用于控制激光切割設備的方法和nc零件程序的制作方法

專利名稱：用于控制激光切割設備的方法和nc零件程序的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于控制激光切割設備借助激光束從一個管切割多個管零件的 方法，一種用于控制激光切割設備借助激光束從一個管切割一個管零件的NC零件程序，以 及相應的計算機程序產品。在本申請范圍內管被理解為一種長形物體，其長度通常明顯大于其橫截面并且該 物體由基本上非柔性的材料制成。管可以具有任意的、開口的或者封閉的橫截面形式，其 中，圓形管和矩形管是最常用的管。通過激光切割用管制成的管狀構件在本申請范圍內被 稱為管零件。
背景技術：
圖1示出一種作為“TruLaser Tube”已知的加工設備1，用于激光切割管2，該加 工設備被稱為激光切割設備并且用于加工具有任意橫截面形式的管。該示出的激光切割設 備1包括用于從側面對激光切割設備1供給待切割管2的供給裝置3、用于從管2激光切割 管零件的加工裝置4和用于從激光切割設備1卸下被切斷的管零件的卸料裝置5。激光切 割設備1的所有主要功能借助數控裝置6控制。供給裝置3包括用作工件運動裝置的轉動和進給裝置7以及具有導軌9的床身8 和穿透裝置10。該轉動和進給裝置7可馬被達驅動沿進給方向11在導軌9上移動。該轉 動和進給裝置7在朝向待供給的管2的一側具有夾緊裝置12，該夾緊裝置在雙箭頭13的方 向上受控制地可轉動并且從外部包圍且位置固定地夾持所供給的管2。該供給的管2被集 成在床身8中的工件支承裝置14支承。在加工裝置4的區域中，該管2通過穿透裝置10 導向。穿透裝置10這樣設計，使得夾入的管2在進給方向11上被導向但不是位置固定地 被夾持。該管2在穿透裝置10中繞轉動軸線13可轉動。該加工裝置4包括用于產生激光束16的激光束源15、加工頭17和用于將激光束 16從激光束源15導向到加工頭17的光束導向裝置18。該激光束16從加工頭17中射出 并且聚焦在夾緊的管2的外圓周面上。在穿透裝置10的背離床身8的一側設有卸料裝置 5，該卸料裝置將從管2切割的管零件以及剩余管從激光切割設備1中導出。為了提高激光切割設備1的生產率，在圖1中示出的激光切割設備1具有作為自 動化部件的裝料裝置19，借助該裝料裝置將管2自動輸送到傳送位置并且傳送給激光切割 設備1的供給裝置3。由激光切割設備1和裝料裝置19組成的機器組件被稱作為加工單元 20 (Flexible Manufacturing Cell，柔性加工單元，縮寫 FMC)。當通過裝料裝置19供給的管2被安置到傳送位置中時，轉動和進給裝置7起先位 于遠離加工頭的初始位置。為了管加工，轉動和進給裝置7從其具有打開的夾緊裝置12的 位置向所供給的管2的方向移動這樣遠，直到管2的背離加工頭17的端部到達夾緊裝置12 內部。夾緊裝置12被閉合并且由此管2被位置固定地夾持在轉動和進給裝置7上。該轉 動和進給裝置7和管2 —起向加工頭17方向運動。在此，首先管2以其朝向加工頭17的 端部進入到穿透裝置10中并且在進給方向11上穿過穿透裝置10運動，其中，管2在穿透
4裝置10中可繞轉動軸線13轉動。管2通過轉動和進給裝置7在進給方向11上相對于加 工頭17的移動運動調整到希望的加工位置。加工設備的控制借助數控進行，這些數控也被稱為NC控制，其中NC為英語概念 "Numerical Control”的縮寫。從1970年代初期開始硬連線的NC控制被計算機控制的NC 控制替代，計算機控制的NC控制被稱為CNC控制(Computerized Numerical Control，計 算機數控)。現代NC控制僅基于微處理器技術，使得NC控制和CNC控制的概念實際上同 義地使用。微處理器技術NC控制的主要優點在于，統一的并且大量存在的硬件部件通過執 行不同的軟件組件能夠適配于特殊的加工設備和制造任務。現代NC控制的現狀例如在由 Springer出版社出版的、Manfred Week所著的教科書《機床制造系統》第四冊《機器和設備 的自動化》中描述。NC控制一般分為三個控制單元· MMC控制單元(Man-Machine-Communication，人機交流)作為數據輸入和可視 化單元 適配控制單元作為中央控制單元，該控制單元也被稱為SPS或者PLC，其中， SPS為概念存儲器可編程的控制的縮寫，該概念在英語中被稱為Programmable Logic Controller (可編程邏輯控制器)，縮寫PLC· NC控制單元通過MMC控制單元輸入的數據或者控制命令在NC控制單元中被編碼并且按照幾 何數據、工藝數據和轉換功能分開地被進一步加工。幾何數據例如包括關于要移動的刀具 和工件路徑(加工頭運動和管運動)的位移信息，而工藝數據例如包括加工參數，如進給 速度和激光束功率。轉換命令例如控制刀具更換、零件供料(管裝料)和零件取出(管卸 料)。轉換命令被傳輸到SPS控制單元，其中，該SPS控制單元與來自加工設備的反饋連接 并且根據步進式執行的控制程序變換成用于要轉換的機組的控制命令。幾何和工藝數據根 據NC控制單元的調用產生加工設備的相應軸向運動命令。為了可視化，NC和SPS控制單 元將當前機器狀態傳輸給MMC控制單元。三個控制單元MMC控制單元、SPS控制單元和NC控制單元早先由于有限的處理器 能力而被作為分開的處理器(多處理器技術)實現。現代處理器可以有如此性能，以致即 使一個單個處理器(所謂單處理器技術)也可以提供所需要的能力。對于具有單處理器技 術的NC控制，只在軟件層次上將MMC控制單元、SPS控制單元和NC控制單元分開。為了控制加工設備，NC控制需要一個合適的控制程序，該控制程序也被稱為NC程 序。每個給加工設備的指令(按DIN碼編碼)以所謂功能的形式表達。每個加工方法所需 要的基本功能在國際規則中特別是在DIN標準66025中被明確描述。屬于基本功能的有到 指定位置的移動信息、描述零件輪廓曲線(板件、管件)的幾何信息以及用于制造輪廓(例 如激光切割)的工藝信息。除了在DIN碼中定義的基本功能，機器制造商為其加工設備開 發了專用NC功能和對應的加工方法。例如在激光切割管時對于不同的壁厚需要不同的切 入法，這些切入法可以分別通過各自的NC功能調用。為了自動制定NC程序，機器制造商和軟件公司開發了所謂編程系統。編程系統了 解基本的和專用的NC功能并且知道需要哪些工藝數據以及哪些規則適用于加工。由此可 以自動地定義加工并且生成NC程序。專用的NC功能被存儲在機器制造商的編程系統中并且被制成文件，使得程序員可以使用NC功能而不必了解其DIN碼。現在程序員自身不需要 傳統的編程知識，他的專業知識在于尋找最優的加工參數和加工策略。圖2示出圖1的激光切割設備1的數字式控制裝置6，該控制裝置包括用于控制激 光切割設備1和加工單元20的全部硬件元件和軟件元件。控制裝置6在硬件方面包括MMC控制單元30以及用于手動操作激光切割設備 1和加工單元20的機器控制板35和具有集成的NC控制單元37和SPS控制單元38的 NCU (Numerical Control Unit，數控單元)組件36，控制單元30具有例如構造為工業PC的 控制計算機31和操作裝置32，該作裝置32具有作為顯示單元的屏幕33和作為輸入單元的 鍵盤34。控制裝置6的所有硬件元件通過(沒有示出的)總線系統相互連接，其它控制元 件可以連接在該總線系統上。MMC控制單元30以及具有NC控制單元和SPS控制單元37， 38的NCU組件36在實施例中構造為兩個分開的元件。替換地，MMC控制單元、NC控制單元 和SPS控制單元30，37，38可以構造為三個分開的部件或者以單處理器技術構造為一個整 體處理器。控制計算機31和NCU組件36可以安置在從屬于該激光切割設備1 (沒有示出 的)開關柜中。控制裝置6在軟件方面包括用于控制自動化部件(裝料裝置19)的操作元件以及 用于任務管理、刀具管理和托板管理的軟件模塊，這些軟件模塊被組合為用于加工單元的 操作軟件39 (加工單元操作軟件、FMC軟件)。在控制計算機31上除了用于加工單元的FMC 軟件39外還安裝了用于激光切割設備的操作軟件40 (機器操作軟件、MMC軟件)、用于管理 NC程序的程序管理器41以及必要時的其它應用例如編程系統42。為了能夠在編程系統中調整用于待切割的管零件的、被稱為NC零件程序的NC程 序，程序員需要管零件的結構設計圖，該結構設計圖被載入到編程系統中。該管零件的結構 設計借助設計系統43 (CAD系統)或者組合的設計編程系統44(CAD/CAM系統)實現，其中 縮寫CAD和CAM代表計算機輔助設計和計算機輔助制造。完成的結構設計圖被保存在為此 設置在網絡45中的公共CAD數據存儲器46中，在需要時程序員可以訪問該CAD數據存儲
ο用于激光切割管零件的NC零件程序可以以兩個不同的方式制定。在第一種情況 下NC零件程序在工作準備中借助編程系統制定并且傳輸到控制裝置6上。已經讀入的NC 零件程序可以通過操作裝置32事后修改或改正。在第二種情況下機器操作者手動地在MMC 控制單元30的操作裝置32上制定NC零件程序。在圖2示出的實施例中除了控制計算機 31上的編程系統42外在網絡45中安裝了另外的編程系統，呈組合設計編程系統44(CAD/ CAM系統)和純編程系統47 (CAM系統)的形在。控制計算機31和編程系統42，44，47與 CAM數據存儲器48連接，編程員和機器操作者可以在該CAM數據存儲器上讀取。編程員將 完成的NC零件程序保存在CAM數據存儲器48中。機器操作者可以訪問CAM數據存儲器48 并且將NC零件程序從CAM數據存儲器48輸入到控制計算機31的程序管理器41中。NC零 件程序到程序管理器41中的數據傳輸也可以通過存儲介質例如CD-ROM或者USB存儲器進 行，使得沒有保存在CAM數據存儲器48中的NC零件程序也可以輸入到程序管理器41中。為了在激光切割設備1上制造管零件，機器操作者在FMC軟件39中制定在圖1中 示意地表示的任務表49，在該任務表中對于每個管零件施加一個零件任務49a，49b，在該 零件任務中除了對應的NC零件程序的程序名還外說明了管零件的件數。在施加時將狀態”
6閉鎖”或者“釋放”分配給零件任務49a，49b。在激光切割設備1上只加工被釋放的零件任 務，即具有“釋放”狀態的零件任務。閉鎖的零件任務，即具有“閉鎖”狀態的零件程序不能 被加工并且因此在自動布設管時不被考慮。當釋放的零件任務在激光切割設備1上被加工 時，FMC軟件39在任務表49中示出“激活”狀態。已正常加工的零件任務在任務表中具有 “結束”狀態。為了管零件在管2上柔性地布設，在用于待切割管零件的NC零件程序中既沒有定 義激光切割機器1用管2裝料也沒有定義剩余管的卸料。該NC零件程序定義該管零件通 過激光切割加工并且切割的管零件從激光切割設備1送出，相反，激光切割設備1以管2裝 料和剩余管從激光切割設備1卸料通過存儲在裝料程序和卸料程序中的NC功能控制。這些定義管零件的激光切割的“切割”被劃分為用于切割管零件的始端幾何形狀 的始端分離切割、用于切割終端幾何形狀的終端分離切割以及必要時的用于在管零件上切 割輪廓的輪廓切割。當一個管零件的始端分離切割同時是前一管零件的終端分離切割時， 在管零件之間存在公共分離切割(GTS)。已知的激光切割設備1和對應的編程系統“TruToPs Tube”區分用于激光切割管 零件的四種NC程序無公共分離切割的加工程序(標準程序)、具有公共分離切割的加工 程序(GTS程序)、修邊程序和下料程序。標準程序包括管零件的始端分離切割、輪廓切割和 終端切割。當相鄰的待切割管零件具有公共的分離切割時，應用NC程序“GTS程序”和“修 邊程序”。在此修邊程序實施管零件的始端分離切割并且GTS程序實施管零件的輪廓切割 和終端切割。為了減少加工費用并節省材料，采用具有公共分離切割的加工。下料程序用 于實施最后的管零件的始端分離切割和輪廓切割。圖3a示出管零件50連同作為始端幾何形狀50a的90°幾何形狀、作為終端幾何 形狀50b的90°幾何形狀和設置在管零件50上的輪廓50c。圖3b示出具有四個相同的管 零件50的管2的布設，它們相繼地作為第一、第二、第三和第四管零件51，52，53，54設置在 管2上并且具有始端幾何形狀51a-54a、輪廓51c_54c和終端幾何形狀51b_54b。為了制造 四個相同的管零件51，52，53，54，該已知的激光切割設備1需要三個NC程序，即修邊程序、 GTS程序和下料程序。修邊程序執行第一管零件51的始端幾何形狀51a的始端分離切割 并且GTS程序執行第一管零件51的輪廓51c的輪廓切割和終端幾何形狀51b的終端切割。 GTS程序被第二次和第三次執行并且產生第二和第三管零件52，53的輪廓52，53c的輪廓切 割和終端幾何形狀52b，53b的終端切割。第四并且最后的管零件54以下料程序制造，該下 料程序執行該最后的管零件54的始端幾何形狀54a的始端分離切割和輪廓54c的輪廓切 割。因為在第一和第二管零件51，52之間以及在第二和第三管零件52，53之間可實現公共 分離切割，所以不需要用于第二和第三管零件52，53的單獨的始端切割。因為管長度通常 不是精切已知的，所以在管2的始端切下一個條55，以便產生定義的零點。對于第四管零 件54要考慮，管2在死區56中不能通過激光切割加工，在該死區中激光切割設備1的夾緊 裝置12夾緊管2。因為在夾緊裝置12的死區56中不可以通過激光束進行終端分離切割， 所以，只要管端部57的幾何形狀等同于第四管零件54的終端幾何形狀54b，管端部57就 被定義為第四管零件54的終端幾何形狀54b并且該始端分離切割確定第四管零件54的始 端。剩余材料58在第三和第四管零件53，54之間產生。對于管端部57不等同于第四管零 件54的終端幾何形狀54b的情況，夾持裝置12的死區56中的管2不能被使用并且因此不能制造第四管零件54。對于第一管零件51的始端幾何形狀51a為90°幾何形狀并且管始 端59相當于第一管零件51的始端幾何形狀51a的情況，可以取消修邊程序。

發明內容
相反，本發明的任務在于，如下擴展用于控制激光切割設備的方法減少為了從管 上切割多個管零件所需的、用于待切割管零件的不同NC程序的數量。根據本發明，該任務由此解決對于待切割管零件中的每一個，制訂一個具有用于 切割始端幾何形狀的始端分離切割和用于切割對應管零件的終端幾何形狀的終端分離切 割的NC零件程序，基于該NC零件程序進行待切割管零件的加工，其中，當存在確定的加工 邊緣條件時，至少對于一個要切割的管零件，撤銷在對應的NC零件程序中編程的始端分離 切割或者終端分離切割，因此在加工時不實施。優選對于要切割的管零件中的一個或者多 個，在對應的NC零件程序中也編程輪廓切割，其中，該輪廓切割在存在確定的加工邊緣條 件時被撤銷并且因此在加工時不被實施。根據本發明的NC零件程序替代已知激光切割設備1的NC程序“標準程序”、“修 邊程序”、“GTS程序”和“下料程序”。根據本發明，一個管的所有相同管零件用唯一一個NC 零件程序加工，與管零件在管上的位置無關，即，不取決于涉及管上的第一管零件、最后管 零件還是中間管零件。在這樣的加工邊緣條件下對于兩個相鄰的待切割管零件，第一管零件的終端幾 何形狀和第二管零件的始端幾何形狀是相同的并且允許激光束在第一管零件的終端幾何 形狀上和第二管零件的始端幾何形狀上切入，有利地或者將第一管零件的編程的終端分離 切割、或者將第二管零件的編程的始端分離切割在第一或者第二管零件的NC零件程序中 撤銷并且因此在加工時不實施。對于布置在激光切割設備的死區中的待切割管零件，有利地在這樣的加工邊緣條 件下該管零件的終端幾何形狀相當于管端部的幾何形狀并且布置在管端部上，將該管零 件的NC零件程序中該管零件的編程的終端分離切割撤銷并且因此在加工時不實施。對于布置在激光切割設備的死區中的待切割管零件，有利地在這樣加工邊緣條件 下在該管零件的始端幾何形狀與前一管零件的終端幾何形狀之間存在一個間隙，將該管 零件的NC零件程序中的始端分離切割激活并且因此在加工時實施。對于第一待切割管零件有利地在這樣的加工邊緣條件下，S卩，管始端的幾何形狀 與該第一管零件的始端幾何形狀相同，將該第一管零件的NC零件程序中該第一管零件的 編程的始端分離切割撤銷并且因此在加工時不實施。本發明也涉及一種用于借助激光束從管切割管零件的控制激光切割設備的NC零 件程序，其中，在該NC零件程序中編程用于切割始端幾何形狀的始端分離切割和用于切割 管零件的終端幾何形狀的終端分離切割，并且，根據本發明，該管零件的始端分離切割和終 端分離切割在NC零件程序中可撤銷。優選在NC零件程序中也編程一可撤銷的輪廓切割。始端分離切割、輪廓切割和終端分離切割優選作為單獨的子程序編程，這些零件 程序有利地可從數據庫中選擇。特別優選在管零件的NC零件程序中定義管零件特性“對相同的管零件可GTS”、 “對不同的管零件可GTS”、“可下料切割”、“可轉動量A錯位”、“可移動量A錯位”以及“可翻轉”中的一個或者多個。管零件特性“對相同的管零件可GTS”這樣定義，即，可以在該管零 件的始端幾何形狀和終端幾何形狀上進行激光束的切入，該管零件可以移動量X錯位，并 且，該管零件的始端和終端幾何形狀是相同的。管零件特性“對不同的管零件可GTS”這樣 定義，即，在該管零件的始端幾何形狀和終端幾何形狀上可以進行激光束切入，該管零件可 移動量X錯位。管零件特性“可下料切割”這樣定義，即，在夾持裝置的死區中不進行輪廓 切割并且該管零件的終端幾何形狀與管端部、特別是與90°的幾何形狀一致。本發明也在用于實施上面所述的、用于控制激光切割設備的方法的計算機程序產 品中實現。本發明其它的優點從權利要求、說明書和附圖中得出。上面提到的以及還要進一 步描述的特征也可以單獨地或者多個任意組合地應用。所示出和描述的實施例不應理解為 窮舉，而是具有用于描述本發明的示范性。


附圖示出圖1已知的用于切割管的激光切割設備；圖2圖1中示出的已知的激光切割設備的數字式控制裝置；圖3a，b管零件和具有所有切割的管，這些切割是借助已知的NC程序從一個管切 割四個相同的管零件所需的；圖4a_e兩個不同的管零件以及管零件的非拼插的和拼插的布置，以便解釋程序 員在制訂根據本發明的NC零件程序時所定義的管零件特性；圖5以流程圖的形式示出用于優化具有多個待切割管零件的管的布設的方法的 各個步驟；圖6a，b以流程圖的形式示出根據本發明的用于控制激光切割設備的方法的第一 實施方式的各個步驟；和圖7以流程圖的形式示出根據本發明的用于控制激光切割設備的方法的第二 實施例的各個步驟。
具體實施例方式在制訂根據本發明的、用于待切割管零件的NC零件程序時，程序員定義管零件特 性，這些管零件特性說明管零件的始端分離切割和/或終端分離切割是否可以被撤銷。屬 于管零件特性的有“與相同的管零件可GTS”、“與不同的管零件可GTS”、“可下料切割的”、 “可轉動量A錯位”、“可移動量X錯位”以及“可翻轉或者可鏡像”，在此GTS代表概念“公共
(gemeinsamer Trennschnitt)的縮寫。如果在一個管零件的始端幾何形狀和終端幾何形狀上允許激光切入，允許管零件 相應地移動并且該管零件的始端幾何形狀與終端幾何形狀一致，則該管零件是與相同的管 零件可GTS的。如果在一個管零件的始端幾何形狀和終端幾何形狀上允許激光切入并且 允許管零件相應地移動，則該管零件是對一不同管零件可GTS的。但只有當此外管零件的 始端幾何形狀與前面的管零件的終端幾何形狀一致時，分離切割才可被實施為公共分離切 割。因為在制訂NC零件程序時還未知待切割管零件在管上的順序，所以在以后才能決定，分離切割實施為公共分離切割并且撤銷一個管零件的始端切割。如果在夾緊裝置12的死 區56中不進行輪廓切割并且管零件的終端幾何形狀是90°幾何形狀并且與管端部一致， 則該管零件是可下料切割。管2在加工時通過夾緊裝置12夾緊并且在夾緊裝置12包圍管 2的區域中不能被激光束16加工。該死區56是機器的特有參數，該參數可以以在加工設備 與加工設備之間不相同。圖4a示出第一和第二管零件60，61連同它們的始端幾何形狀和終端幾何形狀。第 一管零件60具有作為始端幾何形狀62的90°分離切割和作為終端幾何形狀63的45°分 離切割，而第二管零件61具有作為始端幾何形狀64的45°分離切割和作為終端幾何形狀 65的60°分離切割。因為這兩個管零件60、61的終端幾何形狀63、65是不同于90°的傾 斜切割，所以兩個管零件60、61不是“可下料切割的”。為了使一個管零件是可以下料切割 的，該管零件的終端幾何形狀必須相應于管端部，該管端部是90°幾何形狀。以圖4a中的兩個管零件60、61為例解釋其它管零件特性“可轉動量A錯位”、“可 移動量X錯位”和“可翻轉”管零件特性“可轉動量A錯位”和“可移動量X錯位”說明，在拼插時管零件是否 能夠繞轉動軸線13轉動(A錯位)和在進給方向上11上移動(X錯位)以及轉動和移動多 遠。可轉動性例如對于在縱向方向上具有焊縫的管是有意義的。如果縱縫在所有已切割的 管零件上應當具有相同的定向，這些管零件在管布放時不允許相對扭轉并且這些管零件不 是可轉動的。圓管由于圓柱對稱性而可繞管軸線或者轉動軸線13轉動任意角度，而矩形管 可轉動180°的整數倍。具有正方形橫截面的管是矩形管的一種特殊情況并且可轉動90° 的整數倍。可移動例如對于這樣的管零件是有意義的，這些管零件在始端幾何形狀和終端 幾何形狀的區域內對表面質量有高要求。通過激光束在始端幾何形狀和終端幾何形狀上切 入，該激光束16的一部分射到管上，例如到對面的管內側上，在那里可以導致管零件變色。 如果不希望管零件在始端和終端幾何形狀區域中變色，則該管零件不允許移動或者僅允許 在有限范圍內移動。當管零件的質量不應受到在激光束16切入時產生的熔化飛濺物影響 時也是這種情況。管零件特性“可翻轉”說明，管零件是否可以水平翻轉。如果管零件可翻轉、可轉 動和可最大地移動，對于與相同管零件不可GTS的管零件，仍然可撤銷一個相同管零件的 始端分離切割。圖4b示出兩個相同管零件60的兩種布置66a，66b，這兩個管零件前后相繼地布 置為一個前面的管零件60a和一個后面的管零件60b。兩個管零件60a，60b不能通過轉動 和移動相互拼插。通過后面的管零件60b水平翻轉，后面的管零件60b繞轉動軸線13轉動 180°并且接著在進給方向11上移動量A錯位，可以使后面的管零件60b與前面的管零件 60a拼插。翻轉后的后面的管零件用60b*標記。因為前面的管零件60a的終端幾何形狀 63a與水平翻轉的后面的管零件60b*的始端幾何形狀63b是相同的，前面的管零件60a的 終端分離切割可以實施為兩個管零件60a，60b的公共分離切割，使得后面的管零件60b*的 始端分離切割被撤銷并且不被實施。圖4c示出兩個相同的管零件61的三種布置67a，67b，67c，這兩個管零件前后相繼 地布置為前面的管零件61a和后面的管零件61b。在此，第一布置67a示出呈不套形式的管 零件61a，61b，而布置67b，67c的管零件相互連接。在第二布置67b中后面的管零件61b移動了 Xbb錯位。在第三布置67c中后面的管零件61b水平翻轉(61b*)，繞轉動軸線13轉動 180°并且接者移動了 Xbb錯位。第二和第三布置67b，67c的所布放的管長度一致。具有水 平翻轉的管零件61b*的第三布置67c的優點在于，后面的管零件61b*的始端分離切割被撤 銷并且因此不必實施。圖4d，e示出圖4a的較長的管零件60和較短的管零件61，它們以非拼插的布置 68a, 69a和拼插的布置68b，69b示出。圖4d示出較短的管零件61，該較短的管零件布置在 較長的管零件60后面。該后面的較短的管零件61可以移動Xab錯位而與前面的較長的管 零件60拼插，使得后面的管零件61的布放管長度減少Xab錯位。如果管零件60、61可最大 移動，可撤銷后面的管零件61的始端分離切割，因為前面的管零件61的終端幾何形狀和后 面的管零件61的始端幾何形狀64 —致。圖4e示出較長的管零件60，該較長的管零件布 置在較短的管零件61后面。通過轉動和移動，這兩個管零件61、60可以不相互拼插。只有 當后面的較長的管零件60水平翻轉(60*)時，兩個管零件61，60*才能拼插。通過繞轉動軸 線13轉動180°并且在進給方向11上移動量Xba錯位，后面的管零件60*的布放的管零件 長度減少了 Xba錯位。因為前面的管零件61的終端幾何形狀63和后面的管零件60*的始 端幾何形狀64不一致，后面的管零件60*的始端分離切割不能撤銷，而是保持在“有效”狀 態并且被實施。圖5以呈流程圖形式示出用于布設具有多個待切割管零件的管的優化方法的各 個方法步驟Sl至S13。該優化方法包括具有步驟Sl至S5的第一方法段、管的長度測量(步 驟S6和S7)以及具有步驟S8至S13的第二方法段。在第一步驟Sl中，在FMC軟件39的任務表49中施加并且釋放用于待切割管零件 的零件任務49a，49b。在第二步驟S2中檢查，是否實施了該管零件與任務表的具有”釋放” 狀態的不同管零件以及與相同管零件的拼插并且已經存在拼插結果。在插時兩個管拼計算 一個管零件相對于另一管零件的可能的扭轉(A錯位)和/或移動(X錯位)。程序員在制 訂NC零件程序時通過特性“可轉動量A錯位”和“可移動量X錯位”來確定管零件是否可轉 動和/或移動并且轉動和/或移動多少。拼插基于具有始端和終端幾何形狀的三維管零件 在兩維平面中的展開。如果步驟S2的檢查結果是負(N)并且管零件的拼插沒有實施或者 沒有完全實施，那么在第三步驟S3中計算管零件與相同管零件以及與任務表的所有被釋 放的管零件的拼插，計算出的拼插結果(X錯位和A錯位)在在第四步驟S4中被存儲。步 驟S3和S4被稱為準備計算。或者在步驟S4之后，或者在步驟S2的檢查結果為正(J)時， 在第五步驟S5中檢查，是否對所有要加工的管零件施加和釋放了零件任務。如果步驟S5 檢查的結果是負(N)，以Sl繼續進行第一方法段并且對一管零件釋放或者施加另一零件任 務。如果步驟S5的檢查結果是正(J)并且對所有待切割管零件在任務表中施加和釋放一 零件任務，結束該優化方法的第一方法段。在第六步驟S6中進行管的長度測量并且在第七步驟S7中將管長度的測量值從測 量裝置傳輸到激光切割設備1的控制裝置6上。在控制裝置6在步驟S7中得到了管長度的 測量值之后，本發明方法的第二方法段開始。在第八步驟S8中確定第一管布設方案，對于 管布設方案，計算管零件長度的總和(管零件總和)并且借助第一方法段的準備計算(步 驟S3和S4)的拼插結果計算出布設的管長度。第一管布設方案與管零件總和以及在第九 步驟S9中布設的管長度一起被存儲為“最佳管布設”。在第十步驟SlO中檢查，是否管布設方案的計算已中斷或者結束。如果步驟SlO的檢查結果是正(J)并且管布設方案的計算結 束，則該優化方法結束，在步驟S9中作為“最佳管布設”存儲的管布設方案是該優化方法的 結果。如果步驟SlO的檢查結果是負(N)并且繼續進行其它管布設方案的計算，則在第十一 步驟Sll中確定另一管布設方案，對于該管布設方案，計算管零件總和以及布設的管長度。 該另一管布設方案的管零件總和在第十二步驟S12中與在第九步驟S9中存儲的“最佳管布 設”的管零件總和相比較。如果步驟S12的比較的結果是較小(N)，即該另一管布設方案的 管零件總和比“最佳管布設”的管零件總和小，則將在步驟Sll中計算的管布設方案放棄并 且以步驟SlO繼續進行本發明方法。如果相反，步驟S12的比較結果是較大(J)，即該另一 管布設方案的管零件總和比“最佳管布設”的管零件總和大，那么以步驟S9繼續進行本發 明方法并且現在將該另一管布設方案連同管零件總和以及布設的管長度一起作為“最佳管 布設”存儲。如果步驟S12比較的結果是相等(G)，即該另一管布設方案的管零件總和相當 于“最佳管布設”的管零件總和，那么在步驟Sll中將計算的布設管長度在第十三步驟S13 中與“最佳管布設”的布設管長度比較。如果步驟S13比較的結果是較大或相等(N)，那么將 在步驟Sll中確定的管布設方案放棄并且以步驟SlO繼續進行本發明方法。如果步驟S13 比較的結果是較小(J)，那么以步驟S9繼續進行該方法并且將該另一管布設方案連同管零 件總和以及布設管長度作為“最佳管布設”存儲。該“最佳管布設”例如相對于所有其它計 算出的管布設方案的優點在于，管零件總和最大并且在管零件總和相同的情況下布設的管 長度最小。為了限制用于準備計算的時間，在圖5中示出的方法中為了優化管布設只考慮任 務表中的被釋放的零件任務，即具有“釋放”狀態的零件任務。如果有足夠的時間用于準備 計算，除了釋放的零件任務外也可以計算管零件與鎖止的零件任務的拼插，即具有“閉鎖” 狀態的零件任務。也可以是，管零件與相同管零件和與不同管零件的拼插在對應的NC零件 程序被輸入到程序管理器41中時就已計算。在這種情況下大大提升了所需要的時間花費 和存儲器要求。一個零件任務通常涉及單個管零件，該管零件通過對應的NC零件程序明確地標 識。如果管零件要組件式地制造，可將該組件的不同管零件組合為一個任務。在這種情況 下該任務包括各個管零件的全部NC零件程序。用于管零件的零件任務不必施加在FMC軟件39中，而是可以在FMC軟件外部在一 編程系統中制定。接著將任務表與NC零件程序一起輸入到FMC軟件39中。管零件的相互 拼插的計算可以同樣在編程系統中進行。拼插結果則與任務表一起輸入到FMC軟件39中。圖6a，b以流程圖形式示出根據本發明的用于控制激光切割設備的方法的第一實 施例的各個方法步驟。根據本發明的用于控制激光切割設備的方法能夠有利地與圖5中描 述的用于優化具有多個待切割管零件的管的布設的方法相組合。圖6a示出根據本發明的用于控制激光切割設備的方法的第一方法段。在圖5中 示出的優化方法的第一方法段包括步驟Sl到S5。當在步驟Sl中釋放了一個用于管零件的 零件任務之后，在步驟S21中檢查，是否進行了該零件與相同零件和與已釋放的不同管零 件的拼插(相應于圖5中的步驟S2)并且是否確定了可能撤銷。如果步驟S21的檢查結果 是負(N)，在步驟S3中計算該管零件的拼插。在步驟S3之后在步驟S22中檢查，是否該管 零件對相同管零件是可GTS的。如果步驟S22的檢查結果是正(J)，在步驟S23中對于該
12管零件的始端分離切割確定狀態“撤銷”。在步驟S23之后或者當步驟S22的檢查結果是負 (N)時，在步驟S24中檢查，是否管零件對不同管零件是可GTS的。如果步驟S24的檢查結 果是正(J)，在步驟S25中針對另一釋放的管零件檢查，是否該另一管零件的始端幾何形狀 與當前管零件的終端幾何形狀一致。如果步驟S25的檢查結果是正(J)，在步驟S26中對 于該管零件的始端分離切割確定狀態“撤銷”。在步驟S26之后或者在步驟S25的檢查結果 是負(N)時，在步驟S27中檢查，是否存在另一個不同的已釋放的管零件，對于該管零件還 沒有確定可能的撤銷。如果步驟S27的檢查結果是正(J)，以步驟S25對該另一不同的已 釋放管零件繼續進行該方法。如果步驟S24或者步驟S27的檢查結果是負(N)，在步驟S28 中將該管零件的拼插結果(X錯位和A錯位)和撤銷存儲。第一方法段在步驟S28之后通 過步驟S5檢查是否對所有待切割管零件釋放了零件任務來繼續進行。如果步驟S5的檢查 結果是負(N)，以步驟S 1繼續進行第一方法段并且施加和釋放一另外的零件任務。如果步 驟S5的檢查結果是正(J)并且施加了所有零件任務，本發明控制方法的第一方法段就結束 了。因為在制定用于零件的NC零件程序時所有步驟(始端分離切割、輪廓切割和終端分離 切割)是按標準激活的，所以，如果步驟S22或者步驟S25的檢查結果是負(N)，不需要激活 始端分離切割。圖6b示出根據本發明的用于控制激光切割設備的方法的第二方法段。在圖5中 示出的優化方法的第二方法段中求得“最佳管布設”(步驟S8和S9)，將該“最佳管布設”與 其它管布設方案比較(步驟S12)并且在必要時改寫(步驟S9)。在求得“最佳管布設”(步 驟S9)并且結束了其它管布設方案的計算(步驟S10)之后，該優化方法結束并且存在待切 割管零件在管上的布置順序。現在才可以檢查，是否第一管零件和最后管零件的其它分離 切割可以被撤銷。如果其它管布設方案的計算結束了(在步驟SlO中(J))，在步驟S30中檢查，是 否第一管零件的始端幾何形狀與管始端一致。如果步驟S30的檢查結果是正(J)，在步驟 S31中將第一管零件的始端分離切割撤銷，即對于第一管零件的始端分離切割確定狀態“撤 銷”。在步驟S31之后或者在步驟S30的檢查結果是負(N)時，在步驟S32中檢查，是否最 后管零件的終端幾何形狀布置在夾緊裝置12的死區56中。如果步驟S32的檢查結果是正 (J)，在步驟S33中檢查，是否在最后管零件和前一管零件之間存在廢料并且在第一方法段 的步驟S26中將最后管零件的始端分離切割置于“撤銷”。如果步驟S33的檢查結果是正 (J)，在步驟S34中激活最后管零件的始端分離切割，即確定為“激活”狀態。在步驟S34之 后或者在步驟S33的檢查結果是負(N)時，在步驟S35中撤銷最后管零件的終端切割，即確 定為“撤銷”狀態。在步驟S35之后或者在步驟S32的檢查結果是負(N)時，在步驟S36中 存儲第一管零件和最后管零件的激活和撤銷結果。根據本發明的控制方法在步驟S36后結 束ο圖7以流程圖形式示出根據本發明的用于控制激光切割設備的方法的另一實施 形式。激光切割設備1的已知編程系統根據圖1使用用于優化具有多個管零件的管布設的 方法，該方法作為拼插模型“TubeLink”已知。在第一步驟S60中以所希望的順序施加具有待切割管零件的生產程序包。在步驟 S60后在步驟S61中檢查，是否管零件對不同管零件是可GTS的。如果步驟S61的檢查結果 是正(J)，在步驟S62中檢查，是否該管零件的始端幾何形狀與前面的管零件的終端幾何形狀一致。如果步驟S62的檢查結果是正(J)，在步驟S63中撤銷該管零件的始端分離切割。 如果步驟S61或者步驟S62的檢查結果是負(N)，那么在步驟S64中計算該管零件與前一 管零件的拼插。在步驟S63或者步驟S64后在步驟S65中檢查，是否該管零件應當以大于 1的件數制造。如果步驟S65的檢查結果是正(J)，在步驟S66中檢查，是否該管零件對相 同的管零件是可GTS的。如果步驟S66的檢查結果是正(J)，那么在步驟S67中撤銷該管零 件的始端分離切割。如果步驟S66的檢查結果是負(N)，那么在步驟S68中計算該管零件對 前一管零件的拼插。在步驟S67或者步驟S68之后在步驟S69中存儲該管零件的拼插結果 或者撤銷。在步驟S69后或者當步驟S65的檢查結果是負(N)時，以步驟S70繼續進行本 方法，在該步驟中檢查，是否在當前管部分后面布置了另一管零件。如果步驟S70的檢查結 果是正(J)，那么以步驟S61繼續進行該方法。如果步驟S70的檢查結果是負(N)，那么在 步驟S71中將生產程序包作為整套管布設存儲并且在步驟S72中傳輸給激光切割設備1的 控制裝置6。在步驟S72之后，根據本發明的用于控制激光切割設備的方法結束。
在圖1中已知的激光切割設備1除了四個所述NC程序(標準程序、GTS程序、修 邊程序和下料程序)外還具有其它的輔助程序或者服務程序，這些程序不是配置給管零件 而是配置給管幾何形狀(管直徑、橫截面形狀)。例如定長程序和切碎程序屬于輔助和服務 程序。定長程序是用于在管上實施直的分離切割的輔助程序。切碎程序是在處理剩余管時 使用的服務程序，以便將剩余管切碎到如此短，以致該剩余管可被卸料。根據本發明的配置 給管零件的NC零件程序具有的優點是，如果管零件的與管或者剩余管的管直徑和橫截面 形狀一致，該NC零件程序也可以用作定長程序和/或切碎程序。機器操作者可以將傳送給 NC控制單元的NC零件程序之一用作切碎程序，其方式是，機器操作者例如撤銷輪廓切割和 終端分離切割。
權利要求
用于控制激光切割設備(1)借助激光束(16)從一個管(12)切割多個管零件(51 54)的方法，其特征在于，對于待切割管零件(51 54)中的每一個制定一個NC零件程序，該NC零件程序具有用于切割對應的管零件(51 54)的始端幾何形狀(51a 54a)的始端分離切割和用于切割終端幾何形狀(51b 54b)的終端分離切割，基于該NC零件程序進行該待切割的管零件(51 54)的制造，其中，當存在確定的加工邊緣條件時，至少對于一個待切割的管零件(51 54)將對應的NC零件程序中的編程的始端分離切割或者終端分離切割撤銷并且因此不實施。
2.根據權利要求1的方法，其特征在于，對于待切割的管零件(51-54)中的一個或者多 個，在對應的NC零件程序中也編程一輪廓切割(51c-54c)，其中，在存在確定的加工邊緣條 件時將該輪廓切割撤銷并且因此不實施。
3.根據權利要求1或2的方法，其特征在于，在這樣的加工邊緣條件下對于兩個相鄰 的待切割的管零件(51，52)第一管零件(51)的終端幾何形狀(51b)和第二管零件(52)的 始端幾何形狀(52a)相同并且允許激光束(16)在第一管零件(51)的終端幾何形狀(51b) 上和第二管零件(52)的始端幾何形狀上切入，或者將第一管零件(51)編程的終端分離切 割、或者將第二管零件(52)編程的始端分離切割在第一或第二管零件(51，52)的NC零件 程序中撤銷并且因此不實施。
4.根據上述權利要求之一的方法，其特征在于，對于待切割的、布置在激光切割機器 (1)的死區(56)中的管零件(54)，在這樣的加工邊緣條件下該管零件(54)的端部幾何形 狀(54b)相當于管端部(57)的幾何形狀并且布置在管端部(57)上，將該管零件(54)的NC 零件程序中該管零件(54)的編程的端部分離切割撤銷并且因此不實施。
5.根據權利要求4的方法，其特征在于，對于待切割的、布置在激光切割設備(1)的 死區(56)中的管零件(54)，在這樣的加工邊緣條件下在該管零件(54)的始端幾何形狀 (54a)與前一管零件(53)的終端幾何形狀(53b)之間存在間隙，將該管零件(54)的NC零 件程序中的始端分離切割(54a)激活并且實施。
6.根據前述權利要求之一的方法，其特征在于，對于第一待切割管零件(51)在這樣的 加工邊緣條件下管始端(59)的幾何形狀與該第一管零件(51)的始端幾何形狀(51a)相 同，將該第一管零件(51)的NC零件程序中該第一管零件(51)的編程的始端分離切割撤銷 并且因此不實施。
7.用于控制激光切割設備(1)借助激光束(16)從一個管(2)切割一個管零件(50) 的NC零件程序，其中，在該NC零件程序中編程有用于切割該管零件(50)的始端幾何形狀 (50a)的始端分離切割和用于切割終端幾何形狀(50b)的終端分離切割，其特征在于，該管 零件(50)的該NC零件程序中的始端分離切割(50a)和終端分離切割(50b)是可撤銷的。
8.根據權利要求7的NC零件程序，其特征在于，在該NC零件程序中也編程有可撤銷 的、用于切割該管零件(50)的輪廓(50c)的輪廓切割。
9.根據權利要求7或8的NC零件程序，其特征在于，始端分離切割、輪廓切割和終端分 離切割是編程為單獨的子程序的。
10.根據權利要求9的NC零件程序，其特征在于，用于始端分離切割、輪廓切割和終端 分離切割的子程序可從數控庫中選擇。
11.根據權利要求7至10之一的NC零件程序，其特征在于，在該管零件(50)的該NC零件程序中這樣定義了管零件特性“對相同的管零件可GTS”，S卩，在該管零件(50)始端和 終端幾何形狀(50a，50b)上可以進行激光束(16)切入，該管零件(50)可移動量X錯位，并 且，該管零件的始端和終端幾何形狀(50a，50b)是相同。
12.根據權利要求7至11之一的NC零件程序，其特征在于，在該管零件(50)的該NC 零件程序中這樣定義了管零件特性“對不同管零件可GTS”，S卩，在該管零件(50)的始端和 終端幾何形狀(50a，50b)上可以進行激光束切入并且該管零件(50)可移動量X錯位。
13.根據權利要求7至12的NC零件程序，其特征在于，在該管零件(50)的該NC零件 程序中這樣定義了管零件特性“可下料切割”，即，在夾持裝置(12)的死區(56)中不進行輪 廓切割并且該管零件的終端幾何形狀(50b)與管端部(57)、特別是與90°幾何形狀一致。
14.根據權利要求7至13之一的NC零件程序，其特征在于，在該管零件(50)的該NC 零件程序中定義了該管零件(50)的NC零件程序中的管零件特性“可轉動量A錯位”、“可移 動量X錯位”和“可翻轉”中的一個或者多個。
15.計算機程序產品，該計算機程序產品具有代碼工具，當該程序在數據處理設備上運 行時，該代碼工具被適配用于執行根據權利要求1至6之一所述的用于控制激光切割設備 (1)的方法的所有步驟。
全文摘要
一種用于控制激光切割設備(1)借助激光束(16)從一個管(12)切割多個管零件(51-54)的方法，根據本發明，對于待切割管零件(51-54)中的每一個制定一個NC零件程序，該NC零件程序具有用于切割對應的管零件(51-54)的始端幾何形狀(51a-54a)的始端分離切割和用于切割終端幾何形狀(51b-54b)的終端分離切割，基于該NC零件程序進行該待切割的管零件(51-54)的制造，其中，當存在確定的加工邊緣條件時，至少對于一個待切割的管零件(51-54)將對應的NC零件程序中的編程的始端分離切割或者終端分離切割撤銷并且因此不實施。
文檔編號G05B19/4097GK101983361SQ200980111825
公開日2011年3月2日 申請日期2009年3月31日 優先權日2008年3月31日
發明者M·施蒂克, S·賴因瓦爾德 申請人:通快機床兩合公司