[发明专利]用于借助激光束加工工件的机器

说明书

本发明涉及一种用于借助激光束加工工件，尤其是用于激光切割金属的机器，该机器包括工件夹持器、激光加工单元、用于使激光加工单元和工件夹持器相对运动的驱动单元、机器控制装置和供气设备，其中，供气设备具有至少一个气源、一个配属于激光加工单元的气体喷嘴、一个将气体喷嘴与至少一个气源连接的管路装置和至少一个布置在该管路装置中的、与气控单元连接的比例调压阀。

借助激光束可以对各种材料进行不同的加工。已知例如用于激光焊接，用于激光切割和激光打标尤其是金属的方法。聚焦激光束的能量密度足以使工件熔化或甚至使材料蒸发。

为避免损坏激光系统或不利地影响其光学性能，需要将在材料加工时借助激光产生的物质可靠地输出。为此，将高速的气体射束对准激光加工区域，为此目的在此所述类型的激光加工机器具有一个配备气体喷嘴的供气设备。此处在确定的激光加工方法中重要的是，气体射束的速度要能与特殊的加工工序匹配；这点特别适用于激光切割，其中，首先，即在激光束完全穿透材料厚度之前，气体速度低于随后进行的沿切割线切割材料时的速度。在此，在按本发明所述类型的机器中设置的供气设备的比例调压阀用于调整从气体喷嘴中喷出的气体射束的速度。因为气体的种类也会影响借助激光束进行材料加工的结果，所以，按本发明所述类型的机器的供气单元部分地包括多个提供不同气体的气源。

就所有前述的现有技术而言，例如JP 08174261 A、KR 1020060059652 A、DE 102005028243 A1、DE 69317313 T3、DE 202007015908 U1、DE102005049010 A1、DE 10154352 A1、DE 60216996 T2和WO 2004/087362 A2是相关的。

最后一个提到的专利文献在此公开了这样一种用于借助激光束加工工具的机器，在该机器中为了控制经过配属于激光加工单元的气体喷嘴的气流，可以设置一个比例式流量控制阀或伺服调节阀。后者在此尤其可以设计为气动流量控制阀，其中，根据气体压力控制该流量控制阀。

相对现有技术，本发明所要解决的技术问题是，提供一种开头所述类型的、具有很高功率潜力的机器。特别是力求为使加工时间尽可能短而借助激光束以至今未实现或不可实现的动力学进行材料加工和/或为了进一步改善产品质量而借助激光束更加精确地进行材料加工。

该技术问题按本发明通过一种用于借助激光束加工工件的机器解决，其中，比例调压阀包括一个压电气动前置级和一个由该前置级促动的气动功率级。比例调压阀的这种设计以极其惊人的方式形成一系列可能性的关键，如将在以下详细阐述的那样，这些可能性使机器的各种与实际相关的功率特征得到实质性的改善。

本发明应用的第一种可能在于，比例调压阀布置在激光加工单元上，即在激光加工单元的运动中与其一同运动。因为通过该比例调压阀具有压电气动前置级和由其促动的气动功率级的设计，该比例调压阀的重量相对现有技术减少了，使得比例调压阀直接在激光加工单元上的布置或安装不会对机器的动力性能造成不利的影响。因此在这些按本发明的机器中，激光加工单元能够以比布置有明显更重的磁控比例调压阀的激光加工单元上的情况实质上更大的动力运动。与比例调压阀静态的布置，即与该调压阀不与该激光加工单元一同移动而是通过一根软管或其它柔性的气体管路与布置在激光加工单元上的气体喷嘴连接的布置相比，获得实质性改善的加工精确度；由于不需要可变形的气体管路且比例调压阀和气体喷嘴之间的死空间减小，从气体喷嘴中射出的气体射束能够更精确地与激光束和通过该激光束当前进行的材料加工匹配。这对于可分别调节喷出速度的气体射束和在加工工序中进行气体交换的气体类型均适用。在本发明的应用中实现的特别大的工艺流程动力的另一些方面还在于特别快的气体交换或从气体喷嘴中喷出的气体射束的速度不仅特别精确而且特别快地变化。为了前述这些方面，本发明的一个尤其优选的扩展设计的特征在于，比例调压阀与安装在激光加工单元上的气体喷嘴特别近地，优选与其直接相邻地布置。

根据调压阀按本发明具有压电气动前置级的设计可以使调压阀以24V的工作电压工作，其中，即使在功率侧的开关功率较高时压电气动前置级的电功率消耗也小于50毫瓦，优选最大为30毫瓦，这也对按本发明的用于激光加工工件的机器的实际应用是特别有利的。