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WO2024022639A1 - Verfahren zur werkstückbearbeitung innerhalb einer bearbeitungsmaschine - Google Patents

Verfahren zur werkstückbearbeitung innerhalb einer bearbeitungsmaschine Download PDF

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WO2024022639A1
WO2024022639A1 PCT/EP2023/063830 EP2023063830W WO2024022639A1 WO 2024022639 A1 WO2024022639 A1 WO 2024022639A1 EP 2023063830 W EP2023063830 W EP 2023063830W WO 2024022639 A1 WO2024022639 A1 WO 2024022639A1
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WO
WIPO (PCT)
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processing
section
workpiece
acceleration
machining
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2023/063830
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English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias STITTGEN
Thomas HORR
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ponticon GmbH
Original Assignee
Ponticon GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ponticon GmbH filed Critical Ponticon GmbH
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Priority to IL318572A priority patent/IL318572A/en
Priority to CA3263382A priority patent/CA3263382A1/en
Priority to KR1020257006454A priority patent/KR20250067807A/ko
Priority to US18/998,382 priority patent/US20260029778A1/en
Priority to JP2025504609A priority patent/JP2025524169A/ja
Publication of WO2024022639A1 publication Critical patent/WO2024022639A1/de
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
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    • G05B19/416—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control of velocity, acceleration or deceleration
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    • G05B2219/45164—Laser refurbish with laser beam and metal powder

Definitions

  • the invention relates to a method for workpiece machining within a processing machine, in which a tool is moved relative to a workpiece, the tool or the workpiece being moved in a travel direction predetermined by a movement path at a predeterminable travel speed, the movement path being divided into processing sections and Acceleration sections is divided, wherein within the machining sections between a starting point and an end point of the machining section, workpiece machining is carried out with a predeterminable machining traversing speed in a machining traversing direction.
  • processing machine also includes cutting machines, painting machines, milling machines or laser deposition welding machines. What all processing machines have in common is that they have an axis system with which either the tool or the workpiece is moved in order to achieve the movement necessary for the machining process. In addition to the travel speed, further process-specific processing parameters are specified for the respective processing section for workpiece processing.
  • the laser power, a degree of defocusing of the laser radiation, a distance to the workpiece or a powder mass flow are specified.
  • the specified processing parameters can be specified at the starting point and at the end point of the processing section, so that the processing parameters and / or the travel speed along the processing route can be adjusted in a time- or spatially resolved manner.
  • the kinematics of the processing machines are often limited due to the masses to be moved and the resulting inertial forces in such a way that the maximum acceleration and thus the increase in speed along a defined section of the movement path is limited by the maximum permissible jerk caused by the machine, so that the specified ones are at a starting point of the processing section Machining parameters are not reached.
  • a machining traversing speed predetermined at the starting point of the machining path is undershot due to insufficient acceleration and the machining process is carried out with the actual machining parameters that differ from the predetermined target machining parameters.
  • the result is a machining process that is carried out under different process conditions, which can directly lead to a different machining result.
  • Laser deposition welding is used in known variants for coating or repairing a workpiece or for the additive manufacturing of components.
  • a powdery additional material for example a metal powder, is introduced into the interaction zone of the laser radiation with the metal powder using a powder feed nozzle and melted there using laser radiation, so that a bond is formed between the melted metal powder and the workpiece or the layer that has already been applied arises.
  • extreme high-speed laser deposition welding EHLA for short
  • the powdery filler material is melted by the concentrated laser radiation before it enters the melting pool created by the laser radiation. This allows very high travel speeds in the range of 10 m/min to 500 m/min to be achieved and layers with a layer thickness in the range of 10 pm to 250 pm per layer can be produced.
  • the workpiece can be moved relative to the laser beam and the powder gas jet, so that a melting trace is created on the workpiece surface.
  • a melting trace is created on the workpiece surface.
  • three-dimensional structures can be created additively. Such structures are built either on top of existing ones Components or when creating entire objects on a workpiece support plate, which then serves as a base.
  • the object of the present invention is to provide a method strategy for a machining process with which the machining of a workpiece can be carried out at a starting point of the machining route with predetermined machining parameters and at travel speeds of 10 m/min to 500 m/min.
  • This object is achieved according to the invention in that the traversing speed is adjusted along the acceleration section defined by the end point of a first processing section and the starting point of a second processing section so that the predetermined processing traversing speed is reached at the starting point of the processing section.
  • an advantageous implementation of the inventive concept provides that both the tool and the workpiece are moved for the movement of the tool relative to the workpiece, with the tool and the workpiece in Each can be moved in different travel directions or at different travel speeds. Thus a doubling of the processing speed can be achieved.
  • the traversing movement of the tool and/or the workpiece takes place in three spatial directions (x, y, z).
  • the decisive factor is the relative movement between the workpiece and the processing tool of the processing machine.
  • a movement of the workpiece and/or a movement of the processing tool takes place.
  • the movements are carried out in the three spatial directions (x, y, z), preferably path movements.
  • the acceleration section is divided into several acceleration path sections, the acceleration path sections each being predeterminable by a geometric shape and a length of the acceleration path section.
  • a particularly flexible design of the acceleration sections is therefore possible.
  • the geometric design of the acceleration section can take place, for example, as a straight line, as a segment of a circle with a certain radius, as a section of a hyperbola, and so on.
  • an advantageous embodiment of the method according to the invention provides that the geometric shape and the length of the acceleration path sections depend on the starting point and the end point of the machining section specified processing speeds. This makes it possible to design the acceleration path sections with the aim of constant travel speeds, constant acceleration, reduced path deviation in the process, reduced jerk or shortened processing time.
  • the acceleration section extends in all three spatial directions, so that there is no plane in which the acceleration section lies completely.
  • at least one acceleration path section is arranged in an acceleration path plane which differs from a processing path plane comprising the starting point or the end point of the processing section.
  • An acceleration path section can be arranged on the processing section and have a geometric shape so that the travel speed along the acceleration section can be achieved, for example, by a constant acceleration of the tool or the workpiece. This can be done, for example, through the geometric design as a circle with a large radius or through a hyperbolic section, so that the machine-related maximum permissible acceleration can be undercut.
  • the starting point of the processing section in the direction of travel Upstream acceleration path section is aligned such that, viewed in the travel direction, a transition angle included by the acceleration path section and the machining travel direction in the starting point of the processing section is a value of 0 degrees to 1 degree.
  • the upstream acceleration path section can be arranged tangentially to the processing section, which is designed to be circular, elliptical or deviating from a straight line.
  • the upstream acceleration path section is connected to the processing section without any offset, so that a passage over the starting point can be carried out without acceleration and without sudden traversing movements.
  • an advantageous embodiment of the invention provides that the workpiece machining is carried out within the machining section with a machining travel speed in the range of 10 m/min to 500 m/min.
  • the processing machine is designed in such a way that extreme high-speed deposition welding (EHLA) can be carried out with the processing machine.
  • EHLA extreme high-speed deposition welding
  • the workpiece is moved in the three spatial directions (x, y, z) relative to a welding head arranged parallel to the workpiece carrier.
  • a powder nozzle is used as a tool through which a powdery Additional material is injected into the laser radiation before the melted powder reaches the melt bath created on the workpiece surface. This means that very thin layers with layer thicknesses in the range of 10 pm to 250 gm per layer are created on the workpiece surface.
  • Fig. 1 a schematic representation of a movement path specified on a workpiece in a top view of the workpiece
  • Fig. 2 a schematic representation of a movement path specified on the workpiece in a perspective view.
  • Fig. 1 shows a workpiece 1 in a schematic representation in a top view.
  • a movement path 3 shown schematically on a workpiece surface 2 of the workpiece 1 is shown.
  • a tool (not shown) is moved along the movement path 3 at a predefinable travel speed in a travel direction predetermined by the movement path 3.
  • the movement path 3 is divided into processing sections 4 and acceleration sections 5.
  • the machining sections 4 are each defined by a starting point 6 and an end point 7, with workpiece machining being carried out in the machining section 4 with the tool, not shown, at a machining traversing speed.
  • a first acceleration section 11 is designed to be semicircular.
  • a second acceleration section 12 is divided into two acceleration path sections 10. The first acceleration path section 10 is designed as a circular segment and the second acceleration path section 10 is designed as a straight line.
  • the second acceleration path section lO which is located in front of the starting point 6 of a third processing section 13 in the direction of travel, is arranged on the third processing section 13 without any offset and without interruption in the direction of travel, so that the tool, not shown, moves from the acceleration path section 10 of the second acceleration section 12 into the third processing section 13 without any sudden movement movements will proceed.
  • the workpiece 1 is shown in a schematic representation in a perspective view.
  • the movement path 3 shown schematically on workpiece surfaces 2 of workpiece 1 is shown.
  • the tool is moved along the movement path 3 at the predetermined travel speed in the travel direction specified by the movement path 3.
  • the ones in Fig. 2 shown movement path 3 is in the first processing section 8, a second Processing section 9 and divided into acceleration sections 5.
  • the acceleration section 5 is divided into two acceleration path sections 10.
  • the second acceleration path section 10 is arranged in an acceleration path plane which differs from a processing path plane comprising the starting point or the end point of the processing section.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Werkstückbearbeitung innerhalb einer Bearbeitungsmaschine, bei dem ein Werkzeug relativ zu einem Werkstück (1) bewegt wird. Das Werkzeug oder das Werkstück (1) wird in einer durch eine Bewegungsbahn (3) vorgegebenen Verfahrrichtung mit einer vorgebbaren Verfahrgeschwindigkeit verfahren. Die Bewegungsbahn (3) ist in Bearbeitungsabschnitte (4) und Beschleunigungsabschnitte (5) unterteilt. Innerhalb der Bearbeitungsabschnitte (4) wird zwischen einem Startpunkt (6) und einem Endpunkt (7) des Bearbeitungsabschnitts (4) eine Werkstückbearbeitung mit einer vorgebbaren Bearbeitungsverfahrgeschwindigkeit in einer Bearbeitungsverfahrrichtung durchgeführt. Entlang des durch den Endpunkt (7) eines ersten Bearbeitungsabschnitts (11) und dem Startpunkt (6) eines zweiten Bearbeitungsabschnitts (12) festgelegten Beschleunigungsabschnitts (5) wird die Verfahrgeschwindigkeit so angepasst, sodass an dem Startpunkt (6) des Bearbeitungsabschnitts (4) die vorgegebene Bearbeitungsverfahrgeschwindigkeit erreicht ist.

Description

Ponticon GmbH
Verfahren zur Werkstückbearbeitung innerhalb einer Bearbeitungsmaschine
Die Erfindung betri f ft ein Verfahren zur Werkstückbearbeitung innerhalb einer Bearbeitungsmaschine , bei dem ein Werkzeug relativ zu einem Werkstück bewegt wird, wobei das Werkzeug oder das Werkstück in einer durch eine Bewegungsbahn vorgegebenen Verfahrrichtung mit einer vorgebbaren Verfahrgeschwindigkeit verfahren wird, wobei die Bewegungsbahn in Bearbeitungsabschnitte und Beschleunigungsabschnitte unterteilt ist , wobei innerhalb der Bearbeitungsabschnitte zwischen einem Startpunkt und einem Endpunkt des Bearbeitungsabschnitts eine Werkstückbearbeitung mit einer vorgebbaren Bearbeitungsverfahrgeschwindigkeit in einer Bearbeitungsverfahrrichtung durchgeführt wird .
Bei dem hier verwendeten Oberbegri f f der Bearbeitungsmaschine werden auch Schneidmaschinen, Lackiermaschinen, Fräsmaschinen oder Laserauftragschweißmaschinen verstanden . Allen Bearbeitungsmaschinen ist gemeinsam, dass diese über ein Achssystem verfügen, mit dem entweder das Werkzeug oder das Werkstück bewegt wird, um für den Bearbeitungsprozess notwendige Verfahrbewegung zu realisieren . Dabei werden für den j eweiligen Bearbeitungsabschnitt zur Werkstückbearbeitung neben der Verfahrgeschwindigkeit weitere verfahrensspezi fisch Bearbeitungsparameter vorgegeben . Beim Laserauftragschweißen werden beispielsweise die Laserleistung, ein Grad der Defokussierung der Laserstrahlung, ein Abstand zum Werkstück oder ein Pulvermassenstrom vorgegeben . Dabei sind in Maschinensteuerungen die angegebenen Bearbeitungsparameter j eweils am Startpunkt und am Endpunkt des Bearbeitungsabschnitts vorgebbar, sodass die Bearbeitungsparameter und/oder die Verfahrgeschwindigkeit entlang der Bearbeitungsstrecke zeit- oder ortsaufgelöst anpassbar sind .
Häufig ist die Kinematik der Bearbeitungsmaschinen aufgrund der zu bewegenden Massen und der dadurch entstehenden Trägheitskräfte dahingehend eingeschränkt , dass maximale Beschleunigung und damit die Geschwindigkeits zunahme entlang eines definierten Abschnittes der Bewegungsbahn durch den maschinenbedingten maximal zulässigen Ruck begrenzt ist , sodass in einem Startpunkt des Bearbeitungsabschnitts die vorgegebenen Bearbeitungsparameter nicht erreicht sind . Beispielsweise kann es der Fall sein, dass eine in dem Startpunkt der Bearbeitungsstrecke vorgegebene Bearbeitungsverfahrgeschwindigkeit aufgrund einer zu geringen Beschleunigung unterschritten ist und der Bearbeitungsvorgang mit den sich von den vorgegebenen Soll-Bearbeitungsparametern unterscheidenden I st-Bearbeitungsparametern durchgeführt wird . Die Folge ist ein Bearbeitungsprozess , der unter abweichenden Prozessbedingungen durgeführt wird, was unmittelbar zu einem abweichenden Bearbeitungsergebnis führen kann .
Des Weiteren können während des Bearbeitungsvorgangs bei hohen Be arbe i t ungs ve r f ahr geschwind! gke it en massenträgheitsbedingte Bahnabweichungen entstehen . Dabei wird die vorgegebene Bewegungsbahn des Werkzeugs oder des Werkstücks nicht eingehalten . Dies führt unmittelbar zu einer Abweichung zu der Sollgeometrie oder aber zu einem Bearbeitungsprozess , der unter abweichenden Prozessbedingungen durchgeführt wird, was unmittelbar zu einem abweichenden Bearbeitungsergebnis führen kann
Das Laserauftragschweißen wird in bekannten Aus führungsvarianten für die Beschichtung oder die Reparatur eines Werkstücks oder für die additive Fertigung von Bauteilen verwendet . Dabei wird ein pulverförmiger Zusatzwerkstof f , beispielsweise ein Metallpulver, mit Hil fe einer Pulverzufuhrdüse in die Wechselwirkungs zone der Laserstrahlung mit dem Metallpulver eingebracht und dort mittels Laserstrahlung auf geschmol zen, sodass ein Verbund des geschmol zenen Metallpulvers und dem Werkstück beziehungsweise der bereits auf getragenen Schicht entsteht .
In einer Variante des Laserauftragschweißens , dem Extremen Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen ( kurz : EHLA) , wird der pulverförmige Zusatzwerkstof f durch die gebündelte Laserstrahlung auf geschmol zen, bevor er in das durch die Laserstrahlung erzeugte Schmel zbad gelangt . Damit können sehr hohe Verfahrgeschwindigkeiten im Bereich von 10 m/min bis 500 m/min realisiert werden und Schichten mit einer Schichtdicke im Bereich von 10 pm bis 250 pm pro Schicht hergestellt werden .
Dabei kann das Werkstück gegenüber dem Laserstrahl und dem Pulvergasstrahl bewegt werden, sodass eine Schmel zspur auf der Werkstückoberfläche erzeugt wird . Durch das Übereinanderlegen einzelner Schichten lassen sich dreidimensionale Strukturen additiv aufbauen . Der Aufbau solcher Strukturen geschieht entweder auf vorhandenen Bauteilen oder bei der Erzeugung ganzer Obj ekte auf einer Werkstückträgerplatte , die dann als Basis dient .
Um solche hohe Bearbeitungsverfahrgeschwindigkeit zu erreichen, sind hohe Anforderungen an die Prozesstechnik sowie Kinematik der dafür verwendeten Vorrichtungen zu erfüllen . Insbesondere sind die meist großen Werkstückgewichte und die großen Massen des Werkzeugs , wie die Pulverdüse beziehungsweise die Laseroptik bei der Verfahrbewegung zu berücksichtigen .
Als Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird es angesehen, eine Verfahrensstrategie für einen Bearbeitungsprozess bereitzustellen, mit dem die Bearbeitung eines Werkstücks an einem Startpunkt der Bearbeitungsstrecke mit vorgegebenen Bearbeitungsparametern und bei Verfahrgeschwindigkeiten von 10 m/min bis 500 m/min durchführbar ist .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst , dass entlang des durch den Endpunkt eines ersten Bearbeitungsabschnitts und dem Startpunkt eines zweiten Bearbeitungsabschnitts festgelegten Beschleunigungsabschnitts die Verfahrgeschwindigkeit so angepasst wird, sodass an dem Startpunkt des Bearbeitungsabschnitts die vorgegebene Bearbeitungsverfahrgeschwindigkeit erreicht ist .
Bei den bei dem EHLA-Verf ahren auftretenden Relativgeschwindigkeiten zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück im Bereich von 10 m/min bis 200 m/min, vorzugsweise mehr als 500 m/min, und Beschleunigungen von mehr als 50 m/ s2 entstehen durch die sich bewegenden Massen hohe Impulse . Diese Impulse können die Umgebung der Vorrichtung beeinflussen und zu unerwünschten Störungen bei dem
Laserauftragschweißvorgang führen . Durch die Beschleunigung des Werkzeugs oder des Werkstücks entlang der Beschleunigungsbahnabschnitte und damit außerhalb des Bearbeitungsabschnitts können die hohen auftretenden Impulse und Beschleunigungen reduziert werden, da eine verlängerte Beschleunigungsstrecke zur Erreichung der vorgegebenen Bearbeitungsverfahrgeschwindigkeit zur Verfügung steht . Somit können die Beschleunigungen des Werkzeugs und der Werkzeugaufnahme oder Beschleunigungen des Werkstücks unterhalb der maximal zulässigen Beschleunigung eingestellt werden .
Dabei ist erfindungsgemäß aber auch vorgesehen, dass entlang des Beschleunigungsabschnitt neben einer Vergrößerung der Verfahrgeschwindigkeit auch eine Verringerung der Verfahrgeschwindigkeit vorgesehen ist . Ebenso ist es vorgesehen, dass die Verfahrgeschwindigkeit entlang des Beschleunigungsabschnitts gar nicht verändert wird und die Verfahrbewegung des Werkstücks oder des Werkzeugs entlang der Beschleunigungsbahn mit konstanter Geschwindigkeit durchgeführt wird .
Um eine gesteigerte Bearbeitungsverfahrgeschwindigkeit zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück einstellen zu können, ist in einer vorteilhaften Umsetzung des Erfindungsgedankens vorgesehen, dass für die Bewegung des Werkzeugs relativ zu dem Werkstück sowohl das Werkzeug als auch das Werkstück bewegt werden, wobei das Werkzeug und das Werkstück in j eweils voneinander verschiedenen Verfahrrichtungen oder in verschiedenen Verfahrgeschwindigkeiten bewegt werden . Somit kann eine Verdopplung der Bearbeitungsverfahrgeschwindigkeit erreicht werden .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verfahrbewegung des Werkzeugs und/oder des Werkstücks in drei Raumrichtungen (x, y, z ) erfolgt . Maßgeblich ist dabei die relative Bewegung zwischen dem Werkstück und dem Bearbeitungswerkzeug der Bearbeitungsmaschine . Je nach Ausgestaltung und Typ der Bearbeitungsmaschine findet eine Bewegung des Werkstücks und/oder eine Bewegung des Bearbeitungswerkzeugs statt . Dazu werden die Bewegungen in den drei Raumrichtungen (x, y, z ) , vorzugsweise Bahnbewegungen, durchgeführt .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Beschleunigungsabschnitt in mehrere Beschleunigungsbahnabschnitte unterteilt ist , wobei die Beschleunigungsbahnabschnitte j eweils durch eine geometrische Form und eine Länge des Beschleunigungsbahnabschnitts vorgebbar sind . Somit ist eine besonders flexible Ausgestaltung der Beschleunigungsabschnitte möglich . Die geometrische Gestaltung des Beschleunigungsabschnitts kann beispielsweise als Gerade , als Kreissegment mit einem bestimmten Radius , als Abschnitt einer Hyperbel und so weiter erfolgen .
Um in Abhängigkeit der gewünschten Optimierung der Werkstückbearbeitung zu erreichen, ist bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass die geometrische Form und die Länge der Beschleunigungsbahnabschnitte in Abhängigkeit der an dem Startpunkt und an dem Endpunkt des Bearbeitungsabschnitts vorgegebenen Bearbeitungsverfahrgeschwindigkeiten erfolgt . Damit ist eine Auslegung der Beschleunigungsbahnabschnitte mit dem Ziel konstanter Verfahrgeschwindigkeiten, konstanter Beschleunigung, reduzierter Bahnabweichung im Prozess , reduziertem Ruck oder verkürzter Bearbeitungs zeit möglich .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass sich der Beschleunigungsabschnitt in allen drei Raumrichtungen erstreckt , sodass keine Ebene existiert in der der Beschleunigungsabschnitt vollständig liegt . Erfindungsgemäß ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass zumindest ein Beschleunigungsbahnabschnitt in einer Beschleunigungsbahnebene angeordnet ist , die sich von einer den Startpunkt oder den Endpunkt des Bearbeitungsabschnitts umfassenden Bearbeitungsbahnebene unterscheidet . Dadurch, dass Verfahrbewegungen des Werkzeugs und/oder des Werkstücks in den drei Raumrichtungen (x, y, z ) möglich sind, kann somit eine flexible Ausgestaltung der Verfahrbewegung und Verfahrgeschwindigkeit entlang der Beschleunigungsbahnabschnitte erfolgen . Dadurch wird auch ermöglicht , dass die Verfahrgeschwindigkeit entlang der Beschleunigungsabschnitte konstant gehalten wird, da eine geometrische Form der Beschleunigungsabschnitte gewählt ist , wodurch die maschinenbezogene maximal zulässige Beschleunigung nicht überschritten wird . Auch kann in Abhängigkeit der durch das Werkstück oder durch das Werkzeug begrenzten und zur Verfügung stehenden Platzverhältnisse durch eine Ausgestaltung der Beschleunigungsbahnabschnitte in den drei Raumrichtungen (x, y, z ) optimal ausgenutzt werden .
Insbesondere bei großen Unterschieden zwischen der
Bearbeitungsverfahrgeschwindigkeit in einem Endpunkt eines Bearbeitungsabschnitts und der Bearbeitungsverfahrgeschwindigkeit in einem Startpunkt eines darauf folgenden Bearbeitungsabschnitts ist eine große Beschleunigung des Werkzeugs oder des Werkstücks notwendig, um die Verfahrgeschwindigkeitsdi f ferenz ausgleichen zu können, um die vorgegebene Bearbeitungsverfahrgeschwindigkeit im Startpunkt zu erreichen . Dabei kann ein Beschleunigungsbahnabschnitt so an dem Bearbeitungsabschnitt angeordnet werden und eine geometrische Form aufweisen, sodass die Verfahrgeschwindigkeit entlang des Beschleunigungsabschnitts beispielsweise durch eine konstante Beschleunigung des Werkzeugs oder des Werkstücks erfolgen kann . Dies kann beispielsweise durch die geometrische Gestaltung als Kreis mit einem großen Radius oder durch einen Hyperbelabschnitt erfolgen, sodass die maschinenbezogene maximal zulässige Beschleunigung unterschritten werden kann .
Denkbar ist aber auch eine Vergrößerung der Verfahrgeschwindigkeit entlang eines Beschleunigungsabschnitts und eine Verringerung der Verfahrgeschwindigkeit , sodass insgesamt eine verringerte Bearbeitungs zeit möglich ist .
Damit ist eine Vergrößerung der Verfahrgeschwindigkeit auf die Bearbeitungsverfahrgeschwindigkeit des Startpunkts nicht oder nur in geringem Umfang notwendig, sodass eine verkürzte Bearbeitungs zeit möglich ist .
Um eine beschleunigungs freie Überfahrt über den Startpunkt zu ermöglichen, ist bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass der in Verfahrrichtung dem Startpunkt des Bearbeitungsabschnitts vorgelagerten Beschleunigungsbahnabschnitt so ausgerichtet ist , dass in Verfahrrichtung gesehen in dem Startpunkt des Bearbeitungsabschnitts ein von dem Beschleunigungsbahnabschnitt und der Bearbeitungsverfahrrichtung eingeschlossener Übergangswinkel einen Wert von 0 Grad bis 1 Grad beträgt . Beispielsweise kann der vorgelagerte Beschleunigungsbahnabschnitt tangential an den Bearbeitungsabschnitt angeordnet sein, wobei dieser kreis förmig, ellipsenförmig oder von einer Gerade abweichenden Form ausgestaltet ist . Besonders vorteilhaft ist der vorgelagerte Beschleunigungsbahnabschnitt ohne Versatz an den Bearbeitungsabschnitt angeschlossen, sodass eine beschleunigungs freie und ohne sprunghafte Verfahrbewegungen Überfahrt über den Startpunkt möglich ist .
Um eine besonders schnelle Werkstückbearbeitung zu ermöglichen, ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Werkstückbearbeitung innerhalb des Bearbeitungsabschnitts mit einer Bearbeitungsverfahrgeschwindigkeit im Bereich von 10 m/min bis 500 m/min durchgeführt wird .
In einer vorteilhaften Umsetzung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass die Bearbeitungsmaschine so ausgestaltet ist , dass mit der Bearbeitungsmaschine Extrem- Hochgeschwindigkeitsauftragschweißen (EHLA) durchführbar ist .
Dazu wird das Werkstück in den drei Raumrichtungen (x, y, z ) relativ zu einem parallel zum Werkstückträger angeordneten Schweißkopfes bewegt . Bei dem Extrem- Hochgeschwindigkeitsauftragschweißen wird als Werkzeug eine Pulverdüse verwendet , durch die ein pulverförmiger Zusatzwerkstof f in die Laserstrahlung inj i ziert wird, noch bevor das geschmol zene Pulver in das auf der Werkstückoberfläche erzeugte Schmel zbad gelangt . Somit werden auf der Werkstückoberfläche sehr dünne Schichten mit Schichtdicken im Bereich von 10 pm bis 250 gm pro Schicht erzeugt .
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird anhand des in den Zeichnungen dargestellten Aus führungsbeispielen erläutert . Es zeigen :
Fig . 1 eine schematische Darstellung einer auf einem Werkstück vorgegebenen Bewegungsbahn in einer Draufsicht auf das Werkstück und
Fig . 2 eine schematische Darstellung einer auf dem Werkstück vorgegebenen Bewegungsbahn in einer perspektivischen Ansicht .
In Fig . 1 ist ein Werkstück 1 in einer schematischen Darstellung in einer Draufsicht gezeigt . Außerdem ist eine auf einer Werkstückoberfläche 2 des Werkstücks 1 schematisch dargestellte Bewegungsbahn 3 gezeigt . Entlang der Bewegungsbahn 3 wird ein nicht dargestelltes Werkzeug mit einer vorgebbaren Verfahrgeschwindigkeit in einer durch die Bewegungsbahn 3 vorgegeben Verfahrrichtung bewegt . Die Bewegungsbahn 3 ist in Bearbeitungsabschnitte 4 und Beschleunigungsabschnitte 5 unterteilt . Die Bearbeitungsabschnitte 4 sind j eweils durch einen Startpunkt 6 und einen Endpunkt 7 definiert , wobei in dem Bearbeitungsabschnitt 4 eine Werkstückbearbeitung mit dem nicht dargestellten Werkzeug mit einer Bearbeitungsverfahrgeschwindigkeit durchgeführt wird . Entlang des durch den Endpunkt 7 eines ersten Bearbeitungsabschnitts 8 und dem Startpunkt 6 eines zweiten Bearbeitungsabschnitts 9 festgelegten Beschleunigungsabschnitts 5 wird die Verfahrgeschwindigkeit so angepasst , sodass an dem Startpunkt 6 des Bearbeitungsabschnitts 4 die vorgegebene Bearbeitungsverfahrgeschwindigkeit erreicht ist . Dabei ist ein erster Beschleunigungsabschnitt 11 halbkreis förmig ausgestaltet . Ein zweiter Beschleunigungsabschnitt 12 ist in zwei Beschleunigungsbahnabschnitte 10 unterteilt . Wobei der erste Beschleunigungsbahnabschnitt 10 als Kreissegment ausgestaltet ist und der zweite Beschleunigungsbahnabschnitt 10 als Gerade ausgestaltet ist . Der in Verfahrrichtung dem Startpunkt 6 eines dritten Bearbeitungsabschnitts 13 vorgelagerte zweite Beschleunigungsbahnabschnitt l Oist ohne Versatz und in Verfahrrichtung unterbrechungs frei an den dritten Bearbeitungsabschnitt 13 angeordnet , sodass das nicht dargestellte Werkzeug ohne sprunghafte Verfahrbewegungen von dem Beschleunigungsbahnabschnitt 10 des zweiten Beschleunigungsabschnitts 12 in den dritten Bearbeitungsabschnitt 13 verfahren wird .
In Fig . 2 ist das Werkstück 1 in einer schematischen Darstellung in einer perspektivischen Ansicht gezeigt . Außerdem ist die auf Werkstückoberflächen 2 des Werkstücks 1 schematisch dargestellte Bewegungsbahn 3 gezeigt . Entlang der Bewegungsbahn 3 wird das nicht dargestelltes Werkzeug mit der vorgebbaren Verfahrgeschwindigkeit in der durch die Bewegungsbahn 3 vorgegeben Verfahrrichtung bewegt . Die in Fig . 2 gezeigte Bewegungsbahn 3 ist in den ersten Bearbeitungsabschnitt 8 , einen zweiten Bearbeitungsabschnitt 9 und in Beschleunigungsabschnitte 5 unterteilt . Dabei ist der Beschleunigungsabschnitt 5 in zwei Beschleunigungsbahnabschnitte 10 unterteilt . Dabei ist der zweite Beschleunigungsbahnabschnitt 10 in einer Beschleunigungsbahnebene angeordnet , die sich von einer den Startpunkt oder den Endpunkt des Bearbeitungsabschnitts umfassenden Bearbeitungsbahnebene unterscheidet .
In den Darstellungen der Fig . 1 und Fig . 2 sind lediglich j eweils einzelne mehrerer gleichartiger Elemente exemplarisch mit einem Bezugs zeichen gekennzeichnet .

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Verfahren zur Werkstückbearbeitung innerhalb einer Bearbeitungsmaschine, bei dem ein Werkzeug relativ zu einem Werkstück (1) bewegt wird, wobei das Werkzeug oder das Werkstück (1) in einer durch eine Bewegungsbahn (3) vorgegebenen Verfahrrichtung mit einer vorgebbaren Verfahrgeschwindigkeit verfahren wird, wobei die Bewegungsbahn (3) in Bearbeitungsabschnitte (4) und Beschleunigungsabschnitte (5) unterteilt ist, wobei innerhalb der Bearbeitungsabschnitte (4) zwischen einem Startpunkt (6) und einem Endpunkt (7) des Bearbeitungsabschnitts (4) eine Werkstückbearbeitung mit einer vorgebbaren Bearbeitungsverfahrgeschwindigkeit in einer Bearbeitungsverfahrrichtung durchgeführt wird, wobei entlang des durch den Endpunkt (7) eines ersten Bearbeitungsabschnitts (4) und dem Startpunkt (6) eines zweiten Bearbeitungsabschnitts (4) festgelegten Beschleunigungsabschnitts (5) die Verfahrgeschwindigkeit so angepasst wird, sodass an dem Startpunkt (6) des Bearbeitungsabschnitts (4) die vorgegebene Bearbeitungsverfahrgeschwindigkeit erreicht ist.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bewegung des Werkzeugs relativ zu dem Werkstück (1) sowohl das Werkzeug als auch das Werkstück (1) bewegt werden, wobei das Werkzeug und das Werkstück (1) in jeweils voneinander verschiedenen Verfahrrichtungen oder in verschiedenen Verfahrgeschwindigkeiten bewegt werden.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrbewegung des Werkzeugs und/oder des Werkstücks (1) in drei Raumrichtungen (x, y, z) erfolgt.
4. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungsabschnitt (5) in mehrere Beschleunigungsbahnabschnitte (10) unterteilt ist, wobei die Beschleunigungsbahnabschnitte (10) jeweils durch eine geometrische Form und eine Länge des Beschleunigungsbahnabschnitts (10) vorgebbar sind.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Form und die Länge der Beschleunigungsbahnabschnitte (10) in Abhängigkeit der an dem Startpunkt (6) und an dem Endpunkt (7) des Bearbeitungsabschnitts (4) vorgegebenen Bearbeitungsverfahrgeschwindigkeiten erfolgt .
6. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Beschleunigungsabschnitt (4) in allen drei Raumrichtungen erstreckt, sodass keine Ebene existiert in der der Beschleunigungsabschnitt vollständig liegt.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der in Verfahrrichtung dem
Startpunkt (6) des Bearbeitungsabschnitts (4) vorgelagerten Beschleunigungsbahnabschnitt (10) so ausgerichtet ist, dass in Verfahrrichtung gesehen in dem Startpunkt (6) des Bearbeitungsabschnitts (4) ein von dem Beschleunigungsbahnabschnitt (10) und der Be arbe i t ungs ve r f ahr richt ung eingeschlossener Übergangswinkel (17) einen Wert von 0 Grad bis 1 Grad beträgt .
8. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückbearbeitung innerhalb des Bearbeitungsabschnitts (4) mit einer Bearbeitungsverfahrgeschwindigkeit im Bereich von 10 m/min bis 500 m/min durchgeführt wird.
9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsmaschine so ausgestaltet ist, dass mit der Bearbeitungsmaschine Extrem- Hochgeschwindigkeitsauftragschweißen (EHLA) durchführbar ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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