DE3400017A1 - Multiaxial material machining station - Google Patents
Multiaxial material machining stationInfo
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Abstract
Description
Beschreibungdescription
Die Erfindung bezieht sich auf eine mehrachsige Material-Bearbeitungsstation, vorzugsweise unter Verwendung eines Lasers als Bearbeitungseinheit, mit einer Tragkonstruktion für die Bearbeitungseinheit, die auf Ständern angeordnet ist.The invention relates to a multi-axis material processing station, preferably using a laser as the processing unit, with a support structure for the processing unit, which is arranged on stands.
Bei der Materialbearbeitung mit Hochleistungslasern wird heute noch im allgemeinen das Werkstück relativ zu dem Bearbeitungskopf, der die Fokussierungsoptik enthält, bewegt Der Bearbeitungskopf ist dabei in einer Achse (Abstand zur Materialoberfläche) verstellbar. Dieses Verfahren ist nicht mehr möglich, wenn die Werkstückabmessungen sehr groß werden. Man behilft sich dann damit, daß der Laser mit dem Bearbeitungskopf auf eine große Führungsmaschine (z.B. eine konventionelle Brennschneidanlage) gesetzt und mit dieser verfahren wird.Material processing with high-power lasers is still used today generally the workpiece relative to the machining head that has the focusing optics contains, moves The processing head is in one axis (distance to the material surface) adjustable. This procedure is no longer possible if the workpiece dimensions get very big. You then make do with the fact that the laser with the processing head placed on a large lead machine (e.g. a conventional flame cutting machine) and this is dealt with.
Nachteilig ist in beiden Fällen, daß bei schweren Werkstücken (z.B. Stahlplatten von 5 - 15 mm Dicke) oder leistungsstarken Lasern erhebliche Massen bewegt werden müssen. Bei der Materialbearbeitung mittels Lasern sind aber Positioniergenauigkeiten im 0,1 mm Bereich bei kurzen Beschleunigungswegen notwendig. Diese Anforderungen sind mit herkömmlichen Führungssystemen nicht zu erfüllen.The disadvantage in both cases is that with heavy workpieces (e.g. Steel plates 5-15 mm thick) or powerful lasers of considerable mass have to be moved. In the case of material processing by means of lasers, however, there are positioning accuracies in the 0.1 mm range necessary for short acceleration distances. These requirements cannot be achieved with conventional guidance systems.
Moderne Laser-Bearbeitungssysteme bedienen sich der sogenannten ~fliegenden Bearbeitungsoptik". Hierbei stehen Laser und Werkstück fest. Die optischen Komponenten zur Umlenkung und Fokussierung des Laserstrahles werden auf einem Koordinatenführungssystem montiert und jeweils in Strahlrichtung bewegt. Die Genauigkeitsanforderungen an ein solches Koordinatenführungssystem sind sehr hoch, da die Strahlauslenkung auch bei größeren Verfahrwegen und hochdynamischen Verfahrzyklen besser als 0,1 mrad bleiben muß.Modern laser processing systems make use of the so-called ~ flying Processing optics ". The laser and workpiece are fixed. The optical components to deflect and focus the laser beam are on a coordinate guidance system mounted and moved in the direction of the beam. The accuracy requirements such a coordinate guidance system are very high, since the beam deflection also better than 0.1 mrad for larger travels and highly dynamic traversing cycles must stay.
Man arbeitet heute daher auch mit sogenannten Hybridsystemen, bei denen der Bearbeitungskopf in einer Achse und das Werkstück an der anderen Achse bewegt wird.So today we also work with so-called hybrid systems, at those of the machining head in one axis and the workpiece on the other axis is moved.
Es sind ebenfalls Systeme mit zweiachsig bewegter Bearbeitungsoptik bekannt. Sie haben jedoch den Nachteil, daß Führungs-und Antriebseinheiten in den Bearbeitungstisch integriert sind. Sie sind daher beim Be- und Entladen der Maschine erheblichen Risiken ausgesetzt, wie z.B. Dejustierung durch Stoß oder Belastung mit dem Werkstück. Zudem ist die Zugänglichkeit durch seitlich (x-Achse) und als Portal (y-Achse) angeordnete Führungseinheiten erschwert. Der Platzaufwand dieser Systeme ist wegen der ausfahrenden Schlittenteile erheblich.There are also systems with two-axis moving processing optics known. However, they have the disadvantage that guide and drive units in the Machining table are integrated. You are therefore involved in loading and unloading the machine exposed to considerable risks, such as misalignment due to impact or stress with the workpiece. In addition, the accessibility is through the side (x-axis) and as Portal (y-axis) arranged guide units made difficult. The space required by this Systems is significant because of the moving parts of the slide.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Material-Bearbeitungsstation der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der eine Positioniergenauigkeit im Bereich von kleiner 0,1 mm bei einem Verfahrweg in Zweiachsen bis zu 4 x 4 m2 erreicht wird, ebenso Verfahrgeschwindigkeiten bis zu 30 m/min bei kurzen Beschleunigungswegen und der genannten Genauigkeit. Die Station soll darüber hinaus praktisch ungehinderte Zugänglichkeit zum Bearbeitungsbereich bieten, woraus sich auch eine gute Austauschbarkeit der Werkstückträger und Kompatibilität mit Transferstraßen od. dgl. ergibt.The object of the invention is to provide a material processing station of the type mentioned to create a positioning accuracy in the area of less than 0.1 mm with a travel path in two axes of up to 4 x 4 m2 is achieved, also travel speeds of up to 30 m / min with short acceleration distances and the specified accuracy. In addition, the station is said to be practically unhindered Provide accessibility to the machining area, which also means that they can be exchanged easily the workpiece carrier and compatibility with transfer lines or the like.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Tragkonstruktion im Bereich des Bodens mindestens in zwei zueinander senkrecht stehenden Richtungen im wesentlichen frei durchfahrbar ist, daß an der Tragkonstruktion hängend mindestens ein erster Schlitten vorgesehen ist, der mindestens zwei mit Abstand zueinander angeordnete Antriebs- und Positioniereinheiten für eine Bewegung in eine Richtung aufweist, daß am ersten Schlitten mindestens ein zweiter Schlitten vorhanden ist, der senkrecht zum ersten Schlitten in horizontaler Richtung, hängend mit einem Antriebs- und Positioniersystem antreibbar ist, und daß am zweiten Schlitten die Bearbeitungseinheit angeordnet ist.This object is achieved according to the invention in that the supporting structure in the area of the floor at least in two mutually perpendicular directions is essentially freely passable that hanging on the support structure at least a first carriage is provided, the at least two at a distance from one another arranged drive and positioning units for a movement in one direction comprises that there is at least one second slide on the first slide, which is perpendicular to the first slide in a horizontal direction, hanging with a drive and the positioning system can be driven, and that the machining unit is on the second slide is arranged.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, den Unteransprüche sowie anhand der schematischen Zeichnung, die die erfindungsgemäße Bearbeitungsstation in schaubildlicher Darstellung wiedergibt.Further details, features and advantages of the invention result from the following description, the subclaims and the schematic Drawing showing the processing station according to the invention in a perspective view reproduces.
Wie sich aus der Zeichnung ergibt, sind sämtliche mechanischen und optischen Komponenten der erfindungsgemäßen mehrachsigen Material-Bearbeitungsstation, wie Schlittenführungen 3, 4, Spindelantriebe 5a, 5b und 6, Meßsystem lOa, lOb und 12, Strahlumlenkspiegel 8, 9 sowie Bearbeitungseinheit 2 hängend an einem Doppelportalaufbau angeordnet. Dieser Doppelportalaufbau weist 4 Säulen 1 auf sowie zwei Längsträger 14 sowie zwei Querträger 15. Der Arbeitsbereich befindet sich innerhalb der Säulen 1. Zwischen den Säulen 1 kann der Arbeitsbereich von allen Seiten ungehindert durchfahren werden. Damit kann die Bearbeitungsstation außerhalb des Systems be- und entladen werden. Außerdem bietet die erfindungsgemäße Bauweise die Möglichkeit, die gesamte Bearbeitungsstation über eine z.B. Transferstraße zu stellen und die Werkstücke durch die Bearbeitungsstation hindurchzubewegen.As can be seen from the drawing, all are mechanical and optical components of the multi-axis material processing station according to the invention, such as slide guides 3, 4, spindle drives 5a, 5b and 6, measuring system lOa, lOb and 12, beam deflecting mirrors 8, 9 and processing unit 2 hanging on a double portal structure arranged. This double portal structure has 4 columns 1 and two longitudinal beams 14 and two cross members 15. The work area is located within the pillars 1. The work area can pass unhindered from all sides between the pillars 1 will. This allows the processing station to load and unload outside the system will. In addition, the construction according to the invention offers the possibility of the entire To place the processing station via a transfer line, for example, and the workpieces to move through the processing station.
Für den Transport der Bearbeitungseinheit 2 in x- und y-Richtung sind zwei Schlittenführungen 3 und 4 vorhanden, wobei über die Führungen 3 zunächst ein erster Schlitten 7 verschiebbar ist. Über die Führungen 4 ist ein zweiter Schlitten 11 verfahrbar, der an dem ersten Schlitten 7 somit verschiebbar gelagert ist.For the transport of the processing unit 2 in the x and y directions two slide guides 3 and 4 available, with the guides 3 initially one first carriage 7 is displaceable. Over the guides 4 is a second slide 11 can be moved, which is thus slidably mounted on the first slide 7.
Wie sich aus der Zeichnung weiter ergibt, sind im Bereich der genannten Schlittenführungen 3 und 4 weiterhin Antriebs-Systeme, beispielsweise Spindelantriebe 5a und Sb zum Antrieb des Schlittens 7 sowie ein Spindelantrieb 6 zum Verfahren des Schlittens 11 vorhanden. Anstelle der Spindelantriebe können vorteilhaft auch Linearmotoren eingesetzt werden.As can also be seen from the drawing, are in the range of those mentioned Slide guides 3 and 4 continue to drive systems, for example spindle drives 5a and Sb for driving the carriage 7 and a spindle drive 6 for moving of the carriage 11 is present. Instead of the spindle drives can also be advantageous Linear motors are used.
Der Schlitten 7 wird somit in Richtung bewegt; der Schlitten 11 in y-Richtung.The carriage 7 is thus moved in the direction; the carriage 11 in y direction.
Die angestrebte Positioniergenauigkeit sowie Verfahrgeschwindigkeit bei kurzen Beschleunigungswegen ist mittels dieser Spindelantriebe möglich. Sie sind jeweils mit mindestens einem Meßsystem 10 und 12 gekoppelt, welche die Spindelantriebe genau zu steuern in der Lage sind. Eine Synchronsteuerung beider Spindelantriebe über das Meßsystem ergibt den angestrebten Gleichlauf der Antriebe 5a und 5b. Bei dem Meßsystem 10, 12 kann es sich beispielsweise um eine elektronisch codierte Meßvorrichtung handeln, über die die jeweilige genaue Position der Schlitten feststellbar ist.The desired positioning accuracy and travel speed this spindle drive can be used for short acceleration distances. she are each coupled to at least one measuring system 10 and 12, which drives the spindle are able to control precisely. A synchronous control of both spindle drives The desired synchronization of the drives 5a and 5b results via the measuring system. at the measuring system 10, 12 can, for example, be an electronically coded measuring device act, via which the respective exact position of the slide can be determined.
Wie sich aus der Zeichnung weiter ergibt, ist am ersten Schlitten 7 ein erster Strahlumlenkspiegel 8 angeordnet, der einen von einem außerhalb der Station fest angeordneten Laser ankommenden Laserstrahl 16 auf einen zweiten Strahlumlenkspiegel 9 der Bearbeitungseinheit 2 lenkt, welcher zweite Spiegel 9 den Laserstrahl 16 dann nach unten durch die Bearbeitungseinheit auf das zu bearbeitende Werkstück richtet. Aufgrund dieser Ausbildung ist es möglich, die beiden Schlitten 7 und 11 mit geringsten Massen auszustatten, so daß sie in der angestrebten Weise schnell und genau verfahren werden können. Diese Ausbildung bietet sich insbesondere im Falle von Hochleistungslasern mit entsprechendem großen Gewicht an. Bei kleineren Lasereinheiten ist es jedoch auch möglich, diese direkt anstelle der Bearbeitungseinheit 2 anzuordnen. Auf die Strahlumlenkspiegel 8 und 9 kann dann zumindest funktionell verzichtet werden.As can also be seen from the drawing, is on the first slide 7, a first beam deflecting mirror 8 is arranged, one of which is outside of the Station fixed laser incoming laser beam 16 to a second beam deflecting mirror 9 of the processing unit 2 directs, which second mirror 9 then the laser beam 16 directed downwards through the machining unit on the workpiece to be machined. Because of this training, it is possible to use the two carriages 7 and 11 with the least Equip masses so that they move quickly and accurately in the desired manner can be. This training is particularly useful in the case of high-power lasers with a correspondingly large weight. However, it is with smaller laser units it is also possible to arrange these directly instead of the processing unit 2. On the Beam deflecting mirrors 8 and 9 can then be dispensed with at least functionally.
Die Bearbeitungseinheit 2 kann zusätzlich in z-Richtung verschoben werden. Diese Verstellmöglichkeit ist für die genaue Abstandsjustierung zur Werkstückoberfläche von Vorteil.The processing unit 2 can also be moved in the z direction will. This adjustment option is for the precise adjustment of the distance to the workpiece surface advantageous.
Sie kann entweder manuell oder automatisch über Sensoren gesteuert werden. Schließlich liegt es auch im Rahmen der Erfindung, daß die Bearbeitungseinheit 2 mehrere Freiheitsgrade aufweist und somit insbesondere in horizontaler und vertikaler Richtung drehbar ist. Auf diese Weise können auch gekrümmte Werkstückoberflächen in jeweils optimaler Weise vom Laserstrahl beaufschlagt werden.It can be controlled either manually or automatically via sensors will. Finally, it is also within the scope of the invention that the processing unit 2 has several degrees of freedom and thus in particular in the horizontal and vertical Direction is rotatable. In this way, curved workpiece surfaces can also be used be acted upon in an optimal manner by the laser beam.
Weiterhin ist es möglich, bei entsprechender Ausgestaltung von zwei in einer Längsrichtung der erfindungsgemäßen Station angeordneten Säulen 1, wenn diese beispielsweise fest am Boden angeordnet sind, auf die anderen beiden Säulen 2 zu verzichten. Es ergibt sich hierdurch insbesondere eine weitere Verbesserung der Zugänglichkeit des Arbeitsbereiches unterhalb des Bearbeitungskopfes 2.Furthermore, it is possible with a corresponding configuration of two columns 1 arranged in a longitudinal direction of the station according to the invention, if these are, for example, firmly arranged on the floor, on the other two pillars 2 to waive. This results in a further improvement in particular the accessibility of the work area below the processing head 2.
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