[0001] Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Metallteilen, insbesondere in einem Fertigungsverfahren mit Auftragschweißen. Insbesonde re betrifft die Erfindung die Abstimmung mindestens einer Führungsgröße, z.B. der Drahtvorschubgeschwindigkeit des Drahtvorschubs einer Lichtbogen-Schweißeinrichtung, beim Auftragschweißen an metallischen Werkstücken. Die Erfindung betrifft ferner die Einstellung des Anstellwinkels eines Brenners einer Lichtbogen-Schweißeinrichtung relativ zu der Auftragsfläche .

[0002] Aus der DE 2 140 545 Al ist eine Vorrichtung zum automatischen Lichtbogenschweißen durch programmierte Takte bekannt. Zu der Vorrichtung gehört ein Brenner, dem während des Schweißens fortwährend ein aus Zusatzwerkstoff beste hender Draht zugeführt wird. Der Brenner wird beim Schweiß vorgang in eine Richtung parallel zu den zu verschweißenden Oberflächen und senkrecht zur Schweißnaht geführt. Zur Ver besserung des Schweißergebnisses wird vorgeschlagen, durch einen Programmgeber die Stromstärke, die Brennergeschwin digkeit, die Strompulsierung, den Drahtvorschub, Drahtvor schubpulsierungen, Zeitpunkt des Inbewegungsetzens oder An haltens des Drahts und andere Parameter automatisch einzu stellen. Dabei wird auch in Betracht gezogen, den Brenner in einer Ebene senkrecht zur Schweißnaht zu neigen. [0003] Aus der DE 1 014 682 Al ist eine Maschine zur selbsttätigen Lichtbogenschweißung mit nicht abschmelzender Elektrode und Zusatzdraht bekannt, bei der die Schweißge schwindigkeit und die Zufuhrgeschwindigkeit des Schweiß drahts von der Schweißstromstärke abhängig gemacht werden. Dazu wird ein regelbarer Proportionalitätsfaktor zwischen der Schweißgeschwindigkeit und der Zuführgeschwindigkeit des Schweißdrahts vorgesehen.

[0004] Aus der EP 1 352 698 Al ist eine Drahtvorschub vorrichtung für Drahtschweißanlagen bekannt, bei der die Solldrahtgeschwindigkeit während des Schweißvorgangs geän dert werden soll. Dazu sind Messmittel vorgesehen, um die tatsächliche Drahtgeschwindigkeit zu erfassen, um diese mit der Solldrahtgeschwindigkeit in Einklang zu bringen. Außer dem wird der Schweißstrom der Drahtgeschwindigkeit entspre chend eingestellt.

[0005] Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Lichtbogen schweißeinrichtung zur Herstellung von Metallteilen in eine Werkzeugmaschine zu integrieren.

[0006] Diese Aufgabe wird mit den in den Ansprüchen 1 und 7 angegebenen Konzepten gelöst.

[0007] Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine weist eine Werkstückaufnahme auf, die durch eine erste Positionierein richtung mindestens um zwei zueinander nicht parallele Ach sen schwenkbar gehalten ist. Von den beiden Achsen ist eine Achse vorzugsweise horizontal orientiert, während die ande re Achse dazu rechtwinklig orientiert ist. Steht die erste Achse in Nulllage ist die zweite Achse vorzugsweise verti kal. Die zweite Achse steht vorzugsweise senkrecht auf der ersten Achse. Es ist aber auch möglich, eine andere Achs- konfiguration zu wählen, z.B. zwei können horizontale Ach- sen sein, die wiederum vorzugsweise miteinander einen rech ten Winkel einschließen. Die Achsen können einander kreuzen oder in einem Abstand zueinander angeordnet sein. Außerdem sind den beiden Achsen Antriebe zugeordnet, deren Position und Bewegung von der Maschinensteuereinrichtung gesteuert ist. Mittels der beiden Achsen kann das von der Werkstück aufnahme aufgenommene Werkstück oder ein von der Werkstück aufnahme aufgenommener Grundkörper bei der weiteren genera tiven Anbringung von Material immer so gehalten werden, dass eine starre Werkstückpartie, die temporär flüssiges Material aufnehmen soll, horizontal gehalten ist. Das von dem Schweißdraht abtropfende flüssige Metall wird vorzugs weise in Schwerkraftrichtung aufgebracht.

[0008] Die Werkzeugmaschine weist außerdem eine Werk zeugaufnahme auf, die zur Aufnahme eines Lichtbogenschweiß kopfs eingerichtet ist. Typischerweise ist die Werkzeugauf nahme außerdem zur Aufnahme anderer, insbesondere mechani scher Werkzeuge eingerichtet, die beispielsweise zur span abhebenden Bearbeitung des Werkstücks dienen können, so zum Beispiel Bohrer, Fräser und dergleichen. Die Werkzeugauf nahme kann typischerweise von einer Arbeitsspindel getragen sein, die drehend antreibbar oder in willkürlich festlegba ren Drehpositionen arretierbar ist.

[0009] Der Lichtbogenschweißkopf ist mit einer Drahtzu- führeinrichtung verbunden, die den Lichtbogenschweißkopf mit Schweißdraht versorgt. Die Drahtzuführeinrichtung weist typischerweise eine Drahtspule mit einer Abwickelvorrich tung sowie einen Drahtantrieb auf, der mit einer oder meh reren angetriebenen Rollen mit dem Schweißdraht in Verbin dung steht, um diesen dem Lichtbogenschweißkopf kontrol liert zuzuführen. Der Lichtbogenschweißkopf ist außerdem mit einem Schweißstromgenerator verbunden, der den Lichtbo- genschweißkopf und dabei insbesondere den Schweißdraht mit Schweißstrom versorgt. Der Schweißstromgenerator ist dabei vorzugsweise so ausgebildet, dass er entsprechend einem Steuersignal einen variablen Schweißstrom abgeben kann. Zum Schließen des Stromkreises ist der Schweißstromgenerator außerdem an der Werkstückaufnahme angeschlossen. Dabei kann der Strompfad direkt zu einer Palette oder einem Werkstück träger oder auch über eine flexible oder gelenkige Stromzu- führeinrichtungen über die erste Positioniereinrichtung führen .

[0010] Die Drahtzuführeinrichtung und der Schweißstrom generator sind mit einer Schweißsteuereinrichtung verbun den, um von dieser gesteuert zu werden. Die Schweißsteuer einrichtung reguliert somit die Draht _Z ufuhrgeschwindigkeit und den Schweißstrom. Vorzugsweise arbeitet die Schweiß stromeinrichtung gesteuert von einem Signal, das mindestens eine Führungsgröße, z.B. die Drahtvorschubgeschwindigkeit, und damit die Materialauftragrate festlegt.

[0011] Eine zweite Positioniereinrichtung ist dazu ein gerichtet, die Werkstückaufnahme und die Werkzeugaufnahme relativ zueinander zu bewegen. Dazu können die Werkstück aufnahme und/oder die Werkzeugaufnahme jeweils über eine oder mehrere Linearachsen beweglich gelagert sein. Der Be griff der Linearachse umfasst dabei sowohl eine Linearfüh rung wie auch eine zugeordnete Linearantriebseinrichtung, wie beispielsweise ein Spindelantrieb oder dergleichen. Zur Steuerung der beiden Positioniereinrichtungen ist eine Ma schinensteuereinrichtung vorgesehen, die diese entsprechend eines Maschinensteuerprogramms steuert. Dieses kann ein so genanntes NC-Programm sein, das die von den einzelnen Ach sen der Werkzeugmaschine zu absolvierenden Bewegungen in der gewünschten Reihenfolge vorgibt. Die Maschinensteuer- einrichtung ist dabei außerdem mit der Schweißsteuerein richtung verbunden, um dieser wenigstens einen Parameter, beispiels- und vorzugsweise die Drahtvorschubgeschwindig keit vorzugeben. Die Maschinensteuereinrichtung ist dabei dazu eingerichtet, wenigstens einen Parameter der Schweiß steuereinrichtung einzuhalten. Ein solcher Parameter ist insbesondere ein die Dynamik begrenzender Parameter, wie beispielsweise die maximale Änderungsrate der Drahtvor schubgeschwindigkeit, d.h. die maximale Drahtbeschleunigung oder Drahtverzögerung. Die Berücksichtigung dieses Parame ters hat erheblichen Einfluss auf die Steuerung der ersten und der zweiten Positioniereinrichtung. Dies gilt insbeson dere, wenn die Dynamik, d.h. die maximale Beschleunigung oder Verzögerung der Drahtvorschubgeschwindigkeit, geringer ist als die Dynamik (d.h. wiederum maximale Beschleunigung oder Verzögerung) der Achsen der beiden Positioniereinrich tungen .

[0012] Die Positioniereinrichtungen der Werkzeugmaschine arbeiten deswegen bei aktivem Schweißkopf gegebenenfalls mit verlängerten Beschleunigungs- oder Bremswegen, wodurch andererseits aber ein Materialauftrag in gewünschter Quali tät und Menge erreicht wird. Die Schweißsteuereinrichtung arbeitet gesteuert von der Maschinensteuereinrichtung, wo bei die Maschinensteuereinrichtung die Restriktionen der Schweißsteuereinrichtung bei der Ansteuerung aller Positio niereinrichtungen einbezieht, um eine korrekte Umsetzung dieser Befehle durch die Schweißsteuereinrichtung sicherzu stellen .

[0013] Wenn der Schweißstrom und die Drahtvorschubge schwindigkeit in einem festgelegten funktionalen Zusammen hang zueinander stehen, kann die Maschinensteuereinrichtung anstelle der Vorschubgeschwindigkeit auch den Schweißstrom vorgeben. Erfolgt dies wiederum unter Berücksichtigung der Dynamik der Schweißeinrichtung, insbesondere der Drahtvor schubeinrichtung, wird wiederum nach den oben erläuterten Prinzipien eine generative Fertigung in der gewünschten Qualität erreicht. Insbesondere gelingt es in beiden ge nannten Varianten, den Materialauftrag so zu dosieren, dass ein etwaiger nachfolgender Materialabtrag mittels eines spanenden von der Werkzeugmaschine geführten Werkzeugs ei nerseits auf ein geringes Maß beschränkt werden kann, wobei andererseits Materialfehlstellen vermieden werden.

[0014] In einer bevorzugten Ausführungsform der erfin dungsgemäßen Werkzeugmaschine ist die Maschinensteuerein richtung zusätzlich dazu eingerichtet, den Schweißkopf ent lang der abzufahrenden Schweißbahn in unterschiedlichen Winkeln bezüglich einer Senkrechten zu halten, die recht winklig auf dem Schweißbad steht. Beispielsweise kann der Schweißdraht in einem geraden Abschnitt der Schweißbahn der Schweißstelle in einem positiven spitzen Winkel zur Senk rechten, d.h. gewissermaßen stechend zugeführt werden, so dass der Lichtbogen einen der Schweißstelle vorauseilenden Bereich trifft und zügig aufschmilzt. In diesem Betrieb kann mit hoher Schweißgeschwindigkeit und somit hoher

Draht _Z ufuhrgeschwindigkeit und hoher Schweißstromstärke ge arbeitet werden. Ist die Schweißbahn hingegen stark ge krümmt, wie es zum Beispiel an Ecken oder engen Rundungen der Fall ist, kann die Maschinensteuereinrichtung dazu ein gerichtet sein, mit einem geringeren Winkel bezüglich der Senkrechten zu arbeiten, wobei vorzugsweise auch die Vor schubgeschwindigkeit des Lichtbogenschweißkopfes wie auch die Draht _Z ufuhrgeschwindigkeit und der Schweißstrom redu ziert werden können. Auf diese Weise werden Materialanhäu fungen an Ecken und in stark gekrümmten Bereichen ebenso vermieden wie die unerwünschte Vergrößerung des Schweißbads die ansonsten zur Deformation des vorhandenen aufgebauten Materials bis hin zur Zerstörung der bereits vorhandenen Struktur führen könnte.

[0015] Diese und weitere Merkmale und Vorzüge der Erfin dung ergeben sich aus Ansprüchen, der Zeichnung sowie der zugehörigen Beschreibung. Es zeigen:

[0016] Figur 1 eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine, in schematisierter Darstellung,

[0017] Figur 2 das Werkstück und den Schweißkopf während der generativen Fertigung, in schematisierter Darstellung,

[0018] Figur 3 eine Schweißbahn mit unterschiedlich ge krümmten Abschnitten, in schematisierter Draufsicht,

[0019] Figur 4 Diagramme zur Veranschaulichung der Ar beit der Werkezugmaschine entlang der Schweißbahn nach Fi gur 3 und

[0020] Figur 5 ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung des Betriebs der Maschinensteuereinrichtung und der

SchweißSteuereinrichtung .

[0021] In Figur 1 ist eine Werkzeugmaschine 10 veran schaulicht, die sich insbesondere zur generativen Fertigung von Werkstücken 11 eignet wie es in Figur 1 durch eine ge strichelte Markierung angedeutet ist. Bei der generativen Fertigung des Werkstücks 11 wird an ein zuvor zum Beispiel im Urformverfahren oder durch Schmieden hergestelltes Ba sisteil eine Struktur additiv angeformt. Das Basisteil 12 kann auch ein Trägerteil, wie zum Beispiel eine Platte oder ein sonstiges Element oder dergleichen sein, das später nicht Teil des herzustellenden Werkstücks 11 ist und dann von diesem entfernt wird. In diesem letzteren Fall wird das Werkstück 11 komplett generativ erzeugt, während es auch in Betracht gezogen wird, mit der genannten Werkzeugmaschine 10 Werkstück 11 bereitzustellen, die aus einem vorgefertig ten Basisteil und daran angeformten, generativ erzeugten Zusatzstrukturen bestehen. Die spanende Bearbeitung kann sowohl das Basisteil 12 als auch die Zusatzstrukturen be treffen .

[0022] Die Werkzeugmaschine 10 weist einen umgrenzten Arbeitsraum 13 auf, in dem vorzugsweise sowohl additive, d.h. materialhinzufügende als auch subtraktive, d.h. mate rialabtragende Bearbeitungsvorgänge stattfinden können. In diesem Arbeitsraum 13 ist eine Werkstückaufnahme 14 ange ordnet, die über eine erste Positioniereinrichtung 15 im Raum beweglich gehalten ist. Die Positioniereinrichtung ge stattet das Schwenken der Werkstückaufnahme 14 vorzugsweise um zwei zueinander in einem Winkel vorzugsweise einem rech ten Winkel stehende Schwenkachsen 16, 17, die einander kreuzen oder auch gegeneinander versetzt angeordnet sein können. Den Achsen 16, 17 sind nicht weiter veranschaulich te Antriebseinrichtungen zugeordnet, die von einer Maschi nensteuereinrichtung 18 gesteuert werden. Die Achse 16 mar- kiert die Drehbarkeit der Werkstückaufnahme 14 gegen einen Träger, der seinerseits um die horizontale Achse 17

schwenkbar ist.

[0023] Zur Bearbeitung des Werkstücks 11, die vorzugs weise sowohl eine subtraktive wie auch eine additive Bear beitung umfasst, ist eine Arbeitsspindel 19 vorgesehen, die eine Werkzeugaufnahme 20 aufweist. Die Werkzeugaufnahme 20 ist beispielsweise eine Hohlschaftkegelaufnähme oder eine andere Aufnahme, wie sie im Maschinenbau üblich und genormt ist. Eine nicht weiter dargestellte Werkzeugwechseleinrich tung kann in Verbindung mit einem ebenfalls nicht darge stellten Werkzeugmagazin dazu dienen, verschiedene Werkzeu ge, insbesondere von Werkzeughaltern getragene Werkzeuge, in die Werkzeugaufnahme 20 einzusetzen oder aus dieser her auszuführen. Zu den Werkzeugen gehört u.a. auch ein Licht bogenschweißkopf 21, wie in Figur 1 symbolisch veranschau licht ist. Diesem ist ein Schweißgerät 22 zugeordnet, das Teil der Werkezugmaschine 10 sein kann, das von der Werk zeugmaschine 10 ganz oder teilweise getragen sein kann oder das separat zu der Werkzeugmaschine 10 aufgestellt sein kann. Das Schweißgerät 22 umfasst eine Drahtzufuhreinrich- tung 23, die dazu eingerichtet ist, dem Lichtbogenschweiß kopf 21 einen Schweißdraht 24 zuzuführen. Die Drahtzu fuhreinrichtung 23 weist dazu nicht weiter veranschaulichte Antriebe auf, mittels derer der Schweißdraht 24 von einer Drahtspule abgewickelt und zu dem Lichtbogenschweißkopf 21 gefördert wird. Der Schweißkopf 21 kann mit weiteren an- triebsmitteln zur Drahtförderung versehen sein.

[0024] Außerdem gehört zu dem Schweißgerät 22 ein

Schweißstromgenerator 25, der einerseits mit dem Lichtbo genschweißkopf 21 verbunden ist, um den Schweißdraht 24 Schweißstrom zuzuführen und der andererseits, wie es in Fi- gur 1 gestrichelt angedeutet ist, direkt oder über die Po sitioniereinrichtung 15 mit der Werkstückaufnahme 14 ver bunden ist. Der Schweißstromgenerator 25 und die Drahtzu fuhreinrichtung 23 werden von einer Schweißsteuereinrich tung 26 gesteuert, die die Draht _Z ufuhrgeschwindigkeit und/oder den Schweißstrom reguliert.

[0025] Zu der Werkzeugmaschine 10 gehört ferner eine zweite Positioniereinrichtung 27, die dazu dient, die Werk zeugaufnahme 20 und die Werkstückaufnahme 14 relativ zuei nander zu bewegen. Dazu können die Werkstückaufnahme 14 und/oder die Werkzeugaufnahme 20, wie durch Pfeile 28, 29, 30 angedeutet, in vorzugsweise mehreren Raumrichtungen be wegt werden. Bedarfsweise kann die Arbeitsspindel 19, die in Figur 1 mit horizontaler Drehachse veranschaulicht ist, auch geneigt werden. Der Arbeitsspindel 19 ist außerdem ein Drehantrieb zugeordnet, der in Figur 1 nicht weiter veran schaulicht ist. Dieser Drehantrieb sowie auch die zweite Positioniereinrichtung 27 werden von der Maschinensteuer einrichtung 18 gesteuert.

[0026] Die Maschinensteuereinrichtung 18 und die

Schweißsteuereinrichtung 26 sind in Figur 5 schematisch als Blöcke veranschaulicht. Ebenso sind die beiden Positionier einrichtungen 15, 27, die von der Maschinensteuerung 18 ge steuert werden als Block veranschaulicht. Die Steuerbezie hung zwischen den Positioniereinrichtungen 15, 27 und der Maschinensteuereinrichtung 18 ist durch einen Pfeil 31 sym bolisiert. Die Maschinensteuereinrichtung 18 arbeitet mit einem Maschinensteuerprogramm anhand eines NC-Programms , das in Figur 5 durch einen Block 32 veranschaulicht ist.

Die Steuerbeziehung ist wiederum durch einen Pfeil 33 ver anschaulicht. Das NC-Programm des Blocks 32 entsteht aus CAM-Daten, die durch einen Block 34 veranschaulicht sind. [0027] Die Schweißsteuereinrichtung 26 weist einen Steu ereingang 35 auf, an dem die Schweißsteuereinrichtung 26 die durch einen Pfeil 36 veranschaulichten Signale von der Maschinensteuereinrichtung 18 empfängt, die die gewünschte Drahtvorschubgeschwindigkeit charakterisieren. Alternativ können die Signale 36 auch die gewünschte Materialauf tragrate, den gewünschten Schweißstrom oder ähnliches cha rakterisieren.

[0028] Die Maschinensteuereinrichtung 18 weist einen Eingang 37, zum Beispiel in Gestalt eines signalempfangen den Eingangs eines geeigneten Eingabemittels oder derglei chen, auf, über den die Maschinensteuereinrichtung 18 Para meter, insbesondere Dynamikparameter erhält, die zum Bei spiel die größte Beschleunigung oder Verzögerung des Draht vorschubs charakterisieren. Die Parameter kennzeichnen vor zugsweise die die Dynamik des Schweißgeräts 22 am meisten beschränkende Größe. Dazu können neben der maximalen Draht beschleunigung oder Verzögerung auch andere Charakteristika dienen, wie beispielsweise Parameter, die die maximale Än derung der Materialauftragrate charakterisieren oder ähnli ches. Vorzugsweise kennzeichnen die an dem Eingang 37 emp fangenen Parameter diejenige technische Größe, die die Dy namik des Schweißgeräts beschränkt, d.h. die größtmögliche Rate der Veränderung des Schweißvorgangs betrifft.

[0029] Die insoweit beschriebene Werkzeugmaschine 10 ar beitet wie folgt:

[0030] Zur Herstellung des Werkstücks 11 wird das Basis teil 12, das eine einfache Trägerplatte sein oder alterna tiv schon einige Werkstückstrukturmerkmale aufweisen kann, auf der Werkstückaufnahme 14 platziert. Falls an dem Basis teil 12 spanende Bearbeitungsvorgänge vorzunehmen sind, können diese unter Zuhilfenahme eines entsprechenden Bear beitungswerkzeugs vorgenommen werden, das von der Werkzeug aufnahme 20 aufgenommen und mit dem Basisteil 12 in spanen den Eingriff gebracht werden kann. Dazu gibt die Maschinen steuereinrichtung 18 entsprechende Positionierbefehle an die Positioniereinrichtungen 15, 27 ab. Dies erfolgt unter der Steuerung eines Maschinensteuerprogramm, das in der Ma schinensteuereinrichtung arbeitet und, wie Figur 5 erkennen lässt, aus dem NC-Programm in Block 32 abgeleitet worden ist .

[0031] Sobald das Werkstück 11 durch generatives Ferti gen, nämlich durch Auftragschweißen weiter aufgebaut werden soll, wird der Lichtbogenschweißkopf 21 in die Werkzeugauf nahme 20 eingewechselt. Das Maschinensteuerprogramm in der Maschinensteuereinrichtung 18 steuert nachfolgend die Bewe gungen der Positioniereinrichtungen 15, 27, um das im Ent stehen begriffene Werkstück 11 und den Lichtbogenschweiß kopf 21 gemäß vorgegebener Bahnen relativ zueinander zu be wegen. Dabei legt das Steuerprogramm der Maschinensteuer einrichtung 18 die Bewegungen der Positioniereinrichtungen 15, 27 derart fest, dass zwischen dem Werkstück 11 und dem Schweißdraht 24, wie Figur 2 zeigt, ein Lichtbogen 38 un terhalten werden kann. Die Schweißsteuereinrichtung 26 er hält dabei Steuersignale 36, die die gewünschte Vorschubge schwindigkeit des Schweißdrahts 24 charakterisieren. Zu gleich stellt die Maschinensteuereinrichtung 18 eine Rela tivgeschwindigkeit zwischen dem Schweißkopf 21 und dem Werkstück 11 ein, so dass abschmelzende Metallpartikel 39 eine Schweißraupe 40 hinterlassen. Der Lichtbogen 38 er zeugt dabei z.B. durch Einbrand in dem bereits teilweise vorhandenen Werkstück 11 ein Schweißbad 41, dessen Beran dung vorzugsweise in einer horizontalen Ebene liegt. Die Maschinensteuereinrichtung 18 steuert die Achsen 16, 17 da bei so, dass das Schweißbad 41 bzw. seine Berandung stets horizontal gehalten wird. Dies, indem das Werkstück 11 im mer so gehalten wird, dass alle Tangenten an die Oberfläche des Werkstücks an der Stelle des Schweißbads 41 horizontal gehalten werden.

[0032] Die flüssigen Metallpartikel 39 werden vorzugs weise in Richtung der Schwerkraft 42 übertragen. Auf dem Schweißbad 41 steht eine Senkrechte 43, mit der die Längs achse des Schweißkopfs 21 bzw. das an den Lichtbogen 38 an schließende Ende des Schweißdrahts 24 einen spitzen Winkel einschließen. Der Schweißdraht 24 läuft dabei bezüglich der auf das Werkstück 11 bezogenen Vorschubrichtung 44 des Schweißkopfs 21 hinter der Senkrechten 43. Mit anderen Wor ten, der Schweißdraht 24 wird gewissermaßen „stechend" ge führt. Neben seiner Zufuhrbewegung kann er in Längsrichtung eine überlagerte Oszillationsbewegung in Gestalt einer Pil gerschrittbewegung ausführen und dabei Metallpartikel 39 gezielt in oder auf dem Schweißbad 41 ablegen. Dabei wird der Schweißdraht 24 oszillierend mit hoher Frequenz, vor zugsweise mehr als 10 Hz, weiter vorzugsweise mehr als 50 Hz, vorzugsweise mehr als 100 Hz vor und zurück bewegt, so dass sich an seinem Ende bildende Tropfen bzw. Metallparti kel 39 mit dem Schweißbad 41 in Berührung gebracht und auf diese Weise kontrolliert in dieses überführt werden. Die Frequenz der Oszillationsbewegung kann fest oder in einem Zusammenhang mit anderen Prozessgrößen, z.B. dem Schweiß strom oder der Drahtvorschubgeschwindigkeit oder der Rela tivgeschwindigkeit zwischen dem Werkstück 11 und dem

Schweißkopf 21, eingestellt sein.

[0033] Die Maschinensteuereinrichtung 18 hat an ihrem Eingang 37 Informationen empfangen, die mindestens die ma- ximale Relativgeschwindigkeit in Vorschubrichtung 44, vor zugsweise aber auch weitere Parameter charakterisieren, wie insbesondere die maximale Beschleunigung oder Abbremsung des Schweißdrahts 24. Diese Information kennzeichnet die Dynamik des Schweißgeräts 22 und wird von der Maschinen steuereinrichtung 18 wie nachfolgend mit Bezug auf Figur 3 und 4 erläutert berücksichtigt:

[0034] Figur 3 veranschaulicht eine Schweißbahn 45 mit zwei geraden Abschnitten 46, 47, die an einer spitzen Ecke 48 aneinander anschließen und ansonsten keine Krümmung auf weisen (Krümmung ist Null) . Während die Abschnitte 46, 47 somit einen unendlich großen Krümmungsradius aufweisen, ist die Ecke 48 spitz und weist somit einen sehr geringen Krüm mungsradius oder den Krümmungsradius 0 auf. Allgemein ge sprochen, kann die Schweißbahn 45 Abschnitte unterschiedli cher Krümmung aufweisen.

[0035] Der Schweißkopf 41 fährt nun zunächst den Ab schnitt 46 in Richtung auf die Ecke 48 unter fortwährendem Nachschub des Schweißdrahts 24 und somit unter Erzeugung einer Schweißraupe 40 gemäß Figur 2 ab. Die Bewegung findet zum Beispiel in Z-Richtung statt. Mit Erreichen der Ecke 48 ist die Bewegung in Z-Richtung zu stoppen und dafür die Be wegung in X-Richtung fortzusetzen. Figur 4 veranschaulicht oben den Verlauf der Geschwindigkeit in Z-Richtung. Der in Figur 4 auf den Horizontalachsen (Abszissen) abgetragene Wert 1 entspricht einer Länge entlang der Schweißbahn 45. Zunächst ist die Geschwindigkeit konstant, während sie in Annäherung an die Ecke 48 zu vermindern ist. Die Dynamik der Positioniereinrichtungen 15, 27 gestattet dabei das Durchfahren einer Geschwindigkeitskurve I, wie sie gestri chelt dargestellt ist. Dies würde aber ein ebenso rasches Abstoppen der Bewegung des Schweißdrahts 24 erfordern. Über den Eingang 37 hat die Maschinensteuereinrichtung 18 jedoch die Parameter der Drahtzuführeinrichtung 23 erhalten, wo nach eine derart hohe Bremsbeschleunigung für den Schweiß draht 24 nicht möglich ist. Entsprechend wird die Relativ bewegung zwischen dem Schweißkopf 21 und dem Werkstück 11 nun gemäß der flacheren Rampe II reduziert, d.h. der Brems vorgang früher eingeleitet. Zugleich wird die Zufuhrge schwindigkeit V _D des Schweißdrahts gemäß Kurve III redu ziert. Ist die Ecke 48 erreicht, hat die Geschwindigkeit v _z den Wert 0 während die Geschwindigkeit v _x in X-Richtung be ginnt anzusteigen. Die Kurve IV zeigt die maximal mögliche Dynamik der Positioniereinrichtungen 15, 27 auf. Aufgrund der größeren Trägheit der Drahtzuführeinrichtung 23 weist die Maschinensteuereinrichtung 18 jedoch eine langsamere Geschwindigkeitszunahme an und überträgt diese gemäß der Kurve V als Signal 36 an die Schweißsteuereinrichtung 26. Entsprechend nimmt die Vorschubgeschwindigkeit v _D des

Schweißdrahts gemäß Kurve VI wieder zu.

[0036] Wie Figur 4 weiter erkennen lässt, wird der Win kel cx, den der Schweißdraht 24 mit der Senkrechten 43 ein schließt, ebenfalls geschwindigkeits- und/oder ortsabhängig gesteuert. In Annäherung an die Ecke 48 kann der Betrag des Winkels cx stets verkleinert werden, bis der Schweißdraht 24 an der Ecke 48 koaxial zur Senkrechten 43 steht. Mit zuneh mender Relativgeschwindigkeit zwischen dem Schweißkopf 21 und dem Werkstück 11 kann der Winkel 11 wieder zunehmen, bis er seinen gewünschten Endwert erreicht. Das Erreichen dieses Endwerts kann vor dem Zeitpunkt des Erreichens der maximalen Relativgeschwindigkeit exakt zu diesem Zeitpunkt oder auch danach liegen.

[0037] Die vorliegend erläuternden Vorgänge können nicht nur im Übergang zwischen spitzen Ecken und geraden Ab- schnitten ablaufen, wie es in Figur 3 veranschaulicht ist. Vielmehr kann die Anpassung des Betrags des Winkels sowie auch der Vorschubgeschwindigkeit des Schweißdrahts 24 an unterschiedliche Krümmungen der Schweißbahn 45 fortwährend erfolgen, auch wenn sich die Krümmungen nur graduell unter scheiden. Es lässt sich dadurch der Aufbau des Werkstücks 11 mit hoher Auftragsqualität und geringem Materialüber schuss erreichen.

[0038] Eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine weist eine Maschinensteuereinrichtung 18 auf, die die Achsen der Werk zeugmaschine 10 steuert. Zugleich ist ein Schweißgerät 22 vorgesehen, dessen Parameter, zumindest soweit sie Einfluss auf die Dynamik des Schweißgeräts 22 haben, an die Maschi nensteuereinrichtung 18 übertragen werden. Die Maschinen steuereinrichtung 18 steuert die Achsen der Werkzeugmaschi ne und auch das Schweißgerät 22 unter Berücksichtigung von dessen Dynamik, so dass im generativen Fertigungsverfahren Werkstücke in hoher Qualität mit geringem Aufmaß herge stellt werden können, so dass interimsweise durchgeführte oder am Ende durchzuführende spanende Materialbearbeitungen mit geringem Materialabtrag auskommen.

Bezugs Zeichen :

10 Werkzeugmaschine

11 Werkstück

12 Basisteil

13 Arbeitsraum

14 Werkstückaufnahme

15 erste Positioniereinrichtung

16 vertikale Schwenkachse

17 horizontale Schwenkachse

18 Maschinensteuereinrichtung

19 Arbeitsspindel

20 Werkzeugaufnahme

21 Lichtbogenschweißköpf

22 Schweißgerät

23 Drahtzufuhreinrichtung

24 Schweißdraht

25 SchweißStromgenerator

26 SchweißSteuereinrichtung

27 zweite Positioniereinrichtung

28 Pfeil Z-Achse

29 Pfeil Y-Achse

30 Pfeil X-Achse

31 Pfeil für Steuerbeziehung

32 Block NC-Programm

33 Pfeil Steuerbeziehung

34 Block CAM-Programm

35 Eingang

36 Signale

37 Eingang

T Parameter / Trägheit

38 Lichtbogen Metallpartikel

Schweißraupe

Schweißbad

Schwerkraft

Senkrechte

Winkel

Vorschubrichtung

Schweißbahn

erster gerader Abschnitt der Schweißbahn 45 zweiter gerader Abschnitt der Schweißbahn 45 Ecke der Schweißbahn 45

Abschnitte von Bewegungskurven