumdtica Para ello esta prevista una fuente de gas de control 8, que se puede conmutar a traves de una respectiva valvula de excitation 9 a las vdlvulas de conmutacidn 3. pudiendo ser las valvulas de excitacion 9 en particular valvulas magneticas o valvulas piezoelectricas La valvula de reguiacidn de presion proporcional 4 tambien se puede operar de forma neumatica, de modo que esta tambidn esta conectada con la fuente de gas de control 8. Ademas, el sistema 10 esta conectado a traves de una conexidn eldctrica 11 con el suministro de coniente y a traves de una interfaz 12 con el control de la maquina.

La valvula de reguiacidn de presidn proporcional 4 comprende (vease la fig. 2) una etapa de potencia neumatica 13 disenada a presiones de trabajo elevadas y caudales de gas elevados y una etapa preliminar piezoneumatica 14 que opera a esta La etapa de potencia neumatica 13 comprende una seccion de carcasa 15 esencialmente cilindrica, un casquillo de control 17 insertado en esta. que define un orificio de piston de control 16 y un pistOn de control 18 desplazable axialmente en el orificio de piston de control. En el lado final la seccion de carcasa 15 esta cerrada por una primera tapa de carcasa 19 y una segunda tapa de carcasa 20. Ademas, en la seccion de carcasa 15 esta abridado un bloque de conexidn 21. En el bloque de conexiOn 21 estan previstas una conexion de entrada 22, una conexidn de salida 23 y una conexidn de ventilacion 24. Un paso de entrada 26 previsto en el casquillo de control 17 se comunica con la conexidn de entrada 22 a traves de un orificio de entrada 25. Un paso de salida 28 previsto en el casquillo de control 17 se comunica con la conexidn de salida 23 a traves de un orificio de salida 27. Y un paso de ventilacidn 30 previsto en el casquillo de control 17 se comunica con la conexidn de ventilacidn 24 a traves de un orificio de ventilacidn 29. Segun se muestra entre otros en la fig 2, las superficies de seccion transversal del paso de entrada 26 y del paso de ventilacidn 30 son mayores que la superficie de seccldn transversal del paso de salida 28.

En la circunferencia del piston de control estdn dispuestas dos ranuras de rebose, a saber una primera ranura de rebose 31 y una segunda ranura de rebose 32 Mediante la primera ranura de rebose 31. en una posicion correspondlente del piston de control 18. desplazada hacia la derecha respecto a la sltuacidn mostrada en la fig. 2, la entrada E y la salida A de la valvula de reguiacidn de presidn. es decir. el paso de entrada 26 y el paso de salida 26 se pueden conectar entre si. Y mediante la segunda ranura de rebose 32, en una posicion correspondiente del pistdn de control 18. desplazada hacia la izquierda respecto a la situacidn mostrada en la fig. 2. la salida A y la ventilacidn B de la valvula de reguiacidn de presidn. es decir. el paso de salida 28 y el paso de ventilacidn 30 se pueden conectar entre si. El pistdn de control 18 presents entre las dos ranuras de rebose 31 y 32 un nervio anular 33, en contacto esencialmente estanco con el orificio de piston de control 16. Dirigido a la primera ranura de rebose 31, en el nervio 33 esta previsto un primer borde de control 34 (vease la fig. 3), el cual coopera con un segundo borde de control 35, fijo a la carcasa y dispuesto en la zona del paso de salida 28. Y dirigido a la segunda ranura de rebose 32, en ei nervio 33 esta previsto un tercer borde de control 36, el cuat coopera con un cuarto borde de control 37 fijo a la carcasa, dispuesto igualmente en ia zona del paso de salida 28. Debido la modification de la posicion del piston de control 18 dentro del casquillo de control 17, entre el pnmer borde de control 34 y el segundo borde de control 35 o entre el tercer borde de control 36 y el cuarto borde de control 37 se pueden definir cada vez un recorrido de flujo formado por una hendidura de control variable entre la entrada y la salida o entre la salida y ia ventilacidn.

La fig, 3 ilustra las relaciones de flujo cuando debido a una posiadn correspondiente del pistdn de control 18 existe una abertura proporcionalmente exigua de ia hendidura de control formada entre ei primer borde de control 34 y el segundo borde de control 35. El efecto de estrangulamiento decisivo para una reduccidn de presidn correspondierrtemente intensa entre la entrada E y la salida A en la zona de la hendidura de control y la turbulencia extrema desencadenada por esta del gas de proceso que llega a la salida queda. debido a la disposicidn seleccionada del primer y del segundo borde de control, sin repercusiones sobre la posicidn del pistdn de control y la precisidn obtenible de la situacidn ajustada. Ya que el flujo turbulento esta presente en la zona de la seccion de carcasa 15 y solo ataca (sin repercusiones en el pistdn de control) en la superficie circunferencial del nervio 33. En la zona de la primera ranura de rebose 31 conectada siempre con la entrada E se aplica entretanto el gas de proceso constantemente con la presidn

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Las figuras 4 y 5 ilustran las medidas por las que se puede consegulr que la caracterlstica de regulacidn de flujo durante la ventilacion de la salida A, es declr. en una conexion de la saltda A a traves de la segunda ranura de rebose 32 con la ventilacion B, se diferencie de la caracteristica de regulacion de flujo que es vblida para la abertura de la vaivula proporcional mediante la conexion de la salida A con la entrada E a traves de la primera ranura de rebose 31. Es decisivo para ello un perfilado del primer borde de control 34 y/o del segundo borde de control 35 de manera que el tercer borde de control 36 y el cuarto borde de control 37 son mbs cortantes que el primer y/o el segundo borde de control. Segun la fig. 4 el segundo borde de control 35 fijo a la carcasa esta achaflanado para ello. es decir, provisto de un chaflan 38. Segun la fig. 5 el primer borde de control 34 estb achaflanado correspondiente con la misma finalidad, es decir, esta provisto de un chaflan 39

La etapa preliminar piezoneumatica 14 que sirve para la operacibn de la etapa de potencia neumatica 13 comprende una vaivula proporcional piloto piezoneumbtica 40. Esta presents, segun se conoce como tal, una carcasa 42 que circunda un espacio interior 41 en el que esta dispuesto un transducer de flexion 43 piezoceramico El transducer de flexibn 43 esta sujeto en un lado de forma fija. Su extremo libre esta dispuesto entre dos boquillas, a saber, entre una boquilla de entrada 44 y una boquiila de evacuacibn de aire 45. La carcasa 42 de la vblvula proporcional piloto piezoneumatica 40 esta alojada en un encapsulado 46 en forma de una campana protectors 47, en cuyo espacio Interior 48 desemboca la abertura de evacuacibn de aire. conectada con la boquilla de evacuacibn de aire 45, de la vaivula proporcional piloto piezoneumatica La campana protectora 47, que tambibn recibe una parte 49 de los componentes electronicos de la unidad de control de gas. presents una abertura de salida 50 con una gran secclbn transversal respecto a la boquiila de evacuacibn de gas 45. La carcasa 42 de la vaivula proporcional piloto piezoneumatica 40 se recibe de forma asegurada en posicion en una escotadura 51 correspondiente de la campana protectora 47. Debido a la colocacion de la campana protectora 47 en la segunda tapa de carcasa 20, la carcasa 42 de la vaivula proporcional piloto piezoneumatica 40 se instala de forma fija en bsta.

La boquilla de entrada 44 de la vaivula proporcional piloto piezoneumatica 40 esta conectada a traves de una abertura 52 en su carcasa 42 con un orificio de gas de control 53 dispuesto en la carcasa de la etapa de potencia neumatica 13, que se extiende a traves de la segunda tapa de carcasa 20 y la seccion de carcasa 15 hasta el bloque de conexibn 21. En el bloque de conexibn 21 esta prevista una conexion de gas de control 54. con la que se puede conectar una linea de gas que conecta el orificio de gas de control 53 con la fuente de gas de control 8

La etapa preliminar piezoneumatica 14 actua directamente en la etapa de potencia neumatica 13 y a saber a traves de una saltda de presibn de control 55. Para ello el espacio interior 41 de la carcasa 42 de la vaivula proporcional piloto piezoneumatica 40 se comunica con la etapa de potencia neumatica 13 a traves de la salida de presibn de control 55 mencionada. En detalle la salida de presibn de control 55 esta conectada a traves de un orificio de presibn de control 56 que atraviesa la segunda tapa de carcasa 20 con un espacio de control 57, que esta delimitado por la segunda tapa de carcasa 20, la superficie frontal 58 dirigida a esta del piston de control 18 y el casquillo de control 17. En el extremo □puesto el piston de control 18 se apoya a traves de un resorte de retroceso 59 en la primera tapa de carcasa 19. La posicibn del pistbn de control 18 dentro del casquillo de control 17 depende de esta manera solo de la presibn que reina dentro del espacio de control 57. que se puede ajustar mediante la vaivula proporcional piloto 40. a saber, mediante apiicacibn electrics correspondiente del transductor de flexibn 43. de forma extraordinariamente precisa y rapida.

La vblvula de regulacibn de presibn esta conectada con una etapa de regulacion digital, realizada como regulacion de presibn / posicibn combinada. Para ello se conmuta tanto la presibn que reina en la salida A. como tambibn la posicibn real del pistbn de control 18 en la etapa de regulacibn. Para ello con el pistbn de control 18 estb conectado un empujador de medida 60, que atraviesa la primera tapa de carcasa 19 y coopera con un sensor de posicibn 61 conocido como tal, dispuesto en la primera tapa de carcasa 19.

La fig. 6 muestra esquematicamente una configuracibn semejante de la vaivula de regulacibn de presibn 4'. que en este sentido esta modificada respecto a la forma de realizacibn segun la fig. 2, cuando sobre el pistbn de control 18 actua un empujador de accionamiento 62, el cual esta en conexibn con un transductor de presibn / recorrido 63 conocido como tal, conectado con la salida de presibn de control 55 de la etapa preliminar piezoneumatica 14.

En la tecnica de gas la etapa preliminar piezoneumatica 14 esta separada de esta manera de la etapa de potencia neumatica 13 a traves de la membrana 64 del transductor de presibn / recorrido 63 En la fig. 6 con 65 se designa la unidad de control de gas, que comprende la electrbnica de regulacibn, con la interfaz de maquina 12. Con la electrbnica de regulacibn de la unidad de control de gas 65 tambien esta conectado un sensor de presibn 66 que determina la presibn en la salida A, adicionalmente al sensor de posicibn 61. Igualmente se muestra el regulador de presibn de admisibn 67 conectado entre la fuente de gas de control 8 y la etapa preliminar piezoneumatica 14. Por to demas las explicaaones antenores de las fig. 1 a 5. a las que se remite para evitar repeticiones, son validas de manera correspondiente. Solo se indica para completar que la disposicion de la actuacion en el pistbn de control 18 por la etapa preliminar piezoneumatica 14 y el resorte de retroceso 59 estan cambiados respecto a la forma de realizacibn segun la

En la otra modification ilustrada an la fig. 7 de la vdlvula de regulation proporcional 4". la position del piston de control 18 se ajusta, prescindiendo de un retroceso por resorte, mediante dos etapas preliminares piezoneumaticas 14' y 14" Que actuan en sentido contrano La salida de presidn de control 55 de la etapa preliminar piezoneumatica 14' actua, 5 segun se ha explicado ya anteriormente, a traves del transductor de presidn / recorrido 63 y el empujador de accionamiento 62 sobre el pistOn de control 18 La salida de presidn de control 68 de la etapa preliminar piezoneumatica 14". que constituye en cierto sentido una valvula piloto de retroceso piezoneumatica 69. actua de manera correspondiente a traves del transductor de presibn / recorrido 70 y el empujador de recuperacidn 71 sobre el piston decontrol 18.

10 Las figuras 8 y 9 ilustran esquematicamente diferentes variantes de disposition de los componentes del dispositivo de suministro de gas dentro de ia maquina para el mecanizado por laser de piezas de trabajo. Segun la fig. 8 solo esta dispuesta la boquilla de gas 6 en la unidad de mecanizado por laser 5 (mbvil). la valvula de regulactOn de presidn proporcional 4 entretanto es estacionaria. La valvula de regulacidn de presion proporcional 4 esta conectada con la boquilla de gas 6 a traves de una linea de conexidn 72 flexible Segun la fig, 9. la valvula de regulacidn de presidn

15 proporcional 4 esta dispuesta en cambio directamente en la unidad de mecanizado por laser 5, tal y como es posible debido al peso comparablemente pequeflo de la valvula de regulacidn de presidn proporcional 4 usada segun la mvencidn con las repercusiones ventajosas explicadas mas arriba.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

1Maquina para el mecanizado de una pieza de trabajo mediante un rayo laser, en particular para el code por laser de metales, que comprende un portapiezas, una unidad de mecanizado por laser (5). una unidad de accionamiento para el movimiento de la unidad de mecanizado por laser y del portapiezas uno con respecto al otro, un control de mbquina y un dispositivo de suministro de gas. en la que el dispositivo de suministro de gas presenta al menos una fuente de gas (2), una boquilla de gas (6) asociada a la unidad de mecanizado por laser, una disposicion de lineas (7) que conecta la boquilla de gas con la al menos una fuente de gas y al menos una valvula de regulation de presidn proporcional (4,4.4") dispuesta en esta. conectada con una unidad de control de gas (65),

caracterizada porque

la valvula de regulacion de presion proporcional (4, 4', 4") comprende una etapa preliminar piezoneumatica (14,14') y una etapa de potencia neumdtica (13) operada por esta
2. - Maquina segun la revindication 1, caracterizada porque la valvula de regulacion de presion proporcional (4,4’, 4”)

esta dispuesta en la unidad de mecanizado por laser (5).
3. - Maquina segun la reivindicacion 1 o reivindicacion 2. caracterizada porque la boquilla de gas (6) esta dispuesta en

la unidad de mecanizado por laser (5).

*

4 - Maquina segun una de las reivindicaciortes 1 a 3. caracterizada porque una salida de presidn de control (55) de la

etapa preliminar piezoneumatica (14.14 ) actua directamente en la etapa de potencia neumdtica (13).

5 - Maquina segun la reivindicacidn 4. caracterizada porque la etapa preliminar piezoneumatica (14) comprende una

valvula proporcional piloto piezoneumatica (40) instalada directamente en la carcasa (15, 19, 20) de la etapa de potencia neumatica (13).
6. - Maquina segun la reivindicacidn 5. caracterizada porque la valvula proporcional piloto piezoneumatica (40)

comprende una carcasa (42) con un transductor de flexidn piezoeldctnco (43) dispuesto en elia, modificable en position entre una boquilla de entrada (44) y una boquilla de evacuacidn de alre (45).
7. - Maquina segun la reivindicacidn 6, caracterizada porque el espacio interior (41) de la carcasa (42) de la valvula

proporcional piloto piezoneumatica (40) se comumca con la etapa de potencia neumatica (13).
8. - Maquina segun una de las reivindicaciones 6 o 7, caracterizada porque la boquilla de entrada (44) de la valvula

proporcional piloto piezoneumatica (40) esta conectada con un orificio de gas de control (53) dispuesto en la carcasa (15, 19, 20) de la etapa de potencia neumatica (13) a traves de una abertura (52) en su carcasa (42).
9. - Maquina segun la reivindicacidn 8, caracterizada porque el orificio de gas de control (53) esta conectado con una

fuente de gas (2) del dispositivo de suministro de gas a traves de un regulador de presion de admisidn.

10 - Maquina segun la reivindicacidn 8, caracterizada porque el orificio de gas de control (53) esta conectado con una fuente de gas de control (8) distinta del dispositivo de suministro de gas.
11. - Maquina segun la reivindicacidn 10. caracterizada porque el orificio de gas de control esta conectado con la

fuente de gas de control (8) a traves de un regulador de presidn de admisidn (67).
12. - Mdquina segun una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizada porque la etapa de potencia neumatica (13)

presenta una entrada (E), una salida (A) y un piston de control (18) guiado axialmente de forma desplazable en un orificio de pistdn de control (16), el cual presenta al menos un primer borde de control (34) que coopera con un segundo borde de control (35) correspondiente, fijo a la carcasa, definiendo el primer y el segundo borde de control una hendidura de control variable, dispuesta en el recorrido de fiujo entre la entrada y la salida.

13 - Mbquina segun la reivindicacidn 12. caracterizada porque el segundo borde de control (35) esta dispuesto en la

zona de la abertura de la salida (A) hacia el orificio de piston de control (16).

14 - Maquina segun una de las reivindicaciones 12 o 13. caracterizada porque la etapa de potencia neumatica (13)

presenta una ventilacidn (B) y el pistdn de control (18) un tercer borde de control (36), que coopera con un cuarto borde de control (37) conespondiente. fijo a la carcasa. definiendo el tercer y el cuarlo borde de control una segunda hendidura de control variable, dispuesta en el recorrido de fiujo entre la salida (A) y la ventilacidn (B).
15. - Maquina segun la reivindicacidn 14, caracterizada porque el cuarto borde de control (37) esta dispuesto en la

zona de la abertura de salida (A) hacia el orificio de pistdn de control (16)
16. - Maquina segim una de las reivindicaciones 14 o 15, caracterizada porque debido a un perfilado del primer y/o del

segundo borde de control (34; 35). la caracteristica de regulacion de flujo durante la ventilacibn de la salida (A) se diferencia de la caracteristica de regulacion de flujo durante la abertura de la valvula proporcional mediante conexion de la salida con la entrada (E).

Fig. 1

imagen1