Технологическая лазерная установка Советский патент 1993 года по МПК B23K26/00 

Установка содержит блок питания 1 (фиг. 1) БП10-40 в виде регулируемого стабилизатора постоянного тока, излучатель 2 марки ЛТН-103 (твердотельный на АИГ: Nd с частотой излучения Я 1,06 мкм), блок - приставку в виде тиристорного коммутатора 3, силовым входом подсоединенного к выходу блока питания 1, а входом - к твёрдотель- ному излучателю 2 при помощи стандартных разъемов, и устройства 4 управления коммутатором 3, представляющее собой формирователь управляющих импульсов. Установка содержит систему 5 транспортировки и фокусировки излучения (в виде коллиматора, поворотного зеркала и фокусирующей линзы в газолазерной головке - на фиг. не показаны). Силовая часть 3 (тйристорный коммутатор) блока-приставки и формирователь 4 управляющих импульсов смйнтированы в прямоугольном корпусе размерами 729 мм х 510 мм х 170 мм, устанавливаемом на крышке блока 1 питания БП10-40.... - : V :

Коммутатор 3 состоит из четырех силовых тиристоров Т1,Т2,ТЗ,Т4 (фиг. 2), катоды которых подключены к минусу источника питания 1. Между анодами тиристоров Т1, Т2, ТЗ, Т4 включены последовательно соединенные конденсаторы С1, С2, СЗ. Нагрузкой тиристора Т1 являются последовательно подсоединенные нагрузочные лампы накачки излучателя 2 (фиг. 1) ЛТН-103, а тиристоров Т2, ТЗ, Т4 - соответственно резисторы R1, R2, R3; тиристор Т1 подключен к лампам накачки ЛТН-103 через развязывающий диод D.1. Лампы накачки другим полюсом подключены к плюсу блока 1. питания, как и резисторы R1, R2, R3. Тйристорный коммутатор 3 содержит также источник дежурной дуги, включающий понижающий трансформатор Tpl, выпрямительные диоды D2, D3, D4, D5, фильтрующую емкость С4 и развязывающий диод D6 (фиг. 2). На входе трансформатора Тр1 параллельно его первичной обмотке подключены магнитные пускатели К1 и К2 через двухпозиционный (А и В) переключатель, осуществляющий переключение режимов непрерывный - импульсный. Магнитные пускатели имеют контакты К1.1 для шунтирования и контакты К2.1 иК2.2 для отключения тиристоров коммутатора ,в непрерывном режиме работы коммутатора 3. Контакт первого магнитного пускателя К1-К1.1 включен параллельно первому ти- ристору Т1. катод которого является входом, а анод - выходом тиристорного коммутатора 3. Катод первого тиристора Т1 через первый контакт второго магнитного пускателя К2-К2.1 соединен с катодами второго Т2,

третьего ТЗ и четвертого Т4 тиристоров, аноды которых подключены, соответственно, через первый R1, второй R2 и третий R3 резисторы к общей шине (+ на фиг. 2)

тиристорного коммутатора 3, анод первого тиристора Т1 подключен через второй контакт второго магнитного пускателя К2-К2.2 к первому конденсатору С1. Вторые обкладки с первого по третий конденсаторов С1,

0 С2, СЗ соединены соответственно с первого по третий резисторами R1, R2. R3. Формирователь 4 управляющих импульсов коммутатора 3 содержит последовательно соединенные задающий генератор 6, одно5 вибратор 7, RS-триггер 8, формирователь стробирующего импульса 9, регистр сдвига 10. Генератор 6 подключен вторым выходом к входу первого транзисторного формирователя импульсов, выход которого подклю0 чен к управляющему электроду первого тиристора Т1 коммутатора 3. Одновибратор 7 соединен с первым S входом RS-триггера, а выход триггера 8 соединен со входом ждущего мультивибратора 12, частота следова5 ния импульсов которого зависит от минимальной длительности импульса тока лампы накачки, выход же мультивибратора 12 подсоединен ко второму входу регистра сдвига 10; три выхода которого (первый,

0 второй и третий) соединены с входами трех формирователей управляющих импульсов 13, 14, 15, подключенных к управляющим электродам тиристоров соответственно Т2, ТЗ, Т4. Четвертый выход регистра сдвига

5 подключен ко второму входу R RS-триггера 8. Устройство формирователя 4 выполнено на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита размером 210x80 мм. Тйристорный коммутатор работает сле0 дующим образом. В момент времени ti (диаграмма 1, фиг. 4), соответствующий началу импульса тока в нагрузке, на управляющий электрод тиристора Т1 (фиг. 2) с формирователя 4 управляющих импульсов приходит

5 открывающий импульс; открываясь, тиристор Т1 передает напряжение 340 в с блока питания 1 БП10- 40 в точку а, При этом конденсатор G1 заряжается до напряжения 340 В через тиристор R1. В момент времени

0 t2 (диаграмма 11, фиг. 4) на управляющий электрод тиристора Т2 приходит открывающий импульс. Открытый тиристор Т2 прикладывает напряжение конденсатора 01 в обратной полярности к тиристору Т1, кото5 рый при этом закрывается, прекращая подачу напряжения от блока питания БП 10-40 в точку а схемы, прекращая импульс (диаграмма V). Через открытый тиристор Т2 заряжается до напряжения 340 В конденсатор С2. В момент времени t3 ( диаграмма 111)

на управляющий электрод тиристора ТЗ проходит открывающий импульс, при этом открытый тиристор ТЗ прилагает напряжение конденсатора С2 в обратной полярности к тиристору Т2, закрывая его. Одновременно заряжается конденсатор СЗ до 340 В. В момент времени м (диаграмма IV) на управляющий электрод тиристора Т4 приходит открывающий импульс, при этом открытый тиристор Т4 прилагает напряжение конденсатора СЗ в обратной полярности к тиристору ТЗ, закрывая его. Затем в момент времени ts приходит открывающий импульс на тиристор Т1, последовательность повторяется. Форма импульса напряжения в точке а показана на диаграмме V. Трехступенчатая схема закрывания тиристора Т1 позволяет уменьшить мощность, рассеиваемую резисторами R1...R3. Трансформатор Тр1, диодный мост Д2...Д5, конденсатор фильтра С4 образуют по известной схеме источник постоянного напряжения величиной 170 В дежурной дуги (диаграмма VI, фиг. 4). Диодный вентиль D6 не пропускает более высокое напряжение импульса 340 В в точке в выхода выпрямителя дежурной дуги. Вентиль D1 не пропу- скае,т напряжение дежурной дуги в точку а в промежуток времени между импульсами. Таким образом вентили D1 и D6 устраняют взаимное влияние импульсной схемы и источника дежурной дуги, осуществляя, суммирование их напряжений в точке с (диаграмма VII, фиг. 4).

В импульсном режиме переключатель режимов работы находится в положении в, при этом работает магнитный пускатель К2, замыкая контакты К2.1; К2.2; К2.3, подключая к нагрузке импульсную схему и источник дежурной дуги. В непрерывном режиме переключатель режимов находится в положении А, магнитный пускатель К2 отключен, контакты К2.1; К2.2; К2.3 разомкнуты, от нагрузки отключаются импульсная схема и источник дежурной дуги. Магнитный пускатель К1 включен, замкнут контакт К1.1, шунтирующий тиристор Т1, при этом в нагрузку (лампы накачки) беспрепятственно передается напряжение 340 В с блока питания БП10-40..

Формирователь импульсов управления тиристорным коммутатором работает следующим образом: задающий генератор б управляет формирователем импульсов 11 управления тиристором Т1 и запускает од- новибратор 7, формирующий временной интервал (ta-ti), по истечении которого устанавливается RS-триггер 8, при этом формирователь стробирующего импульса 9 производит параллельную загрузку в регистр 10, а мультивибратор 12 осуществляет последовательный сдвиг информации регистра. 1-й, 2-й и 3-й выходы регистра 10 подключены к формирователям 13, 14 и 15 5 управления тиристорами соответственно Т2, ТЗ и Т4. 4-й выход регистра сбрасывает RS-триггер 8, подготавливая устройство к новому циклу.

Установка работает в итоге следующим

0 образом: включение установки происходит от блока питания БП10-40, к ЛТН-103, при этом тйристорный коммутатор находится в режиме непрерывный, устанавливается необходимый технологический режим (дли5 тельность импульса тока, частота повторения импульсов), переключатель режимов устанавливается в режим импульсный. Импульсный лазерный луч, сфокусированный системой 5 (фиг. 1), направляется на

0 обрабатываемый дюралевый листовой материал, расположённый на станке с числовым программным управлением, например, М А-655, который осуществляет последовательное движение обрабатываемой детали,

5 по контуру, задаваемому программным устройством относительно неподвижного излучателя 2 и фокусирующей системы 5. Формирователь 4 импульсов управления (фиг. 1) осуществляет синхронное управле0 ние силовыми тиристорами коммутатора 3 в соответствии с задаваемым на его пульте управления технологическим режимом (частота и длительность импульсов). На пульте имеется .переключатель режимов непре5 рывный - импульсный, позволяющий выбирать нужный технологический режим. При работе в импульсном режиме по сравнению с аналогичными условиями непрерывного режима улучшается качество резки

0 конструкционных и нержавеющих сталей (отсутствует капельный град в месте реза на частоте 100 - 150 Гц) и средняя скорость реза возрастает в 1,5-2,5 раза (в зависимости от толщины проката), что увеличивает

5 существенно производительность резки. В 1,5-2 раза уменьшается ширина реза и устраняется обугливание краев при резке композиционных материалов, появляется возможность резать углепластик и дюра0 люминиевый прокат, слоистые дюралюминиевые материалы.

Введение импульсного режима резки при частоте созданных импульсов 5-600 Гц, длительности импульсов тока до 0,3-14 мсек и

5 величине импульсов тока 60 А позволяет значительно расширить номенклатуру обрабатываемых материалов (как обладающих высокой теплопроводностью медные и дюралюминиевые сплавы-чтак инекоторых композиционных материалов) и заметно повысить качество и

производительность резки материалов, обрабатываемых ранее при непрерывном режиме, так как при импульсном лазерном излучении не происходит образования оплавленного металлического града и обугли- вания углепластиков, характерного для импульсно-непрерывного режима, ввиду перераспределения градиента температуры; ширина реза при этом уменьшена, что также повышает качество резки и снижает удельный расход затрачиваемой энергии.

Данная технологическая лазерная установка с расширенными технологическими возможностями может быть использована в составе робототехнических комплексов в связи с ее относительно небольшими габаритами, широкими технологическими возможностями и простотой обращения из-за минимального количества параметров, устанавливаемых вручную (длительность и ча- стота следования импульсов, тек в импульсе), что обеспечено схемой управления; При незначительных доработках данные параметры могут устанавливаться от программы..

Следовательно, по сравнению с прототипом расширяются технологические возможности установки,так как

-увеличивается номенклатура обрабатываемых резкой материалов (установка разрезает ранее, не разрезаемые дюралевые сплавы, углепластикй, слоистые дюралевые материалы и т.п.);

- увеличивается в .1,5-2 раза скорость резки, что повышает ее производитель- но сть;

- улучшается качество резки за счет устранения обугливания краёв углепластиков, возникновения металлического капельного града на поверхности конструк- ционных и нержавеющих сталей, уменьшения в 1,5-2 раза ширины реза.

Формула изобретения

1. Технологическая лазерная установка, содержащая регулируемый стабилизатор постоянного тока, тиристорный коммутатор, входом соединенный с выходом формирователя управляющих импульсов, твердотельный излучатель, отличающая- с я тем, что, с целью расширения технологических возможностей за счет увеличения

0

5 0 5

0

5

0

5

0

номенклатуры обрабатываемых резкой материалов, повышения качества и производительности рэзки, она снабжена двумя развязывающими диодами и блоком дежурной дуги, соединенным с твердотельным излучателем, системой фокусировки излучения и средством транспортировки излучателя, причем силовой вход тиристорно- го коммутатора подключен к выходу регулируемого стабилизатора тока, а выход - к твердотельному излучателю и выходу блока дежурной дуги через развязывающие диоды.

2. Установка по п. 1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что тиристорный коммутатор содержит четыре тиристора, три последовательно соединенных конденсатора, три резистора и два магнитных пускателя, причем контакт первого магнитного пускателя включен параллельно первому тиристору, катод которого является входом, а анод - выходом импульсного коммутатора, катод первого тиристора через первый контакт второго магнитного пускателя соединен с катодами второго, третьего и четвертого тиристоров, аноды которых подключены соответственно через первый, второй и третий резисторы к общей шине тиристорного коммутатора, анод первого тиристора подключен через второй контакт второго магнитного пускателя к первому конденсатору, а вторые обкладки с первого по третий конденсаторов соединены соответственное первого по третий резисторами.

3. Установка по п. 2, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что формирователь управляющих импульсов содержит последовательно соединенные задающий генератор, одновибратор, RS-триггер, формирователь стробирующего импульса, регистр сдвига, а также ждущий мультивибратор и четыре формирователя импульсов, подключенные к управляющим электродам соответствующих тиристоров импульсного коммутатора, причем второй вход RS-триггера соединен с первым выходом регистра сдвига, второй, третий и четвертые выходы которого соединены соответственно с входами второго, третьего и четвертого формирователей импульсов, второй вход регистра сдвига через ждущий мультивибратор соединен с выходом RS-триггера, а второй выход задающего генератора связан с входом первого формирователя импульсов.

К 7

г.

i

t т

KTZ KTJ

Фиг.з ,

f K.T4.

Жh

ЖЖfi,

1

fs

1

i

i

I

Ц