УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ Российский патент 1999 года по МПК B23K26/14 

Изобретение относится к горячей обработке металлов, в частности высокоточной резке, гравировке листового металла лазерным лучом программным путем. В данном случае предложена конструкция устройства для лазерной обработки, включающая лазер, газолазерный резак, блок управления.

Известны устройства, предназначенные для этих целей. Например, "Головка устройства для обработки лазерным лучом"[1] , которая выполнена следующим образом. Устройство содержит поворотное зеркало, фокусирующий объектив, рабочую головку, включающую конусный стакан, штуцер подачи газа, выходное сопло. Корпус устройства жестко закреплен на опорные элементы, контактирующие с обрабатываемой поверхностью непосредственно вблизи сопла и обеспечивающие зазор между торцом сопла и обрабатываемой поверхностью.

Однако указанное устройство с головкой обладает рядом недостатков.

Ограничение возможностей: работа устройства без опорных элементов невозможна; конструкция опорных элементов предполагает высокое качество обрабатываемой поверхности.

Ограничение производительности: замена опорных элементов в случае нарушения исполнения функций не представляется возможным в течение короткого времени.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является известное устройство для лазерной обработки, которое имеет лазер, блок управления, газолазерный резак, в корпусе которого размешен фокусирующий объектив и имеется газовая камера, выполненная в виде конусного стакана со штуцером подачи технологического газа и механическая опора [2].

Однако указанное устройство так же, как и ряд других, имеет недостатки.

Ограничение возможностей: без контактного датчика отслеживание поверхности невозможно.

Ограничение производительности: скорость движения резака по поверхности ограничена скоростью отработки сигнала от датчика приводом вертикального перемещения через блок управления, внутренний конус соплового насадка и конусного стакана не сопряжены, что приводит к заполнению образовавшегося пространства продуктами сгорания и нарушению формирования струи истекающего потока газа, вследствие чего требуется частая очистка внутренних полостей.

Ограничение качества: отсутствие в сопловой насадке и контактном датчике отверстий и/или/ полости для выброса продуктов сгорания приводит к снижению качества обработки и также к уменьшению времени работы установки между профилактическими остановками.

Задачей данного изобретения является расширение возможностей, повышение производительность и качества обработки. Для решения поставленной задачи устройство для лазерной обработки включает лазер, газолазерный резак, блок управления. Резак состоит из неподвижного корпуса с установленным на нем поворотным зеркалом, приводом вспомогательного использования принудительного вертикального перемещения подвижного корпуса пиноли. На пиноли установлен фокусирующий объектив, с нижнего торца которого установлена газовая камера, включающая корпус, выполненный в виде конусного стакана со штуцером подачи газа, защитным стеклом на герметичном уплотнении. С торца корпуса газовой камеры жестко установлено сменное сопло, внутренняя поверхность которого сопряжена с внутренней поверхностью стакана. Внешняя поверхность сопла свободно расположена к корпусу опоры. Механическая опора выполнена съемной по отношению к пиноли и может быть установлена с любым заданным зазором между торцом сопла и нижней поверхностью опоры. Нижняя часть опоры выполнена из износоустойчивого материала.

Кроме того, предложено: на боковой поверхности опоры выполнить паз для выхода газов; защитное стекло с герметичным уплотнением, штуцер подачи газа, выходное сопло, установленные в конусном стакане, выполнить в виде соосно устанавливаемого сменного узла.

Предложен также свободный контакт привода вертикального перемещения с кронштейном пиноли, исключающий участие привода в отслеживании механической опорой обрабатываемой поверхности в процессе обработки и использование привода только для подъема и опускания пиноли в начале и в конце обработки, а также для предотвращения аварийной обстановки.

Также предложено сопло выполнить подвижным вдоль оптической оси относительно торца корпуса газовой камеры с жесткой фиксацией в выбранном положении.

Новыми признаками являются следующие. Жестко закрепленное в заданном положении на торце конусного стакана сменное сопло свободно расположено к корпусу съемной механической опоры, устанавливаемой с любым заданным зазором между торцом сопла и нижней поверхностью опоры, причем внутренняя поверхность сопла сопряжена с внутренней поверхностью конусного стакана. Нижняя часть опоры выполнена из износоустойчивого материала, а по боковой поверхности выполнен паз для выхода газов. Свободный контакт привода с пинолью позволяет использовать привод только в процессе запуска и окончания обработки, а также для предотвращения аварийной обстановки. Защитное стекло, конусный стакан со штуцером и сопло выполнены в виде соосно устанавливаемого сменного узла. Положение торца выходного сопла относительно торца конусного стакана может быть изменено и жестко зафиксировано при установке путем введения демпфирующей прокладки и стопора.

Предложенное изобретение позволяет получить принципиально новые возможности по качеству резки (гравировки) обрабатываемого материала, точности изготовленных деталей, производительности и расширению номенклатуры обрабатываемых листовых материалов.

Предложенное устройство приведено на иллюстрирующем его графическом материале. Чертеж - общая схема устройства. На неподвижном корпусе 1 газолазерного резака установлено поворотное зеркало 2, центр которого расположен на оптической оси О-О' лазера 3. Привод 4 вертикального перемещения свободно контактирует с пинолью 5 через упор 6 и кронштейн 7. На пиноли 5, свободно перемещающейся в опорах 8, жестко установлен фокусирующий объектив 9. Кроме того, на пиноль 5 жестко установлен съемный конусный стакан 10 , несущий защитное стекло 11 с герметичным уплотнением 12, штуцер 13 подачи технологического газа, выходное сопло 14. Выходное сопло, объектив, пиноль расположены на одной оптической оси O-O'', проходящей через центр поворотного зеркала. Также на пиноли 5 жестко установлена съемная механическая опора 15, нижняя часть 16 которой выполнена из износоустойчивого материала. Между неподвижным корпусом 1 и опорой 15 установлена пружина 17 поджатия опоры к обрабатываемой поверхности 18. По боковой поверхности 19 опоры 15 выполнен паз 20. Регулирует работу устройства блок управления 21. Выходное сопло 14 снабжено демпфирующей прокладкой 22 и зафиксировано в заданном положении стопорным винтом 23. Устройство работает следующим образом. На пиноль 5 соосно с объективом 9 устанавливается газовая камера, включающая конусный стакан 10 со штуцером 13 подачи газа, защитное стекло 11 с герметичным уплотнением 12, выходное сопло 14, положение которого относительно торца газовой камеры определяется в соответствии с толщиной обрабатываемого материала путем смещения вдоль оптической оси объектива посредством демпфирующей прокладки 22 и стопора 23. Механическая опора 15 устанавливается на пиноль 5 с заданным зазором между торцом сопла 14 и нижней поверхностью опоры 15 и жестко закрепляется. Пиноль 5 находится в крайнем верхнем положении, удерживаемая через кронштейн 7 упором 6 привода 4. По команде блока управления 21 привод 4 плавно опускает пиноль 5 с компонентами на обрабатываемую поверхность 18. Упор 6 привода 4 выходит из зоны контакта с кронштейном 7 пиноли в заданное положение. Привод 4 остановлен. Устройство готово к работе. Лазерный луч через поворотное зеркало 2, объектив 9, защитное стекло 11, сопло 14 направляется к месту обработки на поверхности 18. Через штуцер 13 подается технологический газ. Далее, по программе газолазерный резак направляется по контуру детали. Механическая опора 15 при этом плавно скользит по обрабатываемой поверхности 18, отслеживая все неровности листа, сохраняя неизменным положение фокуса относительно поверхности листа 18. Контакт опоры 15 с поверхностью 18 обеспечивается собственным весом пиноли 5 с компонентами и дополнительным усилием пружины 17. По окончании программы обработки прекращается движение резака, отключается лазерное излучение, технологический газ. Привод 4 плавно поднимает пиноль 5 в верхнее нерабочее положение. При наезде опоры 15 на непреодолимое препятствие (величина перемещения пиноли в процессе обработки превышает заданный рабочий диапазон) происходит остановка работы устройства. Упор 6 привода 4, удерживаемый в заданном положении, предохраняет пиноль 5 от падения до аварийного уровня относительно обрабатываемой поверхности.

Это позволяет получить следующий эффект.

Расширение возможностей: путем перенастройки опоры на любой заданный зазор между торцом сопла и нижней поверхностью опоры в соответствии с положением сопла обеспечивается возможность обработки (резки, гравировки) листовых заготовок разной толщины.

Повышение производительности: в случае нарушения исполнения функций (засорения продуктами сгорания, поломка и т.д.) газовая камера с компонентами может быть легко и быстро снята и заменена. Кроме того, выходное сопло, сопряженное своей внутренней поверхностью с внутренней поверхностью конусного стакана, исключает наличие дополнительных объемов, вызывающих нежелательные эффекты (нарушающих формирование струи истекающего из сопла потока технологического газа), также может быть легко заменено; съемная механическая опора может быть легко переустановлена с другим зазором, снята и (или) заменена; наличие по боковой поверхности опоры паза для выхода газов позволяет так же осуществлять как визуальный контроль за процессом обработки, так и упрощает процесс очистки ее внутренних поверхностей (в том числе без снятия); исполнение нижней поверхности из износоустойчивого материала увеличивает срок службы опоры; жесткая связь опоры с пинолью, несущей объектив, исключает необходимость участия привода в поддержании постоянного зазора между соплом и обрабатываемой поверхностью.

Повышение качества обработки: через свободное пространство, образованное внешней поверхностью сопла и внутренней поверхностью опоры, имеется свободный выход газов и продуктов сгорания из зоны реза (гравировки); выходное сопло при установке может быть смещено вдоль оптической оси относительно торца корпуса газовой камеры и жестко закреплено в положении, соответствующем толщине обрабатываемого материала.

Изобретение выполнено в рамках НИР. Изготовлен опытный образец. Проведены испытания. Изготовлена партия деталей, разнообразных по конфигурации и толщине. Объявленные качества подтверждены. Опытные испытания подтвердили работоспособность, надежность и основные технические характеристики предложенного устройства.

Литература
1. Головка устройства для лазерной обработки. Патент Швейцарии N 681071, МКИ B 23 K 26/10.

2. FR 2600568 А1, в 23 К 26/14, 31.12.87.

Изобретение относится к обработке металлов и может найти применение при гравировке и резке листовых деталей в различных отраслях машиностроения. В корпусе (1) газолазерного резака, содержащего поворотное зеркало (2), привод (4), подвижный корпус-пиноль (5), несущую фокусирующий объектив (9), соосно установлена сменная газовая камера с защитным стеклом (11), штуцером (13) подачи газа, подвижным выходным соплом (14). На корпусе-пиноли (5) жестко закреплена съемная механическая опора (15) со сферической нижней поверхностью, свободно расположенная относительно внешней поверхности сопла. Опора (15) установлена с заданным зазором между торцом сопла и нижним краем поверхности опоры. Кроме того, привод (4) свободно контактирует с кронштейном (7) пиноли (5) и используется для подъема и опускания пиноли в начале и в конце обработки, а также для предотвращения аварийной обстановки. Изобретение позволяет производить высококачественную обработку листовых материалов, повысить производительность процесса, расширить технологические возможности, так как опора плавно скользит по поверхности, отслеживая все неровности листа непосредственно вблизи сопла, защищая сопло, сохраняя неизменным положение фокуса излучения относительно обрабатываемой поверхности. Выходное сопло имеет возможность смещения вдоль оптической оси объектива. Газовая камера и механическая опора, являясь самостоятельными узлами, могут быть легко и быстро сняты и(или) заменены, а опора переустановлена с другим зазором. 3 з. п. ф-лы, 1 ил.

Устройство для лазерной обработки, содержащее лазер, блок управления, газолазерный резак, в корпусе которого размещен фокусирующий объектив и имеется газовая камера, выполненная в виде конусного стакана со штуцером подачи технологического газа, и механическую опору, отличающееся тем, что корпус с фокусирующим объективом выполнен в виде подвижного корпуса-пиноли, газовая камера установлена на пиноль с нижнего торца объектива, устройство снабжено неподвижным корпусом и установленным в нем поворотным зеркалом, приводом перемещения корпуса-пиноли, установленного в неподвижном корпусе с возможностью перемещения, защитным стеклом с герметичным уплотнением, установленным в корпусе газовой камеры, и соплом, жестко закрепленным с торца корпуса газовой камеры, внутренняя поверхность которого сопряжена с внутренним конусом стакана, а внешняя поверхность сопла свободно расположена к корпусу опоры, выполненной со сферической нижней поверхностью и съемной по отношению к пиноли и устанавливаемой с любым заданным зазором между торцом сопла и нижней поверхностью опоры, причем нижняя часть опоры выполнена из износоустойчивого материала.