Лазерный технологический комплекс для обработки крупногабаритных объектов

 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к оборудованию для обработки различных изделий с помощью лазерного излучения. Сущность изобретения состоит в том, что в комплексе по продольным направляющим 3 перемещаются две поперечины 5 с вертикальными манипуляторами 6. Первое поворотное зеркало 8 установлено в центре ближайшей к лазеру продольной направляющей 4 и оно имеет механизм автоматического поворота на 90^o для подачи излучения поочередно на вторые поворотные зеркала 9 и 10, установленные на поперечинах 5. Максимальная длина оптического тракта при этом сокращается на половину длины обрабатываемого объекта. В результате уменьшается разность диаметров лазерного луча в ближней и дальней зонах обработки, что приводит к увеличению стабильности параметров лазерной обработки и, следовательно, к улучшению качества обработки. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к оборудованию для обработки различных изделий с помощью лазерного излучения.

Известные лазерные технологические комплексы для обработки крупногабаритных объектов заключают в свой состав технологический лазер, систему управления и манипулятор оптики мостового типа, состоящий из двух направляющих и размещенной на этих направляющих поперечины с механизмом ее перемещения по направляющим, размещенного на поперечине вертикального манипулятора с механизмом его перемещения вдоль поперечины, закрепленной в нижней части вертикального манипулятора оптико-фокусирующей системы, а также из системы поворотных зеркал, передающих лазерное излучение от технологического лазера к оптико-фокусирующей системе; первого от технологического лазера, закрепленного на продольной направляющей, второго, расположенного а конце поперечины над продольной направляющей с первым зеркалом, и третьего зеркала, закрепленного на верхней части вертикального манипулятора [1 и 2] Недостаток этих лазерных технологических комплексов состоит в том, что они предназначены для обработки только плоских изделий.

Известен также лазерный технологический комплекс, в состав которого, кроме вышеперечисленных узлов и элементов, входит манипулятор оптики мостового типа, в котором две продольные направляющие расположены на опорах, а на вертикальном манипуляторе имеется механизм перемещения оптико-фокусирующей системы по вертикали [3] Это позволяет производить лазерную обработку поверхностей, расположенных на различной высоте в обрабатываемом объекте. Этот лазерный технологический комплекс является наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту, т.е. прототипом.

Недостаток прототипа большая длина оптического тракта, что в ряде случаев приводит к ухудшению качества лазерного излучения и качества лазерной обработки, требует увеличения размеров оптических элементов. Кроме того, такой лазерный технологический комплекс имеет ограниченные возможности обработки труднодоступных поверхностей в нижних участках крупногабаритных объектов.

Цель предлагаемого изобретения улучшение качества лазерного излучения и качества лазерной обработки, уменьшение габаритов оптических элементов за счет снижения длины оптического тракта, а также расширение технологических возможностей лазерного технологического комплекса.

Указанная цель в предлагаемом лазерном технологическом комплексе достигается за счет того, что в нем по продольным направляющим перемещаются две поперечины с вертикальными манипуляторами, перемещающимися от центра продольных направляющих к их периферии и обратно, первое поворотное зеркало установлено в центре ближайшей к лазеру продольной направляющей и оно имеет механизм автоматического поворота его на 90^o для подачи лазерного излучения поочередно на вторые поворотные зеркала, установленные на поперечинах. Максимальная длина оптического тракта при этом сокращается на половину длины обрабатываемого объекта по сравнению с подачей лазерного излучения через первое поворотное зеркало, расположенное на конце одной из продольных направляющих. В результате уменьшается разность диаметров лазерного луча в ближней и дальней зонах обработки, что приводит к увеличению стабильности параметров лазерной обработки (например, к большей равномерности ширины лазерного реза) и, следовательно, к улучшению качества обработки. Уменьшение диаметра лазерного луча в дальней зоне обработки дает возможность уменьшить габариты оптических элементов и повысить компактность узлов (фиг. 1 и 2).

Отличие предложенного лазерного технологического комплекса в том, что на нижней части каждого вертикального манипулятора вместо оптико-фокусирующей системы закреплены четвертое поворотное зеркало и консоль, перемещающаяся в продольном направлении относительно поперечины, а на ближайшем к обрабатываемому объекту конце консоли закреплена оптико-фокусирующая система, излучение в которую передается из четвертого поворотного зеркала, позволяет вести обработку нижних поверхностей крупногабаритных объектов, закрываемых верхними поверхностями, а также внутренних частей объекта (фиг.3). Это существенно расширяет технологические возможности комплекса.

Лазерный технологический комплекс работает следующим образом (фиг.1 и 2). Лазерное излучение от технологического лазера 1 передается на первое поворотное зеркало 8, установленное под углом 45^o к оси излучения в центре ближайшей к лазеру продольной направляющей 3. От зеркала 8 излучение попадает на поворотное зеркало 9, установленное на конце одной из перемещающихся поперечин 5, а далее на поворотное зеркало 10, установленное на перемещающемся вдоль поперечины вертикальном манипуляторе 6. От зеркала 10 излучение направляется по вертикали вниз в оптико-фокусирующую систему 7, имеющую механизм перемещения ее по вертикали. В состав оптико-фокусирующей системы могут входить оптико-фокусирующие головки для термообработки или сварки, а также резаки для лазерной резки. Оптико-фокусирующие головки могут иметь механизм поворота по одной или двум координатам, что обеспечивает перпендикулярность направления лазерного луча к обрабатываемой поверхности. Перемещение оптико-фокусирующей системы по вертикали позволяет вести обработку поверхностей на различных уровнях. Перемещение поперечины 5, вертикального манипулятора 6, оптико-фокусирующей системы 7, а также вращательное движение оптико-фокусирующей системы производится по программе, вложенной в систему управления 2.

При обработке нижних труднодоступных поверхностей на нижнем конце вертикального манипулятора 6 устанавливается поворотное зеркало 12, направляющее излучение в горизонтальном направлении к обрабатываемому объекту соосно с излучением по поперечине 5 (фиг. 3). На этом же конце установлена подвижная консоль 11 с механизмом ее перемещения вдоль оси излучения, выходящего от зеркала 12. Излучение от зеркала 12 попадает в оптико-фокусирующую систему 7, расположенную на конце консоли 11 около обрабатываемого объекта. В этом случае перемещение консоли также управляется по программе, заложенной в системе управления.

После обработки участков крупногабаритного объекта, расположенных под опытной поперечиной, по команде от системы управления зеркало 8 с помощью механизма поворота поворачивается на 90^o и подает излучение на поворотные зеркала и оптико-фокусирующую систему второй поперечины для осуществления обработки второй части крупногабаритного объекта, аналогичной обработке первой.

Формула изобретения

1. Лазерный технологический комплекс для обработки крупногабаритных объектов, включающий технологический лазер, систему управления и манипулятор оптики мостового типа, состоящий из двух продольных направляющих с опорами и размещенной на этих продольных направляющих поперечины с механизмом ее перемещения по направляющим, и размещенного на поперечине вертикального манипулятора с механизмом его перемещения вдоль поперечины, оптико-фокусирующую систему с механизмом ее перемещения по вертикали и систему поворотных зеркал, передающих лазерное излучение от технологического лазера к оптико-фокусирующей системе: первого от технологического лазера, закрепленного на продольной направляющей, второго, расположенного на конце поперечины над продольной направляющей с первым зеркалом, и третьего зеркала, установленного на верхней части вертикального манипулятора, отличающийся тем, что манипулятор оптики мостового типа снабжен установленной с возможностью перемещения по продольным направляющим дополнительной поперечиной с вертикальным манипулятором, расположенным на ней с возможностью перемещения от центра продольных направляющих к их периферии и обратно, первое поворотное зеркало установлено в центре ближайшей к лазеру продольной направляющей и снабжено механизмом автоматического поворота его на 90^o для подачи лазерного излучения поочередно на вторые поворотные зеркала, установленные на поперечинах.

2. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что оптико-фокусирующая система с механизмом ее перемещения по вертикали закреплена в нижней части вертикального манипулятора.

3. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что система поворотных зеркал снабжена четвертыми зеркалами, каждое из которых закреплено на соответствующем вертикальном манипуляторе, и консолями, установленными с возможностью перемещения в продольном направлении относительно поперечины на нижней части соответствующего вертикального манипулятора, и на ближайшем к обрабатываемому объекту конце консоли закреплена оптико-фокусирующая система для подачи излучения в нее из четвертого поворотного зеркала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3