Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Laserbearbeitungsma schine zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einem Laserstrahl.

Aus der DE 10 2016 118 189 Al ist ein Verfahren und eine Laserbearbei tungsmaschine zum Bearbeiten von einem Werkstück bekannt. Die La serbearbeitungsmaschine umfasst eine Strahlquelle und eine Strahlfüh rung, die sich zwischen der Laserquelle und einem Bearbeitungskopf er streckt. Über den Bearbeitungskopf wird ein Laserstrahl auf ein zu bear beitendes Werkzeug gerichtet. Diese Laserbearbeitungsmaschine um fasst einen mehrachsigen Bearbeitungskopf, um aus verschiedenen Rich tungen den Laserstrahl auf das Werkstück zu richten. Diese Laserbearbeitungsmaschine kann zum Laserschweißen von zwei Werkstücken eingesetzt werden. Auch kann eine solche Laserbearbei tungsmaschine zum Schneiden und Trennen von Segmenten aus einem Werkstück vorgesehen sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Laser bearbeitungsmaschine zur Bearbeitung eines Werkstücks mit einem La serstrahl vorzuschlagen, um die Qualität in der Bearbeitung des Werk stücks zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werk stücks mit einem Laserstrahl gelöst, bei dem der Arbeitsdruck des Schneidgases in Abhängigkeit einer Bahngeschwindigkeit des Bearbei tungskopfes während dessen Verfahrbewegung angesteuert wird. Durch die Anpassung des Arbeitsdrucks des Schneidgases beim Laserschneiden in Abhängigkeit der Verfahrgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfes kann eine hohe Qualität eines Schnittes erzielt werden. Insbesondere bei geringen Bahngeschwindigkeiten kann ein höherer Schneidgasdruck als bei hohen Bahngeschwindigkeiten des Bearbeitungskopfes angesteuert werden, so dass bei der geringen Bahngeschwindigkeit eine verbesserte Kühlung und Abführung von Abbrand, Schmauch oder gleichen ermög licht wird.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass vor einer Kammer des Bearbeitungskop fes an einer Einspeisstelle ein zusätzliches Schneidgas über eine Zuführ leitung der Versorgungsleitung zugeführt wird. Durch das zusätzliche Zu führen von Schneidgas über die Zuführleitung in die Versorgungsleitung kann innerhalb kurzer Zeit eine Druckerhöhung erzielt werden, so dass auf eine Veränderung der Bahngeschwindigkeit schnell reagiert werden kann. Zudem weist die Zuführung des zusätzlichen Schneidgases vor der Kammer des Bearbeitungskopfes den Vorteil auf, dass die Druckerhö hung unmittelbar auch in der Kammer des Bearbeitungskopfes übertra gen wird. Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass bei einer Verringerung der Bahngeschwindigkeit innerhalb eines Schwellwertes die Zuführleitung geöffnet und zusätzliches Schneidgas zur Erhöhung des Arbeitsdruckes in dem Bearbeitungskopf zugeführt wird. Dadurch kann eine direkte Zu führung des zusätzlichen Schneidgases und eine unmittelbare Drucker höhung in der Kammer des Bearbeitungskopfes ermöglicht sein. Bevor zugt ist der Schwellwert einstellbar. Dadurch kann eine Anpassung an verschiedene Verfahrensbedingungen erfolgen.

Zur Ansteuerung der Zuführleitung wird ein vorzugsweise schaltbares Ventil angesteuert. Insbesondere ist ein Magnetventil vorgesehen. Dies weist den Vorteil auf, dass die Schaltzustände schnell eingenommen werden können, das heißt, dass kurze Reaktionszeiten bestehen, bis der zusätzliche Schneidgasdruck in der Kammer des Bearbeitungskopfes wirkt. Vorteilhafterweise ist ein 2/2-Wege-Magnetventil vorgesehen. Dadurch ist die Zuführleitung entweder gesperrt oder geöffnet. Durch 2/2-Wege-Magnetventile können Schaltzeiten von weniger als 50 ms (Millisekunden) realisiert werden.

Vorteilhafterweise wird die Zuführleitung mit einem vorbestimmten Ein gangsdruck des Schneidgases beaufschlagt. Beispielsweise kann der Ein gangsdruck in einem Bereich von 15 bar bis 20 bar liegen. Nach Öffnen des Ventils in der Zuführleitung wirkt dieser Schneidgasdruck zusätzlich auf einen Basisdruck des Schneidgases, der über die Versorgungsleitung bereitgestellt wird.

Vorteilhafterweise wird der Basisdruck in der Versorgungsleitung mit ei nem Regelventil angesteuert. Dabei kann die Ansteuerung über eine Steuerungseinrichtung der Laserbearbeitungsmaschine in Abhängigkeit des zu bearbeitenden Materials, der Dicke des Materials und/oder der gewünschten Qualität erfolgen.

Der Basisdruck des Schneidgases in der Versorgungsleitung kann in ei nem Bereich zwischen 5 bis 20 bar angesteuert sein. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird des Weiteren durch eine Laserbearbeitungsmaschine gelöst, bei der ein Arbeitsdruck des Schneidgases im Bearbeitungskopf in Abhängigkeit einer Bahngeschwin digkeit des Bearbeitungskopfes ansteuerbar ist. Dies weist den Vorteil auf, dass eine gezielte Beaufschlagung des Schneidgasdruckes für die Herstellung des jeweiligen Bauteils oder Werkstücks ermöglicht ist. Dadurch kann auch eine Einsparung im Verbrauch des Schneidgases ge geben sein, da bei einer konstanten Zuführung des Schneidgases immer der maximale Arbeitsdruck bereitgestellt wird, der in einem schlechtes ten Fall für eine Bearbeitungsbedingung gegeben sein muss.

Vorteilhafterweise ist vor der Kammer des Bearbeitungskopfes eine Ein speisstelle für eine Zuführleitung für zusätzliches Schneidgas in die Ver sorgungsleitung vorgesehen. In einem Ausführungsbeispiel kann die Ein speisstelle durch ein Y-Steckventil ausgebildet sein. Dies ermöglicht ei nen einfachen und bauraumsparenden Anschluss am Bearbeitungskopf.

Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Zuführleitung ein vor zugsweise schaltbares Ventil umfasst, welches insbesondere ein 2/2- Wege-Magnetventil ist. Die Ansteuerung erfolgt dabei elektronisch über die Steuerungseinrichtung der Laserbearbeitungsmaschine, wobei das 2/2-Wege-Magnetventil bei einem einstellbaren Schwellwert der Bahnge schwindigkeit öffnet oder schließt.

Vorteilhafterweise ist in der Versorgungsleitung und/oder der Zuführlei tung stromauf zur Einspeisstelle ein Rückschlagventil vorgesehen. Dies ermöglicht, dass die Druckerhöhung durch das zusätzliche Schneidgas sich ausschließlich in Richtung auf die Kammer des Bearbeitungskopfes auswirkt.

Des Weiteren kann die Einspeisstelle der Zuführleitung zwischen der Kammer des Bearbeitungskopfes und einer Drehübertragungseinrichtung am Bearbeitungskopf vorgesehen sein. Eine solche Drehüberarbeitungs vorrichtung ist bei einer mehrachsigen, insbesondere fünfachsigen, Be wegungseinrichtung gegeben, so dass der Bearbeitungskopf mehrfach um 360° rotierend angetrieben werden kann. Dadurch kann diese Dreh übertragungseinrichtung wie bislang ausgelegt sein, ohne dass diese an erhöhte Arbeitsdrücke anzupassen ist.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass ein Basisdruck in der Versorgungsleitung durch ein Regelventil einstellbar ist. Dadurch kann dem Grunde nach eine Grundversorgung des Schneidgases am Be arbeitungskopf bereitgestellt werden. Sofern ein erhöhter Arbeitsdruck des Schneidgases erforderlich ist, kann durch die Zuschaltung über die Zuführleitung eine schnelle Druckerhöhung erzielt werden. Durch die Zu schaltung des weiteren Schneidgases über die Zuführleitung zur Erhö hung des Arbeitsdruckes wird eine sogenannte Boost-Funktion erzielt.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiter bildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnun gen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Be schreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungs gemäß angewandt werden. Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht auf eine Laserbearbei tungsanlage,

Figur 2 eine perspektivische Ansicht einer Handhabungsein richtung zur Ansteuerung eines Bearbeitungskopfes, und

Figur 3 eine schematische Anordnung der Leitungen zur Zu führung des Schneidgases zum Bearbeitungskopf.

In Figur 1 ist eine Laserbearbeitungsanlage 1 mit einer Laserbearbei tungsmaschine 3 für die Bearbeitung eines Werkstücks 24 dargestellt.

Die Bedienung der Laserbearbeitungsanlage 1 erfolgt über ein Bedien pult 5, beispielsweise über die Erstellung und Einstellung von NC-Pro- grammen, die spezifisch auf Werkstücke 24 und deren Bearbeitung ab gestimmte Arbeitsabläufe festlegen. Ein zum Beispiel rückseitig der La serbearbeitungsanlage 1 angeordneter Schaltschrank 8 erfasst als Teil einer Steuerung der Laserbearbeitungsmaschine 1 die dazugehörige Ma schinensteuerung 31, eine elektrische Versorgung von Antrieben sowie Logik- und Leistungsteile auf.

Diese Laserbearbeitungsmaschine 3 umfasst eine Laserquelle 6, welche zur Erzeugung von Laserstrahlen dient. Vorteilhafterweise ist ein Gasla ser, wie beispielsweise ein CO2-Laser vorgesehen. Über eine Strahlfüh rung 22 (Figur 2) kann ein Laserstrahl von der Laserquelle 6 zum Werk stück 24 geführt werden. Beispielsweise kann dies über Laserlichtkabel und/oder Spiegel erfolgen. Des Weiteren kann ein Kühlaggregat 9 für die Laserquelle 6 vorgesehen sein, welche für die Kühlung optischer Bauele mente, wie Umlenk- oder Kollimationsspiegel und des Schaltschrankes 8, dient. Eine Schutzkabine 11 dient der Abschirmung von Laserstrahlung nach außen. In Figur 1 ist zur Einsichtnahme die Dachverkleidung der Schutzkabine 11 nicht dargestellt.

Weitere Komponenten der Laserbearbeitungsanlage 1 umfassen bei spielsweise einen Rotationswechsler 13 zum Halten von zu bearbeiten den Werkstücken und zum leichten Entnehmen von zu bearbeitenden Werkstücken, einen Kompaktentstauber 15 zur Absaugung von Rauchga sen und Schwebteilen aus dem Innenraum, einen Schrottförderer 17 so wie integrierte, nicht gezeigte Elemente für die Pneumatik sowie für die Zentralschmierung. Des Weiteren ist eine Schneidgasversorgung 18, 20 vorgesehen, um den Bearbeitungskopf 7 mit Schneidgas zu versorgen. Ferner kann ein Lichtgitter 19 an einen externen Zugangsbereich zum Rotationswechsler 13 abgrenzen.

Ein durch die Maschinensteuerung 31 kontrollierter Arbeitsablauf erlaubt die Bearbeitung des Werkstücks 24 auf eine vorbestimmte Art und Weise unter Zusammenwirkung der verschiedensten Komponenten dieser La serbearbeitungsmaschine 3. Die Figur 2 zeigt schematisch den Aufbau der Laserbearbeitungsma schine 3 im Innenraum der Schutzkabine 11. Der Bearbeitungskopf 7 wird durch eine Bewegungseinrichtung 25 verfahren. Diese Bewegungs einrichtung 25 kann beispielsweise ein Linearachsensystem mit X-, Y- und Z-Schlitten 26, 27, 28 und Drehgelenken 29, 30 zur Bewegung des Bearbeitungskopfes 7 relativ zum Werkstück 24 umfassen. Des Weiteren können Faltenbälge 34, 35, 36 entsprechende Leitungen und mechani sche Komponenten abdecken. Alternativ kann als Bewegungseinrichtung 25 auch ein mehrachsiger Roboter vorgesehen sein. Auch eine kombi nierte Ausgestaltung für eine Bewegungseinrichtung 25 ist möglich.

Das Werkstück 24 ist in der Ausführung gemäß Figur 2 aufgrund einer Spanntechnik ortsfest auf einer Werkstückauflage 23 gelagert, so dass die Bearbeitung von oben erfolgen kann. In alternativen Ausführungsfor men kann das Werkstück 24 ebenfalls oder nur das Werkstück 24 im Raum bewegbar sein. Diese Laserbearbeitungsmaschine 3 ist geeignet, sowohl ebene Bleche wie auch dreidimensionale, variabel geformte Werkstücke 24, wie beispielsweise umgeformte Bleche, schneidend, schweißend oder erwärmend zu bearbeiten.

In Figur 3 ist eine schematische Schnittansicht des Bearbeitungskopfes 7 dargestellt. Über die Strahlführung 22 wird der Laserstrahl 21 in ein Ge häuse 16 des Bearbeitungskopfes 7 eingekoppelt. Die Kollimationsoptik 51 kann das zugeführte Strahlprofil des Laserstrahls 21 an die Bearbei tungsbedingungen anpassen. Die Kollimationsoptik 51 liegt bevorzugt in einer Hauptachse 56 des Laserbearbeitungskopfes 7.

Des Weiteren ist eine schematische Ansicht von Versorgungsleitungen 71, 77 für das Schneidgas vorgesehen, welches einer Kammer 65 des Bearbeitungskopfes 7 zugeführt wird. Eine Versorgungsleitung 71 er streckt sich von der Schneidgasversorgung 18 bis zum Bearbeitungskopf 7. Zur Regelung eines Basisdruckes des Schneidgases in der Versor gungsleitung 71 ist ein Regelventil 72 vorgesehen, durch welches der Basisdruck für das zuzuführende Schneidgas einstellbar ist. Die Maschi nensteuerung 31 kann diesen Basisdruck variabel einstellen und auch während der Bearbeitung des Werkstücks 24 verändern. Dem Regelven til 72 nachgeschaltet ist eine Drehübertragungseinrichtung 73, durch welche der angelegte Basisdruck im nachgeschaltenen Abschnitt der Ver sorgungsleitung 71 übergeführt wird. Solche Drehübertragungseinrich tungen 73 sind dann vorgesehen, wenn ein Teil des Bearbeitungskopfes 7 mehrfach um 360° drehbar ist. Darauffolgend ist ein Rückschlagventil 74 vorgesehen. Zwischen der Kammer 65 und dem Rückschlagventil 74 ist eine Einspeisstelle 76 für eine Zuführleitung 77 vorgesehen. Diese Einspeisstelle 76 ist nahe am Bearbeitungskopf 7 oder am Bearbeitungs kopf 7 vorgesehen. Zwischen der Einspeisstelle 76 und der Kammer 65 des Bearbeitungskopfes 7 kann ein Filter 78 vorgesehen sein. Die Ein speisstelle 76 ist bevorzugt als Y-Steckventil ausgebildet. Die Versor gungsleitung 71 erstreckt sich von der Schneidgasversorgung 20 bis zur Einspeisstelle 76.

In der Zuführleitung 77 ist ein Ventil 81, insbesondere ein Magnetventil, vorgesehen. Zwischen dem Ventil 81 und der Einspeisstelle 76 ist ein weiteres Rückschlagventil 83 vorgesehen.

In der Zuführleitung 77 wird zusätzliches Schneidgas mit einem Ein gangsdruck von einer Schneidgasversorgung 20 bereitgestellt. Das zu sätzliche Schneidgas wird der Versorgungsleitung 71 zugeführt, um ei nen erhöhten Arbeitsdruck in der Kammer 65 des Bearbeitungskopfes 7 zu erzielen. Der Eingangsdruck des Schneidgases in der Zuführleitung 77 ist vorzugsweise fest eingestellt. Dieser kann beispielsweise in einem Be reich zwischen 15 und 20 bar liegen.

Das Ventil 81 ist bevorzugt als Magnetventil, insbesondere als ein 2/2- Wege-Ventil ausgestaltet. Somit kann die Zuführung des Schneidgases mit einem Eingangsdruck gesperrt oder geöffnet sein. Ein solches Schalt ventil 81 weist Schaltgeschwindigkeiten von weniger als 50 ms auf.

Sofern durch die Maschinensteuerung 31 erfasst wird, dass die Bahnge schwindigkeit des Bearbeitungskopfes 7 unter einen vorgegebenen Schwellwert absinkt, kann durch die Maschinensteuerung 31 das Ventil 81 angesteuert werden, indem dieses öffnet. Dadurch wird in der Ver sorgungsleitung 71 der Basisdruck um den Eingangsdruck in der Zuführ leitung 77 erhöht und bildet einen Arbeitsdruck, welcher der Kammer 65 zugeführt und über den Bearbeitungskopf 7 ausgegeben wird. Aufgrund der Rückschlagventile 74, 83 wird ein Druckaufbau in Richtung auf die jeweilige Schneidgasversorgung 18, 20 gesperrt.

Die Erhöhung des Arbeitsdruckes des Schneidgases im Bearbeitungskopf 7 kann dann erfolgen, wenn die Bahngeschwindigkeit des Bearbeitungs kopfes 7 reduziert wird. Dies ist beispielsweise bei einem Verfahrweg mit engen Radien der Fall. Bei leicht gekrümmten oder geradlinigen Fahr strecken kann eine erhöhte Bahngeschwindigkeit angesteuert werden. In diesem Fall ist eine Zuschaltung eines Schneidgases mit einem Ein gangsdruck über die Zuführleitung 77 nicht erforderlich. In diesen Fällen kann sogar das Regelventil 72 in der Versorgungsleitung 71 geschlossen werden, so dass kein Schneidgas dem Bearbeitungskopf 7 zugeführt wird.