RU2386523C1 - Device for cutting of volume parts with fibre laser - Google Patents
Device for cutting of volume parts with fibre laser Download PDFInfo
- Publication number
- RU2386523C1 RU2386523C1 RU2008140676/02A RU2008140676A RU2386523C1 RU 2386523 C1 RU2386523 C1 RU 2386523C1 RU 2008140676/02 A RU2008140676/02 A RU 2008140676/02A RU 2008140676 A RU2008140676 A RU 2008140676A RU 2386523 C1 RU2386523 C1 RU 2386523C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotation
- laser
- vertical axis
- head
- cutting
- Prior art date
Links
Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к лазерной обработке материалов, в частности, к газолазерной резке, и может быть использовано при размерной обработке деталей сложной пространственной формы волоконным лазером.The invention relates to laser processing of materials, in particular, to gas-laser cutting, and can be used for dimensional processing of parts of complex spatial shapes with a fiber laser.
Уровень техникиState of the art
Известны устройства лазерной режущей головки фирмы «Рrесitес» (Германия) [Проспект фирмы "Precitec" с выставки "Металлообработка-2007"], в которой коннектор (наконечник) транспортирующего оптического кабеля соединяется QBH разъемом с коллиматором, который в свою очередь прецизионно крепится соосно с оптической режущей головкой. Затем такая режущая головка крепится в суппорте лазерного комплекса с возможностью перемещать ее по трем и более координатам, что позволяет производить размерную обработку заготовок.Known devices of the laser cutting head of the firm "Resites" (Germany) [Prospectus of the company "Precitec" from the exhibition "Metalworking-2007"], in which the connector (tip) of the transporting optical cable is connected by a QBH connector with a collimator, which in turn is precision mounted coaxially with optical cutting head. Then such a cutting head is mounted in the support of the laser complex with the ability to move it in three or more coordinates, which allows dimensional processing of the workpieces.
Недостатком такой режущей головки является то, что ею возможно резать только плоские детали, либо объемные детали простейшей формы, что естественно ограничивает номенклатуру изделий, используемых в современных механизмах, где необходимо обеспечить сложную траекторию движения лазерного луча по нескольким координатам.The disadvantage of such a cutting head is that it is possible to cut only flat parts or volumetric parts of the simplest form, which naturally limits the product range used in modern mechanisms, where it is necessary to provide a complex trajectory of the laser beam along several coordinates.
В настоящее время эту задачу решают путем совмещения оптической режущей головки с манипулятором существующих робототехнических систем, например, разработки фирм Кука (Германия), ЕСАБ (Швеция) и ряда других зарубежных фирм.At present, this problem is being solved by combining an optical cutting head with a manipulator of existing robotic systems, for example, the development of Cook (Germany), ESAB (Sweden) and several other foreign companies.
Решение данного вопроса связано с большими трудностями, обусловленными поддержанием постоянного зазора между обрабатываемой поверхностью и соплом режущей головки. Невыполнение этого условия даже в несколько десятых миллиметра приводит к снижению качества резки.The solution to this issue is associated with great difficulties due to maintaining a constant gap between the machined surface and the nozzle of the cutting head. Failure to do so even in a few tenths of a millimeter leads to a decrease in cutting quality.
Поэтому все головки для лазерной резки оснащены встроенным сенсором с автоматическим поддержанием заданного расстояния. Схема управления, необходимая для сенсоров измерения расстояний, имеет, как правило, следующие компоненты:Therefore, all laser cutting heads are equipped with a built-in sensor with automatic maintenance of a given distance. The control circuit required for distance sensors has, as a rule, the following components:
- режущая головка со встроенным бесконтактным датчиком измерения расстояния;- a cutting head with a built-in proximity sensor for measuring distance;
- автоматизированные привода для позиционирования режущей головки по сигналу из обрабатывающего электронного устройства;- automated drives for positioning the cutting head according to a signal from a processing electronic device;
- электронные устройства для обработки сигналов датчика и управления приводами.- electronic devices for processing sensor signals and controlling drives.
Если для плоских заготовок данная система срабатывает очень оперативно и надежно, то для объемных заготовок со сложной поверхностью в датчике (особенно емкостного типа) возникают побочные помехи, что приводит к сбою в электронной системе.If for flat workpieces this system works very quickly and reliably, then for bulk workpieces with a complex surface in the sensor (especially a capacitive type) side interference occurs, which leads to a malfunction in the electronic system.
Фирма «Precitec» использует в данном случае сенсоры с анализирующими электронными системами «Lasermatic Z», отличающиеся тем, что сенсор выполнен не из керамических деталей и сопловым электродом, а в виде тонкого с изолирующей конструкцией мундштука малочувствительного к побочным помехам, что позволяет частично обойти данные проблемы.In this case, Precitec uses sensors with Lasermatic Z analyzing electronic systems, characterized in that the sensor is made not of ceramic parts and a nozzle electrode, but in the form of a mouthpiece that is thin with an insulating structure and is insensitive to side interference, which allows partially circumventing the data Problems.
Обойти данную проблему были предприняты и авторами патента ЕР 1249299, В23К 26/03, 2002 г. (JP 2001 112678) из фирмы «Fanuc Ltd.», которые предложили заменить в оптической режущей головке, закрепленной в манипуляторе робота, предварительно вместо коллиматора, с сочлененным с ним коннектором волоконного кабеля, мини телевизионной камерой, изображение с которой передается по волоконному кабелю в операционную систему управления роботом для его предварительного обучения, что позволяет затем оптической режущей головкой повторять полностью контур обрабатываемого изделия.The authors of the patent EP 1249299, В23К 26/03, 2002 (JP 2001 112678) from the company “Fanuc Ltd.”, who proposed replacing the optical cutting head mounted in the robot arm, previously instead of a collimator, with the fiber cable connector articulated with it, a mini television camera, the image from which is transmitted via a fiber cable to the robot operating system for its preliminary training, which then allows the optical cutting head to repeat the entire contour being processed of the product.
Но существенным недостатком данного оборудования заключается в том, что параметры промышленных роботов ограничены как максимальной скоростью ~10 м/мин, так и размерами перемещений ~1.5 м, что ограничивает скорость обработки и габариты обрабатываемых деталей.But a significant drawback of this equipment is that the parameters of industrial robots are limited by both a maximum speed of ~ 10 m / min and a movement size of ~ 1.5 m, which limits the processing speed and dimensions of the machined parts.
Наиболее близким решением данной задачи является разработка лазерной режущей головки корпорацией «Prima North America» (Проспект фирмы «Prima Industrie» с выставки Ганновер-2007), которая внедрила 3D лазерную резку, создав 5-ти координатный лазерный комплекс на базе мощного технологичного CO2-лазера с высокоскоростными осевыми приводами и поворотной режущей головкой с непосредственными приводами.The closest solution to this problem is the development of a laser cutting head by Prima North America Corporation (Prospectus of Prima Industrie from the Hanover 2007 exhibition), which introduced 3D laser cutting, creating a 5-coordinate laser complex based on a powerful technological CO2 laser with high-speed axial drives and a rotary cutting head with direct drives.
Суть данной лазерной режущей головки заключается в следующем. Для проведения лазерной резки изделий сложной пространственной формы необходимо, чтобы лазерный луч был перпендикулярен поверхности обрабатываемого изделия, а для этого необходимо изменение ориентации во времени и пространстве лазерного луча. Этого можно достичь вращением режущей оптической головки вокруг вертикальной оси (координата С) и отклонения ее от вертикального положения поворотом вокруг горизонтальной оси (координата В), плюс перемещение самой лазерной режущей головки как единого целого по трем координатам X, Y, Z. Поэтому такое устройство называют пятикоординатной лазерной режущей головкой.The essence of this laser cutting head is as follows. For laser cutting of products with complex spatial shapes, it is necessary that the laser beam is perpendicular to the surface of the workpiece, and this requires a change in orientation in time and space of the laser beam. This can be achieved by rotating the cutting optical head around a vertical axis (coordinate C) and deviating it from a vertical position by rotating around a horizontal axis (coordinate B), plus moving the laser cutting head itself as a whole along the three coordinates X, Y, Z. Therefore, such a device called a five-axis laser cutting head.
Повороты вокруг вертикальной оси (координата C) и вокруг горизонтальной оси (координата B) осуществляются круговыми синхронными двигателями, расположенными непосредственно в режущей головке, а сам лазерный луч благодаря двум призмам с зеркалами поворачивается на каждой на 90 градусов и направляется на фокусирующую линзу режущей оптической головки.Turns around the vertical axis (C coordinate) and around the horizontal axis (B coordinate) are carried out by synchronous circular motors located directly in the cutting head, and the laser beam, thanks to two prisms with mirrors, rotates 90 degrees on each and is directed to the focusing lens of the cutting optical head .
Сенсорный датчик емкостного типа для контроля зазора между соплом и обрабатываемой поверхностью совместно с анализирующей электронной системой «Lasermatic Z» фирмы «Precitec» обеспечивает высокоточное измерение зазора на высоких скоростях, что позволяет производить лазерную резку изделий со сложной пространственной формой.A capacitive-type sensor for controlling the gap between the nozzle and the surface being processed, together with Precitec Lasermatic Z analyzing electronic system, provides high-precision measurement of the gap at high speeds, which allows laser cutting of products with complex spatial shapes.
Такие условия резки достигаются программным управлением всех пяти координат с помощью СЧПУ.Such cutting conditions are achieved by program control of all five coordinates using the control system.
Подобные 5-ти координатные лазерные комплексы разработаны также фирмами «Trumf», «Mazak» и др.Similar 5-coordinate laser systems were also developed by Trumf, Mazak, and others.
Недостатком данной лазерной режущей головки является то, что она разработана для CO2-лазера, где транспортировка к ней лазерного излучения с малым углом расходимости осуществляется традиционным методом с помощью поворотных стационарных зеркал, находящихся на подвижных каретках, так называемая «летающая оптика», но данная схема не годится для волоконного лазера, сложна по конструкции и снижает технологические возможности газолазерной резки.The disadvantage of this laser cutting head is that it is designed for a CO2 laser, where laser radiation with a small angle of divergence is transported to it by the traditional method using rotary stationary mirrors located on movable carriages, the so-called "flying optics", but this scheme not suitable for a fiber laser, complex in design and reduces the technological capabilities of gas laser cutting.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Задачей изобретения является разработка лазерной режущей головки для волоконного лазера, которая позволила бы расширить технологические возможности газолазерной резки, а именно резки деталей сложной пространственной формы и обеспечить высокое качество реза при больших скоростях и габаритах обрабатываемых деталей, ограниченных только размерами самого станка.The objective of the invention is the development of a laser cutting head for a fiber laser, which would expand the technological capabilities of gas laser cutting, namely cutting parts of complex spatial shapes and provide high quality cuts at high speeds and dimensions of the machined parts, limited only by the dimensions of the machine itself.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для резки волоконным лазером объемных деталей, содержащем поворотную лазерную режущую головку, включающую корпус с вертикальной осью вращения, корпус с горизонтальной осью вращения, установленный на корпусе с вертикальной осью вращения, и оптическую фокусирующую головку, при этом поворотная лазерная режущая головка установлена на полом суппорте, выполненном в виде вертикально перемещающегося ползуна, установленного на механической системе позиционирования и перемещения, а корпус с вертикальной осью вращения и корпус с горизонтальной осью вращения, снабженные электроприводами, выполнены полыми и снабжены поворотными призмами для транспортировки лазерного луча к оптической фокусирующей головке, ползун выполнен с посадочным местом для установки коллиматора с размещенным на нем коннектором с волоконным кабелем, транспортирующим лазерное излучение, и снабжен полым валом, установленным соосно с коллиматором и несущим на своем нижнем конце корпус с вертикальной осью вращения и ротор вертикального электропривода, а корпус с горизонтальной осью вращения установлен на полом валу, установленному в подшипниковых опорах промежуточного корпуса, установленного на вертикальном торце корпуса с вертикальной осью вращения, и несущему ротор горизонтального электропривода.This object is achieved in that in a device for cutting fiber-optic volumetric parts with a fiber laser, comprising a rotary laser cutting head including a housing with a vertical axis of rotation, a housing with a horizontal axis of rotation mounted on a housing with a vertical axis of rotation, and an optical focusing head, wherein the laser cutting head is mounted on a hollow caliper made in the form of a vertically moving slider mounted on a mechanical positioning and moving system, and the body with a vertical axis of rotation and a housing with a horizontal axis of rotation, equipped with electric drives, made hollow and equipped with rotary prisms for transporting the laser beam to the optical focusing head, the slider is made with a seat for installing a collimator with a connector on it with a fiber cable transporting laser radiation, and equipped with a hollow shaft mounted coaxially with the collimator and bearing at its lower end a housing with a vertical axis of rotation and a rotor of a vertical electric drive, and a housing with a horizontal axis of rotation is mounted on a hollow shaft installed in the bearings of the intermediate housing mounted on a vertical end of the housing with a vertical axis of rotation and carrying a horizontal electric rotor.
Такое выполнение устройства для резки волоконным лазером объемных деталей позволяет повысить качество деталей при повышении производительности.This embodiment of a device for cutting fiber-optic volumetric parts with a fiber laser can improve the quality of the parts while increasing productivity.
Изобретение поясняется чертежом, на котором показан общий вид лазерной режущей головки в разрезе.The invention is illustrated in the drawing, which shows a General view of a laser cutting head in section.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
В соответствии с изобретением устройство для резки волоконным лазером объемных деталей содержит поворотную лазерную режущую головку, установленную на полом суппорте, выполненном в виде вертикально перемещающегося ползуна, установленного на механической системе позиционирования и перемещения.In accordance with the invention, a device for cutting volumetric parts with a fiber laser includes a rotatable laser cutting head mounted on a hollow support made in the form of a vertically moving slide mounted on a mechanical positioning and moving system.
Лазерная режущая головка содержит корпус с вертикальной осью вращения и корпус с горизонтальной осью вращения, установленный на корпусе с вертикальной осью вращения. Корпус с горизонтальной осью вращения несет оптическую фокусирующую головку. При этом корпус с вертикальной осью вращения и корпус с горизонтальной осью вращения снабжены электроприводами для их перемещения, выполнены полыми и снабжены поворотными призмами для транспортировки лазерного луча к оптической фокусирующей головке.The laser cutting head comprises a housing with a vertical axis of rotation and a housing with a horizontal axis of rotation mounted on a housing with a vertical axis of rotation. A body with a horizontal axis of rotation carries an optical focusing head. In this case, the housing with a vertical axis of rotation and the housing with a horizontal axis of rotation are equipped with electric drives for their movement, made hollow and equipped with rotary prisms for transporting the laser beam to the optical focusing head.
Ползун выполнен с посадочным местом для установки коллиматора с размещенным на нем коннектором с волоконным кабелем, транспортирующим лазерное излучение, и снабжен полым валом, установленным соосно с коллиматором и несущим на своем нижнем конце корпус с вертикальной осью вращения и ротор вертикального электропривода, а корпус с горизонтальной осью вращения установлен на полом валу, установленному в подшипниковых опорах промежуточного корпуса, установленного на вертикальном торце корпуса с вертикальной осью вращения, и несущему ротор горизонтального электропривода.The slider is made with a seat for installing a collimator with a connector placed on it with a fiber cable transporting laser radiation, and is equipped with a hollow shaft mounted coaxially with the collimator and bearing at its lower end a body with a vertical axis of rotation and a rotor of a vertical electric drive, and the body with a horizontal the axis of rotation is mounted on a hollow shaft installed in the bearings of the intermediate housing mounted on the vertical end of the housing with a vertical axis of rotation and carrying a rotor horizontal electric drive.
Пример осуществления изобретенияAn example embodiment of the invention
Для перемещения лазерной режущей головки имеется станочная часть, выполненная в виде портальной конструкции, которая обоснована большой величиной перемещений рабочих органов по координатам X и Y. Такая компоновка обеспечивает более высокую жесткость.To move the laser cutting head, there is a machine part made in the form of a portal structure, which is justified by the large amount of displacements of the working bodies along the X and Y coordinates. This arrangement provides higher rigidity.
В станочную часть комплекса входят следующие основные узлы и устройства:The machine part of the complex includes the following main components and devices:
- механическая система позиционирования и перемещения, включающая: основание, траверсу, каретка поперечная, суппорт, выполненный в виде вертикально перемещающегося ползуна, установленного на поперечной каретке;- a mechanical positioning and moving system, including: a base, a traverse, a transverse carriage, a support made in the form of a vertically moving slider mounted on a transverse carriage;
- камера;- camera;
- устройство отвода газов из зоны резания;- a device for removing gases from the cutting zone;
- устройство подвода пневмо-электропитания и охлаждения;- device for supplying pneumatic power supply and cooling;
- устройство автономного замкнутого охлаждения;- device of autonomous closed cooling;
- система управления;- control system;
- пневмооборудование.- pneumatic equipment.
Основание, закрепленное на фундаменте - базовый узел для перемещения траверсы, состоящий из следующих сварных узлов - двух рам, соединенных между собой, на которых с левой и правой стороны установлены стойки с направляющими. На стойках на четырех шариковых опорах качения установлены салазки, на которых крепится траверса.The base fixed on the foundation is the base unit for moving the beam, consisting of the following welded units - two frames interconnected, on which racks with rails are installed on the left and right sides. On racks on four ball rolling bearings, a slide is mounted on which the beam is mounted.
Траверса, сварная алюминиевая балка с двумя рядами закаленных направляющих, перемещается по стойкам основания (координата X). Перемещение траверсы с салазками осуществляется двумя линейными приводами, работающими синхронно.Traverse, a welded aluminum beam with two rows of hardened rails, moves along the racks of the base (X coordinate). The traverse with the slide is moved by two linear drives operating synchronously.
Каретка поперечная, перемещаемая по направляющим траверсы (координата Y) на четырех шариковых опорах качения. Перемещение осуществляется аналогичным линейным приводом.The carriage is transverse, moving along the guides of the beam (Y coordinate) on four ball bearings. The movement is carried out by a similar linear drive.
Ползун (сварной алюминиевый), с двумя рядами закаленных направляющих, вертикально перемещается (координата Z) по установленным неподвижно на поперечной каретке четырем шариковым опорам качения с помощью синхронного двигателя с беззазорным встроенным планетарным редуктором через шестеренно-реечную передачу. Для разгрузки массы ползуна, а также фиксации его положения при остановке, установлен пневмоцилиндр с фиксацией штока при выключении привода по координате Z.A slider (welded aluminum), with two rows of hardened rails, moves vertically (Z coordinate) along four ball bearings mounted motionless on the transverse carriage using a synchronous motor with an integrated gapless planetary gear through a rack and pinion transmission. To unload the mass of the slider, as well as fixing its position when stopped, a pneumatic cylinder is installed with the rod fixed when the drive is turned off in the Z coordinate.
Лазерное излучение транспортируется от волоконного лазера по волоконному кабелю, проложенному в гибких кабеленесущих цепях по координатам X, Y и Z, в переходное устройство, прецизионно сочлененное с коллиматором.Laser radiation is transported from the fiber laser through a fiber cable laid in flexible cable chains along the coordinates X, Y and Z to a transition device that is precision coupled with a collimator.
Поворотная лазерная режущая головка (см. Фиг.1) крепится к торцу ползуна1 и имеет возможность как единое целое передвигаться по координате X, Y со скоростью 100 м/мин, а по координате Z со скоростью 30 м/мин.The rotary laser cutting head (see Figure 1) is attached to the end face of the slide 1 and has the ability to move as a whole unit along the X, Y coordinate at a speed of 100 m / min, and along the Z coordinate at a speed of 30 m / min.
Волоконный кабель 2 служит для транспортировки лазерного излучения λ=1,07 мкм от излучателя к лазерной режущей головке и состоит из кварцевого волокна диаметром d=50 мкм, находящегося в светоотражающей и защитной оболочках и заканчивается коннектором.Fiber cable 2 serves to transport laser radiation λ = 1.07 μm from the emitter to the laser cutting head and consists of quartz fiber with a diameter of d = 50 μm, located in reflective and protective sheaths and ends with a connector.
Длина такого светоотвода может быть до 30 и более метров, энергетические потери при этом составляют менее 0,5%, а оптическое качество выходящего из коннектора излучения составляет <2,5 мм·мрад.The length of such a light guide can be up to 30 meters or more, the energy loss in this case is less than 0.5%, and the optical quality of the radiation emerging from the connector is <2.5 mm mrad.
Коннектор представляет собой кварцевый кубик, оптически приваренный к волоконному кабелю, и служит для вывода лазерного излучения. Для большего теплоотвода кварцевый кубик заделан в металлический кожух и охлаждается дистиллированной водой, для чего в коннекторе имеются два штуцера - вход и выход (на фиг.1 не показаны).The connector is a quartz cube, optically welded to a fiber cable, and serves to output laser radiation. For greater heat removal, the quartz cube is embedded in a metal casing and cooled with distilled water, for which there are two fittings in the connector - an inlet and an outlet (not shown in Fig. 1).
Переходное устройство 3 представляет собой пустотелый цилиндр, в верхней части которого имеется посадочное место для прецизионного соединения с коннектором волоконного кабеля 2, так называемый разъем QBH-типа, а в нижней части - расположены винты, с помощью которых устройство соединяется соосно с коллиматором 6.The adapter 3 is a hollow cylinder, in the upper part of which there is a seat for precision connection to the fiber cable connector 2, the so-called QBH-type connector, and in the lower part there are screws that connect the device coaxially with the collimator 6.
Коллиматор 6 - это оптический прибор, преобразующий расходящийся пучок лазерного излучения, выходящий из коннектора, в плоскопараллельный, для этого в цилиндрическом корпусе коллиматора закреплен объектив 5, расположенный на расстоянии фокусной длины ~73 мм от выходного торца коннектора.Collimator 6 is an optical device that converts a diverging laser beam emerging from the connector into plane-parallel, for this purpose, a lens 5 is mounted in the cylindrical body of the collimator, located at a distance of the focal length of ~ 73 mm from the output end of the connector.
Коллиматор 6 закреплен на горизонтальной стенке ползуна 1, а сам ползун снабжен полым валом 24, установленным на подшипниковых опорах 33, 35 соосно с коллиматором и несущим на своем нижнем конце корпус с вертикальной осью вращения 26, закрепленный с помощью винтов (на фиг.1 не указаны), и ротор 23 вертикального электропривода, выполненного в виде тороидального синхронного двигателя 7.The collimator 6 is mounted on the horizontal wall of the slider 1, and the slider is equipped with a hollow shaft 24 mounted on the bearing bearings 33, 35 coaxially with the collimator and bearing on its lower end a housing with a vertical axis of rotation 26, fixed with screws (in figure 1 not indicated), and the rotor 23 of the vertical electric drive, made in the form of a toroidal synchronous motor 7.
Корпус с горизонтальной осью вращения 30 установлен на полом валу 28, установленному в подшипниковых опорах промежуточного корпуса 21, установленного на вертикальном торце корпуса с вертикальной осью вращения, и несущего ротор 27 горизонтального электропривода, выполненного в виде тороидального синхронного двигателя 8.A housing with a horizontal axis of rotation 30 is mounted on a hollow shaft 28 mounted in the bearings of the intermediate housing 21 mounted on a vertical end of the housing with a vertical axis of rotation and a rotor 27 of a horizontal electric drive made in the form of a toroidal synchronous motor 8.
Двигатель 7 установлен в корпусе 20, который крепится винтами через фланец 22 к нижнему торцу ползуна 1. На верхней части вала, входящего во внутрь ползуна, установлены контактные кольца 4 со щеточными узлами для передачи питания к тороидальному двигателю 8 и передачи сигналов обратной связи.The motor 7 is installed in the housing 20, which is screwed through the flange 22 to the lower end of the slider 1. On the upper part of the shaft entering the inside of the slider, there are contact rings 4 with brush assemblies for transmitting power to the toroidal motor 8 and transmitting feedback signals.
Полость внутри вала предназначена для прохождения лазерного излучения в зону обработки.The cavity inside the shaft is intended for the passage of laser radiation into the processing zone.
Внутри корпуса с вертикальной осью вращения 26 расположена поворотная призма с зеркалом 9 и охладителем 34.Inside the housing with a vertical axis of rotation 26 is a rotary prism with a mirror 9 and a cooler 34.
Для точной настройки угла зеркало 9 с охладителем 34 крепится с помощью крепежно-юстировочных винтов (на фиг.1 не показаны). Такая конструкция позволяет поворачивать лазерный луч, проходящий от коллиматора 6 внутри полого вала 24 и отверстие в корпусе 26 на 90°, и направлять его в горизонтальную плоскость. Корпус с вертикальной осью вращения 26 вместе зеркалом 9 и охладителем 34 вращается вокруг оси Z с помощью тороидального двигателя 7 на угол ±360°×n.To fine-tune the angle of the mirror 9 with a cooler 34 is mounted using fixing screws (not shown in figure 1). This design allows you to rotate the laser beam passing from the collimator 6 inside the hollow shaft 24 and the hole in the housing 26 by 90 °, and direct it in a horizontal plane. A housing with a vertical axis of rotation 26 together with a mirror 9 and a cooler 34 is rotated around the Z axis by a toroidal motor 7 through an angle of ± 360 ° × n.
Сам тороидальный двигатель 7 охлаждается потоком дистиллированной воды и воздуха, для чего имеются специальные подводные канавки в коллекторе 25.The toroidal engine 7 itself is cooled by a stream of distilled water and air, for which there are special underwater grooves in the manifold 25.
К вертикальному торцу корпуса 26 прикреплен винтами (на фиг.1 не указаны) промежуточный корпус 21 координаты B с встроенным тороидальным синхронным двигателем 8. Ротор 27 тороидального двигателя 8 установлен на полый вал 28, поворачивающийся на подшипниковых опорах 36. На конце полого вала 28 закреплен винтами (на фиг.1 не показаны) корпус с горизонтальной осью вращения 30.To the vertical end of the housing 26 is attached screws (not shown in FIG. 1), the intermediate housing 21 of the coordinate B with the built-in toroidal synchronous motor 8. The rotor 27 of the toroidal motor 8 is mounted on the hollow shaft 28, which rotates on the bearing bearings 36. At the end of the hollow shaft 28 is fixed screws (not shown in figure 1) the housing with a horizontal axis of rotation 30.
Корпус с горизонтальной осью вращения 30 несет оптическую фокусирующую головку и имеет также два взаимно перпендикулярных отверстия, одно - соосное с полым валом 28, а другое - с оптической фокусирующей головкой так, что луч, отраженный от зеркала 9 через отверстие в корпусе 26, полом вале 28 и корпусе 30, попадает на зеркало 10 с охладителем 19, установленные на наклонной под углом 45° стенке поворотной призмы 30. Зеркало 10 с охладителем 19 с помощью крепежно-котировочных винтов (на фиг.1 не показаны) крепится к поворотной призме 30 и имеет возможность юстировки относительно нее, что позволяет поворачивать лазерный луч на угол 90° и направляет его в оптическую фокусирующую головку.A housing with a horizontal axis of rotation 30 carries an optical focusing head and also has two mutually perpendicular holes, one coaxial with the hollow shaft 28, and the other with the optical focusing head so that the beam reflected from the mirror 9 through the hole in the housing 26, the hollow shaft 28 and the housing 30, it lands on a mirror 10 with a cooler 19 mounted on a wall of a rotary prism 30 inclined at an angle of 45 °. The mirror 10 with a cooler 19 is attached to the rotary prism 30 with fixing screws (not shown in FIG. 1) and has the ability to irovki relative thereto, which allows the laser beam is rotated by 90 ° and directs it to an optical focusing head.
Корпус с горизонтальной осью вращения 30 с зеркалом 10, охладителем 19 и оптической фокусирующей головкой с помощью тороидального двигателя 8 поворачивается вокруг горизонтальной оси (координата В) на угол ±120°.A housing with a horizontal axis of rotation 30 with a mirror 10, a cooler 19 and an optical focusing head is rotated around a horizontal axis (coordinate B) by an angle of ± 120 ° using a toroidal motor 8.
Таким образом, оптическая фокусирующая головка с помощью тороидальных двигателей имеет возможность поворачиваться вокруг оси Z (координата C) на ±360°×n и вокруг горизонтальной оси на угол ±120° (координата B) со скоростью 360 град/с. Оптическая фокусирующая головка состоит из цилиндрического корпуса 11, в верхнюю часть которого вставляется соосно картридж 31 с фокусирующей линзой 12 фокусным расстоянием F=150 мм, а в нижнюю часть - защитное стекло 17. Линза имеет возможность перемещаться в горизонтальной плоскости в двух взаимно перпендикулярных направлениях в пределах ±1,5 мм для более точной юстировки с оптической осью лазерного луча, а также в вертикальной плоскости по координате Z ±10 мм для более точной фокусировки на обрабатываемую поверхность. Для этого в корпусе имеется два винта, расположенных под углом 90° с головками под шестигранный ключ, а сама линза находится в съемном картридже и позиционируется колесом регулировки с точностью 0,05 мм (на фиг.1 они не показаны). К нижней части корпуса 11 крепится с помощью накидной гайки 13 полый конус - сопло 14, которое заканчивается выходным мундштуком с датчиком 15.Thus, the optical focusing head with the help of toroidal motors can rotate around the Z axis (coordinate C) by ± 360 ° × n and around the horizontal axis by an angle of ± 120 ° (coordinate B) at a speed of 360 deg / s. The optical focusing head consists of a cylindrical body 11, in the upper part of which is inserted coaxially a cartridge 31 with a focusing lens 12 with a focal length F = 150 mm, and in the lower part - a protective glass 17. The lens has the ability to move in a horizontal plane in two mutually perpendicular directions in ± 1.5 mm for more accurate alignment with the optical axis of the laser beam, as well as in a vertical plane along the Z coordinate ± 10 mm for more accurate focusing on the work surface. For this, there are two screws in the case located at an angle of 90 ° with the heads for the Allen key, and the lens itself is located in a removable cartridge and is positioned by the adjustment wheel with an accuracy of 0.05 mm (they are not shown in FIG. 1). A hollow cone — a nozzle 14 — which ends with an output mouthpiece with a sensor 15, is attached to the lower part of the housing 11 by means of a union nut 13.
В сопле 14 имеется штуцер 16 для подачи соосно с лазерным лучом технологического газа, служащего для выноса продуктов распада при лазерной резке обрабатываемого материала в систему отсоса. Одновременно часть технологического газа отводится для охлаждения защитного стекла 17, прозрачного для λ=1,07 мкм, которое служит для защиты фокусирующей линзы от реактивных выбросов обрабатываемого материала.In the nozzle 14 there is a fitting 16 for supplying a process gas coaxially with the laser beam, which serves to carry the decay products during laser cutting of the processed material into the suction system. At the same time, part of the process gas is diverted to cool the protective glass 17, transparent to λ = 1.07 μm, which serves to protect the focusing lens from reactive emissions of the processed material.
Датчик 15 емкостного типа служит для поддержания постоянного зазора между выходным мундштуком и обрабатываемой поверхностью 29. Сигнал с датчика передается через предусилитель (на фиг.1 не показан) на коллектор 4 со съемным устройством, расположенным на поворотной головке, и далее передается регулирующему прибору (контроллер расстояния), который его анализирует и выдает необходимый аналоговый сигнал на СЧПУ для управления линейными приводами. Система ЧПУ вырабатывает определенную команду функцией 3D-регулирования на поддержание выбранного зазора.The capacitive type sensor 15 serves to maintain a constant gap between the output mouthpiece and the surface 29. The signal from the sensor is transmitted through a preamplifier (not shown in FIG. 1) to a collector 4 with a removable device located on the rotary head, and then transmitted to the control device (controller distance), which analyzes it and provides the necessary analog signal to the control system for controlling linear drives. The CNC system generates a specific command with the 3D-regulation function to maintain the selected gap.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Обрабатываемое изделие устанавливается на стол лазерного станка в специальное крепежное приспособление, которое строго ориентирует обрабатываемое изделие в определенном положении.The workpiece is installed on the table of the laser machine in a special mounting device that strictly orientates the workpiece in a certain position.
Затем с пульта управления лазерного станка включается иттербиевый волоконный лазер, излучение которого транспортируется по оптико-волоконному кабелю 2, проложенному в гибких кабеленесущих цепях координат X, Y, Z в лазерную режущую головку, а именно, в переходное устройство 3. Выходящий из коннектора волоконного кабеля 2 расходящийся лазерный луч проходит через коллиматор 6, где он коллимируется с помощью объектива 5. Далее лазерный луч попадает через полый вал 24 тороидального синхронного двигателя 7 и отверстие в поворотной призме 18 на зеркало 9, где он поворачивается на угол 90° в горизонтальную плоскость.Then, the ytterbium fiber laser is turned on from the control panel of the laser machine, the radiation of which is transported via an optical fiber cable 2, laid in flexible cable-bearing coordinate chains X, Y, Z to the laser cutting head, namely, to the adapter 3. Exiting from the fiber cable connector 2, the diverging laser beam passes through the collimator 6, where it is collimated using the lens 5. Next, the laser beam enters through the hollow shaft 24 of the toroidal synchronous motor 7 and the hole in the rotary prism 18 on the mirror Lo 9, where it rotates through an angle of 90 ° in a horizontal plane.
Повернутое в горизонтальную плоскость излучение распространяется внутри полости вала 28, отверстия в корпусе 30 и попадает на поворотное зеркало 10, где оно поворачивается опять на угол 90° и направляется в оптическую фокусирующуюся головку.Radiation turned into a horizontal plane propagates inside the cavity of the shaft 28, the holes in the housing 30, and enters the rotary mirror 10, where it rotates again through an angle of 90 ° and is sent to the optical focusing head.
Затем излучение с помощью линзы 12 оптической фокусирующей головки фокусируется на поверхность обрабатываемого изделия 29. Соосно с лазерным излучением одновременно в зону обработки подается под давлением через штуцер 16 технологический газ, который выносит продукты распада лазерной резки в систему отсоса.Then, the radiation using the lens 12 of the optical focusing head is focused on the surface of the workpiece 29. Coaxially with the laser radiation, the process gas is simultaneously supplied to the treatment zone under pressure through the nozzle 16, which carries the laser cutting decay products into the suction system.
Режущая оптическая головка за счет движений по пяти координатам (X, Y, Z, B, C) направляет лазерный луч перпендикулярно к обрабатываемой поверхности, а с помощью сигнала от датчика 15 функцией 3D-регулирования, являющейся программной функцией ЧПУ, выдерживается постоянным расстояние между мундштуком 15 сопла 14 и обрабатываемым изделием 29.Due to movements in five coordinates (X, Y, Z, B, C), the cutting optical head directs the laser beam perpendicular to the surface to be machined, and using the signal from sensor 15, the 3D control function, which is a CNC program function, maintains a constant distance between the mouthpiece 15 nozzles 14 and workpiece 29.
Таким образом, выходящий из коннектора расходящийся лазерный луч с помощью коллиматора становиться плоско параллельным, а благодаря двум призмам с зеркалами, расположенными в поворотной головке, поворачивается на каждой на 90° и направляется на линзу режущей оптической головки, которая фокусирует его на обрабатываемую поверхность.Thus, the diverging laser beam emerging from the connector with the collimator becomes flat parallel, and thanks to two prisms with mirrors located in the rotary head, it rotates 90 ° on each and is directed to the lens of the cutting optical head, which focuses it on the surface to be treated.
Система числового программного управления (СЧПУ) с помощью имеющихся приводов позволяет поддерживать оптическую фокусирующуюся головку во время обработки в положении, перпендикулярном к обрабатываемой поверхности, и тем самым позволяет производить газолазерную резку деталей сложной пространственной формы, а функция 3D-регулирования СЧПУ- автоматическую стабилизацию расстояния между мундштуком и поверхностью заготовки.Using a numerical control system (CNC) using the available drives, it is possible to maintain the optical focusing head during processing in a position perpendicular to the surface to be machined, and thereby allows gas-laser cutting of parts of complex spatial shapes, and the 3D control function of the control system automatically stabilizes the distance between mouthpiece and workpiece surface.
Таким образом, использование данного устройства позволяет производить газолазерную резку изделий сложной пространственной формы волоконным лазером на больших скоростях и больших размеров (более шести метров) с хорошим качеством реза.Thus, the use of this device allows gas-laser cutting of products of complex spatial shapes with a fiber laser at high speeds and large sizes (more than six meters) with good cut quality.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008140676/02A RU2386523C1 (en) | 2008-12-25 | 2008-12-25 | Device for cutting of volume parts with fibre laser |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008140676/02A RU2386523C1 (en) | 2008-12-25 | 2008-12-25 | Device for cutting of volume parts with fibre laser |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2386523C1 true RU2386523C1 (en) | 2010-04-20 |
Family
ID=46275115
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008140676/02A RU2386523C1 (en) | 2008-12-25 | 2008-12-25 | Device for cutting of volume parts with fibre laser |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2386523C1 (en) |
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2528287C2 (en) * | 2012-05-15 | 2014-09-10 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский Институт Технического Стекла" | Method of fragile non-metallic material laser cutting and device to this end |
DE102013224207A1 (en) * | 2013-11-27 | 2015-05-28 | Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh | Laser processing machine |
RU2601362C2 (en) * | 2014-12-12 | 2016-11-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method of making parts made from mica by laser cutting |
RU2647107C2 (en) * | 2013-05-16 | 2018-03-13 | Кхс Гмбх | Railing support |
RU2653892C2 (en) * | 2013-11-22 | 2018-05-15 | Сальваньини Италия С.П.А. | Laser cutting head for machine tool |
RU2661686C1 (en) * | 2014-02-06 | 2018-07-19 | Прецитек Гмбх Унд Ко. Кг | Laser processing head with belt drive for moving optics |
RU2697686C1 (en) * | 2018-10-31 | 2019-08-16 | Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") | Robotic portal for laser cutting and welding of tubular cylindrical workpieces |
RU2711996C2 (en) * | 2015-06-19 | 2020-01-23 | АйПиДжи Фотоникс Корпорейшен | Laser welding head with two movable mirrors guiding laser beam, and laser welding system and methods, in which it is used |
RU196666U1 (en) * | 2019-08-29 | 2020-03-11 | Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований" (АО "ГНЦ РФ ТРИНИТИ") | UNDERWATER LASER CUTTING NOZZLE |
RU198424U1 (en) * | 2020-02-18 | 2020-07-07 | Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований" (АО "ГНЦ РФ ТРИНИТИ") | UNDERWATER WELDING NOZZLE |
RU2736128C2 (en) * | 2016-08-30 | 2020-11-11 | ПАУЭР-ТЕХ Януш Марцин Эйма | Head for laser cutting and laser cutter containing such head |
RU2746317C2 (en) * | 2016-07-06 | 2021-04-12 | Адиге С.П.А. | Method for laser processing of metal material with control of transversal distribution of laser beam power in the working plane, including installation and computer software for method implementation |
RU2750313C2 (en) * | 2016-07-06 | 2021-06-25 | Адиге С.П.А. | Method for laser processing of metal material with a high level of dynamic control of the axes of movement of the laser beam along a pre-selected processing path, as well as a machine and a computer program for implementing this method |
-
2008
- 2008-12-25 RU RU2008140676/02A patent/RU2386523C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
А.Г.ГРИГОРЬЯНЦ и др. Технологические процессы лазерной обработки. - М.: изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2006, с.41. * |
Проспект фирмы «Prima Industrie», выставка Ганновер-2007. * |
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2528287C2 (en) * | 2012-05-15 | 2014-09-10 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский Институт Технического Стекла" | Method of fragile non-metallic material laser cutting and device to this end |
RU2647107C2 (en) * | 2013-05-16 | 2018-03-13 | Кхс Гмбх | Railing support |
RU2653892C2 (en) * | 2013-11-22 | 2018-05-15 | Сальваньини Италия С.П.А. | Laser cutting head for machine tool |
DE102013224207A1 (en) * | 2013-11-27 | 2015-05-28 | Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh | Laser processing machine |
DE102013224207B4 (en) * | 2013-11-27 | 2016-08-18 | Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh | Laser processing machine |
US10150180B2 (en) | 2014-02-06 | 2018-12-11 | Precitec Gmbh & Co. Kg | Laser machining head |
RU2661686C1 (en) * | 2014-02-06 | 2018-07-19 | Прецитек Гмбх Унд Ко. Кг | Laser processing head with belt drive for moving optics |
RU2601362C2 (en) * | 2014-12-12 | 2016-11-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method of making parts made from mica by laser cutting |
RU2711996C2 (en) * | 2015-06-19 | 2020-01-23 | АйПиДжи Фотоникс Корпорейшен | Laser welding head with two movable mirrors guiding laser beam, and laser welding system and methods, in which it is used |
RU2746317C2 (en) * | 2016-07-06 | 2021-04-12 | Адиге С.П.А. | Method for laser processing of metal material with control of transversal distribution of laser beam power in the working plane, including installation and computer software for method implementation |
RU2750313C2 (en) * | 2016-07-06 | 2021-06-25 | Адиге С.П.А. | Method for laser processing of metal material with a high level of dynamic control of the axes of movement of the laser beam along a pre-selected processing path, as well as a machine and a computer program for implementing this method |
RU2736128C2 (en) * | 2016-08-30 | 2020-11-11 | ПАУЭР-ТЕХ Януш Марцин Эйма | Head for laser cutting and laser cutter containing such head |
RU2697686C1 (en) * | 2018-10-31 | 2019-08-16 | Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") | Robotic portal for laser cutting and welding of tubular cylindrical workpieces |
RU196666U1 (en) * | 2019-08-29 | 2020-03-11 | Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований" (АО "ГНЦ РФ ТРИНИТИ") | UNDERWATER LASER CUTTING NOZZLE |
RU198424U1 (en) * | 2020-02-18 | 2020-07-07 | Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований" (АО "ГНЦ РФ ТРИНИТИ") | UNDERWATER WELDING NOZZLE |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2386523C1 (en) | Device for cutting of volume parts with fibre laser | |
RU86129U1 (en) | LASER CUTTING MACHINE | |
US10095091B2 (en) | Controlled camera off-axis alignment for the dynamic bore-surface-structure inspections via rotational/orbital/rotational orbiting angular off-axis controlled vision camera systems and their corresponding optical positional/angular alignment datum's | |
JP6150619B2 (en) | Dual laser head | |
EP2516108B1 (en) | Machine tools and methods of operation thereof | |
CN104028890B (en) | A kind of big two-photon polymerized processing method of stroke cylindrical coordinates and device | |
JP5384196B2 (en) | Ultra precision roll lathe | |
CN105473272A (en) | Composite processing device and composite processing method | |
CN106029290B (en) | Laser processing system | |
CN207267114U (en) | A kind of ceramic laser cutting machine | |
Leadbeater et al. | A unique machine for grinding large, off-axis optical components: the OAGM 2500 | |
CN201186370Y (en) | Multi-shaft numerical control and double worktable laser machining apparatus | |
JPH09300178A (en) | NC machine tool with tool edge position measurement function | |
CN110977161A (en) | High-precision triaxial laser welding equipment | |
CN101342637A (en) | Multi-axis CNC, double-table laser processing system | |
CN204913068U (en) | Be applicable to totally enclosed laser three -dimensional cutting head of manipulator cage constrction | |
CN108779837B (en) | Reconfigurable machining center | |
US6960052B2 (en) | Machine tool and method of adjusting the spindle of a machine tool | |
CN104625437A (en) | Scanning mechanism for precision processing of laser drilling and cutting of special-shaped hole | |
JPH09123033A (en) | Nc machining device | |
RU2285602C1 (en) | Metal cutting high-speed five-coordinate center with tripod-module | |
CN110548995A (en) | Multifunctional laser micro-carving texture processing equipment | |
CN113020125A (en) | Online laser cleaning device and cleaning method | |
RU164382U1 (en) | LASER TECHNOLOGICAL INSTALLATION FOR DIMENSIONAL PROCESSING | |
JP2024502156A (en) | Method and device for compensating ultrashort pulse laser rotation direction error, and machine tool |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171226 |