лазерный технологический комплекс для обработки крупногабаритных объектов

Формула изобретения

Лазерный технологический комплекс для обработки крупногабаритных изделий, содержащий технологический лазер, элементы транспортировки лазерного излучения в виде поворотных плоских зеркал, оптико-фокусирующую головку с механизмом ее перемещения по трем координатам и технологический стол для обрабатываемого изделия, отличающийся тем, что технологический стол выполнен в виде двух установленных друг над другом платформ, верхняя из которых выполнена подвижной в плоскости, параллельной нижней платформе, при этом на нижней платформе установлен механизм для крепления изделия в виде тела вращения, а верхняя платформа выполнена с возможностью обеспечения поворота на 90° относительно нижней платформы и фиксации ее в этом положении, а оптико-фокусирующая головка выполнена в виде корпуса, в полости которого расположен узел крепления сферического фокусирующего зеркала, расположенного на стенке узла крепления, на противоположной параллельной стенке которого закреплено поворотное плоское зеркало на расстоянии l=F-(lnd_л/tg +2D_п.з), где F - фокусное расстояние сферического зеркала, мм; d_л - диаметр лазерного луча, мм; D _п.з -диаметр плоского зеркала, мм, причем узел крепления выполнен с возможностью поворота его на 90°, смещения и фиксации в горизонтальном направлении относительно точки падения лазерного луча на плоское зеркало, расположенное под углом 45°.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к технологическому оборудованию для обработки различных изделий при помощи лазерного излучения.

Известно устройство для лазерной обработки листовых материалов, содержащее раму для размещения и закрепления обрабатываемого материала, технологический лазер, оптико-фокусирующую головку с двухкоординатной системой ее перемещения по рабочему пространству обрабатываемого изделия. Двухкоординатная система содержит две каретки, имеющие возможность перемещаться по двум взаимно перпендикулярным направлениям, поворотные зеркала и систему управления (патент РФ № 2095431, по кл. С21D 1/09, от 10.11.97).

Недостатком данного устройства являются ограниченные технологические возможности устройства, позволяющие вести обработку только листового материала.

Известно также устройство для лазерной обработки материалов, содержащее технологический лазер с системой управления, стол для размещения обрабатываемого изделия с приводом вращения стола, оптический тракт с поворотными зеркалами и фокусирующий объектив (патент РФ № 2121417, по кл. В23К 26/08, от 10.11.98).

Недостатком данного устройства являются ограниченные возможности устройства, не обеспечивающие обработку тел вращения и деталей сложных пространственных форм.

Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков является лазерный технологический комплекс для обработки крупногабаритных объектов, содержащий технологический лазер, блок управления, узел поворотных зеркал, передающих лазерное излучение от технологического лазера к оптико-фокусирующей головке с механизмом ее перемещения по трем координатам, и технологический стол для обрабатываемого изделия (патент РФ № 2094198, по кл. В23К 26/00, от 27.10.97).

Данное устройство позволяет уменьшить габариты оптических элементов за счет снижения длины оптического тракта, расширить технологические возможности лазерного комплекса и повысить качество лазерного излучения. Однако данный лазерный технологический комплекс обладает ограниченными технологическими возможностями и большими габаритными размерами.

Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в расширении технологических возможностей, повышении производительности работы лазерного комплекса, снижении габаритов и занимаемых производственных площадей и повышении качества обработки заготовок.

Поставленная задача решается за счет того, что в лазерном технологическом комплексе для обработки крупногабаритных изделий, содержащем технологический лазер, элементы транспортировки лазерного излучения в виде поворотных зеркал, оптико-фокусирующую головку с механизмом ее перемещения по трем координатам и технологический стол для обрабатываемого изделия, технологический стол выполнен в виде двух установленных друг на другом платформ, верхняя из которых выполнена подвижной в плоскости, параллельной нижней платформе, при этом на нижней платформе установлен механизм для крепления заготовки в виде тела вращения, верхняя платформа выполнена с возможностью обеспечения поворота на 90° относительно нижней платформы и фиксации ее в этом положении, а оптико-фокусирующая головка выполнена в виде корпуса, в полости которого расположен узел крепления сферического фокусирующего зеркала, расположенного на стенке узла крепления, на противоположной параллельной стенке которого закреплено поворотное плоское зеркало, причем узел крепления выполнен с возможностью поворота на 90°, смещения и фиксации его относительно точки падения лазерного луча на плоское зеркало, расположенное под углом 45°.

На фиг.1 представлен общий вид лазерного технологического комплекса для обработки крупногабаритных изделий.

На фиг.2 представлен вид по стрелке А на фиг 1.

На фиг.3 представлена конструкция технологического стола.

На фиг.4 представлен общий вид оптико-фокусирующей головки.

Лазерный технологический комплекс содержит технологический лазер 1, оптическую заслонку 2, измеритель мощности лазерного излучения 3, элементы транспортировки лазерного излучения в виде поворотных зеркал 4, 5, 6, 7, оптико-фокусирующую головку 8 с механизмом ее перемещения по трем координатам. Механизм перемещения 9 по оси «X» расположен на поперечной балке 10, которая связана с вертикальными балками 11 с возможностью их перемещения по направляющим 12, обеспечивая тем самым перемещение механизма 9 по оси «Y», а по оси «Z» перемещение механизма 9 осуществляется при помощи суппорта 13.

Лазерный технологический комплекс содержит основание 14, на котором расположен технологический стол, выполненный в виде двух, установленных друг над другом платформ 15 и 16. Верхняя платформа 16 выполнена подвижной в плоскости, параллельной нижней платформе 15 по направляющим 17. На нижней платформе 15 установлен механизм крепления 18 заготовки в виде тела вращения и выполнен в виде шпинделя и задней бабки (на чертеже условно не показаны). На верхней платформе размещаются листовой материал и изделия сложной пространственной формы. Верхняя платформа выполнена с возможностью поворота на 90° относительно нижней платформы и фиксации ее в этом положении. Управление лазерным комплексом осуществляется при помощи блока управления 20. Оптико-фокусирующая головка выполнена в виде корпуса 21, в полости которого расположен узел крепления 22 сферического фокусирующего зеркала, расположенного на стенке узла крепления, на противоположной параллельной стенке которого закреплено поворотное плоское зеркало 24 на расстоянии l=F-(lnd_л/tg +2D_п.з), где F - фокусное расстояние сферического зеркала, мм; d_л - диаметр лазерного луча, мм; D _п.з - диаметр плоского зеркала, мм; - угол падения лазерного луча на плоское зеркало. Фокусное расстояние задается параметрами технологического процесса обработки изделия. Узел крепления 22 выполнен с возможностью поворота его на 90° смещения и фиксации в горизонтальном направлении относительно точки падения лазерного луча на плоское зеркало 24/1 (на фиг.4. не показано), устанавливаемое в место падения луча на зеркало 24, расположенное под углом 45°.

Лазерный технологический комплекс работает следующим образом.

Лазерное излучение от технологического лазера 1 передается через поворотные зеркала 4, 5, 6 и 7 на плоское зеркало 24 оптико-фокусирующей головки 8 и далее на сферическое зеркало 23, отражаясь от которого, оно фокусируется на поверхность обрабатываемого объекта. В режиме, определяемом физическими особенностями материала изделия, осуществляется обработка изделия закрепляемого на платформах стола.

При обработке изделия, представляющего собой тело вращения, верхняя платформа перемещается параллельно поверхности платформы 15, открывая доступ лазерного излучения от оптико-фокусирующей головки 8 на поверхность изделия. Необходимые перемещения головки 8 осуществляются при помощи механизма 9 как перемещением балок 11 по направляющим 12, так и перемещением суппорта 13.

При обработке листового материала платформа 16 может быть перемещена в положение над платформой 15 либо (в случае необходимости) повернута на 90° относительно нижней платформы.

Вертикальное положение верхней платформы является удобным, например, для прошивки отверстий. В этом случае узел крепления 22 оптико-фокусирующей головки соответственно поворачивается на угол 90°, смещается и фиксируется в горизонтальном направлении относительно точки падения лазерного луча на плоское зеркало 24/1 (на фиг.4. не показано), устанавливаемое в место падения луча на зеркало 24, расположенное под углом 45.

Предложенный лазерный технологический комплекс позволяет расширить технологические возможности, вести лазерную обработку тел вращения, листового материала, изделий сложной пространственной формы без увеличения габаритов и расширения производственных площадей, осуществляя сварку, резку, прошивку отверстий, термообработку, легирование, наплавку покрытий и другие виды лазерной обработки.