专利名称：：用于激光切割金属板的方法
技术领域：
：本发明涉及一种用于激光切割金属板的方法，包括具有至少一台第一切割机的第一生产线以用于将所述金属板切割成至少一个外围坯料(peripheralblank)，以及具有至少一台第二切割机的至少一条第二生产线以用于将所述外围坯料切割成多个更小的单个成品坯料。
背景技术：
：在生产中，金属板冲裁目前仍然是利用剪切机或冲压机和冲裁模的机械手段处理的。这些机械方法导致大的工程刮伤率或者在专用工具成本上以及在这些工具的存放、运输、维护和修理成本方面的大的资金支出。它们仅在要被切割的部件的种类数量较小时是理想的，要被切割的部件的种类数量较小导致较少的工具更换安装停工期。但是，在例如车辆模型的数量持续增加的当今市场中，专用工具数量的相应增加使机械加工更加昂贵并且不太适于少量的和灵活的制造。
发明内容因此，存在对这样的激光切割方法的需要，S卩，该方法能够实现坯料的切割而不需要昂贵的专用的或部件特有的工具，并且会带来提高的生产率和/或优化的坯料生产。优选地，这样的激光切割方法、尤其是激光冲裁方法，应该尽可能地灵活，即可以通过改变CNC软件部件程序来改变部件。要解决的问题是改进激光切割方法、尤其是激光冲裁方法，以便克服至少一些现有技术中的缺陷。根据本发明的技术方案涉及一种用于激光切割金属板的方法，尤其是一种激光冲裁方法，该方法包括如下步骤a)提供至少一台激光切割装置，b)提供要从金属卷材(coil)上切割的金属板，c)提供至少一个用于保持和维持所述金属板的保持设备，d)利用由所述至少一台激光切割装置发送的至少一束激光束来切割所述金属板，同时所述金属板被所述至少一个保持设备保持和维持在适当位置，其中，在步骤d)中i)首先通过包括至少一台第一切割机的第一生产线将所述金属板切割成至少一个外围坯料，以及ii)随后将至少一个外围坯料供应到包括至少一台第二切割机的至少一个第二生产线，以将所述外围坯料切割成多个更小的单个成品坯料，其中，所述第一生产线生产外围坯料的速度快于第二生产线的至少一台第二切割机能够将所述外围坯料切割成多个更小的单个成品坯料的速度。根据具体实施方式，本发明的方法可以包括一个或多个如下的特征-第一生产线生产外围坯料的速度是第二生产线的至少一台第二切割机能够将所述外围坯料切割成多个更小的单个成品坯料的速度的至少两倍。_在步骤C)中，所述金属板由所述保持设备真空吸力保持和维持在适当的位置。_在步骤C)中，所述金属板由所述保持设备的一个或多个桥轨模块真空吸力保持和维持在适当的位置，每个桥轨模块包括至少一个吸杯模块。-所述保持设备包括具有X轴和Y轴的刚性支承台架，一个或多个桥轨模块横跨所述台架的Y轴延伸，每个桥轨模块包括至少一个吸杯模块。-所述保持设备包括多个桥轨模块，每个桥轨模块包括多个吸杯模块。-每个吸杯模块与至少一个真空源流体连接。-一个或多个桥轨模块包括至少一个销定位器模块。-所述桥轨模块彼此平行。-所述设备还包括用于使要被切割的板沿着X轴运动的运动机构。-在切割期间所述支承台架使要被切割的基本平的金属板的表面处于非水平的位置。-在切割期间所述支承台架使要被切割的基本平的金属板的表面处于竖直位置。-所述支承台架是平的。-至少一台第一切割机和至少一台第二切割机是从激光切割机中选出的。-至少一台第一切割机和至少一台第二切割机是从光纤激光切割机、CO2激光切割机、圆盘光纤激光切割机和YAG激光切割机中选出的。-所述第一生产线以第一速度生产外围坯料，所述第一速度是将所述外围坯料切割成多个更小的单个成品坯料的第二生产线的至少一台第二切割机的第二速度的3-12倍。-所述第二生产线包括多台第二切割机，每台第二切割机将外围坯料切割成多个更小的单个成品坯料。-在步骤ii)中，至少一个外围坯料在被供应到所述至少第二生产线之前被堆叠。具体实施例方式在如下的描述中将结合附图详细解释本发明。本发明的一个实施方式涉及一种用于激光切割金属板的方法，包括以下步骤提供至少一台激光切割装置、将从金属卷材上切割的金属板和至少一个保持和维持所述金属板的保持设备；以及，利用由所述至少一台激光切割装置发送的至少一束激光束切割所述金属板，同时所述金属板由所述至少一个保持设备保持和维持在适当的位置。在切割步骤期间，首先通过包括至少一台第一切割机的第一生产线将所述金属板切割成至少一个外围坯料，随后将至少一个外围坯料供应到包括至少一台第二切割机的至少一条第二生产线，以将其切割成多个更小的单个成品坯料。所述第一生产线生产外围坯料的速度快于第二生产线的至少一台第二切割机能够将它们切割成多个更小的单个成品坯料的速度。为了实现与机械切割装置相同的生产率，可以以串联或并联构型使用多台激光切割机。本发明描述了一种具有两个工作站的模块化构型以及能够以最小风险和最大冗余实现本发明的装置。图1示出了用于激光切割操作的传统格架台。用于坯料支承的横跨所述台设置的带齿桥的格架9是可消耗的结构，并且只作为坯料部件的底部支承。这些类型的格架在沿着如图2所示的切割线11切割平的金属10期间不向下将材料保持就位，例如当材料的表面在切割期间由于热扭曲或残余应力或在切割期间在材料中引起的机械应力和/或热应力而移动时，这可能导致切割和/或质量问题。此外，支承格架结构的齿有时是在激光束的切割路径上，这有时可能产生切割质量缺陷，比如毛刺、碎屑、切割损失、凿槽等等。由于这些原因，优选地在本发明的台架中使用如图3和4中示出的设计台(engineeredtable)，以用于在执行根据本发明的方法时保持要被切割的工件。更确切地说，图3和4表示设置在要被用作本发明的方法的一个实施方式中的保持设备的设计台上的金属板10(即金属卷材)的俯视图，所述设计台包括7个桥轨模块1，所述桥轨模块1包括总计32个吸杯模块2。本领域普通技术人员将会意识到，桥轨模块1的数量可以高于或低于7个。所述桥轨模块1优选地彼此平行，但是每个桥轨模块还可以设计成相对于Y方向与其它桥轨模块具有不同的取向。这些桥轨模块在要被切割的工件被放在台上之前被固定在设计台上的适当位置。一旦工件处于固定位置，则启动所述吸杯模块以提供足够的吸力以便在切割期间将材料向下保持就位。图2、3和4示出了实现工件在设计台上方行进的连续卷材供应的示例。工件在每次行进结束时被周期性地停止。在图3中，示出设计台的桥轨模块就处于新的切割开始之前的位置，而图4中示出设计台的桥轨模块就处于新的切割线11和切割定位孔3结束之后的位置。为了能够实现这种工件供应和停止的周期性运动，可以将卷材阻滞环放置在类似这样的位置即，所述位置在连续的卷材模具冲裁操作中是常用的。激光切割已经在两个连续的桥轨模块1之间的平的金属板10(卷材)上完成。此外，还穿过形成坯料的金属板10切割出两个基准定位器孔3。图5示出了在图4的激光切割操作之后获得的外围坯料4。该外围坯料4已经在其端部处沿着所需的切割线11、11’被激光切割。线11’和11是在如图3和4中所示以及如上所述的两个连续的切割期间分别获得的。所述外围坯料4还包括两个基准定位器孔3。本领域普通技术人员将会意识到，基准定位器孔3的数量可以不是两个。代替具有可消耗的齿杆桥的传统的格架，在本发明的方法的一个实施方式的台架中，优选地具有一种重载的通用的灵活的设计台，该设计台不仅提供了对于激光切割机所必要的最小材料支承一即使该激光切割机没有任选地装备高度传感器闭环仿形(profiling)，而且提供了在切割期间用于将材料保持就位的装置。台架应具有重载结构。其应具有沿着至少一个X轴侧的X轴引导件。此外，其应该能够承受直接的或反射的激光照射而不产生过多的热扭曲。如果希望的话，桥轨模块可以平行于X轴或Y轴方向取向或者在X轴或Y轴方向的取向角度内。此外，这些桥轨模块不必须彼此平行。这样的设计台可以包括许多横跨Y轴(或平行于Y轴)延伸的必要的桥轨模块1。这些桥轨模块1可以沿着台架的X轴轨道滑动或移动，以便能够沿着台的X轴定位在任意位置上。可以将每个桥轨模块1从台上移除以便进行清洁和/或维修和安装。这些桥轨模块1是重载刚性结构，应该设计成尽可能窄以便分离的废料部分可以从中落下并且被台下的废料输送机收集。如有必要，部件程序可以添加额外的切割序列，以将工程废料切割成能够容易地从桥轨模块的栅格落下的更小的部分以便排出和收集。这些模块1还可以包括用于可选的水冷却系统的通道。可选地，没有从桥轨模块的栅格落下的工程废料部分可以通过不同的预设计装置排出和收集。每个桥轨模块1包括重载吸杯模块2和可以沿着桥轨调节的定位销模块5。可以使用需要数量的吸杯1和定位销模块5，只要它们在空间上可以适配在给定的桥轨模块1中。所述设计台架、桥轨模块1和吸杯模块2具有适当的经加工的、可以是平的或不平的表面以便提供局部部件支承，并且还具有吸力，该吸力提供了与将材料(即要被切割的金属板10)保持就位的夹紧张力相当的力，包括在吸杯模块2之间的空间内提供张力。这些模块2的支承表面还用作靠置在它们上面的坯料4的参考高度表面。这些支承表面可以相对于桥轨模块的表面升高，或者可选地可以设计成甚至与桥轨模块的表面平齐。图6和7示出了可以用于执行根据本发明的方法的保持设备的另一实施方式，其中一些桥轨模块1包括销定位模块5，所述销定位模块5用于探测/定位如上所述的穿过形成坯料4的金属板10的基准定位器孔3。图5和6表示从卷材供应站分离的外围坯料4，该外围坯料4将被进一步切割成许多更小的坯料件，而图7示出了在坯料4中被切割出之后的这些更小的坯料件6的其中5个。这些吸杯2和销定位模块5原则上根据嵌套(nesting)和激光头的部件程序路径来定位。在激光束打开时，切割聚焦头的路径12应该优选地决不会越过吸杯模块2；但其可以越过桥轨模块。这避免了部件倾翻而不落下，还避免了部件作为碰撞物体在切割头的路径上伸出。此外，还避免了由于热输入热位移或残余应力弹回而引起的材料移位，所述材料移位可导致部件的切割超出尺寸精度公差。这些吸杯2和销定位模块5应该优选地易于更换以实现清洁、维护或修理的目的。整个台是刚性的，可以在安装时调整水平以便所有吸杯模块2的表面位于在切割期间工件安放于其上的相同的参考高度表面处。在工作行程(workenvelope)上的小的高度变化是可以接受的，条件是它们不刮擦工件，也不使工件永久变形，并且高度差的斜率不超过一定阈值，如果超过该阈值则切割性能变化在工作行程上会失去控制。如图8A中所示，吸杯模块的所有元件加工成具有平齐的吸杯参考表面，在向下的吸力保持下工件靠置在所述参考表面上。这些元件可以是圆形、方形或任何合适的形状并且具有宽度Lc。可选地，可以具有用于压缩气体或空气供应和返回的快速断开器。吸杯模块2与至少一个真空源流体连接，所述真空源例如为真空泵、文氏管(Venturi)式吸力装置或能够形成负压的任何其它真空装置，所述负压即小于周围大气压的压力(<Iatm)，从而在吸杯模块2中获得吸力作用以便能够牢固地保持要被切割的工件。如图8B中所示，每个桥轨模块1必须是刚性的，因为它将用作参考高度表面。桥轨模块1还必须是重载的并且为了维护的目的而容易清洁。吸杯模块2的参考表面的宽度Lc可以小于或大于桥轨模块的宽度(或者如果是圆柱形的则是直径)Lb。在设计台上，吸杯模块2可以具有不同的尺寸和形状，但是应该安装成都具有在上面放置坯料的合适的参考表面位置。虽然在大多数情况下在切割期间设计台使工件处于水平位置，但是可选择地，本发明包括这样的安装即，在激光切割期间设计台可以使工件表面处在非水平位置或甚至是竖直位置。图9表示可以装备有用于执行本发明的方法的保持设备的高速激光冲裁装置的一个实施方式。正如可以看到的，该装置包括若干生产线20、21，其中第一生产线或卷材供应站用于切割和分离外围坯料4，第二生产线21或坯料供应站用于切割和分离单个成品件或坯料件6，所述成品件或坯料件6是从通过第一生产线20获得的外围坯料的进一步切割获得的。首先通过第一生产线的第一切割机将金属板(卷材)切割成外围坯料4，然后将所述外围坯料供应到至少一条第二生产线的一台或多台第二切割机，以将所述外围坯料切割成多个更小的单个成品坯料6。优选地，使用多台第二切割机并且它们并行工作。这些切割机是激光切割机，例如光纤激光切割机、CO2激光切割机、圆盘光纤激光切割机和YAG激光切割机。根据本发明的方法，第一生产线(即卷材供应站20)生产外围坯料的速度快于第二生产线(即坯料供应站21)的至少一台切割机的速度。实际上，卷材供应站20的每台激光机一般具有甚至比冲压模冲裁更短的每个成品件的循环时间。因此从生产线平衡循环时间的角度考虑，在卷材供应站20处不需要两台激光机。但是，在用于激光机的安装、维护和修理的停工期间允许有冗余。然而，推荐在坯料供应站21处使用至少两台激光机。换言之，从金属卷材供应的工件首先由包括至少一台激光切割机的第一生产线切割成至少一个外围坯料4，随后所述外围坯料被供应到包括至少另一台激光切割机的第二生产线，以便切割成多个更小的单个成品坯料6，其中，生产外围坯料4的第一生产线的切割和生产速度远大于生产单个成品坯料6的第二生产线的任何机器的切割和生产速度，优选地至少是两倍，更优选地是3-12倍。例如，第一生产线的激光机可以在4秒内生产一个外围坯料，而第二生产线的任何激光切割机在至少8秒内将由此获得的外围坯料进一步切割成多个成品件。由于这些原因，第二生产线的激光切割机的数量高于第一生产线的切割机的数量并与其成比例。例如，如果第一生产线仅装备1台激光切割机从而在5秒内生产一个外围坯料4，并且如果第二生产线的任何激光切割装置需要15秒来进一步切割外围坯料4，那么为了提高或优化生产率，建议在第二生产线中使用并行工作的至少两台、理想的是3台激光切割装置，以便实现连续的工作处理或者至少是具有最少外围坯料堆叠的处理。第一生产线生产外围坯料的速度快于第二生产线的一台切割机可以将所述外围坯料切割成多个更小的单个成品坯料的速度。优选地，第一生产线生产外围坯料的速度快于第二生产线的一台切割机可以将所述外围坯料切割成多个更小的单个成品坯料的速度。因此，优选地在坯料供应站具有至少两台激光切割机。优选地，每台激光机需要利用最大化的“光束打开(beam-on)”增值时间，S卩，材料操纵必须等待激光切割，没有其它方法。对于坯料供应站，激光切割机优选地具有双工作台，即，一侧是激光切割，而另一侧是被装载/卸载。卷材供应站分离出外围坯料轮廓，但如果是激光切割的话，可以进行额外的切割，优选地不分离出任何碎屑。这使得能够平衡在卷材供应站和坯料供应站之间的切割的长度。卷材每次行进时进行的切割通常需要花费几秒钟，一般是3-4秒，从而使得有充足的时间用于材料操纵，以便排出或堆叠所分离的外围坯料轮廓。当然，如上所述，在切割操作期间，要被切割的外围坯料4或单个成品件6由一个(或多个)装备有吸力模块2的设备牢固地保持，所述吸力模块2布置在桥轨模块1上，该桥轨模块1优选地还包括定位销模块5，尤其是当用在坯料供应站21中时。通过利用此原理进行设计，卷材供应站优选地不产生分离的碎屑，因此不会被排出碎屑所需要的时间阻碍或减慢。因此，对于卷材供应站的激光机简化了在切割期间的卷材支承系统。所述装置还包括用于使要被切割的板沿着X轴运动的运动机构。这种运动机构在现有技术中是公知的。此外，所述装置还可以包括用于激光切割的其它公知元件，例如一个或多个_用于产生激光束的激光发生器，例如光纤激光发生器，-用于切割金属板的激光切割头，-气体源，例如气体管道和/或气体缸或存储容器，用于容纳辅助气体或气体混合物并将其供应到激光头以用于在切割期间辅助所述激光束，-用于将激光切割头相对于工件移动的装置，以便沿着所需的轨线执行切割，-控制装置，例如CNC或类似物，以用于引导激光头、生产循环等，-等等。当然，还可以通过并行工作的多个激光切割头同时在工件中切割多个外围坯料。权利要求1.一种用于激光切割金属板的方法，包括a)提供至少一台激光切割装置，b)提供要从金属卷材上切割的金属板，c)提供用于保持和维持所述金属板的至少一个保持设备，d)利用由所述至少一台激光切割装置发送的至少一束激光束切割所述金属板，同时所述金属板被所述至少一个保持设备保持和维持在适当位置，其中在步骤d)中i)首先通过包括至少一台第一切割机的第一生产线将所述金属板切割成至少一个外围坯料，以及)随后将至少一个外围坯料供应到包括至少一台第二切割机的至少一条第二生产线，以将所述至少一个外围坯料切割成多个更小的单个成品坯料，其中，所述第一生产线生产外围坯料的速度快于第二生产线的至少一台第二切割机能够将外围坯料切割成多个更小的单个成品坯料的速度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一生产线生产外围坯料的速度是第二生产线的至少一台第二切割机能够将外围坯料切割成多个更小的单个成品坯料的速度的至少两倍。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤c)中，通过所述保持设备将所述金属板真空吸力保持和维持在适当的位置。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤c)中，通过所述保持设备的一个或多个桥轨模块将所述金属板真空吸力保持和维持在适当的位置，每个桥轨模块包括至少一个吸杯模块。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述保持设备包括具有X轴和Y轴的刚性支承台架，一个或多个桥轨模块横跨所述台架的Y轴延伸，每个桥轨模块包括至少一个吸杯模块。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述保持设备包括多个桥轨模块，每个桥轨模块包括多个吸杯模块。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，每个吸杯模块与至少一个真空源流体连接。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，一个或多个桥轨模块包括至少一个销定位器模块。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述桥轨模块彼此平行。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述设备还包括使要被切割的板沿着X轴运动的运动机构。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，至少一台第一切割机和至少一台第二切割机是从激光切割机中选出的。12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，至少一台第一切割机和至少一台第二切割机是从光纤激光切割机、CO2激光切割机、圆盘光纤激光切割机和YAG激光切割机中选出的。13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一生产线以第一速度生产外围坯料，所述第一速度是将外围坯料切割成多个更小的单个成品坯料的第二生产线的至少一台第二切割机的第二速度的3-12倍。14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二生产线包括多台第二切割机，每台第二切割机将外围坯料切割成多个更小的单个成品坯料。15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤ii)中，至少一个外围坯料在被供应到所述至少第二生产线之前发生堆叠。全文摘要一种用于激光切割金属板尤其是用于激光冲裁的方法，包括提供至少一台激光切割装置、要从金属卷材上切割的金属板和至少一个保持和维持所述金属板的保持设备，以及利用由所述至少一台激光切割装置发送的至少一束激光束切割所述金属板，同时所述金属板被所述至少一个保持设备保持和维持在适当位置。首先通过包括至少一台第一切割机的第一生产线将所述金属板切割成至少一个外围坯料，随后将至少一个外围坯料供应到包括至少一台第二切割机的至少一条第二生产线，以将其切割成多个更小的单个成品坯料。所述第一生产线生产外围坯料的速度快于第二生产线的至少一台第二切割机能够将它们切割成多个更小的单个成品坯料的速度。文档编号B23K26/38GK102216022SQ200980145992公开日2011年10月12日申请日期2009年11月9日优先权日2008年11月19日发明者C·L·卡里斯坦申请人:乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司