Станок для обработки лазерным лучом

 

Изобретение относится к сварке, в частности к устройствам для обработки лазерным лучом с автоматической коррекцией положения фокальной плоскости, и может найти применение в различных отраслях машиностроения. Сущность изобретения состоит в том, что станок содержит станину, координатный стол, лазер, систему управления перемещения лазерной головки. Головка состоит из блока сведения луча, оптических элементов и сопла. В головке стола имеется механизм коррекции блока сведения луча, выполненный из набора юстируемых шариковых или призменных пар в два ряда, расположенных с заданным шагом и определенным расстоянием между рядами. Сопло жестко соединено с блоком сведения луча. 4 ил.

Предлагаемое устройство относится к лазерной технике и может быть использовано при размерной лазерной обработке и сварке деталей.

Известна фокусирующая головка для машины лазерной резки, которая содержит подвижную конструкцию, фокусирующую линзу и изготовленное за одно целое с ней выходное сопло, которое закреплено на подвижной конструкции и перемещается относительно нее по двум осям, образующим угол. При этом сопло можно перемещать по любой траектории, удерживая центр линзы на заданном расчетном расстоянии от поверхности разрезаемого листового материала. Фокусирующая головка состоит из первой и второй частей, которые перемещаются параллельно оптической оси линзы и оси сопла. Одна из этих частей содержит сопло, линзу и датчик, детектирующий расстояние от центра линзы по поверхности разрезаемого материала. Фокусирующая головка, кроме того, содержит управляемый указанным датчиком сервомеханизм, установленный между первой и второй осевыми позициями, в которые перемещают первую и вторую части головки. Сервомеханизм удерживает центр фокусирующей линзы на заданном постоянном расстоянии от поверхности разрезаемого материала. Датчик оснащен устройством со скользящим контактом, который перемещается по выходному концу сопла и выступает со стороны его торца, касаясь поверхности разрезаемого листового материала (1).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является головка станка для обработки лазерным лучом с автоматической коррекцией положения фокальной плоскости, в которой оптический блок с фокусирующей линзой подвешен под неподвижным несущим органом при помощи двигателя Жиклеры подачи воздуха под давлением к отверстию присоединены к ротаметрам, подвижный элемент, который перемещается в зависимости от расхода утечки в зазорах х относительно поверхности S перед датчиками, управляющими ходом двигателя в направлении коррекции (2).

Описанные выше конструкции имеют общий существенный недостаток: сложность механизма коррекции положения фокусирующей системы относительно поверхности обрабатываемого материала, вследствии чего снижается надежность работы лазера в условиях промышленного применения. Так, например, попадание грата и продуктов сгорания в зазоры S (ав.св. N 2564349) изменяют расход утечки газа, что приводит к ошибке в коррекции фокальной плоскости.

Для того, чтобы устранить вышеуказанный недостаток в станке, для обработки лазерным лучом, содержащий станину, координатный стол, систему управления перемещения лазерной головки, состоящей из блока сведения луча, оптических элементов и сопла, предусмотрен механизм коррекции блока сведения луча диаметром большим диаметра блока сведения луча и выполненный из набора юстируемых шариковых или призменных пар, расположенных с равным шагом по окружности в два ряда с расстоянием между ними, выбираемом из зависимости где h расстояние от поверхности обрабатываемого материала до верхних юстируемых шариковых или призменных пар; Н расстояние от поверхности обрабатываемого материала до нижней точки юстируемых шариковых или призменных пар; α- угол между оптической осью и направлением перемещения блока сведения луча; D диаметр отверстия сопла; d диаметр сфокусированного фокального пятна в зоне обработки, причем сопло жестко смонтировано с блоком сведения луча и подвижно с несущим органом.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен схематически предлагаемый станок для обработки лазерным лучом; на фиг.2 лазерная головка; на фиг.3 вид А-А фиг.2 (в качестве юстируемых элементов используются призменные пары); на фиг.4 вид А-А фиг.2 (в качестве юстируемых элементов используются шариковые пары).

Предлагаемый станок для обработки лазерным лучом включает станину 1, координатный стол 2, лазер 3, систему управления 4 перемещения лазерной головки 5, содержащей оптические элементы 6, сферическое сопло 7, жестко соединенное с блоком 8 сведения луча, перемещающихся под действием пружин 3 и неровностей поверхности обрабатываемого материала 10 на сферическую поверхность сопла, механизм коррекции 11 блока сведения луча и сопла, состоящего из набора юстируемых шариковых 12 или призменных 13 пар, обеспечивающих безлюфтовое перемещение блока 8 сведения луча, гарантирующих совпадение геометрической 14 и оптической 15 осей с точностью, определяемой из следующей зависимости: где h расстояние от поверхности обрабатываемого материала до верхних юстируемых шариковых и призменных пар; Н расстояние от поверхности обрабатываемого материала до нижней точки юстируемых шариковых и призменных пар; α- угол между оптической осью и направлением перемещения блока сведения луча;
D диаметр отверстия сопла;
d диаметр сфокусированного фокального пятна в зоне обработки.

При движении обрабатываемой детали 10 относительно сферической головки сопла 7, поддерживается ее постоянный контакт с последней. При изменении положения плоскости поверхности обрабатываемой детали сопло 7 вместе с блоком 8 сведения луча под воздействием пружины 9 перемещается вслед за ним, контактируя своими гранями с набором предварительно выставленных шариковых 12 или призменных 13 пар механизма коррекции 11, исключающих люфты и отклонения геометрической оси 14 направления движения от оптической оси 15 лазера свыше пределов, что позволяет получать качественный рез на обрабатываемой поверхности, не производя предварительной правки заготовок, исключает "удар" сопла в деталь при ошибках в программе.

Формула изобретения

Станок для обработки лазерным лучом, содержащий станину, координатный стол, лазер, систему управления перемещением лазерной головки, состоящей из блока сведения луча, оптических элементов и сопла, отличающийся тем, что в головке станка предусмотрен механизм коррекции блока сведения, выполненный из набора юстируемых шариковых или призменных пар, расположенных с равным шагом по окружности в два ряда с расстоянием между ними, выбираемым из соотношения:

где h расстояние от оси нижних юстируемых шариковых или призменных пар до поверхности сопла;
Н расстояние от оси верхних юстируемых шариковых или призменных пар до поверхности сопла;
α угол между оптической осью лазера, проходящей через блок сведениям луча излучения, и осью блока сведения луча;
D диаметр отверстия сопла;
d диаметр сфокусированного фокального пятна в зоне обработки,
причем сопло жестко смонтировано с блоком сведения луча.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4