УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ РЕЗКИ ОТВЕРСТИЙ СЛОЖНЫХ КОНТУРОВ В ТРУБАХ С ПОПЕРЕЧНЫМ СЕЧЕНИЕМ ПРОИЗВОЛЬНОЙ ФОРМЫ

Изобретение относится к области обработки материалов и может быть использовано для резки отверстий сложных контуров в крупногабаритных (длина более 10 м, диаметр более 150 мм) трубах произвольной формы поперечного сечения.
Известна механическая резка отверстий сложных контуров в трубах произвольной формы поперечного сечения с помощью крупногабаритных фрезерных станков [В.В.Кувшинский. Фрезерование. Изд. Машиностроение, Москва, 1977, стр.178]. В таких случаях ширина реза ограничена минимально допустимой толщиной дисковой прорезной фрезы и составляет более 0,2 мм. К недостаткам такой резки относятся также ограничение на радиус округления при проведении прямоугольных резон, недостаточная точность резки по толщине стенки трубы, ограниченные скорость реза и габариты обрабатываемых изделий.
2
Известно устройство, использующее для резки отверстий в трубах технологические лазеры, в частности СО-лазер с мощностью 3-5 кВт [Фирма Trumpf, DE. Лазерный станок TruLaser 3030 с дополнительным устройством RotoLas (www. ru. trompf. corn. // L 43244_TruLaser_ru. pdf). Дата обращения 16.07.2009]. Данное устройство выбрано нами в качестве прототипа. Оно позволяет резать трубы диаметром до 150 мм и длиной до 3 м с толщиной стенки до 8 мм с высокой точностью, высокой скоростью и позволяет производить автоматическую резку изделия, что обеспечивает высокую производительность работы. Процесс резки экологичен и бесшумен. Однако подобные устройства для лазерной резки не позволяют осуществлять резку крупногабаритных труб длиной более 10 м и диаметром более 150 мм и имеют ограничения по ширине прорезаемой щели.
Техническим результатом изобретения является увеличение длины и диаметра обрабатываемых труб и уменьшение ширины выполняемых протяженных щелей (менее 0,2 мм) с обеспечением высокой точности резки и повышением качества кромки реза.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройство для лазерной резки отверстий сложных контуров в трубах с поперечным сечением произвольной формы, содержащее технологический лазер, режущую головку, укрепленную на подвижном портале, систему подачи технологического газа, опорную станину с узлом крепления и поворота обрабатываемой трубы, привод вращения обрабатываемой трубы с электродвигателем, пару шарикоподшипников для вращения обрабатываемой трубы, систему автоматического управления порталом и приводом вращения, введены, по крайней мере, три опорные полые колонны, при этом опорная станина расположена между двумя из них, привод вращения выполнен в виде отдельного узла, механически связанного с узлом крепления и поворота с помощью цепной передачи, при этом привод вращения содержит вал, установленный осесимметрично в зажимном патроне, один конец вала привода соединен с валом электродвигателя, а на другом конце вала привода жестко закреплена ведущая шестерня цепной передачи, узел крепления и поворота содержит корпус, на оси которого установлена цилиндрическая втулка с возможностью поворота вокруг оси корпуса, на другом конце втулки, расположенном вне корпуса, установлена ведомая шестерня цепной передачи, при этом в цилиндрической втулке установлен самоцентрирующийся зажимной механизм крепления трубы, устройство снабжено дополнительно, по крайней мере, двумя парами шарикоподшипников для вращения обрабатываемой трубы, при этом каждая пара названных подшипников установлена на опорной колонне, а также механизмом подъема трубы, включающим, по крайней мере, три пары подшипников для продольного перемещения трубы, установленных на опорных колоннах и механически связанных через продольные и поперечные тяги с рукояткой ручного управления, при этом поперечные тяги установлены внутри опорных колонн. Технологический лазер может быть выполнен оптоволоконным.
Выполнение привода вращения в виде отдельного узла, механически связанного с узлом крепления и поворота с помощью цепной передачи, обеспечивает свободное прохождение трубы через узел крепления, а наличие, по крайней мере, трех пар подшипников для вращения трубы и описанного механизма подъема трубы позволяет устанавливать трубу на опорные колонны, перемещать ее по длине и, тем самым, вести обработку труб длиной более 10 м.
Увеличение диаметра обрабатываемых труб достигается тем, что в устройстве по изобретению узел крепления и поворота содержит корпус, на оси которого установлена цилиндрическая втулка с возможностью поворота вокруг оси корпуса, при этом в цилиндрической втулке установлен самоцентрирующийся зажимной механизм трубы, что позволяет устанавливать и надежно закреплять в нем трубы диаметром более 150 мм.
Уменьшение ширины прорезаемых протяженных щелей (менее 0,2 мм) с обеспечением высокой точности резки и повышением качества кромки реза достигается использованием в устройстве по изобретению в качестве технологического лазера оптоволоконного лазера. Оптоволоконный лазер обеспечивает хорошо сфокусированный пучок излучения с большой плотностью мощности излучения в пятне фокусировки, что позволяет прорезать протяженные щели шириной менее 0,2 мм с обеспечением высокой точности резки и повышением качества кромки реза.
Структурная схема устройство по изобретению представлена на фиг.1, где
1 - технологический лазер,
2 - режущая головка,
3 - подвижный портал,
4 - система подачи технологического газа,
5 - опорная станина,
6 - узел крепления и поворота,
7 - привод вращения,
8 - система автоматического управления порталом и приводом вращения,
9 - опорные колонны,
10 - цепная передача,
11 - вал привода вращения,
12 - зажимной патрон,
13 - электродвигатель,
14 - ведущая шестерня цепной передачи,
15 - корпус узла крепления и поворота,
16 - цилиндрическая втулка,
17 - ведомая шестерня цепной передачи,
18 - самоцентрирующийся зажимной механизм,
19 - шарикоподшипники для вращения трубы,
20 - шарикоподшипники для продольного перемещения трубы,
21 - поперечные тяги,
22 - продольные тяги,
23 - рукоятка ручного управления.
Устройство для лазерной резки отверстий сложных контуров в трубах с поперечным сечением произвольной формы, представленное на фиг.1, содержит технологический лазер 1, режущую головку 2, укрепленную на подвижном портале 3, систему подачи технологического газа 4, опорную станину 5 с узлом крепления и поворота 6, привод вращения 7 обрабатываемой трубы, Система автоматического управления 8 обеспечивает работу портала и привода вращения. Устройство содержит, по крайней мере, три опорные колонны 9, при этом опорная станина 5 расположена между двумя из них. Привод вращения выполнен в виде отдельного узла, механически связанного с узлом крепления и поворота с помощью цепной передачи 10, при этом привод вращения содержит вал 11, установленный осесимметрично в зажимном патроне 12. Один конец вала привода вращения соединен с валом электродвигателя 13, а на другом конце вала привода вращения жестко закреплена ведущая шестерня 14 цепной передачи. Узел крепления и поворота содержит корпус 15, на оси которого установлена цилиндрическая втулка 16 с возможностью поворота вокруг оси корпуса. На другом конце втулки, расположенном вне корпуса, установлена ведомая шестерня 17 цепной передачи, при этом в цилиндрической втулке установлен самоцентрирующийся зажимной механизм 18 для крепления трубы. Устройство содержит, по крайней мере, три пары шарикоподшипников для вращения трубы 19, при этом каждая пара названных подшипников установлена на опорных колоннах 9. В устройство введен также механизм подъема трубы для ее продольного перемещения, включающий, по крайней мере, три пары шарикоподшипников для продольного перемещения трубы 20, связанных через поперечные 21 и продольные 22 тяги с рукояткой ручного управления 23.
Устройство работает следующим образом. Обрабатываемая труба устанавливается на шарикоподшипник для продольного перемещения трубы 20 механизма подъема трубы, максимально удаленный от узла крепления и поворота 6, при этом названный подшипник находится в рабочем (вертикальном положении). Затем труба перемещается оператором по оси устройства. Возможно осуществление подачи и с помощью толкающего устройства. Перемещение трубы производится до размещения ее конца в узле крепления и поворота 6. После этого оператор рукояткой ручного управления 23 приводит шарикоподшипники 20 в исходное положение, в результате чего труба опускается на шарикоподшипники для вращения трубы 19. Оператор закрепляет конец трубы в цилиндрической втулке 16 узла крепления и поворота 6 с помощью зажимного механизма 18. Участок трубы, находящийся в рабочей зоне портала 3, готов к лазерной обработке. Оператор включает систему автоматического управления 8 порталом и приводом вращения трубы. Движение портала и привода вращения происходит в соответствии с заданной программой резки. После завершения резки начального участка трубы система автоматического управления 8 переходит в ждущий режим. Оператор разводит зажимной механизм 18, приводит с помощью рукоятки ручного управления 23 в рабочее положение шарикоподшипники 20 механизма подъема трубы и перемещает трубу по ним до установки очередного участка резки в рабочую зону портала 3. При этом обработанный участок трубы перемещается на шарикоподшипники 20 первой из опорных колонн 9. Затем оператор опускает шарикоподшипники 20 в исходное положение, в результате чего труба опускается на шарикоподшипники для вращения трубы 19. Оператор закрепляет трубу в цилиндрической втулке 16 узла крепления и поворота 6 с помощью зажимного механизма 18. Очередной участок трубы, находящийся в рабочей зоне портала 3, готов к лазерной резке. Оператор дает команду системе автоматического управления 8 на продолжение работы в соответствии с заданной программой резки для очередного участка. Процедура лазерной резки трубы повторяется до окончания обработки всей трубы.
Таким образом, устройство по изобретению позволяет устанавливать, надежно закреплять, осуществлять вращение и перемещать по длине трубы с длиной более 10 м и диаметром более 150 мм и, тем самым, вести их эффективную обработку с обеспечением высокой точности резки и высокого качества кромки реза.