Achsredundanz steigert Dynamik beim Laserstrahlschneiden

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Werden Ecken mit einem sprunghaften Richtungswechsel von den Portalachsen verrundet gefahren, verringert dies das von diesem Teilsystem geforderte Beschleunigungsvermögen und insgesamt kann so ein höherer Vorschub erreicht werden. Dadurch entsteht ein Verrundungsfehler an der Schnittkontur.

Scanner-System kompensiert Konturfehler beim Laserschneiden

Diesen Konturfehler kann aber das Scanner-System kompensieren, indem es die Verrundung wieder zur gewünschten Bauteilkontur ausspitzt. Das Prinzip veranschaulicht Bild 2 (siehe Bildergalerie).

Dieser Kompensationsansatz erfordert eine genaue Koordination zwischen Achsportal und Scan-System. Daher wurde das erforderliche Zusammenspiel zwischen den beiden Systemen näher untersucht.

Da in praxisrelevanten Bauteilen nicht nur Ecken mit einem Winkel von 90° auftreten, wurden auch andere häufig auftretende Winkel betrachtet. Bei konstantem Verrundungsradius ergibt sich dabei für die Ausgleichsbewegung eine ausgeprägte Winkelabhängigkeit. Dies ist qualitativ aus Bild 3 ersichtlich.

Schnittgeschwindigkeit am Laserbrennpunkt konstant halten

Durch den identischen Verrundungsradius sind die theoretischen Anforderungen der Kreisbogenfahrt an das Achsportal konstant, der effektive Vorschub also für die drei Winkel α=45°, α=90° und α=135° gleichermaßen hoch. Die entlang der Verrundung zu schneidende Strecke ist jedoch unterschiedlich, was direkte Auswirkungen auf die Ausgleichsbewegungen des Scan-Systems hat.

Details der kombinierten Bewegung zeigt die Simulation. Es wurde näher betrachtet, wie eine ideal ausgespitzte Ecke durch das Zusammenspiel von Scan-System und Achsportal zu erzeugen ist.

Dabei wurde berücksichtigt, dass der Portalvorschub am Kreisbogen geringer ist als auf den Geraden. Nur so lässt sich die insgesamt höchste Schnittgeschwindigkeit erreichen. Die vorausgesetzte Randbedingung ist, dass die Schnittgeschwindigkeit am Laserbrennpunkt möglichst groß und konstant ist.

Achportal bremst Laserschneidgeschwindigkeit kurz vor dem Kreisbogen ab

Kurz vor Beginn des Kreisbogens muss das Achsportal abbremsen, um von der hohen Geradengeschwindigkeit auf die etwas niedrigere Kreisgeschwindigkeit umzuschalten. Schon auf dieser Bremsstrecke beginnt die Ausgleichsbewegung des Scan-Systems, um die Schnittgeschwindigkeit am Laserbrennfleck konstant zu halten.

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