JP2009226483A - ワークピースを機械加工するための排出ツール - Google Patents

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Abstract

【課題】ワークピースを機械加工するために用いる、残余部分を排出する排出ツールを得ること。
【解決手段】本発明は、ワークピースを機械加工するための排出ツールに係り、特に、少なくとも1つの残余部分(56)を有する、切断ビームによって切断されたワークピースを排出するための排出ツールに関し、および、排出ツール(11)によって残余部分(56)を排出する方法に関し、上部ツール(12)からの複数の穿孔ツール(16)からパンチ(17)が選択され、排出ツール(11)の下部ツール(14)の対向切刃(42)が選択され、板状材料(53)に切断間隙(59)が施された後、残余部分(56)をサブエリア(54)に接合するマイクロウェブ(57)が切断され、残余部分(56)が下部ツール(14)の排出開口部(41)を通じて除去される。
【選択図】図1

Description

本発明は、ワークピースを機械加工するための排出ツールに関し、具体的には、請求項1のプリアンブルによる、板金プレート内に少なくとも1つの残余部分を有する、切断ビームにより切断されたワークピースを排出するための排出ツールに関する。
板状材料、特に、板金又は板金プレートを機械加工するために工作機械が使用され、これらの工作機械では、切断ビーム、好ましくはレーザビームにより板状材料の機械加工が行われる。このような機械加工中、異なるサイズのワークピースと共に、残余部分すなわち廃棄部分が生じる。これらの残余部分すなわち廃棄部分は、動作上信頼できる態様で廃棄される必要がある。非常に大きな残余部分は、例えば、工作機械の機械基盤内のフラップを通じて収集容器内へ廃棄することができる。板状材料すなわち板金プレートから残余部分が完全に取り外された後、このようなフラップが下向きに旋回することにより、残余部分を下向きに滑り落とすことができるようになる。或いは、大きな残余部分に関しては、これらの部分を吸引摘出又は手動で除去できるような対策を行うことができる。非常に小さな残余部分すなわち廃棄部分は、吸引摘出により板金プレートから難なく引き出すことができるので、動作上信頼できる態様でこれらの部分を同様に廃棄することができる。一方、問題となるのは、中間すなわち中型の残余部分の排出と、複雑な形状を有するような残余部分の排出であり、その理由は、これらの残留部分を、単にフラップを介して重力により廃棄できないためである。これらの残余部分が互いに引っ掛かり合うため、吸引摘出も同様に不可能、或いは限られた範囲でしか可能ではない。さらに、このような中間の残余部分は重心が非対称であるため、これらの部分が、吸引摘出中にワークピースに引っ掛かるようになる可能性がある。
従って、このような問題のある残余部分を廃棄するために、これらの部分を最初、マイクロウェブ又はマイクロジョイントによって板金プレートに保持するという対策が行われている。このようなマイクロジョイントとは、残余部分を板金プレートの切り取った輪郭すなわちサブエリアに固定する、通常0.5mmと1mmとの間のウェブ幅を有する小さなウェブのことである。次に、マイクロジョイントによって残余部分が接合されたワークピースの形状に応じて、角ダイスを有する排出ツール又は丸ダイスを有する排出ツールを使用する。排出ツールは、基本本体に対してダイス型の方向に突出するパンチ(穿孔機)を備えた単一の穿孔ツールを有する。手動による基本本体の事前設定を通じて、このパンチを4つの異なる穿孔位置に位置付けることができる。この切断ツールには、パンチの穿孔面積よりも数倍大きな排出開口部を有するダイス型が割り当てられる。角ダイスは、マイクロジョイントが取り付けられたサブエリア上の直線的な輪郭に使用される。マイクロジョイントがサブエリアの湾曲した輪郭に取り付けられている場合、角ダイスの代わりに丸ダイスが使用される。切断ツールに変更はない。
動作上信頼できる態様で廃棄を行う目的で、この残余部分を動作上信頼できる態様でダイス型を介して廃棄するために、直接マイクロジョイントにおいて、パンチが板金プレートから及びダイス型の排出開口部を通じて残余部分を強制的に取り除くような対策が行われる。この動作上信頼できる態様での廃棄には、マイクロジョイントが取り付けられたサブエリアの輪郭に基づいて排出ツールを変更する必要があるという難点がある。さらに、ダイス型を通じて異なるサイズの残余部分を廃棄するために、異なるサイズの排出開口部を有するダイス型を変更する必要がある。さらに、次の排出処理のためにパンチの位置を手動で事前設定する必要がある。
また、ワークピース、特に板金を機械加工するためのマルチツールは、DE 10 2005 005 214 A1から公知である。このマルチツールは、各々がそれぞれ異なる形状及びサイズのパンチを備えた非常に多くの切断ツールを有する上部ツールを有する。この上部ツールには、対応する数の穿孔型を有する下部ツールが割り当てられ、これらの穿孔型は、上部ツール内のそれぞれ割り当てられたパンチと形状が一致する。これらの既に公知のマルチツールは、切断により板金を機械加工する機能を果たし、切断すべき輪郭によって直線の又は円形の切刃を有するパンチが使用される。このようなマルチツールは、穿孔型のサイズに対応する残余部分のみしか廃棄できない。板金プレート内に残ったさらに大きな残余部分は、上述した態様以外の態様で廃棄する必要があり、この場合も、中間の残余部分を動作上信頼できる態様で廃棄する問題が生じる。
DE 10 2005 005 214 A1
本発明は、排出ツールと、排出ツールによって残余部分を排出する方法とを提案するという目的に基づくものであり、これにより、切断ビームによって切断されたワークピースからの残余部分の排出、特に、マイクロジョイントにより板状材料に接合された残余部分の動作上信頼できる態様での廃棄において高度の柔軟性が実現可能となる。
この目的は、請求項1の特徴によって本発明により達成される。別の好適な実施形態及び成果については、その他の請求項で特定する。
本発明によれば、上部ツールが、各々がそれぞれパンチ(穿孔機)を有する非常に多くの切断ツールを有し、これらのパンチ(穿孔機)が好ましくは異なる穿孔サイズ及び穿孔面積を有するとともにツール基本本体の外周円上に連続して設けられるような排出ツールの実施形態により、切断ビームによって切断され、マイクロジョイントによって板状材料に接合された少なくとも1つの残余部分を動作上信頼できる態様で排出するために、排出ツールの基本本体の単純な機械駆動による回転運動を通じて、適切なサイズ及び適切な形状のパンチを選択できるようになる。この基本本体の単純な回転運動により、穿孔形状の選択時に高度の柔軟性が提供される。少なくとも1つの対向切刃(カウンタ・カッティング・エッジ)を有する単一の排出開口部を有するように設計された下部ツールにより、選択されたパンチにかかわりなくマイクロジョイントを切断するために、常に下部ツールの相対する対向切刃が存在し得るようになる。このようにして、1つの排出ツールを使用して、マイクロジョイントが残余部分を適所に固定した板状材料内の切断サブエリアの円形の輪郭と直線的な輪郭との両方を機械加工することができる。同時に、下部ダイス型の単一の排出開口部が十分に大きいことにより、吸引摘出するには大きすぎ、フラップを通じて下方に廃棄するには小さすぎる小型の及び中型の残余部分を、ダイス型又は下部ツールを通じて動作上信頼できる態様で廃棄できるようになる。
本発明の別の好適な実施形態によれば、下部ツール内の対向切刃の数が上部ツール内のパンチの数に相当し、対向切刃が、上部ツール内のパンチの径方向外側に向いた切刃を囲むエンベロープ上に位置するような対策が行われる。これにより、対向切刃に対してそれぞれのパンチを位置付けるための設定時間を短縮できるようになる。
本発明の別の好ましい実施形態によれば、穿孔ツールのパンチの長手方向中心軸が、穿孔ツールのガイド本体の長手方向中心軸に対して偏心して配置されるような対策が行われる。これにより機械加工面積及び排出面積が拡大される。上部ツールの長手方向中心軸及び下部ツールの長手方向中心軸は共通軸を成し、この共通軸は、排出処理中、相互に固定して位置合わせされたままとなる。ガイド本体に対して中心に配置されたパンチと比べ、このようにして機械加工面積の拡大が行われ、この結果、下部ツールを通じてさらに大きな残余部分を動作上信頼できる態様で廃棄できるようになる。これにより、同時に柔軟性も増大する。マガジン内に設けることができる間隙によって、このような排出ツールの外周が制限されることにより、ツールの構造を別様に変更しない場合、偏心した配置により機械加工面積の拡大を達成することができる。
本発明の別の好ましい実施形態によれば、円形のパンチ用の対向切刃が、円形のパンチの径方向の最も外側の切刃部分に対して接線方向に位置合わせされ、対向切刃の法線がガイド本体の長手方向中心軸と交差するような対策が行われる。この実施形態により、機械加工済みの板金プレートの円形の輪郭上にマイクロジョイントが設けられる場合、動作上信頼できる排出処理が可能となる。
本発明の別の好適な実施形態によれば、直線的な輪郭用の対向切刃が、正方形又は長方形のパンチの径方向外側の切刃に対して平行に位置合わせされ、この対向切刃の法線が切断ツールのガイド本体の長手方向中心軸と交差するような対策が行われる。この実施形態により、機械加工済みの板金プレートの直線的な輪郭上のマイクロジョイントを動作上信頼できる態様で切断し、排出できるようになる。
本発明の別の好適な実施形態によれば、切断ツールのガイド本体が位置付け装置を有し、この位置付け装置が、ねじれを防ぐとともに軸方向に移動可能な態様でツール基本本体にガイド本体を収容するような対策が行われる。この位置付け装置は、さねはぎとして実現できることが好ましく、これにより、ガイド本体がツール基本本体に対してねじれ抵抗性を有するように設けられると同時に上方及び下方への移動が可能となる。作業位置又は機能的位置に必ず1つのみの切断ツールが供給されるようにするために、この上方及び下方への移動が必要である一方、これらの切断ツールは、ワークピース又は残余部分と接触した途端にツール基本本体に沈み込むので、排出処理中にさらなる切断ツールを動作不能位置へ移動させることができる。さらに、基本本体内で別のガイド本体と連動して作動する平坦部分を、位置付け装置としてガイド本体上に設けることができることが好ましい。これにより、この場合にもねじれ抵抗と同時に可動性を実現することができる。この位置付け装置は、切断ツールの位置的に正確な取り付けにとってさらに重要なものとなり、これによりパンチも排出ツールの長手方向中心軸に対して径方向外向きにオフセットされて基本本体に取り付けられるようになる。
本発明は、排出ツールにより、特に上述の実施形態のいずれか1つに基づいて残余部分を排出する方法によりさらに実現され、マイクロジョイント又はマイクロウェブによって残余部分が接合されたサブエリアを形成するための切断処理後、上部ツールの非常に多くの穿孔ツールからパンチが選択され、関連する下部ツールの対向切刃が選択され、これらのパンチ及び対向切刃は、マイクロウェブを切断するとともに下部ツールの排出開口部を通じて残余部分を除去するようにマイクロウェブに対して位置付けられる。この結果、例えば、吸引摘出するには大きすぎ、フラップを通じて下方に廃棄するには小さすぎるさらに小型の及び中型の残余部分を、ダイス型又は下部ツールを通じて動作上信頼できる態様で除去及び廃棄できるようになる。
本方法のさらに好ましい実施形態によれば、選択されたパンチ及び関連する排出ツールの対向切刃が、マイクロウェブによって遮断されたサブエリアの輪郭の軌道が穿孔処理後につながるようにサブエリアの輪郭に対して位置付けられるような対策が行われる。これにより、途切れない輪郭の軌道を実現することができる。これは、具体的には、パンチの形状を一致させることにより可能となる。
以下、図面に示す実施例を参照しながら、本発明、及びそのさらなる好適な実施形態及び成果についてより完全に記載し、説明する。本発明によれば、説明及び図面から引き出される特徴を、それ自体単独で、或いは任意の組み合わせで複合的に適用することができる。
上部ツール及び下部ツールからなる本発明による排出ツールの斜視図を示す。 図1による上部ツールの部分的斜視図を示す。 図1による上部ツールの概略断面図を示す。 図1による排出ツールの概略底面図を示す。 パンチを取り囲むエンベロープの概略図を示す。 切断ビームにより切断されたワークピースに対する排出処理中の排出ツールの位置付けの概略図を示す。 図6の領域Xの概略拡大図を示す。
図1は、本発明による排出ツール11の斜視図を示す。排出ツール11は、上部ツール12及び下部ツール14を備える。例えば、DE 10 2005 005 214 A1の図4に記載された工作機械の場合に、このような排出ツール11を使用することができる。上部ツール12はマルチツールとして実現されるとともに複数の切断ツール16を収容し、これらの切断ツールの各々はそれぞれパンチ17を有し、これらのパンチの形状は、各々が互いに異なるものであることが好ましい。パンチ17は、下部ツール14に面するように向けられる。
切断ツール16は、ツール基本本体18上に収容される。このツール基本本体18は制御ディスク19を収容し、これについては、例えば図2及び図3にさらに詳細に示す。この制御ディスク19は、制御ディスク19を切断ツール16に対して所定の場所に位置付けるために外側に外側歯部21を有する。制御ディスク19の上部にはチャッキング差込み部22が設けられ、このチャッキング差込み部は、具体的にはねじ込み接続(図3)によりツール基本本体18に固定して接続される。
切断ツール16は、長手方向に移動可能な態様でツール基本本体18に収容される。図3は、詳細には、切断ツール16がガイド本体26を備え、このガイド本体の下端にパンチ17が配置されていることを示す図である。反対側には全周肩部27が設けられ、これを介して切断ツール16がツール基本本体18上に支持されるとともに抜け落ちないように固定される。制御ディスク19は、図3の左側に示すパンチを機能的位置28に位置付ける一方で、残りのパンチ17を動作不能位置又は非作動位置に配置することができる。パンチ17又は切断ツール16が非作動位置にある場合、これらの長手方向中心軸29に沿ってツール基本本体18に対して上方に移動できるようにこれらを配置することができる。このために、チャッキング差込み部22のカバー23とツール基本本体18との間に間隙31が設けられる。
図示していない上部ツールの実施形態では、パンチ17がガイド本体26に対して左右対称に設けられ、すなわちパンチ17の長手方向中心軸32が、ガイド本体26の長手方向中心軸29を成して位置付けられる。このような場合、ガイド本体26上に全周肩部27を設けることができる。
図示する修正した実施形態の場合、パンチ17は、ガイド本体26の長手方向中心軸29に対して偏心した長手方向中心軸32を備える。詳細には、パンチ17の長手方向中心軸32は、ガイド本体26の長手方向中心軸29に対して、或いは上部ツール12の長手方向中心軸34に対して径方向外向きにオフセットされる。偏心して配置されたパンチ17を正しく位置付けるために、切断ツール17とツール基本本体18との間に位置付け装置36を設けて、正しく位置付けた配置と、この正しく位置付けた配置の維持とを確実にすることが好ましい。例えば、ガイド本体の全周肩部27上の平坦部分によって位置付け装置36が実現され、この平坦部分が基本本体18の壁部37を圧迫する。壁部37は、切断ツール16のストローク以上の大きさになるように実現される。
図1に示す下部ツール14は、穿孔型として実現され、排出開口部41を有する。作業処理中、切断ツール16の全てのパンチ17がこの排出開口部41に入ることができる。
図1による排出ツール11の底面図を図4に示す。この図は、パンチ17の異なる形状を明確に示している。同時に、ガイド本体26におけるパンチ17の長手方向中心軸32の偏心した配置が明らかになる。ガイド本体26に対してパンチ17を中心に配置した場合と比較して、このパンチ17の偏心した配置により、機械加工面積が拡大するという利点が得られる。この結果、排出ツールの標準サイズを変えずに、より大きな構成の排出開口部41を実現することができる。
排出開口部41は、好ましくは直線になるように実現される対向切刃42を備える。これらの直線的に実現された対向切刃は、各々が切断ツール16にそれぞれ割り当てられることが好ましい。従って、対向切刃42の数は、切断ツール16の数と一致することが好ましい。切断ツール16が同じ周辺軌道44上に配置されることにより、切断処理を行うために、例えば正方形のパンチなどのパンチ17を、例えば5つの位置などの対向切刃42が表わす位置の各々に位置付けることができるので、個々のパンチ17の位置に関係なく排出処理を行うことができる。詳細には、対向切刃42を円形のパンチ17に割り当てることにより、板金プレートにおいて残余部分がマイクロジョイントにより保持された切断サブエリアの円形の輪郭を切断できるようになる。直線的に延びる輪郭の切断サブエリアの場合、長方形又は正方形のパンチが優先的に使用される。
対向切刃42は、下部ツール14の全周排出開口部41の一部である。作業面積及び排出面積を拡大する目的で、より大きな残余部分又はできるだけ多種多様の残余部分の形状を動作上信頼できる態様で廃棄するために、2つの隣接する対向切刃42の間に窪み47を配置することが好ましい。
図4に示す排出ツール11は、図5によれば、例えば、全ての切断ツール16又はこれらのパンチ17の外側を囲むエンベロープ51を有する。5つの切断ツール16の場合、エンベロープは五角形として実現されることが好ましい。切断ツール16の数により、エンベロープ51の切刃の数を決定することが好ましい。この場合、例えば、正方形又は長方形のパンチ17の切刃52がエンベロープの外側縁に沿って位置合わせされるような対策を行うことが好ましい。円形形状を有するパンチ17の場合、切刃52とエンベロープの外側縁との間に接触点が存在する。エンベロープの外側縁は、円形パンチの切刃に対して接線方向となる。このような上部ツール12のパンチ17の構成により、パンチ17の形状が、排出開口部41に配置された対向切刃42の1つに対して任意に割り当てられるようにすることができる。このようにして、高度の柔軟性が実現される。同時に、ガイド本体26の長手方向中心軸29とパンチ17の長手方向中心軸32との径方向外向きのオフセット空間を考慮することにより、機械加工空間の拡大が図5から明らかになる。上部ツール12内の切断ツール16の数は、2つだけの切断ツール16と複数の切断ツール16との両方を含むことができる。
本発明による排出ツール11を使用した排出処理について、図6を参照しながら例示的により詳細に説明する。例えば、板金プレート53などの板状のワークピースは、切断ビーム、具体的にはレーザビームにより機械加工されたものである。例えば、2つのサブエリア54、55からなる文字Aが切り取られたとする。サブエリア54、55を作製するために、レーザビームは、機械加工作業後に残っている残余部分56の、例えば場所58に穴を開け、それぞれのサブエリア54、55を形成するために、所定の輪郭に沿って切断間隙59を生成する。この場合、図6の領域Xの拡大を示す図7に示すように、例えば、マイクロジョイント又はマイクロウェブ57が、板金プレート53と残余部分56との間に残るような方法で切断処理が終了する。残余部分56は、サブエリア54、55に関連して表わされる位置に位置付けられる。次に、図6に示すように、排出ツール11がマイクロジョイント57に割り当てられる。関連する対向切刃42がサブエリア55の直線的な輪郭と合致するように、サブエリア55に対して正方形のパンチなどのパンチ17が位置付けられ、この結果、排出処理中、マイクロジョイント57の切断が行われ、同時にパンチ17の前面が、大きく傾斜することなく、動作上信頼できる態様で排出開口部41を通じて残余部分56を下方に除去するようになる。これにより、同時に、残余部分56がわずかだけ傾斜した場合、隣接するサブエリア55と結合するのを防ぐことができる。例えば、サブエリア54の残余部分56の排出にも類似の処理が行われ、この場合、例えば長方形のパンチ17が使用される。次に、さらなる後続の排出処理にパンチ17の異なる基本形状が必要となった場合、制御ディスク19を単純に回転させることにより、機能的位置28においてパンチ17の異なる形状を使用することができる。このようにして、サブエリア54、55の直線的な輪郭と湾曲した輪郭との両方に対する排出処理までマイクロジョイント57によって適所に固定された残余部分56を、ツールを変更することなく放出することができる。
11 排出ツール; 12 上部ツール; 14 下部ツール;
16 切断ツール; 17 パンチ; 18 ツール基本本体;
19 制御ディスク; 21 外側歯部; 22 チャッキング差込み部;
23 カバー。

Claims (10)

  1. ワークピースを機械加工するための、特に板金プレート(53)内に少なくとも1つの残余部分(56)を有する、切断ビームによって切断されたワークピースを排出するための排出ツールであって、パンチ(17)を備えた穿孔ツール(16)を有する上部ツール(12)を備えるとともに、前記パンチ(17)の穿孔面積よりも数倍大きくなるように実現された排出開口部(41)を有する下部ツール(14)を備え、
    − 前記上部ツール(12)は、ツール基本本体(18)の外周円(44)上に連続して設けられた複数の切断ツール(16)を有し、各切断ツール(16)は、パンチ(17)が配置されたガイド本体(26)を備え、該ガイド本体(26)は、前記下部ツール(14)に対して可動であるように前記ツール基本本体(18)に収容され、
    − 前記下部ツール(14)は、少なくとも1つの対向切刃(42)を有する単一の排出開口部(41)を有することにより、前記切断ツール(16)の前記パンチ(17)の1つを対向切刃(42)に対して任意に割り当てできるようにされている、
    ことを特徴とする排出ツール。
  2. 前記対向切刃(42)の数は前記パンチ(17)の数に対応し、前記対向切刃(42)は、前記パンチ(17)の径方向外側に向いた切刃を全体的に囲むエンベロープ(51)上に配置される、
    ことを特徴とする請求項1に記載の排出ツール。
  3. 前記パンチ(17)の長手方向中心軸(32)は、前記パンチ(17)のガイド本体(26)の長手方向中心軸(29)に対して偏心して配置される、
    ことを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれかに記載の排出ツール。
  4. 前記パンチ(17)の前記長手方向中心軸(32)は、外周円(44)に対して径方向外向きにオフセットされた状態で配置される、
    ことを特徴とする請求項3に記載の排出ツール。
  5. 円形のパンチ(17)用の前記対向切刃(42)が、該円形のパンチ(17)の最も外側の切刃部分に対して接線方向に位置合わせされ、前記対向切刃(42)の法線が、前記ガイド本体(26)の前記長手方向中心軸(29)と交差する、
    ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の排出ツール。
  6. 正方形又は長方形のパンチ(17)用の前記対向切刃(42)が、該パンチ(17)の径方向外側の切刃に対して平行に位置合わせされ、前記対向切刃(42)の法線が、前記ガイド本体(26)の前記長手方向中心軸(29)と交差する、
    ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の排出ツール。
  7. 前記排出開口部(41)を拡大する窪み(47)が、該排出開口部(41)の2つの隣接する対向切刃(42)の間に設けられる、
    ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の排出ツール。
  8. 前記切断ツール(16)の前記ガイド本体(26)が位置付け装置(36)を有し、該位置付け装置は、前記切断ツール(16)の前記ガイド本体(26)を、ねじれを防ぐとともに軸方向に変位可能な態様で前記ツール基本本体(18)に位置付ける、
    ことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の排出ツール。
  9. 請求項1から請求項8のいずれか1項による排出ツールにより残余部分を排出する方法であって、切断ビーム、特にレーザビームによる工作機械の切断処理中に、サブエリア(54)を形成するために、板状材料(53)内に切断間隙(59)が輪郭に沿って生成され、前記サブエリア(54)を形成するための前記切断処理は、該サブエリア(54)の前記輪郭に沿って前記切断ビーム(59)を照射した後に生成された前記残余部分(56)が、前記板状材料(53)内の前記サブエリア(54)にマイクロウェブ(57)によって接合されたままとなるように行われ、上部ツール(12)の非常に多くの穿孔ツール(16)からパンチ(17)が選択され、下部ツール(14)の対向切刃(42)が選択され、前記マイクロウェブ(57)に対して前記パンチ(17)及び前記対向切刃(42)を位置付けた後に、前記マイクロウェブ(57)が切断され、前記残余部分(56)が前記下部ツール(14)の排出開口部(41)を通じて除去される、
    ことを特徴とする方法。
  10. 前記パンチ(17)及び前記対向切刃(42)は、前記マイクロウェブ(57)によって遮断された前記サブエリア(53)の輪郭の軌道が穿孔処理後につながるように前記サブエリア(54)の輪郭に対して位置付けられる、
    ことを特徴とする請求項9に記載の方法。
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