Лазерная гибкая производственная система Советский патент 1993 года по МПК B23K26/00 

ю

с

Изобретение относится к оборудованию для термической обработки материалов. Сущность изобретения: лазерная система имеет в своем составе лазеры с перекрывающимся диапазоном мощности и с различными характеристиками излучения, основной широкоуниверсальный технологический пост и три дополнительных специализированных. Широкоуниверсальный пост имеет магазин со сменными оптическими головками и систему их автоматической смены. Для установки подвижного зеркала имеются регулируемые винты. 2 з.о. ф-лы, 4 ИЛ. .;-. .

ч Изобретение относится к оборудованию дли термической обработки материалов и может быть использовано в различных отраслях машиностроения, преимущественно в автомобилестроении, судостроении, электротехнической промышленности.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей ГПС, повышение ее производительности.

Вышеуказанная цель достигается тем, что лазерная гибкая производственная система имеет один основной технологический пост в виде широкоуниверсального манипулятора с магазином сменных оптических головок для различных технологических операций и системой их автоматической смены, четыре технологических лазера, оптическйе оси которых лежат в одной горизонтальной плоскости и имеют различные характеристики излучения и перекрывающийся диапазон регулирования мощности:

0,2-0,5 кВт - твердотельный лазер с длиной волны 1,06 мкм;

0,2-2,5 кВт - С02-лэзер с одномодовым излучением;

0,5-5,0 кВт - С02-лазер с многомодо- вым излучением и равномерным распределением энергии по пятну;

1,0-20 кВт - С02-лазер с кол ьцевым распределением энергии по сечению;

три дополнительных универсальных технологических поста, между постами и лазерами имеется система транспортировки излучения с управляемыми по команде от системы управления блоками поворотных

00

4 О (А)

СО

зеркал, подающий излучение от каждого лазеру на основной технологический пост и на все дополн ителън ы е.

В составе дополнительных технологических постов имеется пост для прецизионной обработки мелких изделий на базе двухко- ордииатного столаманипулятора изделий с рабочим ходом до 500 мм, два технологических поста с рабочим ходом до 630 и 1000 мм на базе двухкоординатных столов-манипуляторов изделий, имеющих вращательные блоки по двум координатам, а также технологический пост для обработки крупногабаритных листовых материалов на базе двухкоординатного манипулятора оптики с рабочим ходом до 6300 мм, а основной технологический пост - широкоуниверсальный манипулятор с максимальным рабочим ходом до 1600 мм выполнен по смешанной схеме, в которой по одной координате перемещается вертикальный манипулятор с оптическими головками, а по другой координате перемещается стол с изделиями.

Блоки поворотных зеркал в ГПС имеют механизмы вращения поворотного зеркала в плоскости выхода лазерного излучения, систему фиксирования в каждой позиции, механизм перемещения зеркал в вертикальной плоскости, направляющий элемент, расположенный вне трассы лазерных лучей.

Наличие основного технологического поста - широкоуниверсального манипулятора с магазином сменных оптических головок и с системой автоматической смены позволяет выполнять широкий круг технологических операций (сварка, резка, термообработка, легирование) изделий различной конфигурации (плоские, цилиндрические, объемные).

При необходимости обработки большого числа мелких партий изделий наличие системы автоматической смены оптических головок позволяет в значительной мере повысить производительность ГПС.

Максимальный рабочий ход широкоуниверсального манипулятора 1600 мм позволяетобрабатывать наиболее многочисленную группу изделий машиностроения: детали средних и крупных размеров, корпусные детали, которые трудно закрепляются в различных зажимах и захватах. Смешанная схема широкоуниверсального манипуляггора,. в которой по одной координате перемещается вертикальный манипулятор с оптическими головками, а по другой - стол с изделиями позволяет сочетать обработку труднозакрепляемых массивных деталей и с минимальным

изменением длины оптического тракта, тем самым достичь хороших показателей «э.че- ства обработки.

Наличие в ГПС четырех технолог-иче

ских лазеров с различными характеристиками излучения и с перекрывающимся диапазоном регулирования мощности:

0,2-0.5 кВт - твердотельный лазер с длиной волны 1,06 мкм;

0 0,2-2,5 кВт - Ср2-лазер с одномодовым излучением;

0.5-5,0 кВт - С02-лазер с многомодо- вым излучением и с равномерным распределением энергии по пятну;

5 1,0-20,0 кВт - СОа-лазер с кольцевым распределением энергии по сечению позволяет с одной стороны расширить технологические возможности системы, поскольку представляется возможность

0 выполнения очень широкого круга операций в очень широком интервале режимов, а с другой стороны обеспечить наилучшее качество обработки, поскольку ту или иную операцию можно выполнить на лазере, име5 ющем наиболее подходящие для этого характеристики излучения:ч

0,2-0,5 кВт - для маркировки, прецизионной резки;

0,2-2,5 кВт - для сварки малых толщин

0 и резки;

0,5-5,0 кВт - для лазерной закалки, легирования и наплавки;

1,0-20,0 кВт - для сварки и резки больших толщин..

5 Наличие четырех дополнительных технологических постов, среди которых пост для прецизионной обработки мелких изделий на базе двухкоординатного стола-манипулятора изделий с рабочим ходом до 500

0 мм, два технологических поста с рабочим ходом до 630 и 1000 мм на базе двухкоординатных столов-манипуляторов изделий имеющих вращательные блоки по двум координатам, а также технологический пост

5 для обработки крупногабаритных листовых материалов на базе двухкоординатного манипулятора оптики с рабочим ходом до 6300 мм позволяет повысить производительность за счёт одновременного выполнения

0 на ГПС нескольких операций, так как излучение от лазеров не задействованных на основном технологическом посту, может быть использовано на дополнительных постах. Дополнительные посты позволяют вы5 сокоэффективно обрабатывать крупные партии изделий. Кроме того подбор типоразмеров дополнительных постов позволяет в максимальной степени расширить технологические возможности системы, так как они перекрывают все основные группы

технологических операций и изделий. Пост на базе двухкоординатного стола-манипулятора изделий с рабочим ходом до 500 мм позволяет производить прецизионную резку, маркировку, перфорацию мелких изделий. Технологические посты на базе двухкоординатных столов-манипуляторов изделий позволяет осуществлять в пространственных координатах все виды технологических операций мелких (до 630 мм) и средних (до 1000мм), хорошо закрепляемых и позволяющих производить их перемещение в широком интервале скоростей.

Технологический пост на базе двухкоординатного манипулятора оптики позволяет осуществлять обработку крупногабаритных изделий размером до 6300 мм, в основном резку, маркировку, перфорацию отверстий.

Расположение оптических осей технологических лазеров водной горизонтальной плоскости и наличие между постами и лазерами системы транспортировки излучения с управляемыми по команде от системы управления блоками поворотных зеркал позволяет быстро и достаточно просто подавать излучение от каждого лазера на любой технологический пост, что позволяет реализовать возможность значительного повышения производительности. Наименьшие потери времени при смене направления подачи лучей, наибольшая надежность достигается в том случае, когда блоки поворотных зеркал имеют механизмы вращения поворотного зеркала в плоскости выхода лазерного излучения, систему фиксирования в каждой позиции, механизм перемещения зеркал в вертикальной плоскости, направляющий элемент, расположенный вне трас- сы лазерных лучей.

Расположение осей всех четырех лазеров и всей системы транспортировки излучения в одной горизонтальной плоскости дает также возможность легкого встраивания при необходимости дополнительных технологических постов и лазеров без изменения существующей схемы оборудования ГПС. (Например, встраивание дополнительного технологического поста для стружколо- мания не повлечет за собой изготовление лучепровода, как это в прототипе).

Дополнение новым оборудованием не повлечет за собой изменения структуры управления. Использование гибкой лазерной системы наиболее эффективно, во-первых, на крупных предприятиях, выпускающих трудоемкие изделия в небольчюм количестве, самолетостроительных, судостроительных заводах, а также заводах, выпускающих

крупные химические аппараты, машины, реакторы. Во-вторых, на крупных предприятиях с крупносерийным характером производства на стадии освоения новой 5 техники. К таким предприятиям относятся крупные автомобильные и тракторные заводы. Наконец, лазерная ГПС может быть эффективнойпри создании специализированных предприятий с учетом

0 максимального использования возможностей лазерной техники. К таким специализированным предприятиям могут относиться крупные ремонтные фирмы, инженерные центры, выполняющие заказы предприятий

5 региона по лазерной обработке, и другие.

На фиг.1 показана схема лазерной ГПС; на фиг.2 - блок поворотных зеркал; на фиг.З - вид А на фиг.2; на фиг.4 - узел I на фиг.2. Лазерная ГПС состоит из следующих 4-х

0 лазеров: СО-лазер 1 с диапазоном регулирования мощности 1-20 кВт и с кольцевым распределением энергии по сечению лазерного луча, СО-лазер 2 с диапазоном регули- руемой мощности 0,5-5 кВт с

5 многомодовым излучением и с равномерным распределением энергии по пятну, СО- лазер 3 с диапазоном регулирования мощности 0,2-2,5 кВт с одномодовым излучением и твердотельный лазер 4 с длиной

0 волны 1,06 мкм и диапазоном регулируемой мощности 0,2-0,5 кВт. В состав ГПС входят четыре технологических поста: шир Окоуни- версальный манипулятор с магазином сменных оптических головок для различных

5 технологических операций и с системой автоматической их смены 5, технологический пост 6 для лазерной сварки, технологический пост 7 для лазерной поверхностной термообработки, технологический пост 8

0 для лазерной резки. В состав лазерной.ГПС входят также центральный автоматизированный склад 9 заготовок и изделий, общая система 10 управления, система 11 транспортировки деталей, система 12 транспор5 тировки излучения между лазерами и технологическими постами, имеющая в своем составе блоки поворотных зеркал и луче- проводы 13. Блоки поворотных зеркал состоят (фиг.2, 3, 4) из поворотных зеркал

0 14, корпуса 15 с подшипниковым узлом 16. Поворотное зеркало закреплено через шпоночное соединение на подвижном валу 17. Сверху вал соединен с электродвигателем 18, Корпус закреплен на подвижной опоре

упор 25, с регулировочными винтами 26 (фиг.З).

Работа гибкой лазерной производственной системы заключается в следующем.

По общей транспортной системе 11 заготовки из центрального автоматизированного склада заготовок и изделий 9 перемещаются в зависимости от необходимого вида лазерной обработки к технологическим постам 5, 6, 7, 8. Перемещением деталей к технологическим постам и обратно в склад управляет общая система управления 10. После размещения деталей на рабочем месте технологического поста по команде системы управления включается соответствующий лазер поз.1, 2, 3, 4 и лазерный луч по лучепроводам 13 через блоки поворотных зеркал 12 направляется на соответствующий технологический пост. В случае, если деталь, предназначенная для одного вида обработки, не может быть обработана на соответствующем технологическом посту из-за своих массогабаритных характеристик либо из-за возможностей технологических постов, то система управления направляет вышеуказанную деталь на тот пост, где возможна ее обработка. Одновременно с этим система управления располагает зеркала 13 оптических блоков таким образом, что луч от соответствующего лазера направляется не на свой пост, а на тот, на который поступила деталь.

Блоки поворотных зеркал работают следующим образом (фиг.2, 3, 4). По командам системы управления Поворотное зеркало может занимать 2 позиции, направляя лазерный луч либо вправо на 90 град., либо влево на 90 град, от первоначального направления. Поворот зеркала осуществляется с помощью двигателя 18, подшипникового узла 16, вала 17, расположенных в корпусе 15. В случае, когда изменение направления излучение не требуется, зеркало вместе с корпусом, закрепленным на подвижной опоре 19, через шток 20 опускается вниз с помощью пневмоцилиндра 21. Лазерный луч проходит при этом поворотный блок без изменения своего направления. Направляющим элементом при вертикальном перемещении зеркала служит закрепленная на подвижной опоре круглая направляющая 24, перемещающаяся внутри линейных подшипников 23, расположенных внутри общей консоли 22. Для точной фиксации зеркал в рабочих позициях, а также их настройки и юстировки используется упор 25 с регулировочными винтами 26. Направляющая и линейные подшипники расположены в стороне от всех

возможных направлений, по которым мож- . но отклонить лазерный луч, поэтому не препятствуют продолжению луча при любых изменениях его направлений.

Широкоуниверсальный манипулятор 5 с магазином сменных оптических головок для различных технологических операций и системой автоматической смены головок дает возможность провести обработку практичеO ски любых деталей обрабатываемых в данной ГПС и, используя возможность системы транспортировки излучения, позволяющей подавать на этот манипулятор лазерное излучение от любого входящего в состав ГПС

5 лазера, регулирует работу всех технологических постов:

0 2. При поступлении со склада новой детали система управления направляет ее на ширбкоуниверсальный манипулятор, тем самым не внося изменений в цикл работы остальных технологических постов.

5Формулаизобретения

5 диапазоном регулирования мощности: - 0,2-0,5 кВт - твердотельный лазер с длиной волны 1,06 мкм, - 0,2-2,5 кВт - СОг-лазер с одномодовым-излучением, - 0,5-5,0 кВт - СОа-лазер с многомодовым излучением и с

0 равномерным распределением энергии по пятну, 1,0-20,0 кВт-С02-лазер с кольцевым распределением энергии по сечению, три дополнительных технологических поста, между постами и лазерами размещена сис5 тема транспортировки излучения, связанная с системой управления блоками поворотных зеркал.

5

новленного с возможностью перемещения в направлении, нормальном направлению перемещения вертикального манипулятора,

Фиг. 1 1

Фиг. 5