Установка для лазерной обработки

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТАНОВКА ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ(71) Заявитель Учреждение образования Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины(72) Авторы Мышковец Виктор Николаевич Максименко Александр Васильевич Баевич Георгий Александрович Полторан Игорь Леонидович Лелекин Владимир Вячеславович(73) Патентообладатель Учреждение образования Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины(57) 1. Установка для лазерной обработки, содержащая несущую конструкцию, основание с механизмом вертикального его перемещения, расположенный на нем координатный стол, выполненный в виде двух установленных друг над другом платформ с приводами для перемещений их по двум взаимно перпендикулярным направлениям, смонтированную на верхней платформе монтажную площадку с узлами для крепления обрабатываемой детали, технологический лазер, оптико-механическое устройство, содержащее корпус с зеркалом, фокусирующий объектив, механизм вертикального перемещения фокусирующего объектива, электронный блок управления и управляющий компьютер, отличающаяся тем, что дополнительно снабжена механизмом вращения обрабатываемой детали, закрепленным на монтажной площадке, механизмом подачи проволоки, смонтированным на фокусирующем объективе и включающим приводные ролики и привод, уравновешивающим 94962013.08.30 узлом, размещенным параллельно и противоположно механизму вертикальных перемещений объектива, выполненным в виде по меньшей мере одной пружины с натяжным элементом, снабженным зажимным винтом, при этом пружина жестко связана с кронштейном, закрепленным на корпусе оптико-механического устройства, а натяжной элемент размещен в кронштейне, закрепленном на фокусирующем объективе, средство вертикального перемещения фокусирующего объектива выполнено в виде связанных между собой винтовой пары, содержащей винт и гайку, и двух кронштейнов, один из которых смонтирован на корпусе оптико-механического устройства, а второй - на фокусирующем объективе, причем в кронштейне, связанном с фокусирующим объективом, выполнены отверстие или паз, имеющие размер больше диаметра винта, кроме того,технологический лазер, привод механизма вращения обрабатываемого изделия, привод механизма подачи проволоки связаны посредством блока управления с управляющим компьютером. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что механизм вращения обрабатываемого изделия состоит из передней бабки с патроном, содержащим губки, задней бабки и привода, выполненного в виде червячного редуктора и шагового электродвигателя. 3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что механизм вращения обрабатываемого изделия и механизм подачи проволоки выполнены съемными. 4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что привод механизма подачи проволоки выполнен в виде электродвигателя и взаимозацепляющихся шестерен, расположенных на осях роликов.(56) 1. Патент Республики Беларусь на полезную модель 4875, МПК 7 23 26/00, 2008. 2. Автоматизированные лазерные комплексы серии -, выпускаемые ООО ОКБ Булат (прототип). Заявляемая полезная модель относится к области лазерной техники и может быть использована как для различной лазерной обработки деталей произвольной формы - сварки,наплавки, прошивки отверстий, контурной резки, маркировки, так и для обработки, преимущественно, наплавки деталей в виде тела вращения. Известна установка для лазерной обработки, содержащая несущую конструкцию, основание, расположенный на нем координатный стол, снабженный приводами для перемещений их по взаимно перпендикулярным направлениям, смонтированную на координатном столе монтажную площадку с узлами для крепления обрабатываемой детали, технологический лазер, оптико-механическое устройство, содержащее корпус с зеркалом, фокусирующий объектив, средство вертикальных перемещений фокусирующего объектива, электронный блок управления и управляющий компьютер 1. Существенным недостатком известной установки является то, что она не позволяет обрабатывать поверхности деталей в виде тела вращения, что снижает технологические возможности лазерной обработки. Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является установка для лазерной обработки, содержащая несущую конструкцию, основание с механизмом его вертикального перемещения, расположенный на нем координатный стол,выполненный в виде двух установленных друг над другом платформ с приводами для их перемещений по двум взаимно перпендикулярным направлениям, смонтированную на верхней платформе монтажную площадку с узлами для крепления обрабатываемой детали, технологический лазер, оптико-механическое устройство, содержащее корпус с зерка 2 94962013.08.30 лом, фокусирующий объектив, механизм вертикального перемещения фокусирующего объектива, электронный блок управления и управляющий компьютер 2. Известная установка (автоматизированный лазерный комплекс серии - ООО ОКБ БУЛАТ) предназначена только для выполнения технологических операций на деталях с плоской поверхностью лазерной контурной резки, сварки изделий из металла, наплавки, гравировки и прошивки отверстий и наплавки порошковыми присадочными материалами. Недостаток известной установки заключается в том, что на ней невозможно наплавлять поверхности деталей в виде тела вращения. Кроме этого, установка не позволяет осуществлять наплавку деталей в виде тела вращения присадочным материалом в виде проволоки, поскольку средство вертикальных перемещений объектива размещено на несущей конструкции, что не позволяет обрабатывать поверхности вращения с автоматическим поддержанием фокального пятна объектива на обрабатываемой поверхности вращения, кроме того, она не имеет механизма подачи проволоки. Техническая задача, решаемая заявляемой полезной моделью, заключается в создании установки для лазерной обработки, расширяющей номенклатуру обрабатываемых деталей, обеспечивающей улучшение качества обрабатываемой поверхности и повышение производительности. Технический результат от использования предлагаемого технического решения заключается в обеспечении возможности обработки деталей как с плоской поверхностью,так и деталей в виде тел вращения, в улучшении качества обрабатываемых поверхностей за счет применения в качестве присадочного материала проволоки и автоматической стабилизации расстояния между фокусирующим объективом и поверхностью детали, а также производительности. Указанный технический результат достигается тем, что установка для лазерной обработки, содержащая несущую конструкцию, основание с механизмом его вертикального перемещения, расположенный на нем координатный стол, выполненный в виде двух установленных друг над другом платформ с приводами для их перемещений по двум взаимно перпендикулярным направлениям, смонтированную на верхней платформе монтажную площадку с узлами для крепления обрабатываемой детали, технологический лазер, оптико-механическое устройство, содержащее корпус с зеркалом, фокусирующий объектив,механизм вертикального перемещения фокусирующего объектива, электронный блок управления и управляющий компьютер, согласно полезной модели, дополнительно снабжена механизмом вращения обрабатываемой детали, закрепленным на монтажной площадке, механизмом подачи проволоки, смонтированным на фокусирующем объективе и включающим приводные ролики и привод, уравновешивающим узлом, размещенным параллельно и противоположно механизму вертикальных перемещений фокусирующего объектива, выполненным в виде по меньшей мере одной пружины с натяжным элементом,снабженным зажимным винтом, при этом пружина жестко связана с кронштейном, закрепленным на корпусе оптико-механического устройства, а натяжной элемент размещен в кронштейне, закрепленном на фокусирующем объективе, кроме того, механизм вертикального перемещения фокусирующего объектива выполнен в виде связанных между собой винтовой пары, содержащей винт и гайку, и двух кронштейнов, один из которых смонтирован на корпусе оптико-механического устройства, а другой - на фокусирующем объективе, причем в кронштейне, связанном с фокусирующим объективом, выполнены отверстие или паз, имеющие размер больше диаметра винта, при этом технологический лазер, привод механизма вращения обрабатываемой детали, привод механизма подачи проволоки связаны посредством блока управления с управляющим компьютером. 94962013.08.30 Кроме того, механизм вращения обрабатываемой детали состоит из передней бабки с патроном, содержащим губки, задней бабки и привода, выполненного в виде червячного редуктора и шагового электродвигателя. Кроме того, механизм вращения обрабатываемой детали и механизм подачи проволоки выполнены съемными. Кроме того, привод механизма подачи проволоки выполнен в виде электродвигателя и взаимозацепляющихся шестерен, расположенных на осях роликов. Сопоставление заявляемого технического решения с прототипом показывает, что новыми существенными признаками установки для лазерной обработки являются механизм вращения обрабатываемой детали, закрепленный на монтажной площадке смонтированный на фокусирующем объективе механизм подачи проволоки, включающий приводные ролики и привод размещенный параллельно и противоположно механизму вертикальных перемещений фокусирующего объектива уравновешивающий узел, выполненный в виде пружины с натяжным элементом, снабженным зажимным винтом связь пружины и натяжного элемента с кронштейнами, закрепленными соответственно на корпусе оптико-механического устройства и на фокусирующем объективе выполнение механизма вертикального перемещения фокусирующего объектива в виде связанных между собой винтовой пары, содержащей винт и гайку, и двух кронштейнов,один из которых смонтирован на корпусе оптико-механического устройства, а другой - на фокусирующем объективе выполнение в кронштейне, связанном с фокусирующим объективом, отверстия или паза, имеющих размер больше диаметра винта связь технологического лазера, привода механизма вращения обрабатываемой детали,привода механизма подачи проволоки посредством блока управления с управляющим компьютером. Для специалиста отличительные признаки заявляемой полезной модели явным образом не следуют из уровня техники. Снабжение установки механизмом вращения обрабатываемого изделия и механизмом подачи присадочного материала в виде проволоки расширяет номенклатуру обрабатываемых деталей за счет возможности обработки деталей в виде тела вращения. Снабжение установки уравновешивающим узлом и размещение его параллельно и противоположно механизму вертикальных перемещений фокусирующего объектива обеспечивает постоянное нахождение проволоки в фокусе объектива, стабилизацию расстояния между фокусирующим объективом и поверхностью детали за счет одновременного контакта проволоки с поверхностью детали и фокусирующим объективом и перемещения в вертикальной плоскости фокусирующего объектива с механизмом подачи движущейся проволокой. Это в свою очередь улучшает качество обрабатываемых поверхностей деталей в виде тела вращения. Выполнение механизма вертикального перемещения объектива в виде связанных между собой винтовой пары, содержащей винт и гайку, и двух кронштейнов, один из которых смонтирован на корпусе оптико-механического устройства, а другой - на фокусирующем объективе, выполнение в кронштейне, связанном с фокусирующим объективом, отверстия или паза, имеющих размер больше диаметра винта, для перемещения фокусирующего объектива в вертикальном направлении посредством вращения и воздействия гайки на кронштейн фокусирующего объектива обеспечивает точную настройку и регулировку расстояния между фокусирующим объективом и поверхностью детали. Это позволяет осуществлять лазерную обработку, в частности наплавку, как деталей в виде тела вращения, так и деталей произвольной плоской формы. 94962013.08.30 Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги,характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленной установки для лазерной обработки, отсутствуют. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию новизна. Установка для лазерной обработки иллюстрируется фигурами, на которых представлены фиг. 1 - общий вид установки для лазерной обработки (деталь в виде тела вращения) фиг. 2 - установка для лазерной обработки, вид сбоку. Установка для лазерной обработки содержит несущую конструкцию 1, основание 2 с механизмом его вертикального перемещения (на фигурах не показано), на котором расположен координатный стол 3 (фиг. 2), выполненный в виде двух установленных друг над другом платформ 4, 5, снабженных приводами для их перемещений по двум взаимно перпендикулярным направлениям, и смонтированную на верхней платформе 5 монтажную площадку 6 с узлом 7 для крепления обрабатываемой детали 8, технологический лазер 9,оптико-механическое устройство 10 (фиг. 2), содержащее корпус 11 с зеркалом 12, фокусирующий объектив 13, механизм вертикального перемещения 14 фокусирующего объектива 13, систему визуального наблюдения 15, электронный блок управления и управляющий компьютер (на фигурах не показано). Установку снабжают закрепляемым на монтажной площадке 6 (фиг. 1) механизмом вращения 16 обрабатываемой детали 8 в случае обработки детали в виде тела вращения,состоящим из передней бабки 17 с патроном 18, содержащим губки 19, задней бабки 20 и привода 21, а также смонтированным на фокусирующем объективе 13 механизмом подачи 22 проволоки (фиг. 2) с приводом 23, включающим приводные ролики 24, уравновешивающим узлом 25, выполненным в виде по меньшей мере одной пружины 26 с натяжным элементом 27. Уравновешивающий узел 25 размещен параллельно механизму вертикальных перемещений 14 фокусирующего объектива 13 на противоположной стороне корпуса 11 и фокусирующего объектива 13 на кронштейнах 28 и 29. При этом пружина 26 жестко связана с кронштейном 28, закрепленным на корпусе 11 оптико-механического устройства 10, а натяжной элемент 27 установлен в резьбовом отверстии или пазу, выполненным в боковине кронштейна 29, закрепленного на фокусирующем объективе 13. Натяжной элемент 27 снабжен зажимным винтом 30, обеспечивающим фиксацию в заданном положении уравновешивающего узла 25. Механизм 14 вертикального перемещения объектива 13 выполнен в виде связанных между собой винтовой пары, содержащей винт 31 и гайку 32, и двух кронштейнов 33 и 34,один из которых смонтирован на корпусе 11 оптико-механического устройства 10, а второй - на фокусирующем объективе 13. В кронштейне 34 объектива 13 выполнены отверстие или паз, имеющие размер больше диаметра винта 31, для размещения в них концевой части винта 31 и перемещения объектива 13 в вертикальном направлении посредством вращения и воздействия гайки 32 на верхнюю поверхность кронштейна 34. Технологический лазер 9, привод механизма вращения 16 обрабатываемой детали 8,привод 23 механизма подачи 22 проволоки связаны посредством блока управления с управляющим компьютером (на фигурах не показано). Привод 21 механизма вращения 16 обрабатываемой детали 8 выполнен в виде червячного редуктора и шагового электродвигателя (на фигурах не показано). Механизм вращения 16 обрабатываемой детали 8 и механизм подачи 22 проволоки выполнены съемными. 94962013.08.30 Привод 23 механизма подачи 22 проволоки выполнен в виде электродвигателя и взаимозацепляющихся шестерен (на фигурах не указываются), расположенных на осях роликов, и связан с блоком управления (на фигурах не указываются). Установка работает следующим образом. При обработке детали 8 в виде тела вращения механизм вращения 16 обрабатываемой детали 8 закрепляют узлами крепления 7 на монтажной площадке 6, а механизм подачи проволоки закрепляют на объективе 13. Обрабатываемую деталь 8 устанавливают в механизме вращения 16, подводят механизмом вертикального перемещения (на фигурах не показан) основания 2 к фокусирующему объективу 13 и подают проволоку механизмом подачи 22. Фокусирующий объектив 13 с механизмом подачи 22 проволоки находится в подвешенном состоянии. Отжимают винт 30 от натяжного элемента 27, фокусирующий объектив 13 с механизмом подачи 22 проволоки под действием собственного веса опускается, при этом проволока соприкасается с поверхностью детали 8 и удерживает фокусирующий объектив 13. Включают технологический лазер 9, излучение которого с помощью зеркала 12 и фокусирующего объектива 13 фокусируется в зоне соприкосновения проволоки с поверхностью детали 8. Одновременно задают электронным блоком управления и компьютером мощность излучения лазера 9, угловую скорость вращения и линейное перемещение детали 8. Подавая проволоку механизмом подачи 22, осуществляют наплавку детали 8. Отслеживание наплавляемой поверхности детали 8, т.е. регулировки расстояния между фокусирующим объективом 13 и деталью 8, осуществляют за счет перемещения в вертикальной плоскости фокусирующего объектива 13 с механизмом подачи 22 движущейся проволокой. Прижим наплавляемой проволоки обеспечивает своей массой фокусирующий объектив 13, при этом усилие прижима проволоки регулируют натяжным элементом 27 путем растягивания пружины 26 и фиксации натяжного элемента 27 в заданном положении зажимным винтом 30. На изготовленной установке для лазерной обработки производили наплавку детали авиатехники, имеющей вид тела вращения, выполненной из стали 30 ХГСН 2 А. Наплавку осуществляли сварочной проволокой диаметром 0,6 мм, лазерным лучом с длиной волны 1,06 мкм при частоте следования импульсов от 5 до 12 Гц, регулируемыми длительностью отдельного импульса от 1,5 до 6,0 мсек и с плотностью мощности излучения 105 - 107 Вт/см 2. Системой 15 визуального наблюдения в реальном времени следили за процессом наплавки проволоки. За один проход наплавили проволокой слой толщиной 0,4 мм. При переходе на лазерную обработку детали 8 с плоской поверхностью, при которой используют проволоку в качестве присадочного материала, механизм 15 вращения обрабатываемой детали снимают с монтажной площадки 6 координатного стола 3. Деталь 8 с плоской поверхностью (на фигурах не указывается) закрепляют на монтажной площадке 6 в узле 7 механизмом вертикального перемещения основания 2, и координатным столом 3 подводят деталь 8 к объективу 13, и механизмом подачи 22 подают проволоку на поверхность плоской детали 8 в зону обработки. Уравновешивающим узлом 25 регулируют расположение фокальной плоскости объектива 13 в зоне соприкосновения проволоки с поверхностью детали 8. Для этого натяжным элементом 27 регулируют усилие пружины 26, которое фиксируют зажимным винтом 30 таким образом, чтобы фокусирующий объектив 13 занял заданное положение относительно поверхности детали 8. Точную настройку и регулировку фокального пятна фокусирующего объектива 13 осуществляют механизмом 14 вертикального перемещения фокусирующего объектива 13 посредством вращения и воздействия гайки 32 на верхнюю поверхность кронштейна 34. 6 94962013.08.30 Включают технологический лазер 9, излучение лазера 9 зеркалом 12 и фокусирующим объективом 13 фокусируется в зоне соприкосновения проволоки с обрабатываемой поверхностью детали 8. Задают электронным блоком управления и компьютером мощность излучения лазера 9, линейное перемещение координатного стола 3 и, подавая проволоку механизмом подачи 22, осуществляют лучом лазера 9 наплавку детали 8. Системой 15 визуального наблюдения в реальном времени следят за процессом наплавки проволоки на деталь 8. При переходе на обработку деталей 8 с плоской поверхностью присадочным материалом в виде порошка или пасты механизм подачи 22 проволоки снимают с фокусирующего объектива 13. Закрепляют деталь 8 (на фигурах не указывается) на монтажной площадке 6 в узле 7,наносят на поверхность детали 8 присадочный материал порошок или пасту. Механизмом вертикального перемещения основания 2 и координатным столом 3 подводят деталь 8 к фокусирующему объективу 13. Уравновешивающим узлом 25 регулируют расположение фокальной плоскости объектива 13 на поверхности детали 8. Для этого натяжным элементом 27 регулируют усилие пружины 25, которое фиксируют зажимным винтом 30 таким образом, чтобы фокусирующий объектив 13 занял заданное положение относительно поверхности детали 8. Точную настройку и регулировку фокального пятна фокусирующего объектива 13 осуществляют механизмом 14 вертикального перемещения фокусирующего объектива 13 посредством вращения и воздействия гайки 32 на верхнюю поверхность кронштейна 34. Включают технологический лазер 9, излучение лазера зеркалом 12 и фокусирующего объектива 13 фокусируется в зоне обработки детали 8. Одновременно задают электронным блоком управления и компьютером мощность излучения лазера 9, линейное перемещение координатного стола 3 и оплавляют нанесенный на поверхность детали 8 порошок или пасту лазерным лучом, последовательно сканируя по заданной программе всю поверхность. Для создания многослойного покрытия наносят слой порошка или пасты после каждого прохода. Системой 15 визуального наблюдения в реальном времени отслеживают процесс наплавки на плоскость детали 8. Наплавку проволоки, порошка или пасты во всех случаях применения осуществляли в среде защитного газа импульсным лазерным излучением. Прошивку отверстий, контурную резку, маркировку плоских деталей и другие технологические операции осуществляют лазерным лучом общеизвестным способом. Настройку и регулировку объектива 13 относительно детали 8 осуществляют уравновешивающим узлом 25 и механизмом 14 вертикального перемещения фокусирующего объектива 13, а перемещение по заданной программе осуществляют координатным столом 3, платформы 4 и 5 которого связаны посредством блока управления с управляющим компьютером. Применение заявляемой установки для лазерной обработки позволяет расширить номенклатуру обрабатываемых деталей, повысить производительность, улучшить качество обрабатываемых поверхностей деталей. Заявляемое техническое решение пригодно к осуществлению промышленным способом с использованием существующей технологии производства. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию промышленная применимость. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 8