Лазерная гибкая производственная система

 

Изобретение относится к оборудованию для термической обработки материалов. Сущность изобретения: лазерная система имеет в своем составе лазеры с перекрывающимся диапазоном мощности и с различными характеристиками излучения, основной широкоуниверсальный технологический пост и три дополнительных специализированных . Широкоуниверсальный пост имеет магазин со сменными оптическими головками и систему их автоматической смены. Для установки подвижного зеркала имеются регулируемые винты. 2 з.о. ф-лы, 4 ИЛ. .;-. .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

tsi)s В 23К 26/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4909862/08 (22) 11.02.91 (46) 23.04.93. Бюл. М 15 (71) Научно-исследовательский центр по технологическим лазерам АН СССР (72) Г.А.Абильсиитов, А.H.Ñàôîíîâ и

Г; Ю.Микульшин (73) Научно-исследовательский центр по технологическим лазерам (56) Хартили Дж. ГПС а äåéñòâèè. Пер. с анг./Под ред. Кудинова В.М. Машиностроение, 1987. с;328.

Advances in iaser metat&orking—

American Machinist, 1985, January, р.79-81, перевод;

Технология, оборудование, организа-. ция и экономика машиностроительного производства. Серия 1 Автоматические линии и металлургические станки. 1986, вып.5, Изобретение относится к оборудованию для термической обработки материалов и может быть использовано в различных отраслях машиностроения, преимущественйо в автомобилестроении, судостроении, электротехнической промышленности.

Целью изобретения является расширение технологических воэможностей ГПС, повышение ее производительности.

Вышеуказанная цель достигается тем, что лазерная гибкая производственная система имеет один основной технологический пост в виде широкоуниверсального манипулятора с магазином сменных оптических головок для различных технологических операций и системой ий автоматической смены, четыре технологических лазера, on„, Ы2„, 1811463АЗ

2 (54) ЛАЗЕРНАЯ ГИБКАЯ ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ СИСТЕМА (57) Изобретение относится к оборудованию для термической обработки материалов, Сущность изобретения: лазерная система имеет в своем составе лазеры с перекрывающимся диапазоном мощности и с различными характеристиками излучения, основной широкоуниверсальный технологический пост и три дополнительных специализированных. Широкоуниверсальный пост имеет магазин со сменными оптическими головками и систему их автоматической смены. Для установки подвижного зеркала имеются регулируемые винты, 2 з.п; ф-лы, 4 ил. с тические оси которых лежат в одной горизонтальной плоскости и имеют различные характеристики излучения и перекрывающийся диапазон регулирования мощности:

0,2-0,5 кВт — твердотельный лазер с длиной волны 1,06 мкм;

0,2-2,5 кВт — СОр-лазеp с одномодовым излучением; ф

0,5-5,0 кВт — COz-лазер с многомодо- О вым излучением и. равномерным распреде- () лением энергии по пятну;

1,0-20 кВт- С02-лазер с кольцевым распределением энергии по сечению; три дополнительных универсальных технблогических поста, между постами и лазерами имеется система транспортировки излучения с управляемыми по команде от системы. управления блоками поворотных

1811463

ЭЬркал, подающих излучение от каждого лазеро на основной технологический пост и на все дополнительные, 8 составе дополнительных технологическихпостов имеется пастдля прецизионной обработки мелких изделий на базе двухкоординатного столаманипулятора иэделий с рабочим ходом до 500 мм, два технологических поста с рабочим ходом до 630 и 1000 мм на базе двухкоординатных столов-манипуляторов изделий, имеющих вращательные блоки по двум координатам, а также технологический пост для обработки крупногабаритных листовых материалов. на базе двухкоординатного манипулятора оптики с рабочим ходом до 6300 мм, а основной технологический пост — широкоуниверсальный манипулятор с максимальным рабочим ходом до 1600 мм выполнен по смешанной схеме, в которой по одной координате перемещается вертикальный манипулятор с оптическими головками, а по другой координате перемещается стол с изделиями, Блоки поворотных зеркал в ГПС имеют механизмы вращения поворотного зеркала в плоскости выхода лазерного излучения, систему фиксирования в каждой позиции, механизм перемещения зеркал в вертикальной плоскости, направляющий элемент, расположенный вне трассы лазерньix лучей.

Наличие основного технологического поста — широкоуниверсального манипулятора с магазином сменных оптических головок и с системой автоматической смены позволяет выполнять .широкий круг технологических операций (сварка, резка, термообработка, легирование) изделий различной конфигурации (плоские, цилиндрические, объемные).

При необходимости обработки большого числа мелких партий изделий наличие системы автоматической смены оптических головок позволяет в значительной мере повысить производительность ГПС.

Максимальный рабочий ход широкоуниверсального манипулятора 1600 мм позволяет обрабатывать наиболее многочисленную группу изделий машиностроения: детали средних и крупных размеров, корпусные детали, которые трудно закралляются в различных зажимах и захватах. Смещанйая схема широкоуниверсального Манипулятора„в которой по одной координате перемещается вертикальный манипулятор с оптическими головками, а по другой — стол с изделиями позволяет сочетать обработку труднозакрепляемых массивных деталей и с минимальным

35 Наличие четырех дополнительных тех40

50

5.

30 изменением длины огггического тракта, тем самым достичь хороших показателей качества обработки, Наличие в ГПС четырех технологиче-. ских лазеров с различными характеристимами излучения и с перекрывающимся диапазоном регулирования мощности:

0,2 — 0.5 кВт — твердотельный лазер с длиной волны 1,06 мкм;

0,2 — 2,5 кВт — СО2-лазер с одномодовым излучением;

0.5 — 5,0 кВт — C0z-лазер с многомодовым излучением и с равномерным распределением энергии по пятну;

1,0-20,0 кВт — СО2-лазер с кольцевым распределением энергии по сечению позволяет с одной стороны расширить технологические воэможности системы, поскольку представляется возможность выполнения очень широкого круга операций в очень широком интервале режимов, а с другой стороны обеспечить наилучшее качество обработки, поскольку ту или иную операцию можно выполнить на лазере, имеющем наиболее подходящие для этого характеристики излучения:

0,2 — 0,5 кВт — для маркировки, прецизионной резки;

0,2 — 2,5 кВт — для сварки малых толщин и резки;.

0,5 — 5,0 кВт — для лазерной закалки, легирования и наплавки;

1,0 — 20,0 кВт — для сварки и резки больших толщин. нологических постов, среди которых пост для прецизионной обработки мелких изделий на базе двухкоординатного стола-манипулятора изделий с рабочим ходом до 500 мм, два технологических поста с рабочим ходом до 630 и 1000 мм на базе двухкоординатных столов-манипуляторов изделий имеющих вращательные блоки по двум координатам, а также технологический пост для обработки крупногабаритных листовых материалов на базе двухкоординатного манипулятора оптики с рабочим ходом до 6300 мм позволяет повысить производительность эа счет одновременного выполнения на ГПС нескольких операций, так как излучение от лазеров не задействованных на основном технологическом посту, может быть использовано на дополнительных постах. Дополнительные пОсты позволяют высокоэффективно обрабатьгвать крупные партии изделий. Кроме того подбор типоразмеров дополнительных постов позволяет в максимальной степени расширить технологические возможности системы, так как они перекрывают все основные группы

1811463 технологических операций и изделий. Пост крупные химические аппараты, машины, рена базе двухкоординатного стола-манипу- акторы. Во-вторых, на крупных предприятилятора изделий с рабочим ходом до 500 мм ях с круп носерийным характером позволяет производить прецизионную рез- производства на стадии освоения новой ку, маркировку, перфорацию мелких изде- 5 техники. К таким предприятиям относятся лий. Технологические посты на базе крупные автомобильные и тракторные эаводвухкоординатных столов-манипуляторов ды. Наконец, лазерная ГПС может быть эфизделий позволяет осуществлять в про- фективной при создании странственных координатах все виды тех- специализированных предприятий с учетом нологических операций мелких (до 630 мм) 10 максимального использования возможнои средних (до 1000мм), хорошо закрепляе- стей лазерной техники. К таким специализимых и позволяющих производить их переме- рованным предприятиям могут относиться щение в широком интервале скоростей. крупные ремонтные фирмы, инженерные

Технологический пост на базе двухкоор- центры, выполняющие заказы предприятий динатного манипулятора оптики позволяет 15 региона по лазерной обработке, и другие. осуществлять обработку крупногабаритных На фиг.1 показана схема лазерной ГПС; изделий размером до 6300 мм, в основном на фиг.2 —; на фиг,З— резку, маркировку, перфорацию отверстий. вид А на фиг.2; на фиг,4 — узел! на фиг,2, Лазерная ГПС состоит из следующих 4-х

Расположение оптических осей техно- 20 лазеров: СО-лазер 1 с диапазоном регулирологическихлазеровводнойгоризонтальной вания мощности 1 — 20 кВт и с кольцевым плоскости и наличие между постами и лазе- распределением энергии по сечению лазеррами системы транспортировки излучения с ного луча, С0-лазер 2 с диапазоном регулиуправляемыми по команде от системы уп- руемой мощности 0,5 — 5 кВт с равления блоками поворотных зеркал по- 25 многомодовым излучением и с равномерзволяет быстро и достаточно просто ным распределением энергии по пятну, СОподавать излучение от каждого лазера на лазер 3 с диапазоном регулирования любой технологический пост, что позволяет мощности 0,2 — 2,5 кВт с одномодовым излуреалиэовать возможность значительного чением и твердотельный лазер 4 с длиной повышения производительности. Наимень- 30 волны 1,06 мкм и диапазоном регулируемой шие потери времени при смене направле- мощности 0,2 — 0,5 кВт. В состав ГПС входят ния подачи лучей, наибольшая надежность четыре технологических поста: широкоунидостигается в том случае, когда блоки пово- версальный манипулятор с магазином сменротных зеркал имеютмеханиэмы вращения ных оптических головок для различных поворотного зеркала в плоскости выхода ла- 35 технологических операций и с системой авзерного излучения, систему фиксирования в томатической их смены 5, технологический каждой позиции, механизм перемещения пост 6 для лазерной сварки, технологичезеркал в вертикальной плоскости, направ- ский пост 7 для лазерной поверхностной ляющий элемент, расположенный вне трас- термообработки, технологический пост 8 сы лазерных лучей. 40 для лазерной резки. В состав лазерной ГПС

Расположение осей всех четырех лазе- входят также центральный автоматизироров и всей системы транспортировки излу- ванный склад 9 заготовок и изделий, общая чения в одной горизонтальной плоскости система 10 управления, система 11 трансдает также возможность легкого встраива- портировки деталей, система 12 транспорния при необходимости дополнительных 45 тировки излучения между лазерами и технологических постов и лазеров без изме- технологическими постами, имеющая в свонения существующей схемы оборудования ем составе блоки поворотных зеркал и лучеГПС, {H

С,{Например, встраивание дополнитель- проводы 13. Блоки поворотных зеркал ноготехнологическогопостадлястружколо- состоят (фиг.2, 3, 4) из поворотных зеркал мания не повлечет за собой изготовление 50 14, корпуса 15 с подшипниковым узлом 16. лучепровода, как это в прототипе), Поворотное зеркало закреплено через шпоночное соединение на подвижном валу 17, Дополнение новым оборудованием не Сверху вал соединен с электродвигателем повлечет за собой изменения структуры уп- 18, Корпус закреплен на подвижной опоре равления. Использование гибкой лазерной 55 19; которая через шток 20 соединена с пневсистемы наиболее эффективно, во-первых, моцилиндром 21, Пневмоцилиндр закрепна крупных предприятиях, выпускающих лен на общей консоли 22. В корпусе общей трудоемкие изделия в небольшом количест- консоли закреплены линейные подшипники ве, самолетостроительных, судостроитель- 23. На подвижной опоре закреплена круглая ныхзаводах,атакжезаводах, выпускающих направляющая 24, На консоли закреплен

1811463 упор 25 с регулировочными винтами 26 (фиг,3).

Работа гибкой лазерной производственной системы заключается в следующем.

По общей транспортной системе 11 заготовки из центрального автоматизированного склада заготовок и изделий 9 перемещаются в зависимости от необходимого вида лазерной обработки к технологи- 10 ческим постам 5, 6, 7, 8, Перемещением деталей к технологическим постам и обратно в склад управляет общая система управления 10. После размещения деталей на рабочем месте технологического поста по 15 команде системы управления включается соответствующий лазер поз.1, 2, 3, 4 и лазерный луч по лучепроводам 13 через блоки поворотных зеркал 12 направляется на соответствующий технологический пост. В 20 случае, если деталь, предназначенная для одного вида обработки, не может быть обработана на соответствующем технологическом посту из-за своих массогабаритных характеристик либо из-эа возможностей 25 технологических постов, то система управления направляет вышеуказанную деталь на тот пост, где возможна. ее обработка.

Одновременно с этим система управления располагает зеркала 13 оптических блоков 30 таким образом, что луч от соответствующего лазера направляется не на свой пост, а на тот, на который поступила деталь.

Блоки поворотных зеркал работают следующим образом (фиг.2, 3, 4), По командам 35 системы управления поворотное зеркало может занимать 2 позиции, направляя лазерный луч либо вправо на 90 град., либо влево на 90 град. от первоначального направления, Поворот зеркала осуществляет- 40 ся с помощью двигателя 18, подшипникового узла 16, вала 17, расположенных в корпусе 15. В случае, когда изменение направления излучение не требуется, зеркало вместе с корпусом, закрепленным 45 на подвижной опоре 19, через шток 20 опускается вниз с помощью пневмоцилиндра

21. Лазерный луч проходит при этом поворотный блок беэ изменения своего направления. Направляющим элементом при 50 вертикальном перемещении зеркала служит закрепленная на подвижной опоре круглая направляющая 24, перемещающаяся внутри линейных подшипников 23, расположенных внутри общей консоли 22, Для 55 точной фиксации зеркал в рабочих позициях. а также их настройки и юстировки используется упор 25 с регулировочными винтами 26, Направляющая и линейные подшипники расположены в стороне от всех возможных направлений, по которым можно отклонить лазерный луч, поэтому не препятствуют продолжению луча при любых изменениях его направлений, Широкоуниверсальный манипулятор 5 с магазином сменных оптических головок для различных технологических операций и системой автоматической смены головок дает возможность провести обработку практически любых деталей обрабатываемых в данной ГПС и, используя возможность системы транспортировки излучения, позволяющей подавать на этот манипулятор лазерное излучение от любого входящего в состав ГПС лазера, регулирует работу всех технологических постов.

1. При.большой загрузке одного из них широкоуниверсальный манипулятор принимает на себя часть его деталей.

2. При поступлении со склада новой детали система управления направляет ее на широкоуниверсальный манипулятор, тем самым не внося изменений в цикл работы остальных технологических постов.

Формула изобретения

1, Лазерная гибкая производственная система, включающая технологические лазеры, технологические посты, центральный автоматизированный склад заготовок и изделий, систему транспортировки заготовок и изделий, системы их загрузки и выгрузки, общую систему управления, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью расширения технологических возможностей и повышения производительности, один из технологических постов — основной выполнен в виде манипулятора с магазином сменных оптических головок для различных технологических операций и системы автоматической их смены, лазерная гибкая системы содержит четыре технологических лазера, оптические оси которых лежат. ai одной плоскости с различными характеристиками излучения и с перекрещивающимся диапазоном регулирования мощности:—

0,2 — 0,5 кВт — твердотельный лазер с длиной волны 1,06 мкм, — 0,2 — 2,5 кВт — СО2-лазер с одномодовым излучением, — 0,5-5,0 кВт—

COz-лазер с многомодовым излучением и с равномерным распределением энергии по пятну, 1,0 — 20,0 кВт — С02-лазер с кольцевым распределением энергии по сечению, три дополнительных технологических поста, между постами и лазерами размещена система транспортировки излучения. связанная с системой управления блоками поворотных зеркал, 2, Система по п.1, отличающаяся тем, что в состав дополнительных технологических постов введен пост длч прецизион1811463

10 ной обработки мелких изделий на базе двукоординатного стола-манипулятора с рабочим ходом до 500 мм, двэ технологических поста с рабочими ходами до 630 мм на базе двухкоординатных столов-манипуляторов с вращательными блоками по двум координатам, а также технологический пост для обработки крупногабаритных листовых материалов на базе двукоординатного манипулятора оптики с рабочим ходом до 6300 мм, при атом основной технологический пост содержит широкоуниверсэльный манипулятор с максимальным рабочим ходом до 1000 мм, выполненным в виде вертикального манипулятора с оптическими головками для плоской и пространственной обработки, и в виде стола для изделий, установленного с возможностью перемещения в направлении, нормальном направлению перемещения вертикального манипулятора, 3. Система по пп.1 и2, отл ича юща5 я с я тем, что широкоуниверсэльный манипулятор содержит магазин сменных оптических головок и устройство их автоматической смены.

4. Система по пп,1 — 3, о т л и ч а ю щ а я10 с я тем, что блоки поворотных зеркал снабжены механизмами вращения поворотного зеркала в плоскости выхода лазерного излучения, системой фокусирования в каждой позиции, механизмом перемещения в вер15 тикальной плоскости с направляющим элементом, расположенным вне трассы лазерных лучей, 1811463

Составитель Г.Абильсиитов

Техред М,Моргентал Корректор М.Куль

Редактор Г. Бельская

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 1459 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5