用於加工工件的機器以及加工工件的方法

2023-04-24 03:58:16 2

專利名稱：用於加工工件的機器以及加工工件的方法
技術領域：
本發明涉及用於加工工件尤其金屬片材的機器，包括加工裝置以 及還有主驅動器和與其不同的輔助驅動器，它們兩者用於產生加工裝 置與工件之間的相對運動，從而加工工件，利用藉助於主驅動器的主 運動，加工裝置可相對於工件移動和/或工件可相對於加工裝置移動， 並且，利用藉助於輔助驅動器的輔助運動，加工裝置可相對於工件移 動。本發明還涉及上述類型工件的加工方法，加工程序，這種類型的 加工程序的編寫方法，以及用於實現上述類型的加工程序的編寫方法 的電腦程式製品。
背景技術：
由專利公開文獻EP 0594699B1已知這種類型的加工工具以及用 於工件雷射加工的這種類型的方法。已知的機器具有安置在工件上方 的門架(gantry)以及安置在門架上的工具支架。為了產生雷射束的主 運動，其中雷射束設置作為工具支架上的加工裝置，門架與工具支架 一起移動和/或工具支架沿門架移動。雷射束相對於工具支架的輔助運 動藉助於高動態輔助裝置被產生。為了實現雷射束儘可能高的總加速， 門架和工具支架的運動由輔助雷射束運動疊加，其中所述輔助雷射束 運動由高動態輔助裝置產生。在該輔助運動的情況中，雷射束從不變 的初始位置開始。發明內容本發明的目的是提供一種以具有對於不同加工任務的高度適應性 的方式加工工件的機器和方法，並且提供一種加工程序、編寫這種類 型的加工程序的方法以及用於編寫上述類型的加工程序的電腦程式 產品。根據本發明，該目的通過權利要求l、 18、 26、 27和28的主題而 實現。由於通過將加工裝置定位到不同的初始位置而根據本發明實現的 調節可能性，所以加工裝置的運動適合於在加工工件的過程中出現的 不同的需求，並且由於輔助運動，在加工裝置的整個調節區域內大致 同時確保高動態工件加工、例如高動態雷射切割。在雷射切割機的情 況中，雷射切割處理過程中雷射切割束的運動或工作區域可藉助於不 同的預設初始位置被不同地限定。雷射切割束的運動或工作區域的限 定可適於待實現的加工任務，例如非常小的金屬片坯件的高動態切出 或相對大的廢棄部件的高動態切出。為了實現根據本發明這種類型的方法，尤其為此編寫的加工程序(權利要求26)在根據本發明的機器的數字加工控制系統上運行。加 工程序包括多個控制指令，所述控制指令最大程度地使得加工控制系 統產生用於機器的驅動器的調節信號，藉助於此，實現機器的被驅動 的部件的運動，所述運動對於預設和加工次序而言是必要的。根據本發明，加工程序包含控制指令，基於所述控制指令，加工 控制系統產生用於加工裝置的調節驅動器的調節信號，藉助於所述調 節信號，調節驅動器一定程度地被執行，以將加工裝置定位到不同的 初始位置。在加工程序內，在實現加工裝置的預限定初始位置所需或有利的 加工過程的控制指令之前，設置用於加工裝置調節運動到限定的初始 位置的控制指令。根據本發明，在編寫加工程序(權利要求27)的過程中，已經考 慮了改變加工裝置的初始位置的可能性。用於加工裝置到不同初始位 置的調節運動的控制指令是在編寫加工程序的過程中被產生的，並且 以相對於其它控制指令正確的次序被設置。為了編寫加工程序，計算機輔助編程系統大體上在實際中被使用， 並大致包括電腦程式產品(權利要求28)，其在數據處理系統(例 如，計算機)上運行。根據本發明，編程系統允許使用者限定加工裝 置的不同的初始位置，如果這是必要的或有利的，並且支持產生調節 運動到不同的初始位置的控制指令。有利地，不同的初始位置的限定 以及藉助於編程系統產生對應的控制指令自動地大致同時實現。根據獨立權利要求的本發明的具體實施例在從屬權利要求2至17 和19至25中提出。根據權利要求2的結構是特別節約成本的並緊湊構造的。因為調 節驅動器通過輔助驅動器被形成，所以可以節約一個驅動器。在加工裝置的調節運動的情況中根據權利要求3和19的本發明的 優選結構中，藉助於主驅動器產生工件或加工裝置的補償運動，從而 重新建立對應的調節運動之前加工裝置和工件的相對位置。如果在加 工裝置的調節運動之前和之後存在加工裝置和工件的不同的相對位 置，則在控制用於工件隨後加工的運動中必須考慮到這。然而，如果 相對位置被維持或如果相對位置被重新建立，方法次序是更清楚的， 並且它們的控制是大致總體簡化的。在高加工速度的情況中，權利要求4和21的特徵設置在本發明的 其它結構中。例如，如果加工裝置藉助於輔助驅動器沿運動軸線(例 如，x軸線或y軸線)移動並且如果工件沿同一方向但沿相反的方向 藉助於主驅動器同時移動，則兩個不同產生的運動分量被結合以產生 總的運動。因此， 一方面主驅動器以及另一方面輔助驅動器的各個加 速度也可以被結合以產生總的加速度。部分地，所獲得的較高的總加 速度允許用較高的加工速度、尤其還沿較小的曲率半徑加工工作。根據權利要求5和22，用於主運動和用於輔助運動的運動分量分 配成，利用主運動而移動的加工裝置和/或利用輔助運動而移動的工件 的路徑跟蹤誤差藉助於加工裝置的輔助運動被補償。例如，在工件沿 具有較小曲率半徑的輪廓加工從而保護驅動器時，較重的工件可沿粗 糙的運動路徑被加工，而大致較輕的加工裝置利用輔助運動準確地遵 循輪廓。在根據權利要求6的本發明的優選結構中，所確保的是，針對加 工裝置在調節區域的相對較大部分內的初始位置，可藉助於沿任何方 向的輔助運動補償期望的路徑跟蹤誤差。因此，在非常不同的、也就 是彼此間隔很遠的初始位置的情況中，由於保護驅動器，主運動與輔 助運動可被疊加。因此，針對不同加工任務的適應性是特別顯著的。在本發明的其它改型中，設置權利要求7的特徵，從而實現較高的加工可靠性。因為加工裝置從設定初始位置開始僅僅在限定的輔助 運動區域內執行輔助運動，所以必須確保的是僅僅在該限制的區域內， 加工裝置並不與其它功能單元碰撞。在根據權利要求8的本發明的優選結構中，加工裝置相對於機器 的附加功能單元的不同的位置與加工裝置的不同初始位置相連。因此， 一方面，加工裝置可被定位在分別對於不同加工任務是有利的不同的 初始位置。另一方面，加工裝置的初始位置考慮了其它功能單元。例 如，通過選擇合適的初始位置，設置作為附加的功能單元的工件保持 件與處於初始位置的加工裝置之間的距離可以被限定成，與工件保持 件緊鄰的金屬片材的區域可以被加工(最小化死區)。權利要求9涉及本發明的實施例，該實施例區別在於切割束形式 的可靈活使用的加工裝置。特別地，雷射切割束的使用在實際中證明 是有用的。具有根據權利要求10至13特徵的本發明的結構實際上是特別有 利的和相關的。如果工件保持件設置作為附加的功能單元，則正如上所述，加工 裝置的合適的初始位置使得減小死區。在切割模具作為附加的功能單元的情況中，改變預設的初始位置 的可能性以及改變加工裝置與切割模具的相互位置的相關的可能性可 被利用，以具體地切出較小的金屬片坯件，而在已經被切出之後它們 並不掉入切割模具的開口中。為此，加工裝置可處於切割模具的邊緣 區域中的初始位置。如果加工裝置的調節區域的尺寸例如適於切割模具的尺寸從而切 割束在任何初始位置設置在切割模具的開口中，則可以在任何初始位 置確保通過切割模具中的開口高效去除最終的發射物。根據本發明，工件支承件可設置為附加的功能單元。在這種情況 中，通過改變加工裝置與工件支承件的相互位置，在加工工件的過程 中由工件支承件支承的工件的各部分可被改變。本發明的堅固的結構在權利要求14中提出，其中，對於加工裝置 的運動，其上設置加工裝置的加工頭可藉助於輔助驅動器和/或藉助於調節驅動器沿設置在機器上的引導件移動。根據權利要求15和16的本發明的優選結構區別之處在於特別短 的處理時間。用於切出待製造的工件的加工裝置的初始位置可被限定 成，從而在己經切出之後工件坯件處於機器內的特定的位置。然後其 可有利地從該位置無附加重新定位地被排出。在不同的運動部件的自動坐標設置的情況中，根據權利要求17的 本發明的另一實施例包括用於控制主驅動器、輔助驅動器和調節驅動 器的數字加工控制系統。根據權利要求20的本發明的實施例從控制工程的角度看是有利 的。由於標準初始位置的限定，在加工裝置將被定位到源自標準初始 位置的初始位置時，初始位置僅僅必須被單獨地限定。根據權利要求23，加工裝置定位到初始位置之一，從而適於加工 工件之後例如排出工件坯件的隨後步驟。從控制工程的觀點看，在加工裝置與工件的相對運動僅僅藉助於 工件的主運動而產生從而加工工件時，產生簡單的關係，而這在加工 裝置定位到初始位置之後完成(權利要求24和25)。特別在加工裝置 與預設初始位置無關地可僅僅在調節區域內執行輔助運動時，簡單控 制的工件加工過程被確保，因此在調節區域的邊緣處的設定初始位置 的情況中，大致僅僅實現從調節區域的邊緣遠離的輔助運動。輔助運 動的方向限制僅僅利用顯著的控制工程代價而實現。如果一一如根據 本發明所設置的那樣一一相對運動僅僅藉助於主運動也就是沒有輔助 運動地被產生，則這種代價並沒有。


參照附圖藉助於實施例以下將詳細說明本發明，其中圖1示出了具有衝壓頭和雷射切割頭的組合的衝壓/雷射切割機；圖2示出了根據圖1的組合的衝壓/雷射切割機的雷射切割頭，其具有雷射切割頭的運動單元；圖3示出了根據圖1的組合的衝壓/雷射切割機的雷射切割模具； 圖4示出了利用根據圖1的組合的衝壓/雷射切割機加工工件的過程的各步驟；圖5示出了編寫用於根據圖1的組合的衝壓/雷射切割機的加工程 序的次序；並且圖6示出了編寫用於根據圖1的組合的衝壓/雷射切割機的加工程 序的編程系統的示意圖。
具體實施方式
圖1示出了組合衝壓/雷射切割機形式的機器1。兩個加工頭—— 衝壓頭4和雷射切割頭5—一設置在機器1的C形加工框架3的上側 框架腿2上。雷射切割頭5是雷射切割束6形式的熱學切割束的源， 所述雷射切割束用作為機器1的加工裝置。在待加工的金屬片材7的 遠離雷射切割頭5的側部上，也就是在雷射切割頭5下方，設置切割 模具，所述切割模具形式為雷射切割模具8。該切割模具具有模具開 口 9，在加工的過程中，雷射切割束延伸到所述模具開口中。在雷射 加工過程中產生的發射物經由模具開口 9藉助於抽吸結構(未示出) 被去除。下側衝壓工具10設置在衝壓頭4下方。金屬片坯件是由金屬片材7藉助於機器1被獲得。從金屬片材7 切出的金屬片坯件可以以各種不同的方式從機器1排出。操作者用手取出它們，或者，它們藉助於處理裝置(未示出)從 機器1運出，例如藉助於抽吸框架。為了取出足夠小的金屬片坯件， 支承金屬片材7的工件支承件11具有多個擋板12、 13、 14。工件支承 件11中的開口可藉助於擋板12、 13、 14被打開和關閉。擋板12安置 在雷射切割頭5下方。擋板12同時用作為用於雷射切割模具8的支承 件，從而在擋板12打開或關閉運動的過程中，雷射切割模具8與其一 起移動。擋板13、 14設置在下側衝壓工具10和雷射切割模具8之前。 在擋板12、 13、 14打開時，金屬片坯件可通過開口掉落在安置在工件 支承件11下方的滑坡15上，所述開口可藉助於擋板12、 13、 14關閉。另外，將不進一步使用的相對較小的金屬片坯件、也就是相對較 小的廢棄部件可從機器1通過模具開口 9取出。金屬片材7與加工裝置尤其是雷射切割束6之間的加工工件所需 的相對運動藉助於安置在加工框架3的夾具16中的傳統的坐標引導件 (co-ordinate guide) 17部分地被產生。金屬片材7藉助於工具保持件被緊固至坐標引導件17，所述工件保持件被形成為夾持卡爪18。另外， 坐標引導件17具有工具庫的工件保持件19。金屬片材7可自由地在x/y平面內移動(圖1中的坐標軸x、 y)。 坐標引導件17形成主驅動器，用於一方面雷射切割束6與另一方面金 屬片材7的相對移動。因此，金屬片材7可利用藉助於坐標引導件17 的主運動而移動。除了由坐標引導件17所產生的金屬片材7的主運動，金屬片材7 與雷射切割束6之間的相對運動可通過雷射切割束6的運動而產生。 為此，雷射切割頭15在機器1的框架腿2上可移動地引導。通過坐標 軸x、 y、 z在圖1中示出了雷射切割頭5相對於金屬片材7的可能的 移動。雷射切割頭5的移動藉助於直線驅動器20 (圖2)被產生。雷射 切割頭5相對於託架21藉助於z-驅動單元22沿z軸線移動。由於沿 z方向移動雷射切割頭5的可能性，雷射切割頭5與金屬片材7之間的 距離可改變，從而相對於待加工的金屬片材7調節從雷射切割頭5射 出的雷射切割束6的焦點位置。設有雷射切割頭5的託架21支承在機器框架3的上側框架腿2上， 從而可沿x方向和y方向這兩者移動。x方向垂直於圖2中的繪畫平 面延伸。為了引導託架21以及安裝在其上的雷射切割頭5以便沿x方 向和y方向移動，以交叉滑塊方式形成的引導件23設置在機器上。被 構造為高動態直線驅動器的x-驅動單元24和y-驅動單元25用於在x/y 平面內驅動託架21。雷射切割頭5在x/y平面內藉助於x-驅動單元24和y-驅動單元25 可獲得的最大加速度大致大於藉助於坐標引導件17可獲得的金屬片 材7的最大加速度。然而，金屬片材7可藉助於坐標引導件17在這樣 的移動區域內移動，所述移動區域大致大於雷射切割頭5藉助於x-驅 動單元24和y-驅動單元25所移動的區域。在調節區域26內，雷射切割束6可藉助於x-驅動單元24和y-驅 動單元25被定位在不同的初始位置以便加工工件。因此，x-驅動單元 24和y-驅動單元25用作為調節驅動器。調節區域26對應於圖3中由邊緣27包圍的區域，由虛線表示。 調節區域26完全位於模具開口 9內，並適於其形狀和尺寸。調節區域 26的邊緣27與模具邊緣29間隔，所述模具邊緣包圍模具開口 9並相 對於水平方向傾斜安全距離28。工件支承件11鄰近模具邊緣29。
在標準初始位置30，雷射切割束6居中安置在模具開口 9內。圖 3中的位置31、 32和33所示作為雷射切割束的其它初始位置。在初 始位置31、 32、 33，雷射切割束6分別位於模具開口 9的凹部34、 35 或36內。在另一初始位置37，雷射切割束6處於其調節區域26的邊 緣27處的位置。在標準初始位置30與初始位置37之間徑向設置的初 始位置38附加地在圖3中示出。
在雷射切割束6與金屬片材7之間設置用於加工工件的相對移動 可沿一個同一平面產生，也就是x/y平面，這是藉助於坐標引導件17 以及x-驅動單元24和/或y-驅動單元25這兩者實現。藉助於x-驅動單 元24和y-驅動單元25，如果必要的話，利用從對應的初始位置設定 開始的輔助運動可移動雷射切割束6。因此，x-驅動單元24和y-驅動 單元25不僅用作為調節驅動器還用作為輔助驅動器。
基本上，有利的是形成加工裝置，從而可定位在不同的初始位置， 如果主運動和輔助運動可僅僅沿一個共用的運動軸線產生。
在所示的實施例中，通過將由坐標引導件17產生的金屬片材7的 主運動與藉助於從設定初始位置開始的x-驅動單元24和/或y-驅動單 元25產生的雷射切割束6的輔助運動疊加而產生雷射切割束6和金屬 片材7的相對運動。
從設定初始位置開始，雷射切割束6執行輔助運動，其量並不超 過金屬片材7的最大出現的路徑跟蹤誤差(path-following error)。以 下將詳細說明金屬片材7的路徑跟蹤誤差的內容。
雷射切割束6的初始位置與輔助運動區域有關，在其中，雷射切 割束6按需可藉助於x-驅動單元24和/或y-驅動單元25移動，而輔助 運動從設定初始位置開始。
與初始位置30、 31、 32、 33、 38相連的圓形輔助運動區域39、 40、 41、 42、 43在圖3中示出。輔助運動區域39、 40、 41、 42、 43的半徑對應於金屬片材7的最大期望的路徑跟蹤誤差的量。雷射切割 束6可基本上僅僅執行調節區域26內的輔助運動。在調節區域26外 側，將不確保在雷射切割過程中產生的發射物的抽吸，並且例如，模 具邊緣29將被雷射切割束6損壞。
雷射切割束6的調節區域26的直徑大致對應於最大期望的路徑跟 蹤誤差的八倍。這允許初始位置在較大範圍內改變，而並不限制輔助 運動，其中所述輔助運動是需要執行的，從而補償實際上出現的路徑 跟蹤誤差。
在標準初始位置30，雷射切割束6與模具邊緣29之間的徑向距 離在輔助運動區域39內的所有位置是非常大的。因此，顯著避免在從 標準初始位置30開始的雷射加工過程中對於模具邊緣29的損害或弄 髒。
用於初始位置38的輔助運動區域43緊鄰調節區域26的邊緣27， 從而雷射切割束6可在x/y平面內沿從初始位置38開始的任何方向執 行輔助運動，而具有最大期望的路徑跟蹤誤差的量。僅僅在位於如圖 3所示的圓形區域44內的初始位置的情況中，確保的是，具有最大期 望的路徑跟蹤誤差量的輔助運動可沿從設定初始位置開始的任何方向 在x/y平面內實現。初始位置31、 32、 33由於凹部34、 35、 36而是 例外。
如果雷射切割束6定位在初始位置31或32，則可以在夾持卡爪 18的附近區域內加工金屬板材7的區域，如果雷射束6設置在標準初 始位置30，則所述區域不能被加工。夾持卡爪18不能朝向雷射切割 模具8比如圖3所示進一步移動，而不與模具邊緣29牴觸。因此，初 始位置31和32區別之處在於最小化死區。
將雷射切割束6定位到初始位置31、 32中的其它優點、如雷射切 割束6在初始位置33的定位的優點包括，雷射切割束6從工件支承件 11的區域到雷射切割模具8附近的距離與雷射切割束6定位在標準初 始位置30時的對應距離相比較小。在排出已經藉助於雷射切割束6被 切出的金屬片坯件時，這首先是重要的。
如果金屬片坯件小到足以使得其可通過模具開口 9掉落、但是將不經由模具開口9像廢棄部件那樣排出，則必須確保的是，在金屬片 坯件最終與金屬片材的其餘部分分離時，金屬片坯件的表面的重心安 置在工件支承件11上方而並不在模具開口 9上方。然而，這僅僅是在 以下情況中是可能的，即在從金屬片材與藉助於雷射切割束6的片材 的其餘部分之間的待切穿的最終連接部到金屬片材的表面的重心的距 離大於從工件支承件11到雷射切割束6的距離。因而，從工件支承件 11到雷射切割束6的距離越小，則以金屬片坯件並不掉入模具開口 9 中的方式切出金屬片坯件越小。
例如，輔助運動區域42內的雷射切割束6的所有位置由它們對工 件支承件11的接近度被區別。然而，雷射切割束6與工件支承件11 之間的距離顯著變化，這是根據雷射切割束6在輔助運動區域42內所 釆取的位置，由於雷射切割處理過程中的輔助運動。甚至在雷射切割 束6為最終單獨切除處於具有從工件支承件11最大距離的輔助運動區 域42內的位置時，必須確保，對應的金屬片坯件的表面重心位於工件 支承件11上方。
在切割模具8之前、也就是沿從切割模具8開始的擋板14的方向 在最終切割之後位於工件支承件ll上方的金屬片坯件可通過以下方式 從機器l運送出，即通過可靠的處理打開擋板12，並取決於金屬片坯 件的尺寸，附加地打開擋板14。為此原因，在切出經由擋板12、 14 待排出的較小的部件時，最初位置33是特別有利的。
在預設的初始位置37，雷射切割束6與工件支承件11之間的距離 對應於包括安全距離28的模具邊緣29的寬度，並因而最小化。因此， 在雷射切割束6定位在初始位置37中時，將不掉入模具開口 9中的最 小的金屬片坯件可被切出。然而，由於靠近模具邊緣29，雷射切割束 6的該位置增加了模具邊緣29被磨損和弄髒的危險。
此外，在雷射切割束6的初始位置37，最大可能的加工速度相對 較低。
例如，從初始位置37開始，雷射切割束6可僅僅執行輔助運動， 所述輔助運動是從模具邊緣29遠離。為了避免控制工程費用，其中所 述費用與在x/y平面內方向限制的這種輔助運動的產生有關，操作機器1的方法被選擇成，雷射束6與金屬片材7之間的、將用於加工工 件的相對運動僅僅藉助於坐標引導件17產生。該操作方法的其它優點 包括，在整個切割加工中維持雷射切割束6與工件支承件11的非常小 的距離。然而，尤其在具有非常小的彎曲半徑的輪廓的情況中，僅僅 通過工件的移動實現的切割速度低於允許以下所述其它操作方法的其 它初始位置。
除了利用僅僅由坐標引導件17產生的相對運動的上述操作方法， 如果必要的話，機器1還可由這樣的方法操作，在所述方法中，雷射 切割束6與金屬片材7的相對運動僅僅藉助於x-驅動單元24和/或y-驅動單元25產生。
然而，如果可能的話，所選擇的操作機器1的方法是這樣的，其 中，在雷射切割束6與金屬片材7之間的執行用於切割加工的相對運 動通過以下方式產生，即將藉助於坐標引導件n產生的主運動與藉助 於x-驅動單元24和/或y-驅動單元25產生的輔助運動疊加。在這種操 作方法中，坐標引導件17與x-驅動單元24和/或y-驅動單元25的最 大加速度的總和產生了雷射切割束6相對於金屬片材7的最大總加速 度。由於較高的總加速度，與其它兩種操作方法相比，可獲得較大的 加工速度或切割速度。
尤其在工件沿小彎曲半徑被加工時，金屬片材7藉助於坐標引導 件17沿相對粗糙的運動路徑移動。為此的原因是，坐標引導件17的 加速並不足以以較高的速度準確地遵循緊密彎曲的加工輪廓。實際上， 出現金屬片材7的路徑跟蹤誤差("拖曳誤差(dragging error)")。預 設的加工速度越高和/或坐標引導件17的最大加速度越低和用於控制 坐標引導件17的運動的預設放大係數越低，則最後的路徑跟蹤誤差就 越大。放大係數確定控制系統試圖補償期望值例如期望的速度值的偏 差的量。
在金屬片材的運動上疊加的雷射切割束6的高動態輔助運動使得 可以補償金屬片材7的對應最終路徑跟蹤誤差。
以下參照圖4將說明藉助於機器1加工工件的方法的各步驟。 如果從標準初始位置30偏離的初始位置對於加工處理是必須的，例如由於從機器1期望的排出金屬片坯件，則雷射切割束6藉助於X-驅動單元24和/或y-驅動單元25被定位到對應的初始位置 (根據圖4 的初始位置A)中，其中所述雷射切割束通過調節運動在調節區域26 內從標準初始位置30偏離。
同時利用雷射切割束6的調節運動，金屬片材7藉助於坐標引導 件17沿同一方向移動相同的量。雷射切割束6與金屬片材7的相對位 置因而被維持，儘管雷射切割束6調節到不同的初始位置。在這種情 況中，機器1的移動次序更清楚地並更容易地可編程。
有利的是，將金屬片材7的補償運動的速度適應於雷射切割束6 的調節運動的速度，從而在雷射切割束6的整個調節運動過程中，激 光切割束6與金屬片材7的相對位置保持未變。在這種情況中，例如 確保的是，雷射切割頭5在調節運動的過程中並不與金屬片材7的可 能變形衝突。
在雷射切割束6的初始位置已經設定之後，金屬片材7通過坐標 引導件17被移動，並且，雷射切割束6因而相對於金屬片材7被定位 到開始位置，其中從所述開始位置在金屬片材7中形成切口。
在雷射切割束6已經接通之後，通過金屬片材7與雷射切割束6 的相對運動，金屬片材7被切割。該相對運動通過金屬片材7的主運 動被產生，其中所述主運動按所需由雷射切割束6的輔助運動疊加。 在切割已經完成之後，雷射切割束6被斷開。然後，在上述類型的其 它次序完成之前，雷射切割束移動到另一初始位置(根據圖4的初始 位置B)。
在加工工件的過程中，機器1藉助於數字加工控制系統45 (圖1) 被控制。包含控制指令(command) 46的加工程序47由數字加工控制 系統45運行。加工程序47包括用於金屬片材7的加工過程中執行所 有程序所需的多個控制指令46。例如，這些包括用於接通和切斷雷射 切割束6並用於打開和關閉擋板12、 13、 14的控制指令46。
特別地，控制指令46產生雷射切割束6迸入不同的初始位置的調 節運動。這些控制指令46使得數字加工控制系統45產生用於x-驅動 單元24和/或y-驅動單元25的調節信號，藉助於所述調節信號，雷射切割束6被定位到不同的初始位置中的一個初始位置。另外，加工控 制系統45產生用於坐標引導件17的調節信號，從而實現金屬片材7 的上述補償運動，以便重新建立或保持雷射切割束6與金屬片材7的 相對位置。例如，設置單個控制指令"移動頭(Xl， Yl)"，其藉助於 x-驅動單元24和/或y-驅動單元25實現雷射切割束6移動到調節區域 26內具有坐標X1和Yl的初始位置。同時，也基於控制指令"移動頭 (Xl， Yl)"實現金屬片材7的補償運動。
此外，控制方法46設置用於在操作機器1的不同方法之間改變。 僅僅基於單個控制指令，例如"主模式"，對於雷射切割束6與金屬片 材7的相對位置而言的所有隨後的改變僅僅藉助於坐標引導件17實 現，也就是藉助於金屬片材7的主運動。單個控制指令、例如"主/從 模式"同樣被用於針對利用疊加的主運動和輔助運動的操作方法的改 變。其中雷射切割束6與金屬片材7的相對運動僅僅藉助於x-驅動單 元24和/或y-驅動單元25產生的操作方法例如通過單個控制指令"從 模式"實現。
藉助於計算機輔助編程系統48編寫加工程序47。編程系統48被 形成作為電腦程式產品50，其具有不同的軟體模塊並且在數字加工 控制系統45或單獨的數據處理系統49上操作。電腦程式產品包含 適當設置的編碼裝置51。例如，編碼裝置51由這樣的指令形成，所 述指令將由數據處理系統49的處理器處理。
圖5示出了用於編寫加工程序47的過程的各個步驟。在圖6中示 出了用於編寫加工程序47的編程系統48的結構體系。
通過加工指示被觸發，待製造的金屬片坯件藉助於CAD模塊52 被構造成具有部件的期望的幾何形狀。可選地，來自另一CAD程序的 CAD數據也可被讀入。
藉助於編程系統48的片材布局模塊(sheet layout module) 53，金 屬片坯件或其CAD模型定位在金屬片材7或其CAD模型上。
接著，切割處理並利用這，例如，在切口被制出時待制出切口的 時間次序或操作方法(例如，僅僅主運動)被確定。另外，確定金屬 片坯件或最終廢棄部件排出的方式。如果多個排出可能性可用於金屬片坯件或最終廢棄部件，則編程系統48的使用者必須在各可能性之間 進行選擇。總之，切割處理以及排出方法藉助於編程系統48的切割處 理與排出模塊54被大致自動地限定。為了限定雷射切割束6的不同的初始位置，切割處理與排出模塊 54具有初始位置限定模塊55。基於預定的標準，初始位置限定模塊 55確定是否從標準初始位置30離開的雷射切割束6的初始位置是必 要的或對於特定的切割處理是有利的，並且如果適用的話，限定待設 定的初始位置。為了簡化用於建立初始位置的計算算法，調節區域26的僅僅一些 理論上可行的初始位置通過初始位置限定模塊55被檢査。這些大致是 圖3中所示的初始位置30、 31、 32、 33、 37、 38。然而，待檢査的初 始位置的選擇可由使用者改變。從標準初始位置30偏離的初始位置可以是必要的，例如當在夾持 卡爪18附近在金屬片材7中製造切口時。這首先藉助於初始位置限定 模塊55檢查是否待加工的金屬片材可以藉助於坐標引導件17移動到 雷射切割束6在標準初始位置30處於輔助運動區域39，而夾持卡爪 18並不碰撞雷射切割模具8。特別地，為了確保在執行用於補償主運 動的路徑跟蹤誤差的主運動與輔助運動的疊加的情況中工件的未中斷 的加工，檢查是否待加工的金屬片材的對應區域的每個點可藉助於坐 標引導件17沒有碰撞地移動到輔助運動區域39中的任何位置。如果 不是這種情況的話，則初始位置限定模塊55將初始位置31或初始位 置32限定作為用於該切割加工的初始位置，這取決於處於碰撞危險的 夾持卡爪18安置在雷射切割模具8的哪一側。從標準初始位置30偏離的初始位置頻繁地通過初始位置限定模 塊55被限定，從而確保排出金屬片坯件或廢棄部件的特定方法。作為 用於限定初始位置的標準，初始位置限定模塊55基本上考慮金屬片材 或廢棄部件的包絡圓或表面的重心的位置。包絡圓確定是否金屬片材 或廢棄部件可通過模具開口 9掉落。如果金屬片坯件的包絡圓將允許 金屬片坯件通過模具開口 9掉落，則初始位置被選擇成其中，確保在 金屬片坯件已經被完全切出之後，金屬片坯件的表面重心安置在工件支承件11上方。如果多個、也就是多個不同的金屬片坯件將通過加工金屬片材7 被獲得，則所有金屬片坯件可首先藉助於片材布局模塊53被定位在金 屬片材7上，並且然後切割處理和排出方法可共同地確定用於所有金 屬片坯件。基於在金屬片坯件的定位過程中和切割處理的限定過程中得到的 評估以及排出方法，控制指令46藉助於NC文本產生器56被產生並 以必要的次序儲存。NC文本產生器56的控制指令產生器57用於產生 用於調節運動到不同的初始位置的控制指令46。最終的加工程序47可傳輸至機器1並在加工控制系統45上運行， 以便製造金屬片坯件。
權利要求
1.一種用於加工工件尤其是金屬片材的機器，包括加工裝置(6)以及主驅動器(17)和與其不同的輔助驅動器，所述兩個驅動器用於產生所述加工裝置(6)與工件(7)之間的相對運動，以便加工所述工件，其中，利用藉助於所述主驅動器(17)的主運動，所述加工裝置(6)可相對於所述工件(7)移動和/或所述工件(7)可相對於所述加工裝置(6)移動，並且，所述加工裝置(6)可利用藉助於所述輔助驅動器的輔助運動而相對於所述工件(7)移動，其特徵在於，所述加工裝置(6)設有調節驅動器(24、25)，所述調節驅動器與所述主驅動器(17)不同，並且藉助於所述調節驅動器，所述加工裝置(6)可定位在調節區域(26)內處於不同的初始位置(30、31、32、33、37、38)，從所述初始位置開始，所述加工裝置(6)按需利用藉助於所述輔助驅動器的輔助運動而移動。
2. 根據權利要求1所述的機器，其特徵在於，所述調節驅動器(24、 25)由所述輔助驅動器形成。
3. 根據前述權利要求任一所述的機器，其特徵在於，如果所述調 節驅動器(24、 25)產生所述加工裝置(6)在調節區域(26)中的初 始位置(30、 31、 32、 33、 37、 38)中的一個初始位置的調節運動， 則所述工件或所述加工裝置可藉助於所述主驅動器(17)移動，從而 所述調節運動之前所述加工裝置(6)和所述工件(7)設置的相對位 置被重新建立。
4. 根據前述權利要求任一所述的機器，其特徵在於，所述加工裝 置(6)與所述工件(7)之間的相對運動設置用於加工所述工件，並 且可通過將所述工件(7)和/或所述加工裝置(6)的主運動與從設定 初始位置(30、 31、 32、 33、 38)開始的所述加工裝置(6)的輔助運 動疊加而產生。
5. 根據前述權利要求任一所述的機器，其特徵在於，利用主運動 移動的所述加工裝置(6)和/或利用主運動移動的所述工件(7)的路徑跟蹤誤差可藉助於所述加工裝置(6)的所述輔助運動被補償。
6. 根據前述權利要求任一所述的機器，其特徵在於，所述加工裝 置(6)的所述調節區域(26)大致至少沿一個方向大於利用主運動移 動的所述加工裝置(6)和/或利用主運動移動的所述工件(7)的最大 期望的路徑跟蹤誤差，例如，所述調節區域(26)對應於所期望的所 述路徑跟蹤誤差的八倍。
7. 根據前述權利要求任一所述的機器，其特徵在於，所述調節區 域(26)內所述加工裝置(6)的初始位置(30、 31、 32、 33、 38)與 限定的輔助運動區域(39、 40、 41、 42、 43)相關，在所述限定的輔 助運動區域內，所述加工裝置(6)按需利用從所述設定初始位置(30、 31、 32、 33、 38)開始的輔助運動而移動。
8. 根據前述權利要求任一所述的機器，其特徵在於，所述加工裝 置(6)相對於所述機器的附加的功能單元的不同的位置與所述加工裝 置(6)的不同的初始位置(30、 31、 32、 33、 37、 38)相關，所述加 工裝置(6)與所述附加的功能單元的相互的位置與藉助於所述加工裝 置(6)加工所述工件的過程是相關聯的。
9. 根據前述權利要求任一所述的機器，其特徵在於，切割束、例 如熱學切割束、優選雷射切割束設置作為加工裝置(6)。
10. 根據前述權利要求任一所述的機器，其特徵在於，工件保持 件(18)、例如夾持卡爪設置作為所述機器(1)的附加的功能單元。
11. 根據前述權利要求任一所述的機器，其特徵在於，設置作為 加工裝置(6)的切割束與切割模具(8)相關，所述切割模具作為所 述機器(1)的附加的功能單元設置在待加工的所述工件(7)的遠離 所述切割束的源那側上，並具有模具開口 (9)，在所述工件的加工過 程中所述切割束延伸到所述模具開口中。
12. 根據前述權利要求任一所述的機器，其特徵在於，所述加工 裝置(6)的所述調節區域(26)的尺寸適合於所述機器(1)的功能單元的尺寸、例如適合於切割模具(8)的尺寸。
13. 根據前述權利要求任一所述的機器，其特徵在於，工件支承 件(11)設置作為附加的功能單元，並靠近所述切割模具(8)。
14. 根據前述權利要求任一所述的機器，其特徵在於，為了實現 所述加工裝置(6)的運動，將所述加工裝置(6)設置在其上的加工 頭(5)可沿設置在所述機器上的引導件(23)藉助於所述輔助驅動器 和/或所述調節驅動器(24、 25)移動。
15. 根據前述權利要求任一所述的機器，其特徵在於，工件坯件 可藉助於所述加工裝置(6)從所述工件(7)獲得，並且，所述加工 裝置的設定初始位置(30、 31、 32、 33、 37、 38)與所述機器(1)內 的工件坯件的具體位置相關。
16. 根據前述權利要求任一所述的機器，其特徵在於，從所述工 件(7)獲得的工件坯件可以以根據其在所述機器(1)內的位置的不 同的方式從所述機器(1)排出。
17. 根據前述權利要求任一所述的機器，其特徵在於，數字加工 控制系統(45)設置用於控制所述主驅動器(17)、所述輔助驅動器和 所述調節驅動器(24、 25)。
18. —種藉助於加工裝置(6)加工工件、尤其是金屬片材的方法， 其中，為了加工工件，利用藉助於主驅動器(17)的主運動，所述加 工裝置(6)相對於工件(7)移動和/或所述工件(7)相對於所述加 工裝置(6)移動，並且如果必要的話，所述加工裝置(6)利用藉助 於輔助驅動器的輔助運動相對於所述工件(7)移動，其特徵在於，所 述加工裝置(6)藉助於與所述主驅動器(17)不同的調節驅動器(24、 25)被定位在調節區域(26)內處於不同的初始位置(30、 31、 32、 33、 37、 38)，其中從所述初始位置開始，所述加工裝置(6)按需利 用輔助運動而移動。
19. 根據權利要求18所述的方法，其特徵在於，如果所述調節驅動器(24、 25)產生所述加工裝置(6)到其調節區域(26)內的一個 所述初始位置(30、 31、 32、 33、 37、 38)的調節運動，則所述工件 (7)和/或所述加工裝置(6)藉助於所述主驅動器(17)而移動，從 而在所述調節運動之前所述加工裝置(6)與所述工件(7)設置的相 對位置被重新建立。
20. 根據權利要求18或19所述的方法，其特徵在於，所述加工 裝置(6)的一個所述初始位置(30、 31、 32、 33、 37、 38)被限定作 為標準初始位置(30)。
21. 根據權利要求18至20任一所述的方法，其特徵在於，所述 工件(7)和/或所述加工裝置(6)的主運動與從設定初始位置(30、 31、 32、 33、 38)開始的所述加工裝置(6)的輔助運動彼此疊加。
22. 根據權利要求18至21任一所述的方法，其特徵在於，從設 定初始位置(30、 31、 32、 33、 38)開始，所述加工裝置(6)利用輔 助運動而移動，其中藉助於所述輔助運動，利用主運動而移動的所述 加工裝置(6)和/或利用主運動而移動的所述工件(7)的路徑跟蹤誤 差被補償。
23. 根據權利要求18至22任一所述的方法，其特徵在於，所述 加工裝置(6)被定位在一個所述初始位置(30、 31、 32、 33、 37、 38) 中，從而適於隨後的步驟，所述隨後的步驟在加工所述工件之後例如 排出工件坯件。
24. 根據權利要求18至23任一所述的方法，其特徵在於，所述 加工裝置(6)定位到初始位置(37)中，並且，用於隨後加工所述工 件的所述加工裝置(6)與所述工件(7)的相對運動僅僅藉助於所述 工件(7)的主運動而產生。
25. 根據權利要求18至24任一所述的方法，其特徵在於，所述 加工裝置(6)定位到其調節區域(26)的邊緣處的初始位置(37)， 並且，用於隨後加工所述工件的所述加工裝置(6)與所述工件(7)的相對運動僅僅藉助於所述工件(7)的主運動而產生。
26. —種用於操作根據權利要求17的機器的加工程序，其特徵在 於，所述加工程序(47)包含用於所述主驅動器(17)、所述輔助驅動 器和所述調節驅動器(24、 25)的控制指令(46)，在所述加工程序(47) 在數字加工控制系統(45)上運行時，所述控制指令(46)執行根據 權利要求18至25任一所述的方法。
27. —種編寫根據權利要求26的加工程序的方法，其特徵在於， 所述控制指令(46)產生用於所述主驅動器(17)、所述輔助驅動器(24、 25)和所述調節驅動器(24、 25)，在所述加工程序(47)在數字加工 控制系統(45)上運行時，所述控制指令(46)執行根據權利要求18 至25任一所述的方法。
28. —種電腦程式產品，包含編碼裝置(51)，在所述計算機程 序產品(50)在數據處理系統(49)上操作時，所述編碼裝置適於執 行編寫根據權利要求27的加工程序(47)的方法的所有步驟。
全文摘要
一種用於加工工件(7)、尤其是金屬片材的機器(1)，包括加工裝置(6)、主驅動器(17)以及與其不同的輔助驅動器。這兩個驅動器用於產生加工裝置(6)與工件(7)之間的相對運動以便加工工件，加工裝置(6)可相對於工件(7)移動和/或工件(7)利用藉助於主驅動器(17)的主運動而相對於加工裝置(6)移動，並且加工裝置(6)利用藉助於輔助驅動器的輔助運動而相對於工件(7)移動。設置高度適用於不同加工任務的機器(1)，如果對於加工裝置(6)，設置調節驅動器，所述調節驅動器與主驅動器不同，藉助於調節驅動器，加工裝置(6)可定位到調節區域內處於不同的初始位置，從所述初始位置開始，加工裝置(6)按需利用藉助於輔助驅動器的輔助運動而移動。加工工件(7)的方法包括對應的方法步驟。
文檔編號B23Q5/00GK101332567SQ20081012953
公開日2008年12月31日 申請日期2008年6月30日 優先權日2007年6月30日
發明者F·施毛德 申請人:通快工具機兩合公司