УСТАНОВКА ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ Российский патент 1998 года по МПК B23K26/08 

Изобретение относится к области лазерной техники, а именно к установкам для раскроя листовых материалов.

Известные установки для раскроя листовых материалов [1], [2], имеют в своем составе технологический лазер, две балки продольного перемещения с двумя параллельными направляющими. По направляющим перемещается поперечина, на которой закреплен вертикальный манипулятор. На вертикальном манипуляторе размещается фокусирующий объектив. В состав установки входят также система управления и стол с размещенными на нем предназначенным для обработки листам. Оптический тракт таких установок выглядит следующим образом. Излучение от технологического лазера попадает на размещенное на одной из балок продольного перемещения отклоняющее зеркало. От него излучение направляется вдоль балки продольного перемещения на второе зеркало, размещенное на поперечине. От второго зеркала излучение направляется вдоль поперечины на третье отклоняющее зеркало, расположенное над фокусирующим объективом. Отражаясь от третьего зеркала, излучение направляется вертикально вниз в фокусирующий объектив, где, фокусируясь, направляется непосредственно на обрабатываемый материал. Установки работают следующим образом. Поперечная балка, на которой закреплен вертикальный манипулятор, перемещается вдоль оси X. Сам вертикальный манипулятор движется вдоль поперечины по оси Y. Взаимными перемещениями по осям X и Y осуществляется фигурный раскрой материала.

Основным недостатком таких установок является переменная длина оптического тракта, которая ведет к изменению свойств и геометрических параметров лазерного излучения, что в свою очередь ведет к непостоянству качества обработки в ближней и дальней зонах.

Другим недостатком вышеуказанных установок является использование дорогостоящих узлов и механизмов, например шарико-винтовые пары, передачи винт-гайка качения, высокоточные направляющие и т.д. Кроме того, монтаж данных механизмов является сложной и дорогостоящей операцией, они очень чувствительны к различного рода воздействиям, возникающим при эксплуатации установки - температурные перепады, пыль, газообразные продукты лазерной обработки и т.д.

Третьим недостатком таких установок являются возникающие при их работе большие ускорения и торможения - при рабочих скоростях до 100 м/с необходимо останавливаться на траектории длиной меньше 0,1 мм для обеспечения точности резки, практически мгновенно изменять направление резки и т.д. Так как в процессе работы данных установок необходимо перемещать массивную поперечину, то привода установки оказываются в неблагоприятных условиях. В результате возникает необходимость снижения скорости обработки и связанной с ней мощности излучения, так как небольшая остановка, например при изменении направления резки, ведет к неизбежным прожогам в материале. Снижение скорости обработки ведет к снижению производительности работы всей установки. Однако даже снижение скорости обработки не позволяет избежать неизбежно возникающих в процессе обработки ускорений и торможений. Возникающие при этом моменты инерции движущихся частей установки отрицательно влияют на ресурс приводов, а также механизмов и узлов их перемещения - ШВП, передачи винт-гайка качения, направляющие, муфты и т.д.

Известна установка для раскрытия листового материала LRF-4312 швейцарской фирмы "Raskin", конструкция которой позволяет устранить основной недостаток вышеуказанных установок - переменную длину оптического тракта [3]. В данной установке во время работы обрабатываемый лист перемещается по координатам X и Y. При этом все элементы оптического тракта - поворотные зеркала и фокусирующий объектив остаются неподвижными. Обрабатываемый лист закрепляется по периферии зажимами и перемещается под неподвижным объективом, опираясь на размещенные на столе подвижные металлические шары.

Однако, несмотря на неизменную во время работы установки длину оптического тракта и, следовательно, постоянство качества обработки, в состав установки входят вышеуказанные дорогостоящие и чувствительные к различным воздействиям механизмы.

Наиболее близкой к данному изобретению является известная установка для лазерной обработки, включающая технологический лазер, систему управления, стол с расположенными на нем листами, выполненный в виде круга и имеющий привод вращения вокруг вертикальной оси, оптический тракт, имеющий поворотные зеркала, который состоит из двух частей - подвижной и неподвижной, причем подвижная часть оптического тракта имеет привод вращения вокруг вертикальной оси [4].

Установка имеет также недостаток установок-аналогов - большие ускорения и торможения, возникающие при ее работе. Причем, если в установках-аналогах перемещающиеся узлы имеют относительно небольшие массы, то в установке-прототипе необходимо дополнительно перемещать обрабатываемый лист.

Задачами, решаемыми заявляемым изобретением, являются упрощение и удешевление конструкции установки, повышение производительности обработки.

Вышеуказанная задача решается тем, что в установке, имеющей технологический лазер, систему управления, оптический тракт, в состав которого входят поворотные зеркала, фокусирующий объектив, стол с размещенными на нем обрабатываемыми листами, стол выполнен в виде круга, на котором размещаются предназначенные для обработки листы, и имеет также привод вращения вокруг вертикальной оси, лучепровод состоит из неподвижной и подвижной частей, подвижная часть лучепровода имеет привод вращения вокруг вертикальной оси, во время работы стол вращается с постоянной скоростью, а подвижная часть лучепровода совершает возвратно-поступательные угловые перемещения и имеет постоянную длину лучевого тракта, причем подвижная часть лучепровода может быть выполнена однозвенной или многозвенной.

Установка выглядит следующим образом (см. фиг. 1 и фиг. 2). Генерируемое лазером 1 излучение направляется на поворотное зеркало 2, отражаясь от которого, направляется на вращающееся вокруг вертикальной оси зеркало 3. Зеркало 3 имеет привод вращения 4 и подшипниковый узел 5. Отражаясь от зеркала 3, излучение проходит по подвижной части лучепровода 6, попадая на закрепленное на конце зеркало 7, от которого через фокусирующий объектив 8 направляется на предназначенный для раскроя лист 9. Лист 9 располагается на столе 10. Стол имеет собственный привод вращения 11 и подшипниковый узел 12. Система управления установкой на фиг. не показана. Подшипниковые узлы могут быть выполнены в различном исполнении, что на задачи, решаемые изобретением, не влияет.

Установка работает следующим образом. Привод 11 через подшипниковый узел 12 осуществляет вращение стола 10 с размещенными на нем предназначенными для обработки листами 9. Вращение стола может осуществляться с постоянной угловой скоростью. Включается лазер 1 и излучение, проходя отклоняющие зеркала 2, 3, 7 и фокусирующее устройство 8, направляется на обрабатываемый лист. Привод 4 вращения поворотного зеркала 3 через подшипниковый узел 5 по программе системы управления осуществляет возвратно-поступательные угловые перемещения подвижной части лучепровода (оптического тракта) 6 с закрепленными на ее конце отключающим зеркалом 7 и фокусирующим устройством 8. Подвижная часть лучепровода, в случае если она выполнена многозвенной, может осуществлять перемещения фокусирующего устройства по сложной траектории, что облегчает ее работу при вырезке деталей сложной конструкции.

Взаимные угловые перемещения подвижной части лучепровода и стола обеспечивают вырезку плоских деталей практически любой конфигурации. Детали вырезаются последовательно в несколько этапов. На фиг. 3 показана вырезка квадратных деталей на заявляемой установке. Сначала ведется вырезка по траектории А. Далее осуществляется переход на другой лист. После того, как стол совершит 1 оборот, осуществляется вырезка по траектории Б.

Предложенная компоновка позволяет осуществить раскрой материала без использования дорогостоящих и чувствительных к различным воздействиям механизмов и существенно упростить конструкцию установки.

В отличие от установок-аналогов, где рабочие движения осуществляет тяжелая поперечина с размещенным на ней вертикальным манипулятором, и установки-прототипа, где рабочие движения осуществляет предназначенный для раскроя лист, имеющий также большой вес, в предлагаемой установке все тяжелые элементы - стол и размещенные на нем листы вращаются с постоянной скоростью, следовательно, отсутствуют ускорения и торможения их, а рабочие движения осуществляет легкая подвижная часть лучепровода с закрепленными на ней поворотными зеркалами и фокусирующим устройством.

Это позволяет в существенной мере повысить динамику установки, и следовательно, ее производительность.

Источники информации
1. Urs. W. Hunziker. Erfahrungen mit "fliegender Optik" beim Laserschneiden // Schweisstechnik. 1987, N 4, s. 62-65.

2. Технологические лазеры: Справочник в 2 т. Т. 1: Расчет, проектирование и эксплуатация / Г.А.Абильсиитов, В.С.Голубев, В.Г.Гонтарь и др.; Под общей редакцией Г.А.Абильсиитова. - М.: Машиностроение, 1991, стр. 400-402.

3. B. Schweizer, Новое в технике лазерной резки, "Bleche Rohre Profile", 1985, 32, N 4, s. 185-187.

4. RU, 2076794 C1, B 23 K 26/00, 10.04.97.

Установка для лазерной обработки предназначена для фигурного раскроя листовых материалов и может быть использована в различных отраслях промышленности. В состав установки входят технологический лазер, система управления, стол с расположенными на нем листами, оптический тракт с входящими в его состав отклоняющими зеркалами и фокусирующим объективом. Стол выполнен в виде круга с расположенными на нем листами и имеет привод вращения вокруг вертикальной оси. Во время работы лазерной установки стол может вращаться с постоянной скоростью. Оптический тракт состоит из двух частей - подвижной и неподвижной. Подвижная часть имеет привод вращения вокруг вертикальной оси и совершает рабочие угловые возвратно-поступательные перемещения. Во время работы установки длина лучевого тракта остается постоянной При этом подвижная часть может быть выполнена однозвенной или многозвенной. Использование данной установки позволяет существенно повысить ее динамику и тем самым производительность обработки. Предложенная компоновка установки дает возможность отказаться от дорогостоящих узлов и механизмов и значительно упростить ее конструкцию. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Установка для лазерной обработки, включающая технологический лазер, систему управления, стол с расположенными на нем листами, выполненный в виде круга и имеющий привод вращения вокруг вертикальной оси, оптический тракт, имеющий поворотные зеркала, выполненный из двух частей - подвижной и неподвижной, причем подвижная часть имеет привод вращения вокруг вертикальной оси, отличающаяся тем, что стол выполнен с возможностью вращения с постоянной скоростью, а оптический тракт снабжен фокусирующим объективом, размещенным на конце подвижной его части. 2. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что радиус вращения подвижной части оптического тракта больше максимального радиуса вращения стола. 3. Установка по любому из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что подвижная часть оптического тракта выполнена однозвенной. 4. Установка по любому из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что подвижная часть оптического тракта выполнена многозвенной.