DE10036146C1

DE10036146C1 - Workpiece cutting method using cutting beam has at least one cutting parameter modulated for improving quality of cut surface

Info

Publication number: DE10036146C1
Application number: DE10036146A
Authority: DE
Inventors: Guenter Radons; Rudolf Friedrich; Thomas Ditzinger; Axel Henning
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2000-07-25
Filing date: 2000-07-25
Publication date: 2002-01-17
Anticipated expiration: 2020-07-26

Abstract

The cutting method has a cutting beam displaced relative to the workpiece along a cutting line, with at least one cutting parameter affecting the surface structure at the cut surface modulated via a periodic frequency during the cutting process. The modulation frequency is of the order of the reciprocal spacing of ridges or grooves formed upon cutting without modulation multiplied by the cutting beam displacement rate.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schneiden von Werkstücken mit einem Schneidstrahl, bei dem der Schneidstrahl mit einer konstanten oder variierenden Vorschubgeschwindigkeit entlang einer Schnittlinie über das Werkstück geführt wird.The present invention relates to a method for cutting workpieces with a cutting jet, where the cutting beam with a constant or varying feed speed along a Cutting line is guided over the workpiece.

Das vorgeschlagene Verfahren ist für den Einsatz unterschiedlicher Schneidstrahlen auf Basis von elektromagnetischer Strahlung, von Teilchenstrahlen oder von Materialstrahlen geeignet. Wesentliche Anwen dungsgebiete sind das abrasive Wasserstrahlschneiden, das Laserstrahlschneiden, das Ionenstrahlschneiden, das Plasmastrahlschneiden und das Elektronenstrahlschnei den. Mit diesen Schneidetechniken lassen sich die unterschiedlichsten Materialien mit unterschiedlichen Formgebungen der Werkstücke bearbeiten. Der Schneid strahl wird dabei mit einer geeigneten Vorschub geschwindigkeit entlang einer Schnittlinie über das Werkstück geführt. Die in Form von Teilchen oder Strahlen eingebrachte Energie bewirkt lokal einen mechanischen oder thermischen Abtrag am Werkstück material und löst dieses lokal im Verlaufe des Schneid vorganges, d. h. beim Vorschub des Schneidstrahles, aus dem zu schneidenden Werkstück heraus. The proposed method is for use different cutting beams based on electromagnetic radiation, from particle beams or suitable from material jets. Essential applications areas of application are abrasive water jet cutting, the laser beam cutting, the ion beam cutting, the Plasma beam cutting and electron beam cutting the. With these cutting techniques, the different materials with different Process the shapes of the workpieces. The cutting blasting is carried out with a suitable feed speed along a cutting line across the Workpiece guided. The in the form of particles or Radiated energy brings you locally mechanical or thermal removal on the workpiece material and loosens it locally during the cutting process process, d. H. when feeding the cutting beam the workpiece to be cut.

State of the art

Bei allen bekannten Strahlschneidetechniken werden die Schnitte mit annähernd konstanter Strahlintensität und Vorschubgeschwindigkeit durchgeführt. Bei Anwendung dieser Strahlschneidetechniken entstehen durch den Schneidevorgang an den seitlichen Schnittkanten jedoch Riefen und Rillen, wie sie beispielhaft anhand des Wasserstrahlschneidens und des Laserstrahlschneidens in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind. Fig. 1 zeigt hierbei ein Beispiel einer beim Wasserabrasivstrahl- Schneiden erzeugten Schnittkante. Während die Qualität der Schnittfläche im oberen Bereich, d. h. im Eintritts bereich des Wasserstrahls in das Material einigermaßen glatt verläuft, tritt mit zunehmender Tiefe eine verstärke Rillenbildung auf, wie sie in A. Momber, R. Kovacevic: "Principles of Abrasive Water Jet Machining", Springer, 1997, Seiten 111 bis 121, näher beschrieben wurde.In all known jet cutting techniques, the cuts are carried out with an approximately constant jet intensity and feed rate. When using these jet cutting techniques, however, the cutting process on the lateral cut edges results in grooves and grooves, as are exemplarily illustrated by means of water jet cutting and laser beam cutting in FIGS. 1 and 2. Fig. 1 shows an example of a cutting edge generated in water abrasive jet cutting. While the quality of the cut surface runs somewhat smoothly in the upper area, ie in the entry area of the water jet into the material, with increasing depth there is an increased formation of grooves, as described in A. Momber, R. Kovacevic: "Principles of Abrasive Water Jet Machining" , Springer, 1997, pages 111 to 121.

Ein vergleichbarer Effekt wird für das Laser strahlschneiden in Y. Arata et al., Transactions of the Japanese Welding Research Institute JWRI 8 (1979), Seiten 15 bis 26, berichtet und näher untersucht. Fig. 2 zeigt ein Beispiel für die beim Laserstrahlschneiden in der Schnittkante erzeugte Riefen- und Rillen struktur.A comparable effect is reported for laser beam cutting in Y. Arata et al., Transactions of the Japanese Welding Research Institute JWRI 8 (1979), pages 15 to 26, and examined in more detail. Fig. 2 shows an example of the groove and groove structure generated in the cutting edge during laser beam cutting.

Aus der DE 36 39 988 C1 ist ein Verfahren zum Schneiden von Werkstoffen mit einem pulsierenden Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein kontinuierlicher Hochdruck- Flüssigkeitsstrahl mit Hilfe eines Lasers periodisch intermittiert, so dass ein pulsierender Schneidstrahl entsteht. Der pulsierende Schneidstrahl wird zur schneidenden Bearbeitung über das Werkstück geführt. Durch das mit dem Laserstrahl hervorgerufene pulsierende Verhalten des Schneidstrahls soll zusätzlich Impuls- bzw. Stoßenergie für den Schneidprozess zur Verfügung stehen. Ein Einfluss auf die Riefen- oder Rillenbildung durch einen derart pulsierenden Schneidstrahl wird in der Druckschrift jedoch nicht diskutiert und ist auch nicht ersichtlich.DE 36 39 988 C1 describes a method for Cutting materials with a pulsating High pressure liquid jet known. With this Process is a continuous high pressure Liquid jet periodically using a laser intermittent so that a pulsating cutting beam arises. The pulsating cutting beam becomes cutting machining over the workpiece. Through that caused by the laser beam pulsating behavior of the cutting beam should additional momentum or impact energy for the Cutting process are available. An influence on the scoring or scoring by such pulsating cutting beam is in the publication however not discussed and is also not apparent.

Die bei den bekannten Strahlschneidetechniken auftretende Riefen- und Rillenbildung an den seitlichen Schnittkanten ist unerwünscht und bedeutet einen Qualitätsverlust beim Schneiden. Zur Vermeidung der Riefen- und Rillenbildung werden derzeit suboptimale Schnittgeschwindigkeiten eingesetzt, d. h. die Vorschubgeschwindigkeit des Schneidstrahls wird so weit verringert bzw. so niedrig gewählt, dass die durch die Rillen und Riefen bewirkte Oberflächenstruktur der Schnittkante innerhalb der vorgegebenen Spezifikationen liegt. Bei vorgegebener Schnittqualität ist die maximal mögliche Schnittgeschwindigkeit somit durch das verstärkte Auftreten von Riefen und Rillen an den Schnittkanten mit zunehmender Schnittgeschwindigkeit begrenzt.The known jet cutting techniques Grooves and grooves appearing on the side Cut edges are undesirable and means one Loss of quality when cutting. To avoid the Grooves and grooves are currently suboptimal Cutting speeds used, d. H. the feed rate the cutting beam gets so far reduced or chosen so low that by the Grooves and grooves caused surface structure of the Cutting edge within the specified specifications lies. For a given cut quality, the maximum is possible cutting speed through the increased occurrence of striations and grooves on the Cutting edges with increasing cutting speed limited.

Da die durch die Rillen und Riefen bewirkte Ober flächenstruktur bzw. Oberflächenrauigkeit in der Regel mit zunehmendem Abstand vom Auftreffpunkt des Schneid strahls auf die Werkstückoberfläche im Werkstück zunimmt, besteht eine weitere Vorgehensweise darin, nur den oberflächennahen Teil des geschnittenen Werkstückes weiter zu verwenden, dessen Schnittfläche die vorgege benen Spezifikationen erfüllt.Since the waiter caused by the grooves and grooves surface structure or surface roughness as a rule with increasing distance from the point of impact of the cutting beam onto the workpiece surface in the workpiece another approach is to just increase the near-surface part of the cut workpiece continue to use, the cutting surface of which specified specifications.

Bei den bekannten Verfahren zum Schneiden von Werkstücken mit einem Schneidstrahl werden daher entweder suboptimale Bearbeitungsgeschwindigkeiten oder Materialeinbußen in Kauf genommen, um eine hohe Qualität der Schnittkante bzw. Schnittfläche zu er reichen.In the known methods for cutting Workpieces with a cutting jet are therefore either suboptimal processing speeds or Material losses accepted to a high Quality of the cut edge or cut surface to it pass.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Schneiden von Werkstücken mit einem Schneidstrahl anzugeben, das ohne Verringerung der Schnittgeschwindigkeit eine bessere Oberflächenqualität der Schnittkante bzw. Schnittfläche ermöglicht. The object of the present invention is to achieve this based on a method for cutting workpieces to indicate with a cutting beam that without Reducing the cutting speed a better Surface quality of the cut edge or cut surface allows.

Presentation of the invention

Die Aufgabe wird mit dem Verfahren nach Patent anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The task is accomplished with the patented method Claim 1 solved. Advantageous configurations are Subject of the subclaims.

Beim vorliegenden Verfahren zum Schneiden von Werkstücken mit einem Schneidstrahl wird der Schneid strahl mit einer Vorschubgeschwindigkeit entlang einer vorgebbaren Schnittlinie über das Material bzw. die Werkstückoberfläche geführt. Während des Schneid vorgangs wird zumindest ein Schneidparameter, der die Oberflächenstruktur einer durch den Schneidstrahl erzeugten Schnittfläche beeinflusst, mit einer Frequenz periodisch moduliert, die in der Größenordnung eines mit der Vorschubgeschwindigkeit multiplizierten reziproken Abstands von Rillen und/oder Riefen liegt - im Folgenden auch als Rillenentstehungsfrequenz bezeichnet -, die beim Schneiden ohne Modulation des zumindest einen Schneidparameters an der Schnittfläche entstehen.In the present method for cutting Workpieces with a cutting jet become the cutting jet at a feed rate along a predefinable cutting line over the material or Workpiece surface guided. During the cutting process is at least one cutting parameter that the Surface structure of one by the cutting beam generated cut surface influenced with a frequency periodically modulated, on the order of one multiplied by the feed rate reciprocal distance of grooves and / or grooves is - in The following also as the groove formation frequency referred to - which when cutting without modulating the at least one cutting parameter on the cutting surface arise.

Durch diese zeitlich periodische Modulation eines oder mehrerer dieser Schneidparameter wird die Rillen- und/oder Riefenbildung gegenüber einem Schnitt ohne eine derartige Modulation deutlich beeinflusst. Auf diese Weise kann beispielsweise bei vorgegebener Schnittqualität eine höhere Vorschubgeschwindigkeit gewählt werden, als dies mit den Verfahren des Standes der Technik möglich ist. Die Erhöhung der Vorschub geschwindigkeit führt zu schnelleren Bearbeitungszeiten und somit zu einer deutlichen Kostenersparnis bei industriellen Anwendungen. Through this periodic periodic modulation of a or more of these cutting parameters, the groove and / or scoring compared to a cut without such a modulation significantly influenced. On this way, for example, given a Cutting quality a higher feed rate be chosen as this with the procedures of the prior technology is possible. Increasing the feed speed leads to faster processing times and thus to significant cost savings industrial applications.

Als Schneidparameter, die die Oberflächenstruktur bzw. die Oberflächenrauigkeit der Schnittfläche beeinflussen, werden insbesondere die Vorschubgeschwin digkeit, die Vorschubrichtung, die Intensität des Schneidstrahls oder die Breite des Schneidstrahls auf der Werkstückoberfläche moduliert. Selbstverständlich können auch mehrere der genannten Schneidparameter gleichzeitig entsprechend moduliert werden.As cutting parameters, the surface structure or the surface roughness of the cut surface in particular will affect the feed rate digkeit, the feed direction, the intensity of the Cutting beam or the width of the cutting beam modulated the workpiece surface. Of course can also use several of the cutting parameters mentioned be modulated accordingly at the same time.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die Möglichkeit geschaffen werden, die mittlere Schnitt geschwindigkeit in Bereiche zu erhöhen, in denen sich üblicherweise bereits so starke Riefen und Rillen bilden, dass die vorgegebenen Spezifikationen nicht mehr erfüllt sind. Diese Erhöhung der mittleren Schnittgeschwindigkeit führt zu einer schnelleren Verarbeitung der zu bearbeitenden Werkstücke bei gleich bleibender oder vergleichbarer Qualität der Schnitte, wie sie mit den üblichen unmodulierten Schneide techniken erzielt werden.Through the method according to the invention, the Possibility to create the middle cut increase speed in areas where there is usually already strong marks and grooves form that the given specifications are not are more fulfilled. This increase in the middle Cutting speed leads to faster Processing of the workpieces to be processed at the same time permanent or comparable quality of the cuts, as with the usual unmodulated cutting edge techniques can be achieved.

Im Vergleich zur üblichen Verfahrensweise ergibt sich bei gleich bleibender mittlerer Vorschubgeschwin digkeit ein größerer Qualitätsschnittbereich, d. h. eine hohe Schnittqualität über eine größere Tiefe des Schnittes. Auf diese Weise kann ein größerer Teil des Werkstückes und somit mehr Material nach den vorge gebenen Spezifikationen weiter verwendet werden.Compared to the usual procedure at a constant average feed rate a larger quality cutting area, d. H. a high cutting quality over a greater depth of the Section. In this way, a larger part of the Workpiece and thus more material according to the pre given specifications continue to be used.

Als Schneidstrahlen können beim vorliegenden Verfahren sämtliche der einleitend genannten elektro magnetischen, Teilchen- oder Materialstrahlen einge setzt werden. Bei allen genannten Strahlschneide techniken führt die Modulation der Vorschubgeschwindigkeit, der Vorschubrichtung, der Intensität und/oder der Strahlbreite zu einer deutlichen Reduzierung der Riefen- und/oder Rillenbildung gegenüber einem Schneid vorgang mit gleicher Vorschubgeschwindigkeit ohne die genannte Modulation.In the present case, the cutting rays can be Process all of the electro mentioned above magnetic, particle or material rays turned on be set. With all mentioned jet cutting techniques modulates the feed rate, the feed direction, the intensity and / or the beam width to a significant reduction in Groove and / or groove formation compared to a cutting operation with the same feed rate without the called modulation.

Die Rillen und/oder Riefen, die sich bei den bekannten Strahlschneideverfahren in der Schnittkante bilden, sind durch eine mittlere räumliche Wellenlänge λ₀ gekennzeichnet, die weitgehend unabhängig von der eingesetzten Vorschubgeschwindigkeit u ist und im Bereich des Strahldurchmessers d des Schneidstrahls liegt. Die räumliche Wellenlänge λ₀ lässt sich bei spielsweise durch eine Vermessung und Auswertung des räumlichen Profils in Schnittrichtung bzw. Vorschub richtung gewinnen. Die räumliche Wellenlänge stellt hierbei z. B. das lokale Maximum im Fourierspektrum dar. Bei gegebener Vorschubgeschwindigkeit u wird somit in mittleren zeitlichen Abständen T₀ = λ₀/u jeweils eine Rille in der Schnittkante gebildet. Dies entspricht einer Rillenhäufigkeit bzw. Rillenentstehungsfrequenz von ν₀ = 1/T₀ = u/λ₀. Diese Rillenentstehungsfrequenz kann entweder vor der Durchführung des vorliegenden Verfahrens durch einen Schnitt mit unmodulierten Schneidparametern experimentell erfasst oder aus Erfahrungswerten abgeleitet werden. Die räumliche Wellenlänge ist hierbei unabhängig vom geschnittenen Material und charakteristisch für den jeweils eingesetzten Schneidstrahl, insbesondere dessen Strahlbreite. Weiterhin besteht auch die Möglichkeit die Rillenentstehungsfrequenz mit theoretischen Modellen zu berechnen, wie sie beispielsweise in T. Di Pietro et al., "A New Technique to Characterize and Predict Laser Cut Striations", Int. J. Mach. Tools Manufact. 35, (1994) 7, Seiten 993 bis 1002, vorgestellt sind.The grooves and / or grooves that form in the known cutting edge processes in the cutting edge are characterized by an average spatial wavelength λ ₀ , which is largely independent of the feed rate u used and is in the range of the beam diameter d of the cutting beam. The spatial wavelength λ ₀ can be obtained for example by measuring and evaluating the spatial profile in the cutting direction or feed direction. The spatial wavelength represents z. B. the local maximum in the Fourier spectrum. For a given feed speed u, a groove is thus formed in the cutting edge at medium intervals T ₀ = λ ₀ / u. This corresponds to a groove frequency or groove formation frequency of ν ₀ = 1 / T ₀ = u / λ ₀ . This groove formation frequency can either be determined experimentally by performing a cut with unmodulated cutting parameters before carrying out the present method, or it can be derived from empirical values. The spatial wavelength is independent of the material being cut and is characteristic of the cutting beam used, in particular its beam width. Furthermore, there is also the possibility of calculating the groove formation frequency using theoretical models, as described, for example, in T. Di Pietro et al., "A New Technique to Characterize and Predict Laser Cut Striations", Int. J. Mach. Tools Manufact. 35, (1994) 7, pages 993 to 1002.

Ein wesentliches Merkmal des vorliegenden Verfahrens besteht darin, dass der oder die jeweiligen Schneidparameter mit einer Frequenz moduliert werden, die in der Größenordnung der Rillenentstehungsfrequenz ν₀ liegt. Diese Frequenz liegt vorzugsweise im Bereich zwischen dem 0,1- und dem 4-fachen dieser Rillenent stehungsfrequenz oder entspricht der Rillenentstehungs frequenz. Sie kann aber auch bis zum 10-fachen der Rillenentstehungsfrequenz oder mehr als das 10-fache dieser Frequenz betragen.An essential feature of the present method is that the respective cutting parameter or parameters are modulated with a frequency which is in the order of the groove formation frequency ν ₀ . This frequency is preferably in the range between 0.1 and 4 times this groove formation frequency or corresponds to the groove formation frequency. However, it can also be up to 10 times the groove formation frequency or more than 10 times this frequency.

Als zu modulierende Schneidparameter kommen bevorzugt vier Größen in Frage, von denen eine die Strahlintensität und eine andere die Strahlbreite auf der Oberfläche des Werkstückes darstellen.The cutting parameters to be modulated come prefers four sizes in question, one of which is the Beam intensity and another the beam width represent the surface of the workpiece.

Als dritte und vierte Größe können die Vorschub geschwindigkeit und die Vorschubrichtung des Schneid strahls moduliert werden. Die Vorschubgeschwindigkeit kann durch einen Vorschubgeschwindigkeitsvektor dargestellt werden, der ohne zusätzliche Modulation der Vorschubrichtung nur eine Komponente _parallel parallel zur Grundvorschubrichtung bzw. zur Tangente an die Schnittlinie aufweist. Bei einer Modulation der Vorschubrichtung tritt auch eine Komponente _senkrecht senkrecht zur Grundvorschubrichtung bzw. zur Tangente an die Schnittlinie auf. Die Vektoren , , _parallel und _senkrecht stellen zweidimensionale Vektoren dar, die in einer Ebene parallel zur Werkstoffoberfläche liegen. Bei gekrümmten Werkstoffoberflächen liegen diese Vektoren in der Tangentialebene zur Werkstoffoberfläche am Auftreffpunkt des Strahles. Eine Modulation der Vorschubgeschwindigkeit erfolgt durch Modulation der parallelen Komponente u_parallel. Gleichzeitig mit oder auch ohne Modulation der Vorschubgeschwindigkeit kann die Vorschubrichtung moduliert werden. Eine Modulation der Vorschubrichtung führt zu einer Oszillation des Schneidstrahles um die Schnittlinie während der Vor schubbewegung. Die Modulationsstärke wird hierbei vorzugsweise so gewählt, dass die Mittelachse des Schneidstrahls durch die Modulation um maximal 50% des Durchmessers bzw. der Breite des Schneidstrahls von der Schnittlinie abweicht.As a third and fourth variable, the feed speed and the feed direction of the cutting beam can be modulated. The feed rate can be represented by an advancing velocity vector, which has no extra modulation of the feed direction, only one component _parallel parallel to the base feed direction or to the tangent to the cutting line. When the feed _direction is modulated, a component also occurs perpendicular to the basic feed direction or to the tangent to the cutting line. The vectors,, _parallel and _{perpendicular} represent two-dimensional vectors that lie in a plane parallel to the material surface. In the case of curved material surfaces, these vectors lie in the tangential plane to the material surface at the point of impact of the beam. The feed rate is modulated by modulating the parallel component u _parallel . The feed direction can be modulated simultaneously with or without modulation of the feed rate. A modulation of the feed direction leads to an oscillation of the cutting beam around the cutting line during the feed movement. The modulation intensity is preferably chosen so that the central axis of the cutting beam deviates from the cutting line by the modulation by a maximum of 50% of the diameter or the width of the cutting beam.

Eine gleichzeitige Modulation der Vorschubge schwindigkeit und der Vorschubrichtung kann sehr vorteilhaft realisiert werden, indem der Vorschub bewegung eine Kreisbewegung überlagert wird, so dass der Schneidstrahl auf einer spiralförmigen Bahn entlang der Schnittlinie geführt wird.Simultaneous modulation of the feed rates speed and the feed direction can be very can be advantageously realized by the feed movement a circular movement is superimposed so that the cutting beam along a spiral path the cutting line is guided.

Dem Fachmann sind geeignete Maßnahmen zur Modulation der genannten Parameter bekannt. So kann die Strahlintensität durch Änderung der Energiezuführung zur Strahlerzeugungseinheit oder - im Falle elektro magnetischer Strahlung - durch Variation der Position oder Krümmung eines Fokussierelementes im Strahlengang moduliert werden. Eine Modulation der Strahlbreite lässt sich ebenfalls durch Modulation der räumlichen Position oder Krümmung entsprechender Fokussierelemente oder durch Modulation des Abstandes einer Austritts einheit für den Strahl zur Werkstückoberfläche bewirken. Die Vorschubgeschwindigkeit lässt sich durch entsprechende Ansteuerung der mechanischen Einheiten zur Erzeugung des Vorschubs realisieren.Suitable measures for the expert are Modulation of the parameters mentioned is known. So it can Beam intensity by changing the energy supply to the beam generating unit or - in the case of electro magnetic radiation - by varying the position or curvature of a focusing element in the beam path be modulated. A modulation of the beam width can also be modulated by spatial Position or curvature of corresponding focusing elements or by modulating the distance of an exit unit for the beam to the workpiece surface cause. The feed rate can be checked appropriate control of the mechanical units to generate the feed.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen:The method of the invention is as follows without restricting the general idea of the invention using an exemplary embodiment in connection with the Drawings briefly explained again. Here show:

Fig. 1 ein Beispiel für die Riefen- und Rillenstrukturen in der Schnittkante beim Wasserabrasivstrahl-Schneiden; Figure 1 shows an example of the groove and groove structures in the cut edge in water abrasive jet cutting.

Fig. 2 ein Beispiel für die Riefen- und Rillenstrukturen in der Schnittkante beim Laserstrahlschneiden; Figure 2 is an example of the score-groove structures and in the cut edge during laser cutting.

Fig. 3 ein Beispiel für eine Modulation der Vorschubgeschwindigkeit in Vorschub richtung; Figure 3 shows an example of a modulation of the feed rate in the feed direction.

Fig. 4 ein Beispiel für eine Modulation der Vorschubrichtung; und Fig. 4 is an example of a modulation of the feed direction; and

Fig. 5 ein Beispiel für eine Modulation parallel und senkrecht zur Vorschub richtung. Fig. 5 shows an example of a modulation parallel and perpendicular to the feed direction.

Ways of Carrying Out the Invention

Die Fig. 1 und 2 wurden bereits im einleitenden Teil als beispielhafte Darstellungen für die bei herkömmlichen Strahlschneidetechniken auftretenden Riefen- und Rillenstrukturen erläutert. Figs. 1 and 2 have already been explained in the introductory part as exemplary representations for the beam associated with conventional cutting techniques score-and groove structures.

Die Fig. 3 und 4 zeigen Beispiele für eine Modulation der Vorschubgeschwindigkeit oder der Vorschubrichtung als Schneidparameter beim Einsatz des vorliegenden Verfahrens. So ist in Fig. 3 die Vorschubgeschwindigkeit in Vorschubrichtung u_parallel - normiert auf die mittlere Vorschubgeschwindigkeit u - als Funktion des Ortes x entlang der Schnittlinie dargestellt. Die parallele Komponente der Vorschub geschwindigkeit wird in diesem Beispiel mit einer Frequenz entsprechend einer mit der Vorschubgeschwin digkeit multiplizierten reziproken Periode λ moduliert, die in der Größenordnung der räumlichen Wellenlänge λ₀ der Rillen liegt. FIGS. 3 and 4 show examples of a modulation of the feed rate or the feed direction as the cutting parameters when using the present method. Thus, the feed speed in the feed direction is shown in Figure 3 and _parallel -. Normalized to the average feed speed u - as a function of position x shown along section line. The parallel component of the feed rate is modulated in this example with a frequency corresponding to a reciprocal period λ multiplied by the feed rate, which is of the order of the spatial wavelength λ _{0 of} the grooves.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel, bei der die Vorschub richtung um die Grundvorschubrichtung (hier Richtung der x-Achse) - und somit auch die senkrechte Komponente u_senkrecht der Vorschubgeschwindigkeit - moduliert wird, wobei ein räumlich oszillierender Verlauf des Strahles um die Schnittlinie resultiert. Die Modulation erfolgt mit einer Amplitude a, die zu einer maximalen Ab weichung der Mittelachse des Schneidstrahls von der Schnittlinie führt, die maximal 50% des Durchmessers des Schneidstrahls beträgt. Die Periode b liegt wiederum in der Größenordnung des Rillenabstandes. Fig. 4 shows an example in which the feed direction around the basic feed direction (here direction of the x-axis) - and thus also the vertical component u _{perpendicular to} the feed speed - is modulated, resulting in a spatially oscillating course of the beam around the cutting line. The modulation is carried out with an amplitude a, which leads to a maximum deviation of the central axis of the cutting beam from the cutting line, which is a maximum of 50% of the diameter of the cutting beam. The period b is again in the order of the groove spacing.

Die beiden genannten Beispiele der Modulation sind selbstverständlich nur beispielhaft zu verstehen. Neben den genannten Vorschubgeschwindigkeiten können die Strahlintensität oder die Strahlbreite in gleicher Weise moduliert werden. Bei der Modulation kommt es weniger auf die Wellenform, wie beispielsweise Zick- Zack, Rechtecksfolge oder Sinusschwingung des periodischen Vorgangs an, sondern auf die Wellenlänge bzw. Periode dieser Modulation. Diese sollte in derselben Größenordnung liegen wie die selbstgenerierte Wellenlänge der Rillen bei unmodulierter Schnitt führung. Die relative Amplitude der Modulation, d. h. das Verhältnis von Maximalwert zu einem Mittelwert - beispielsweise der Strahlbreite oder der Vorschub geschwindigkeit - kann relativ gering gehalten werden und liegt beispielsweise unterhalb von 10%, kann jedoch auch größere Werte annehmen.The two examples of modulation are of course only to be understood as an example. Next the feed speeds mentioned can Beam intensity or the beam width in the same Be modulated. When it comes to modulation less on the waveform, such as zig-zag Zack, sequence of rectangles or sine wave of the periodic process, but on the wavelength or period of this modulation. This should be in are of the same order of magnitude as the self-generated one Wavelength of the grooves with an unmodulated cut guide. The relative amplitude of the modulation, i.e. H. the ratio of the maximum value to an average value - for example the beam width or the feed speed - can be kept relatively low and is, for example, below 10%, but can also accept larger values.

Fig. 5 zeigt schließlich ein Beispiel, bei der der Vorschub parallel und senkrecht zur Grundvorschub richtung, und somit die parallele (u_parallel) und die senkrechte Komponente (u_senkrecht) der Vorschubgeschwin digkeit gleichzeitig moduliert werden. Die zeitliche Modulation der beiden Komponenten ist in den oberen beiden Diagrammen dargestellt. Die sich daraus ergebende räumliche Bewegung des Strahls - einmal ohne Berücksichtigung der Grundvorschubbewegung (Grund vorschubgeschwindigkeitsvektor _e) und einmal mit Berücksichtigung der Grundvorschubbewegung - ist den unteren beiden Diagrammen zu entehmen. Hierbei gilt _eff = _e + _senkrecht + _parallel. Fig. 5 finally shows an example in which the feed parallel and perpendicular to the basic feed direction, and thus the parallel (u _parallel ) and the vertical component (u _{perpendicular} ) of the feed rate are modulated simultaneously. The temporal modulation of the two components is shown in the top two diagrams. The resulting spatial movement of the beam - once without taking into account the basic feed movement (basic feed speed vector _e ) and once taking into account the basic feed movement - can be seen in the two lower diagrams. Here _eff = _e + _vertical + _parallel .

Die Größenordnung der gewählten Frequenz bzw. der Wellenlänge der Rillen beim unmodulierten Schnitt ist bei den genannten Verfahren aufgrund der unterschied lichen Wirkdurchmesser (Strahlbreite am Prozessort) unterschiedlich, jedoch für das jeweilige Werkzeug bzw. Schneidegerät charakteristisch. Somit kann für jede eingesetzte Werkzeuggeometrie eine charakteristische räumliche Wellenlänge ermittelt werden. The order of magnitude of the selected frequency or Is the wavelength of the grooves in the unmodulated cut in the methods mentioned due to the difference effective diameter (beam width at the process location) different, but for the respective tool or Cutting device characteristic. So for everyone used tool geometry a characteristic spatial wavelength can be determined.

Das vorliegende Verfahren wurde beispielsweise bei Einsatz eines Wasserabrasivstrahles zum Schneiden von Einsatzstahl eingesetzt. Die maximale Vorschubgeschwin digkeit bei einem mittleren Strahldurchmesser von 0,5 mm betrug 20 mm/min. Die Rillenentstehungsfrequenz bei diesen Werten liegt im Bereich von 20-25 Hz. In Anwendung des vorliegenden Verfahrens wurde die Vorschubgeschwindigkeitskomponente parallel zur Schnittlinie im Bereich von 10% mit einer Frequenz von 2 Hz moduliert. Hierdurch konnte eine verminderte Rillen- und Riefenbildung gegenüber dem Einsatz des Wasserstrahls beim unmodulierten Schneiden erreicht werden.The present method was used, for example Use of a water abrasive jet for cutting Case hardened steel used. The maximum feed rate with an average beam diameter of 0.5 mm was 20 mm / min. The groove formation frequency at these values are in the range of 20-25 Hz. In Application of the present procedure was the Feed speed component parallel to Cutting line in the range of 10% with a frequency of 2 Hz modulated. This allowed a diminished Grooves and scoring compared to the use of the Water jet reached during unmodulated cutting become.

Claims

1. A method for cutting workpieces with a cutting beam, in which the cutting beam is guided over the workpiece at a feed rate along a cutting line, characterized in that at least one cutting parameter during the cutting process to influence the formation of surface structures on a cutting surface generated by the cutting beam is periodically modulated at a frequency which is in the order of a reciprocal distance of grooves and / or grooves multiplied by the feed rate, which arise during cutting without modulating the at least one cutting parameter on the cutting surface.

2. The method according to claim 1, characterized, that the feed rate is the cutting parameter speed and / or the feed direction and / or the Intensity and / or the width of the cutting beam is modulated.

3. The method according to claim 2, characterized, that simultaneous modulation of the Feed speed and feed direction by superimposing the feed movement with a Circular movement takes place, so that the cutting beam on a spiral path along the Cutting line is performed.

4. The method according to claim 2, characterized, that a modulation of the feed direction perpendicular to the respective tangent to the Cutting line is such that the maximum Deviation of a central axis of the cutting beam maximum 50% of the width of the cutting line Cutting beam at the cutting line.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized, that the frequency of the modulation is at least that 0.1 times the feed rate multiplied reciprocal distance of the grooves and / or corrugations.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized, that the frequency of the modulation in the range between 0.1 and 4 times that with Feed rate multiplied reciprocal The distance between the grooves and / or grooves is.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized, that as a cutting beam an electromagnetic Beam, a particle beam or a material beam is used.