用于型材的激光加工的机器和通过该机器在型材上执行倾斜切割操作的方法

摘要

本申请描述了一种用于型材(P)的激光加工的机器和方法，特别是用于在型材(P)上执行倾斜切割操作，例如用于制作扩口孔(H)，其中在加工操作之前支撑和引导设备(12)相对于加工头部(10)沿型材(P)的纵向轴线(x)定位在给定的起始位置中，然后在加工操作期间，支撑和引导设备(12)沿纵向轴线(x)与进给设备(14)整体地移动，即与型材(P)整体地移动，以便在加工操作期间保持型材(P)从支撑和引导设备(12)的凸出程度(A)恒定，该支撑和引导设备(12)与进给设备(14)的整体运动被限制在进给设备(14)的部分移动，进给设备的该部分移动用于补偿加工头部(10)围绕摆动轴线(t)的倾斜运动。

说明书

如独立权利要求1的前序部分所述，本发明涉及一种用于型材的激光加工的机器，特别是用于型材的激光切割的机器。根据另一方面，本发明涉及一种用于使用上述类型的机器在型材上执行倾斜切割操作的方法。

在下文的说明书和权利要求书中，术语“型材(profile)”用于识别沿其纵向轴线具有(除了制造公差之外)均匀截面的任何细长的制造产品，其中该截面可无差别地是封闭中空截面(例如具有圆形、矩形或正方形形状)或开放截面(例如扁平截面或L、C或U等形状的截面)。此外，术语“纵向”和“横向”分别用于识别型材的纵向轴线的方向和垂直于纵向方向的方向。此外，表述“倾斜切割操作”应理解为是指由加工头部执行的切割操作，并且因此由加工头部发射的激光束不垂直于被加工件的表面取向。

本发明源于通过用于诸如下面参考附图的图1所描述的型材的激光加工的机器，改善在相对柔性的型材上，即在具有相对较低的弯曲硬度的型材上，诸如例如扁平型材上执行倾斜切割操作的方式。

如图1所示，该机器包括适于在型材P上执行激光加工操作(特别是切割操作)的加工头部10，以及通常称为“稳定架”的支撑和引导设备12，用于支撑和引导型材P，同时通过进给设备(未示出)沿纵向轴线x进给型材P。支撑和引导设备12通常包括第一对辊子16和第二对辊子18，第一对辊子16被安装成可围绕相应的水平取向并且彼此平行的旋转轴线自由旋转，第二对辊子18被安装成可围绕相应的竖直取向并且彼此平行的旋转轴线自由旋转。每对辊子16和辊子18的辊子可以朝向彼此或远离彼此移动，以便适应被加工的型材P的截面的形状和尺寸，并因此允许对型材本身的足够的支撑。通常，在用于诸如上面参考图1简要描述的型材的激光加工的机器中，机器的各个部件的自由度如下。加工头部10在竖直方向和横向方向二者上是可移位的，以便在横向竖直平面中，即在垂直于型材P的纵向轴线x的平面中能以两个自由度移动。此外，加工头部10可以围绕横向摆动轴线(在图1中指示为t)旋转。进给设备能够沿纵向轴线x移动型材P(进给运动)并且围绕纵向轴线x旋转型材P。最终，支撑和引导设备12以及辊子16和辊子18对可沿纵向轴线x移动，并且还可围绕纵向轴线x旋转，以便能够与型材P一起围绕该轴线旋转。

根据现有技术，例如用于制作扩口孔H的倒角操作通过首先将支撑和引导设备12定位在在操作期间不干扰加工头部10的位置，然后通过适当地移动型材P(通过进给设备)和加工头部10，使得支撑和引导设备12在该位置保持静止来执行。以这种方式，在加工操作期间，型材P从支撑和引导设备12朝向加工头部10凸出到可变程度。更确切地说，如图1所示，型材P从支撑和引导设备12的凸出程度(也就是说，沿纵向轴线x测量的在型材P上的加工区域的中心与连接支撑和引导设备12的辊子16的轴线的线之间的距离)将在当加工头部10在支撑和引导设备12的相反方向上倾斜最大角度时的最大值A，与当加工头部10朝向支撑和引导设备12倾斜最大角度时的最小值B之间变化。在对柔性型材进行加工的情况下，根据柔性型材从支撑和引导设备12的凸出程度，柔性型材在加工期间将弯曲更大或更小的程度。因此，所获得的几何形状(其示例在附图的图2A和图2B中示出)将与设计几何形状不同，并且特别地相对于孔H的轴线(以z指示)将是不对称的，因为当被加工的型材P的弯曲变形较小时，即当型材P从支撑和引导设备12的凸出较小时，扩口的倾角将较大，并且当被加工的型材P的弯曲变形较大时，即当型材P从支撑和引导设备12的凸出较大时，扩口的倾角将较小。

因此，本发明的一个目的是通过激光加工机器，通过提高可以在柔性型材上执行倾斜切割操作的精度，来克服上述现有技术的缺点。

根据本发明的第一方面，由于具有在所附独立权利要求1中所述的特征的用于型材的激光加工的机器，并且根据本发明的另一方面，由于用于通过激光加工机器在型材上执行倾斜切割操作的方法，该方法包括在所附独立权利要求3中所述的步骤，所以这个和其它目的被完全实现。

本发明的有利实施例是从属权利要求的主题，其内容应被理解为形成以下说明书的整体的和一体的部分。

简而言之，本发明基于这样的思想：通过最初将支撑和引导设备定位在沿纵向轴线的相对于加工头部的给定起始位置中，然后在整个操作期间，沿纵向轴线与进给设备整体地移动支撑和引导设备(支撑和引导设备与进给设备的整体运动被限制在进给设备的部分移动，该进给设备的部分移动用于补偿加工头部围绕摆动轴线的倾斜运动)，即与被加工的型材整体地移动支撑和引导设备，以便在加工操作期间保持型材从支撑和引导设备的凸出的程度恒定。由于在加工操作期间(或者更确切地说，在进给设备沿纵向轴线移动以补偿加工头部围绕摆动轴线的倾斜移动的那些加工操作阶段期间)被加工的型材从支撑和引导设备凸出的程度保持恒定，由于支撑和引导设备与进给设备整体地移动，并且因此与被加工的型材整体地移动，所以在加工操作期间，加工头部所作用的加工区域中的型材的弯曲程度保持恒定。由于事先已经测量了弯曲的程度，可以补偿弯曲，并且因此获得更精确的加工操作，特别是在制作扩口相对于孔的轴线对称的扩口孔的情况下。

本发明的进一步的特征和优点将从下面仅通过参考附图的非限制性实例提供的具体实施方式中变得清楚，在附图中：

图1是示意性地示出根据现有技术如何通过激光加工机器制作扁平型材中的扩口孔的立体图；

图2A和图2B分别以俯视平面图和侧视图示出根据现有技术制作的扁平型材中的扩口孔的示例；

图3和图4分别是侧视图和立体图，它们示意性地示出根据本发明如何通过激光加工机器制作扁平型材中的扩口孔；以及

图5是示出由根据本发明的机器和方法制作的扁平型材中的扩口孔的示例的侧视图。

本发明的机器和方法在这里参考它们制作扁平型材中的扩口孔的应用进行描述和示出，但很显然，本发明也可以用于执行其它类型的加工操作，这需要倾斜的切割步骤和/或在不同形状的型材上执行这些加工操作。

参考图3至图5，其中与图1中的零件和元件相同或对应的零件和元件被分配了相同的附图标记，按照本身已知的方式，根据本发明的实施例的用于型材的激光加工的机器包括：加工头部10，其被布置成发射聚焦激光束，用于在沿纵向轴线x延伸的型材P上执行加工操作(特别是切割操作)；头部承载结构11，加工头部10被安装在该头部承载结构上；进给设备14，用于通过沿纵向轴线x平移和/或围绕纵向轴线x旋转来移动型材P；以及支撑和引导设备12，用于在由进给设备14朝向加工头部10进给型材P时支撑和引导型材P。在所示的实施例中，支撑和引导设备12包括第一对辊子16和第二对辊子18，第一对辊子被安装成可围绕相应的旋转轴线自由旋转，该旋转轴线水平取向并且彼此平行，第二对滚子被安装成可围绕相应的旋转轴线自由旋转，该旋转轴线竖直取向并且彼此平行。第一对辊子16和第二对辊子18的辊子可以朝向彼此或远离彼此移动，以便适应被加工的型材P的截面的形状和尺寸，并因此允许对型材本身的足够的支撑。然而，必须强调的是，上述的机器部件的结构，即加工头部10、支撑和引导设备12以及进给设备14不是本发明的主题，因此本发明不应理解为限于在此提供的上述部件的特定结构。

加工头部10可在竖直方向和横向方向二者上移位，以便在横向竖直平面中(即在垂直于型材P的纵向轴线x的平面中)能以两个自由度移动。加工头部10也可以围绕横向摆动轴线(在图1中指示为t)在朝向支撑和引导设备12的最大倾角位置(相对于图3的观察者的视角在顺时针方向上旋转)和远离支撑和引导设备12的最大倾角位置(相对于图3的观察者的视角在逆时针方向上旋转)之间旋转。根据一个实施例，加工头部10也可以围绕垂直于摆动轴线t的另一个摆动轴线(未示出)旋转。

如上所述，进给设备14使得能够沿纵向轴线x移动型材P(进给运动)并且使型材P围绕纵向轴线x旋转。最后，支撑和引导设备12可沿纵向轴线x移动，并且还可围绕纵向轴线x旋转，以与型材P一起围绕该轴线旋转。

加工头部10、支撑和引导设备12以及进给设备14(并且因此被加工的型材P)的运动由管理机器的操作的电子控制单元(未示出)控制。取决于要执行的加工循环，电子控制单元根据预定的逻辑来控制上述部件的运动。

在机器必须在型材P上制作扩口孔H的情况下，或者更一般地说执行任何需要进行倾斜切割的加工操作，则电子控制单元以下面描述的方式控制加工头部10、支撑和引导设备12以及进给设备14的运动。

首先，支撑和引导设备12沿纵向轴线x移动，以便相对于加工头部10达到给定位置，该位置是基于下面详细描述的标准确定的。此时，加工头部10和进给设备14(以及被加工的型材P)适当地移动，以便执行由加工循环在当前情况下提供扩口孔H的加工操作。特别地，进给设备14以及因此被加工的型材P适当地沿纵向轴线x移动，以便部分地补偿加工头部围绕摆动轴线t的倾斜运动，并且部分地获得用于加工操作的期望的几何形状。鉴于此，图3中的Δx表示在加工操作期间进给设备14沿纵向轴线x的行程。根据本发明，在加工操作期间，电子控制单元还控制与进给设备14的运动成整体的支撑和引导设备12沿纵向轴线x的运动，支撑和引导设备12与进给设备14的整体运动被限制在进给设备14的部分移动，进给设备14的部分移动用于补偿加工头部10围绕摆动轴线t的倾斜运动。在进给设备14以及因此被加工的型材P沿纵向轴线x移动以补偿加工头部10围绕摆动轴线t的倾斜运动的加工操作阶段期间，因此在相对于进给设备14纵向固定的被加工的型材P与支撑和引导设备12之间不存在沿纵向轴线x的相对运动。因此，在加工操作的这些阶段期间，被加工的型材P从支撑和引导设备12的凸出程度(在图4中指示为A)保持恒定。在图3中，在加工操作期间，支撑和引导设备12沿纵向轴线x的行程被指示为Δx₁并且与进给设备14的行程Δx相同。然而，当进给设备14沿纵向轴线x移动以获得用于加工操作的期望几何形状时，在被加工的型材P与支撑和引导设备12之间必然存在相对运动。

如在说明书的前言部分所述，由于在加工操作期间被加工的型材从支撑和引导设备的凸出保持恒定，所以在相对柔性的型材的情况下能够使加工头部所作用的加工区域中的型材的弯曲变形(偏移)的程度保持恒定，并因此获得相对于孔的轴线对称的扩口(如图5所示)，与上述现有技术相反。此外，通过测量必须制作孔的型材的弯曲变形的程度，能够在加工期间适当地补偿该变形，从而获得尽可能接近地对应于设计几何形状的最终几何形状。

关于支撑和引导设备12的最初定位(即，在正确的加工操作开始之前)，其必须被限定成使得在加工操作期间，支撑和引导设备12在其与进给设备14的纵向平移运动成整体的纵向平移运动中始终保持距加工头部10大于给定的安全距离(在图3中指示为L)，例如至少50mm，以便避免与加工头部10碰撞的风险。因此，取决于进给设备14沿纵向轴线x的起始位置以及取决于安全距离L的值，机器的电子控制单元将确定在加工操作开始的时候将支撑和引导设备12定位的纵向位置。

自然地，本发明的原理保持不变，实施例和结构细节可与仅通过非限制性实例描述和示出的那些完全不同，而不会由此偏离如所附权利要求所限定的本发明的范围。