ЛАЗЕРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИЙ

Решение относится к машиностроению и может быть использовано для упрочнения внутренней поверхности изделий, в том числе, самоуплотняющихся резьб, работающих при больших контактных нагрузках.
Известен способ лазерной резки и устройство для его осуществления (пат. РФ 2288084, В23К 26/38, В23К 26/42, опубл. 27.11.2006. Устройство содержит источник лазерного излучения, зеркало, резак и платформу с зажимами для разрезаемой заготовки, координатный стол, систему ЧПУ, информационно-вычислительную систему, программный модуль, обеспечивающий коррекцию контура реза пропорционально создаваемым в материале деформациям, а платформа имеет резьбовые направляющие для растяжения заготовки, выполненные в виде винтовых пар с лево- и правосторонней резьбами, и установлена на координатном столе, управляемом системой ЧПУ, связанной через программный модуль с источником лазерного излучения и с информационно-вычислительной системой.
Это решение интересно с точки зрения использования автоматики в системе механической обработки деталей. Но имеет иную механическую часть, чем предлагаемое, а следовательно, иные связи автоматической части с механическими узлами.
По назначению, сумме признаков и непосредственно усовершенствуемой предлагаемым решением, наиболее близкой, принятой в качестве прототипа, является лазерная установка для обработки внутренней поверхности детали, защищенная патентом РФ №2241765, C21D 1/09, C21D 1/09, опубл. 16.01.2003. Установка содержит источник лазерного излучения, оптическую систему, включающую зеркала, в том числе внутреннее, расположенное на штанге, помещаемое внутрь обрабатываемого изделия с возможностью горизонтального перемещения, линзу, привод вращения изделия, средство механического взаимодействия оптической системы с приводом вращения изделия, несущий корпус со стойкой, в которой расположены зеркала оптической системы. Средство перемещения и механического взаимодействия оптической системы с приводом вращения изделия выполнено в виде подпружиненной относительно корпуса тяги с наконечником, взаимодействующим с резьбовой поверхностью изделия. Привод вращения изделия (какой - в описании не указано), задает вращение патрону, зажимающему изделие.
Недостатком прототипа является то, что механическое перемещение оптической системы с помощью тяги с наконечником, цепляющимся за резьбу детали, позволяет
упрочнять резьбы с шагом меньшим диаметра луча. В случае, если шаг резьбы будет больше диаметра луча, произойдет лишь частичное упрочнение резьбы. Эта система не позволяет обрабатывать внутренние поверхности деталей, не имеющих резьбы, т.к. тяга взаимодействует с зубьями резьбы. Кроме того, т.к. внутреннее зеркало жестко закреплено на штанге, при упрочнении резьб с круглым профилем и большим шагом толщина закаленного слоя будет неравномерной из-за разной плотности луча на впадинах и боковых гранях, в результате микроструктура неравномерна, что влияет на стабильность механических характеристик. Эти недостатки устраняются предлагаемым решением. Поставлена задача создания автоматизированной установки для лазерной обработки внутренних поверхностей деталей различной конфигурации, в том числе, без внутренней резьбы.
Технический результат-повышение качества обрабатываемых изделий в плане оптимального сочетания физико-механических свойств и равномерной микроструктуры.
Этот технический результат достигается тем, что в лазерной установке для обработки внутренней поверхности изделий, содержащей источник лазерного излучения, оптическую систему со средствами ее перемещения, включающую зеркала, в том числе внутреннее, установленное на штанге и помещаемое внутрь изделия с возможностью горизонтального перемещения, линзу, привод вращения изделия, несущий корпус со стойкой, в которой расположены зеркала оптической системы, средства перемещения оптической системы выполнены в виде установленных на корпусе линейных электродвигателей горизонтального перемещения и поворота внутреннего зеркала, шарнирно установленного на штанге, перемещения линзы, а так же шагового электродвигателя вращения изделия, причем, электрические входы электродвигателей соединены с системой ЧПУ, имеющей программный модуль, обеспечивающий коррекцию перемещения луча, а механические выходы - с приводимыми в движение соответствующими механическими узлами.
Автоматически регулируемая скорость перемещения луча при упрочнении резьб с большим шагом и деталей без резьбы, в том числе с нецилиндрической внутренней поверхностью, поворот внутреннего зеркала, а следовательно, поворот луча с фокусировкой на поверхности любой формы повышает плотность и равномерность потока частиц, что способствует увеличению толщины и равномерности закаленного слоя.
Предлагаемая лазерная установка для обработки внутренней поверхности изделий приведена на чертеже.
Установка содержит источник лазерного излучения 1, включающий излучатель лазерного пучка, оптическую систему, состоящую из зеркал 2, установленных в стойке 3 в ее верхней части и у основания, наклоненных соответствующим образом. Вся установка смонтирована на несущем корпусе 4. В горизонтальной трубчатой части 5 установлена линза 6, а зеркало 7 шарнирно установлено на штанге 8 с возможностью поворота с помощью линейного электродвигателя 9, установленного на корпусе 4. Линейный электродвигатель 10, установленный на корпусе 4, предназначен для горизонтального перемещения зеркала 7. А линейный электродвигатель 11-для перемещения линзы 6. Могут быть использованы линейные электродвигатели из Catalog Produkt Information. 2007. Owis Company (Germany), c.M7, M20.
Шаговый электродвигатель 12 обеспечивает вращение патрона 13, в котором закрепляется обрабатываемая деталь 14. Автоматическую работу установки обеспечивает система управления, включающая блок ЧПУ 15, имеющий программный модуль 16 с вычислительным блоком 17. Электрические входы электродвигателей 9, 10, 11 соединены с системой ЧПУ, а их механические выходы (валы) - с приводимыми в движение соответствующими механическими узлами.
Лазерная установка работает следующим образом. Закрепляют обрабатываемую деталь 14 в патроне 13 и настраивают оптическую систему поворотом зеркал 2 и 7 и линзы 6 пробным включением лазерного источника 1. После настройки системы включают ее в работу, осуществляемую с помощью программного модуля 16, подающего сигналы на электрические входы соответствующих электродвигателей и на их валы. Луч позиционируется на обрабатываемой поверхности вращающейся от электродвигателя 12 детали 14 с помощью зеркала 7, которое по определенной программе перемещается вдоль детали посредством штанги 8 от электродвигателя 10, и может поворачиваться на нужный угол от электродвигателя 9. Так же автоматически может изменяться положение линзы 6 электродвигателем 11. Луч лазера сканируется в автономной системе управления лазером. Выводят установку на номинальную мощность и обрабатывают деталь, регулируя мощность излучения, диаметр пятна, скорость перемещения лазерного луча. Работа установки контролируется с помощью компьютера (на чертеже не показан).
Проведенные испытания подтверждают промышленную применимость установки. Обработанные детали имели равномерную структуру и стабильные по поверхности механические характеристики.