CH669546A5 - - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung bezieht sich auf eine Bearbeitungsmaschine, insbesondere eine Brennschneidemaschine unter Verwendung von Laserstrahlen, die im wesentlichen aus einer auf CC>2-Basis beruhenden Laserquelle mit Laserdüse und Umlenkmitteln zu dem jeweils zu behandelnden Werkstück besteht.

Beim Schneiden bzw. beim Beschneiden von z.B. räumlich unregelmässigen Werkstücken ist es erforderlich, dass der Laserstrahl stets senkrecht auf die jeweils zu schneidende Stelle bzw. Fläche trifft. Für die Praxis bedeutet dies, dass recht umständliche und daher teuere Vorrichtungen und/ oder elektronische Steuerungen vorgesehen werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Mittel und Wege zu finden, das senkrechte Auftreffen des Laserstrahls auf das Werkstück mit einfachen und daher billigen bzw. wirtschaftlichen Mitteln zu erreichen. Trotz der angestrebten wirtschaftlichen Bauart soll darüber hinaus bei einer hohen Bearbeitungsgenauigkeit auch eine hohe Funktionsfähigkeit und eine lange Lebensdauer gegeben sein.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einer Bearbeitungsmaschine der eingangs erwähnten Art, die durch die Kombination nachstehender Merkmale gekennzeichnet ist:

a) die Laserdüse bzw. ihr Brennpunkt liegt auf einer Achse, um welche alle Umlenkmittel einschliesslich der Laserdüse drehbar sind;

b) die Laserdüse bzw. ihr Brennpunkt ist um eine zweite Achse verschwenkbar, die senkrecht zur ersten Achse verläuft und die Anordnung ist derart getroffen, dass die Düse um die zweite Achse eine kegelige Bewegung auszuführen vermag, wobei der Brennpunkt, also die Kegelspitze, den Schnittpunkt der beiden sich rechtwinkelig kreuzenden Achsen nicht verlässt;

c) das zu behandelnde bzw. zu beschneidende Werkstück ist auf einer dreidimensional bewegbaren Aufspannvorrichtung gehaltert und d) die Aufspannvorrichtung ist mit einem drehbaren Aufnahmetisch ausgestattet.

Die Teilmerkmale a und b ermöglichen eine ausreichende Werkzeugorientierung, die im Zusammenwirken mit den Teilmerkmalen c und d das senkrechte Auftreffen des Laserstrahles auf die flächigen Werkzeugpartien mit einfachsten, auf anderen Gebieten der Technik an sich bekannten Mitteln gewährleisten. Da die zur Anwendung kommenden Mittel, wie schon angedeutet, bekannt und erprobt sind, wird nicht nur eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit, sondern auch eine hohe Funktionsfähigkeit gegeben sein. Ebenso ist eine lange Lebensdauer zu erwarten.

In weiterer Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der aus der Laserquelle austretende Laserstrahl in ein Schutzrohr mündet, das koaxial zur Achse verläuft und in ein rechtwinkelig abzweigendes Rohr übergeht, das seinerseits in einem dritten rechtwinkelig abzweigenden Rohr seine Fortsetzung findet, welches schliesslich am freien Ende ein senkrecht auf die Achse und auf den Brennpunkt der Düse weisendes Rohrstück trägt, wobei alle Rohre in einer Ebene liegen und an den Knickstellen mit justierbaren Umlenkspiegeln ausgestattet sind. Durch diese Massnahmen werden die bereits erwähnten Vorteile unterstrichen, nicht zuletzt deshalb, weil die dargelegte Konstruktion durch ihre Einfachheit besticht und auch weitgehend sicher ist.

Aus der Erkenntnis heraus, dass ein senkrechtes Auftreffen des Laserstrahles auf die erste Achse die Einsatzmöglichkeit der erfindungsgemässen Bearbeitungsmaschine einengen würde, wird es nach der Erfindung für zweckmässig angesehen, dass zwischen dem auf die erste Achse weisenden Rohrstück und dem Brennpunkt der Düse eine weitere gleichartige, jedoch um die zweite Achse verschwenkbare Rohr- und Spiegelumlenkung mit Umlenkspiegeln vorgesehen ist, deren die Düse tragendes Endstück mit der Achse einen Winkel einschliesst, der bevorzugt 45° beträgt. Der 45°- Winkel hat deshalb als vorrangig zu gelten, weil mit ihm die Möglichkei2

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ten in zwei Dimensionen optimal bzw. einander angeglichen sind.

Damit die Maschine nicht nur genau arbeitet, sondern auch rauhen Beanspruchungen, wie solche bei stark unregelmässigen Werkstücken auftreten, standhält bzw. gewachsen ist, erscheint es nach der Erfindung ferner zweckmässig, dass die Rohr- und Spiegelumlenkung in einem verwindungsfe-sten gestellartigen, gegebenenfalls ausgewogenen und in seitlichen Ständern gelagerten Portal untergebracht und auf die aufeinanderfolgenden und sich stetig ändernden Bearbeitungsbedingungen vorprogrammierbar um die erste Achse angetrieben ist und das Portal gleichzeitig der Lagerung der in ihrer Bewegung um die zweite Achse vorprogrammierbaren weiteren Rohr- und Spiegelumlenkung dient. Dass man sich hier die hochentwickelte Programmmiertechnik zunutze macht, versteht sich von selbst.

Ähnliches gilt für die Ausgestaltung der Aufspannvorrichtung, d.h. es erscheint günstig, dass die Einzeltische der dreidimensional bewegbaren Aufspannvorrichtung mit programmierbaren Spindel- und/oder Zahnstangentrieben ausgestattet sind und auch die Drehbewegung des Aufnahmetisches programmierbar ist. Allgemein ist zu bemerken, dass bei der neu konzipierten, insbesondere als Brennschneidemaschine ausgebildeten Bearbeitungsmaschine alle Erkenntnisse der modernen Elektronik eine wertvolle Hilfe für die angestrebten Ziele der Erfindung darstellen. Offenbar hat es bisher an der Erkenntnis gefehlt, diese zum Teil einfachen und zum Teil hochentwickelten Hilfsmittel sinnvoll bei der eingangs erwähnten Maschine zur Anwendung zu bringen.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es zeigen:

Fig. 1 die erfindungsgemässe, als Brennschneidemaschine ausgebildete Bearbeitungsmaschine in Seitenansicht und

Fig. 2 eine Prinzip- und Funktionsskizze der Maschine gemäss Fig. 1.

Wie sich insbesondere aus Fig. 1 ergibt, besteht die erfindungsgemässe Brennschneidemaschine 1 im wesentlichen aus einem gestellartigen Portal 2, einer Aufspannvorrichtung 3 und einer Laserquelle 4. Das Portal 2 ist um eine strichpunktiert dargestellte Achse A in seitlichen Ständern 5, 6 drehbar gelagert, wozu im Ständer 6 ein Motor 7 vorgesehen ist, der über einen Zahntrieb 8 auf das Portal 2 einwirkt. Mit 9,10 sind Gegengewichte bezeichnet, welche das Portal 2 ausgewogen gestalten. B bezeichnet eine weitere Drehachse, die senkrecht zu der Drehachse A verläuft. Darauf wird noch näher eingegangen.

Die Aufspannvorrichtung 3 besteht aus zwei sich kreuzenden Schlitten 11,12, d.h., die beiden Schlitten 11,12 sind in den Richtungen der Achsen X, Y bewegbar, wozu Spindeln oder Zahnstangen verwendet werden können. Wichtig ist, dass kein Spiel vorhanden ist, das die Genauigkeit der Bearbeitung ungünstig beeinflussen könnte. Die Aufspannvorrichtung 3 weist ferner einen heb- und senkbaren Träger 13 für ein Werkstück 14 auf, so dass ein weiterer Freiheitsgrad Z hinzukommt. Ausserdem ist der heb- und senkbare Träger 13 mit einer Aufspannplatte 15 ausgestattet, die um eine Achse C verdreht werden kann.

In Fig. 2 sind die auch aus der Fig. 1 ersichtlichen Einzelteile mit den gleichen Bezugszahlen gekennzeichnet. Zusätzlich zu Fig. 1 ist erkennbar, dass der aus der Laserquelle 4 austretende, mit 16 angedeutete Laserstrahl achsgleich zu der Achse A verläuft und in ein koaxial zur Achse A liegendes Rohr 17 mündet und am Ende dieses Rohres auf einen Spiegel 18 trifft, der den Strahl 16 in ein rechtwinkelig abzweigendes Rohr 19 umlenkt und dann auf einen Spiegel 20 trifft, der den Strahl 16 in ein Rohr 21 umlenkt und ihn schliesslich auf einen Spiegel 22 auftreffen lässt, von wo er der Achse B folgend rechtwinkelig der Achse A zustrebt. Der vom Spiegel 22 in Richtung auf die Achse A umgelenkte Strahl 16 durchläuft ein Rohrstück 23, das drehbar eine weitere Rohr- und Spiegelumlenkung 24 aufnimmt. Für das Verdrehen ist ein Motor 25 mit Zahntrieb 26 vorgesehen.

Die weitere Rohr- und Spiegelumlenkung 24 weist ein mit Spiegeln 27,28 ausgestattetes Winkelstück 29 auf, an das sich ein Rohr 30 anschliesst, das mit der Achse B einen Winkel von 45° einschliesst und an seinem freien Ende die Laserdüse 31 trägt, in welcher der Strahl 16 durch eine Linse 32 so fokusiert wird, dass der Brennpunkt 33 mit dem Schnittpunkt der Achsen A und B zusammenfällt. Diese Lage wird auch dann beibehalten, wenn die weitere Rohr- und Spiegelumlenkung 24 um die Achse B verschwenkt wird, wobei der Strahl 16 und/oder die Düse 31 — bildlich gesprochen — der Mantelfläche eines Kegels folgt, wobei die Spitze des Kegels den erwähnten Schnittpunkt (vgl. 33) nicht verlässt. Mit dieser Anordnung ist es in Verbindung mit den zahlreichen anderen Freiheitsgraden möglich, das angestrebte Ziel, nämlich das senkrechte Auftreffen auf das zu beschneidende Werk-' stück 14 auch dann zu erreichen, wenn das Werkstück räumlich unregelmässige Formen aufweist. Zu betonen ist ferner, dass bei der erfindungsgemässen Anordnung keine komplizierten bzw. störungsanfalligen Hilfsmittel zur Anwendung kommen, wodurch, wie schon gesagt, nicht nur eine hohe Funktionsfahigkeit, sondern auch eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit gegeben erscheint. Ferner ist hervorzuheben, dass die erfindungsgemässe Maschine 1 derart hergerichtet sein kann, dass mit ihr z.B. Schweissarbeiten durchgeführt werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

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2 Blatt Zeichnungen

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669546 PATENTANSPRÜCHE

1. Bearbeitungsmaschine, insbesondere Brennschneidemaschine unter Verwendung von Laserstrahlen, die im wesentlichen aus einer auf CC^-Basis beruhenden Laserquelle, mit Laserdüse und aus Umlenkmitteln zu dem jeweils zu behandelnden Werkstück besteht, gekennzeichnet durch die Kombination nachstehender Merkmale:

a) die Laserdüse (31) bzw. ihr Brennpunkt (33) hegt auf einer Achse (A), um welche alle Umlenkmittel (18,20,22,27 und 28) einschliesslich der Laserdüse (31) drehbar sind;

b) die Laserdüse (31) bzw. ihr Brennpunkt (33) ist um eine zweite Achse (B) verschwenkbar, die senkrecht zur ersten Achse (A) verläuft und die Anordnung ist derart getroffen, dass die Düse (31) um die zweite Achse (B) eine kegelige Bewegung auszuführen vermag, wobei der Brennpunkt (33), also die Kegelspitze, den Schnittpunkt der beiden sich rechtwinkelig kreuzenden Achsen (A, B) nicht verlässt;

c) das zu behandelnde Werkstück (14) ist auf einer dreidimensional bewegbaren Aufspannvorrichtung (3) gehaltert und d) die Aufspannvorrichtung (3) ist mit einem drehbaren Aufnahmetisch (15) ausgestattet.

2. Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der aus der Laserquelle (4) austretende Laserstrahl (16) in ein Schutzrohr (17) mündet, das koaxial zur Achse (A) verläuft und in ein rechtwinkelig abzweigendes Rohr (19) übergeht, das seinerseits in einem dritten rechtwinkelig abzweigenden Rohr (21) seine Fortsetzung findet, welches schliesslich am freien Ende ein senkrecht auf die Achse (A) und auf den Brennpunkt (33) der Düse (31) weisendes Rohrstück (23) trägt, wobei alle Rohre (17,19,21 und 23) in einer Ebene liegen und an den Knickstellen mit justierbaren Umlenkspiegeln (18,20,22) ausgestattet sind.

3. Bearbeitungsmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem auf die erste Achse (A) weisenden Rohrstück (23) und dem Brennpunkt (33) der Düse (31) eine weitere gleichartige, jedoch um die zweite Achse (B) verschwenkbare (25,26) Rohr- und Spie-gelumlenkung (24) mit Umlenkspiegeln (27,28) vorgesehen ist, deren die Düse (31) tragendes Endstück (30) mit der Achse (B) einen Winkel einschliesst, der bevorzugt 45° beträgt.

4. Bearbeitungsmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohr- und Spiegelumlen-kung (18,20,22) in einem verwindungsfesten gestellartigen, gegebenenfalls ausgewogenen (9,10) und in seitlichen Ständern (5, 6) gelagerten Portal (2) untergebracht und auf die aufeinanderfolgenden und sich stetig ändernden Bearbeitungsbedingungen vorprogrammierbar um die erste Achse (A) angetrieben (7, 8) ist und das Portal (2) gleichzeitig der Lagerung der in ihrer Bewegung um die Achse (B) vorprogrammierbaren weiteren Rohr- und Spiegelumlenkung (24, 25—31) dient.

5. Bearbeitungsmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzeltische (11,12,13) der dreidimensional (X, Y, Z) bewegbaren Aufspannvorrichtung (3) mit programmierbaren Spindel- und/oder Zahnstangentrieben ausgestattet sind und auch die Drehbewegung des Aufnahmetisches (15) programmierbar ist.