Автоматизированная установка для газолазерной резки материалов Советский патент 1982 года по МПК B23K26/38 

(64) АВТОМАТИЗИРСВАННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ГАЗОЛАЗЕРНОЙ РЕЗКИ МАТЕРИАЛОВ

1

Изобретение относится к автоматизированным установкам для газолазерной резки материалов, предназначено для применения при газолазерном раскрое материалов и может быть использовано в различных отраслях промышленности для высоко-скоростной резки различных трудиообраба1ываемых материалов.

Известно автоматизированное устройст- ц во для регулирования качества обработки , при электрофизическом резании, состоящее из проектора, освещающего участок р®за, и оптического индикатора высоты шероховатостей с визуальным выходом или опти-|5 коэлектронной измерительной системой tlji

Известное устройство позволяет осуществлять непрерывный оптический контрсшь чистоты реза при раскрое материалов с помощью плазмы, лазера и т. п. для руч- 20 кого или автоматического регулирования температуры и скорости обработки.

.Главным недостатком этого устройства является его сложность.

Наиболее близка к предлагаемой установка ТУШ газолазерной резки материалов, содержащая лгиэер непрерывного действия, ч|юкусирующую ливзу, сопло для поддува рабочего газа в зону резки и рабочий стол с механизмом nptraofui управления 2 .

Недостатком известной установки является то, что автоматвзашш процесса обработки иа.н осушвствляется при постоянной скорости резки в при резке деталей переменной топшвны невозможно в пропёс- се обработки выдерживать оптимальный режим реаки, что ведет либо к снижению производительности при обеспечении тре буемого качества резе, либо к снижению качества обработки при более высоких скоростях резки,

Целью изобретевня 11вляется повышение качества и провзводительности процесса за счет обеспечения оптимального режима резки и устранения иестабилвности свойств луча лазера.

Поставленная цель достигается тем, что в автоматизированной установке для газолаэерной резки материалов, содержащей лазер непрерывного действия, фокусирующую линзу, сопло для подачи рабочего газа в зону резки и, рабочий столбе механизмами привода рабочего стола и управ- ления скоростью привода рабочего стола, установка снабжена схемой коммуташш и двумя датчиками давления, расположенными под линией реза, при этом первый датг чик смещен относительно оси сфокусирован- М ного лазерного луча на расстояние, равное радиусу лазерного луча в направлении, про тивоположном направлению резки, а второй датчик смещен относительно первого в том ЖБ направлении на расстояние, .равное диа метру выходящей из полости реза газовой струи, причем выходы датчиков через схему коммутации соединены с механизмом управления скоростью привода рабочего стола. На чертеже изображена схема автоматизированной установки для газолазерной резки материалов. Установка включает в себя лазер непрерывного действия 1, луч 2 от которого фокусируется линзой 3 на поверхность детали 4. Рабочий газ через патрубок 5 подается в сопло 6. Снизу обрабатывае.мой детали, установленной на рабочем столе 7 с механизмом его привода 8, непосредственно под резом расположены два датчика давления 9 и 1О, например мембранного или пружинного типа. Датчик 9 установлен на расстоянии , равном радиусу сфокусированного лазерного луча от его оси в направлении, противоположном направлению резки, а датчик 1О смещен по отношению к первому в том же направ лении на расстояние 3 , равное диаметру струи рабочего газа, выходящего из полости реза. Выходы обоих датчиков через схему коммутации 11 подключены ко входу механизма управления скоростью приво рабочего стола 12, позволяющего производить ручное и автоматическое регулирование скорости резки Автоматизированная установка для газолазерной резки материалов работает следующим образом. Соосно со сфокусированным линзой 3 лазерным лучом 2 на обрабатываемую деталь 4 направляется из сопла 6 рабочий газ. С помощью механизма управления скоростью привода рабочего стола 12 вру ную устанавливается оптимальная или близкая к ней скорость резки детали из заданного материала заданной толщины. Механизм управления скоростью привода переводят в автоматический режим рабоТЫ. При оптимальной скорости резки полное прорезание детали происходит за время прохождения лазерным лучом расстояния, равного диаметру сфокусированного луча. Деталь прорезается насквозь на расстоянии, равном радиусу сфокусированного лазерного луча от его оси в противоположном резке направлении. При этом выходящая из полости реза струя рабочего газа проходит между датчиками давления 9 и 1О, не попадая ни на один вз них. Для скоростей резки меньщих оптимального значения полное прорезание заканчивается на расстоянии меньшем, чем его радиус. Следовательно, выходящая из полости реза струя рабочего газа отклоняется от исходного положения и попадает на датчик Давления 9. Датчик срабатывает. При превышении оптимальной величины скорости резки полное прорезание не успевает произойти за время прохождения лазерным лучом расстояния, равном его диаметру, при этом разрезание в нижних слоях материала происходит без участия лазерной энергии только лишь за счет струи рабочего газа и выносимых ею продуктов разрушения, что ведет к резкому снижению качества реза, и заканчивается на расстоянии, большем чем радиус сфокусированного.лазерного луча от его оси. В этом случае струя рабочего газа вызывает срабатывание датчика давления 10. Сигналы с датчиков давления поступают на вход схемы коммутации 11, которая в зависимости от того, какой из датчиков давления (9 или 1О) сработал, вьщает соответствующий управляющий импульс на механизм управления скоростью привода рабочего стола 12, что вызывает изменение скорости перемещения рабочего сТола. Причем включение датчика давления 9 ведет к возрастанию скорости движения стола и, наоборот, включение aaf- чика 1О - к ее снижению. После достижения оптимального значения скорости резки датчики давления отключаются, скорость перемещения стола стабилизируется. После окончания обработки, при необходимости изменения скорости резки, механизм управления скоростью привода рабочего стола переводят в ручной режим работы. Макет автоматизированной установки для газолазерной резки материалов собран и испытан в лаборатории лазерной технологии КПИ. В макете использовался CO/j -генератор Кардамон. Фокусирование излучения осуществлялось линзой из HCt с фокусным расстоянием равным 1ОО мм в пятно 0 о,4 мм. D качестве рабочего газа применялся кислород давлением 1,О : атм, котррый истекал иэ сопла 0 1,Ом Использовались датчики давления мембранного типа, срабатьюаюшие при давлениях 1,0 атм и более. Сигналы от обоих датчиков поступали независимо друг от друга на схему коммутации, представляющую собой реле, включенное в цепь питания обмоток реверсивного электродвигателя постоянного тока механизма управления скоростью привода стола, причем срабатьюание одного из датчиков вело к подаче напряжения на соответствующую обмотку электродвигателя. Механизм управления скоростью привода рабочего стола состоит из указанного электродвигателя, перемеиаающего в соответствующем направлении ползунок реостата, регулирую щего поступающее на механизм привода рабочего стола напряжение. Перевод механизма управления скоростью привода в руч ной режим работы осуществлялся отсоединением ползунка реостата от электродвигателя. Установка проверялась на работоспособ ность в различных режимах газолазерной резки, при скорости обработки от 0,5 до бм/мин, мощности от О,4 до 0,8 кВт, давлении режущего кислорода от 1,0 до 3,0 атм. того, обработке подвергались различные материалы переменной толщины. Качественная оценка выполненных резов проведена при резке стали 45 переменной толщиньт, изменяющейся от 3 до 5 мм. Режимы обработки: мощность лазерного излучения 0,8 кВт, давление режущего кислорода 2,0 атм, фокусирующая линза 1ОО мм, скорость резки 1-2,5 м/мин. ,Шероховатость поверхности реза не хуже (7 20 мкм, грат отсутствует. Для сравнения было разрезано нескол1 ко образцов на модели установки по прототипу с постоянной скоростью обработки ,5 м/мин. При этом наблюдалось неполное прорезание на некоторых участках реза, отмечалось наличие грата вблизи кромок реза, щерохббатостьповерхности реза повьпиалась до Яг 8О мкм и более. Формула изобретения Автоматизированная установка для газолазерной резки материалов, содержащая лазер непрерывного действия, фокусирую- щую линзу, сопло для подачи рабочего газа в зону резки и рабочий стол с механизмами привода рабочего стола и управления скоростью привода рабочего стола, отличающаяся тем, что, с цель повьпиения качества и производительности процесса за счет обеспечения оттимального режима резки и устранения нестабильности свойств луча лазера, она снабжена схемой коммуташси и двумя датчиками давления, причем оба датчика расположены под линией реза, первый из них смещен относительно оси сфокусированного лазерного луча на расстояние, равное радиусу луча в направлении, противоположном направлению резки, а второй - смещен относительно первого в том же направлении на расстояние, равное диаметру выодящей из полости реза газовой струи, ричем выходы датчиков через схему коммутации соединены с механизмом управения скоростью привода рабочего стопа. Источники .информации, принятые во внимание пря экспертизе 1. Патент ГДР № 107925, л. В 23 К 7/10, 12.О7.76. 1. A.e.J.SoeeWcin R.T. HouEdron. Laser tuHin, BHisV W.O., 1.14(1967),,443-446.