УСТАНОВКА ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ

Полезная модель относится к области термической обработки материалов и может быть использована при лазерной вырезке деталей из листовых материалов.
Известна лазерная установка для раскроя листовых материалов "Prodelase 2000" фирмы "Laser Techniques", Франция [1]. Установка имеет в своем составе лазер, технологический пост, систему управления. Технологический пост имеет выдвижной стол для загрузки и выгрузки обрабатываемых листов и деталей и механизмы перемещения оптических элементов - поворотных зеркал и фокусирующего объектива. Лазерный луч от лазера по светопроводу и системе поворотных зеркал направляется к фокусирующему объективу, где он фокусируется и далее направляется непосредственно на обрабатываемый лист.
В большинстве случаев, в практике лазерной резки листовых материалов, на обрабатываемом листе производится вырезка деталей одного типа, либо близких по форме деталей. Геометрические характеристики этих деталей заложены в программу системы управления установки.
Установка "Prodelase 2000" работает следующим образом. Предназначенный для обработки лист загружается вручную на выдвижном столе в позиции загрузки. Далее стол вместе с листом перемещается в зону обработки. Включается лазер и лазерный луч через систему поворотных зеркал и фокусирующего объектива направляется в зону обработки. Механизмы перемещения оптических элементов по программе системы управления перемещают фокусирующий объектив над листом, и тем самым производится фигурная вырезка деталей. Работой всех механизмов, а также работой лазера управляет система управления установки. Вырезка деталей на листе производится последовательно. Сначала вырезается деталь 1, затем деталь 2 и так далее до конца ряда. После окончания вырезки деталей первого ряда начинается вырезка деталей второго ряда и так далее до конца обработки всего листа. Обработка
начинается в ближней к лазеру зоне и заканчивается в дальней зоне (либо наоборот).
После обработки всего листа выдвижной стол выводится из зоны обработки в позицию загрузки - выгрузки и вручную удаляются готовые детали и отходы.
Недостатками работы установки является низкая производительность работы установки, обусловленная большими затратами времени на загрузку предназначенного для обработки листа и выгрузки готовых деталей и отходов. В это время вырезка деталей не производится, и основное оборудование, в том числе и лазер, простаивают.
Известна установка "Trumatik L3003" фирмы "Trumpf", ФРГ, в которой загрузка листов и выгрузка готовых деталей и отходов могут производиться во время работы лазера [2]. Для этого в ней используются 2 сменных стола, расположенных на разной высоте. При обработке листа на одном столе на другом производится загрузка нового листа и выгрузка готовых деталей и отходов. Однако данной установке присущи следующие недостатки.
1. Столы расположены на разной высоте. После обработки листа на одном столе необходимо перемещать объектив либо вверх, либо вниз для обработки следующего листа. При этом, для того, чтобы избежать разъюстировки, необходимо очень точное позиционирование объектива в верхнем и нижнем положении, что требует соответствующего высокоточного механизма перемещения.
2. Длина транспортировки лазерного луча во время работы постоянно изменяется в широких пределах. Следовательно, изменяются качество реза и геометрические размеры вырезаемых деталей.
Кроме того, несмотря на то, что в этой установке устранен недостаток, присутствующий в установке "Prodelase 2000", и загрузка листа и выгрузка отходов и готовых деталей возможны одновременно с вырезкой лазером деталей на другом листе, в ней не учитывается то обстоятельство, что время загрузки листов и выгрузки отходов и готовых деталей всегда практически одно и то же, а время вырезки деталей, их периметров варьируется в широких пределах. Следовательно, простои оборудования хотя и уменьшаются, но практически неизбежно остаются.
Из уровня техники известна также установка для лазерной обработки, включающая лазер, систему управления, механизмы перемещения оптических
элементов и три стола для размещения на них листов (см. US 5183993, В23К 26/02, 1993[3]). При обработке листов на одном столе на другом производится загрузка нового листа и выгрузка готовых деталей и отходов на третьем столе. Во время обработки лист перемещают на шаг после вырезки деталей в каждом предыдущем ряду. Однако недостатками данной установки являются те, что столы остаются неподвижными при транспортировке листов специальными роботами, что значительно усложняет установку и ее управление.
Наиболее близкой к заявляемой по своей технической сущности является известная установка для лазерной обработки, которая снабжена каркасом, системами транспортировки столов, механизмами подачи столов к зоне обработки и подачи столов к зоне выгрузки, пневмоцилиндрами для перемещения этих столов с одной системы транспортировки на другую и для подъема столов в позицию загрузки листов, при этом в верхней части каркаса расположены механизмы перемещения оптических элементов, одна из систем транспортировки и механизмы подачи столов к зоне обработки и выгрузки, а в нижней его части - вторая система транспортировки и пневмоцилиндры перемещения и подъема столов. Все три стола имеют одинаковые функции, и обработка на них ведется последовательно. На первом столе - вырезка деталей, на втором идет выгрузка отходов и готовых деталей, и он далее во время вырезки на первом столе перемещается в зону загрузки. На третьем столе проводится загрузка листа, предназначенного для обработки. После загрузки третий стол сразу же направляется механизмом подачи столов к зоне обработки (RU 2139781 [4[).
Недостатком известной установки является ее относительная сложность конструкции, заключающаяся в наличии трех столов для транспортировки подвергаемых обработке листов.
Заявляемая в качестве полезной модели установка для лазерной обработки направлена на упрощение конструкции и повышение удобства эксплуатации.
Указанный результат достигается тем, что установка для лазерной обработки включает лазер, оптическую систему для передачи излучения на резательную головку, систему управления, механизмы перемещения резательной головки в верхней части зоны обработки и две, снабженные системами транспортировки, перемещаемые паллеты для размещения на них обрабатываемого листового материала, механизмы подачи паллет к зонам загрузки, обработки и выгрузки, пневмоцилиндры для перемещения этих паллет с одной системы
транспортировки на другую, для опускания, подъема и поворота паллет относительно вектора их перемещения в позицию загрузки обрабатываемого листового материала, при этом одна из систем транспортировки и механизмы подачи паллет к зоне обработки и выгрузки размещены в верхней части зоны обработки, а вторая система транспортировки и пневмоцилиндры перемещения и подъема паллет - в нижней.
Указанный результат достигается также тем, что установка снабжена средством подачи сжатого воздуха в зону резки.
Указанный результат достигается также тем, что средство подачи сжатого воздуха в зону резки выполнено в виде двух форсунок, установленных по обеим сторонам зоны обработки с возможностью их перемещения по одной из координат синхронно с резательной головкой.
Указанный результат достигается также тем, что зона обработки выполнена герметичной и снабжена системой вытяжной вентиляции.
Указанный результат достигается также тем, что окна для входа и выхода паллет из зоны обработки снабжены упругими шторками.
Заявляемая установка для лазерной обработки включает известные из прототипа лазер, оптическую систему для передачи излучения на резательную головку, систему управления, механизм перемещения резательной головки в верхней части зоны обработки. В отличие от известной установки в предлагаемой содержатся две, снабженные системами транспортировки, перемещаемые паллеты для размещения на них обрабатываемого листового материала, механизмы подачи паллет к зонам загрузки, обработки и выгрузки, пневмоцилиндры для перемещения этих паллет с одной системы транспортировки на другую, для опускания, подъема и поворота паллет относительно вектора их перемещения в позицию загрузки обрабатываемого листового материала, при этом одна из систем транспортировки и механизмы подачи паллет к зоне обработки и выгрузки размещены в верхней части зоны обработки, а вторая система транспортировки и пневмоцилиндры перемещения и подъема паллет - в нижней.
Использование для транспортировки листов в зону обработки, загрузки и выгрузки двух паллет вместо трех столов существенно упрощает конструкцию установки. Соответственно, для перемещения паллет используются, как и в
прототипе, пневмоцилиндры, но в данном случае перемещается не стол, а паллета (поддон), т.е. легкая конструкция, которая предназначена для размещения на ней обрабатываемого листа. При этом, в отличие от прототипа, пневмоцилиндры используются не только для опускания и подъема паллет и перемещения с одной системы транспортировки на другую, но и для их поворота относительно вектора их перемещения в позицию загрузки. Это облегчает эксплуатацию установки, поскольку оператору, обслуживающему установку, намного легче фиксировать заготовку (лист обрабатываемого материала) на паллете, плоскость которой расположена близко к вертикальной, чем укладывать лист на горизонтальную поверхность стола, учитывая, что вес листа может колебаться в пределах от нескольких килограмм до нескольких десятков килограмм, а размер - от полутора до двух метров. Расположение одной из систем транспортировки и механизмов подачи паллет в зоне обработки и выгрузки в верхней части зоны обработки и, соответственно, размещение второй системы транспортировки и пневмоцилиндров перемещения и подъема паллет в нижней обеспечивают функционирование установки в целом с использованием двух паллет вместо трех столов.
Снабжение установки средством подачи сжатого воздуха в зону резки повышает удобство эксплуатации установки, поскольку обеспечивает удаление, и тем самым исключение возможности их воспламенения под действием лазерного излучения, газообразных продуктов, возникающих в процессе резки таких материалов как пластик или дерево.
Наиболее оптимально выполнять средство подачи сжатого воздуха в зону резки в виде двух форсунок, установленных по обеим сторонам зоны обработки с возможностью их перемещения по одной из координат синхронно с резательной головкой. В этом случае включается та форсунка, которая находится ближе к зоне реза. Это позволяет уменьшить расход потребного воздуха для удаления газообразных продуктов, возникающих в процессе обработки, поскольку интенсивность воздушного факела быстро уменьшается в зависимости от расстояния от форсунки. При этом форсунки должны перемещаться синхронно с резательной головкой, чтобы поток воздуха был направлен в зону резки.
Выполнение зоны обработки герметичной и снабжение ее системой вытяжной вентиляции также позволяет повысить удобство эксплуатации,
поскольку обеспечивает эвакуацию газообразных продуктов, возникающих в процессе резки, из рабочей зоны, где находится оператор и тем самым исключить их вредное воздействие на обслуживающий персонал.
Снабжение окон для входа и выхода паллет из зоны обработки упругими шторками позволяет простыми конструктивными средствами решить задачу герметизации зоны обработки.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется примером ее реализации и чертежами, на которых показана конструкция установки без герметичного корпуса в различные временные фазы ее функционирования (фиг.1-7) и ее разрез с герметичным корпусом (фиг.8).
Предложенная установка для лазерной обработки содержит лазер, оптическую систему для передачи излучения на резательную головку, систему управления, механизмы перемещения резательной головки, системы транспортировки, перемещаемые паллеты для размещения на них обрабатываемого листового материала, механизмы подачи паллет к зонам загрузки, обработки и выгрузки, пневмоцилиндры для перемещения этих паллет с одной системы транспортировки на другую, для опускания, подъема и поворота паллет.
Поскольку все основные узлы, входящие в состав установки, являются широко известными из уровня техники, а существо предложения сводится к организации перемещения листов обрабатываемого материала во время осуществления технологического цикла с использованием двух паллет, то заявитель счел целесообразным дать описание и представить на чертежах только фрагмент установки, содержащей средства для перемещения листов. На чертежах показаны: 1 - резательная головка; 2 - паллеты; 3 - листы обрабатываемого материала; 4 - верхняя направляющая; 5 - нижняя направляющая; 6 - наклонная подвижная направляющая; 7 - пневмоцилиндр горизонтального перемещения; 8 - пневмоцилиндры вертикального перемещения; 9 - ограничитель хода паллеты в зоне обработки; 10 - стопор; 11 - устройство фиксации заготовки; 12 - пневмоцилиндр устройства фиксации заготовки; 13 - герметичный корпус; 14 - упругие шторки.
Установка работает следующим образом. Лазерная резательная головка 1 перемещается над листом 3 обрабатываемого материала, установленного
на первой паллете 2-1, и вырезает лазерным лучом заданный оператором рисунок с целью получения деталей требуемой формы. Другая паллета 2-2 с установленным на ней листом 3 обрабатываемого материала расположена на загрузочном устройстве и ждет своей очереди (фиг.1).
После окончания резки лазерная 1 головка уходит в левый нижний угол стола. Пневмоцилиндр 7 горизонтального перемещения выталкивает паллету 2-1 с вырезанными заготовками из под лазерной головки.
Начинает работу механизм подъема паллеты 2-1 (пневмоцилиндры 8 вертикального перемещения) на верхний уровень (фиг.2).
Когда паллета 2-1 поднята на верхний уровень, срабатывает пневмоцилиндр 7 горизонтального перемещения, выталкивающий паллету 2-1 на верхние направляющие 4 (фиг.3).
Паллета 2-1 находится на верхних направляющих 4, удерживаемая от скатывания пневмоцилиндром. Освобождается стопор 10, удерживающий вторую паллету 2-2 на загрузочном устройстве, и она под действием собственного веса скатывается по наклонной направляющей 6 на нижнюю направляющую 5. Пневмоцилиндр 7 проталкивает эту паллету по прямому участку направляющих 5 до тех пор, пока она не упрется в ограничитель хода 9 паллеты 2-2 в зоне обработки, определяющий ее положение для лазерной обработки (фиг.4)
Наклонная подвижная направляющая 6 загрузочного устройства переходит в верхнее положение, и оператор сдвигает на нее размещенную на верхней направляющей 4 паллету 2-1.
Под действием своего веса паллета перемещается на загрузочное устройство и фиксируется на нем стопором 10. После этого наклонная подвижная направляющая 6 загрузочного устройства переходит в нижнее положение.
Включается механизм перемещения резательной головки 1 и начинается лазерная резка. Оператор собирает с паллеты 2-1 на загрузочном устройстве вырезанные заготовки. После этого загрузочное устройство поворачивается вместе с паллетой 2-1 вокруг горизонтальной оси.
Паллета становится 2-1 в положение, близкое к вертикальному с наклоном в сторону левого нижнего угла. Пневмоцилиндр 12 устройства фиксации заготовки выводит в рабочую зону паллеты устройство 11 фиксации заготовки в заданное начальное положение, соответствующее исходному положению заготовки на координатном столе в зоне обработки (фиг.6).
Таким образом, положение устанавливаемой прямоугольной заготовки листового материала 3 оказывается однозначно зафиксированным относительно паллеты 2-1 (фиг.7).
Загрузочное устройство поворачивается вместе с паллетой и заготовкой в горизонтальное положение с наклоном в сторону координатного стола. Устройство 11 фиксации начального положения заготовки уходит из рабочей зоны. Все элементы пришли к положению, показанному на фиг.1, и цикл повторяется.
При лазерной резке органических материалов, например, пластиков, фанеры, дерева часто возникает воспламенение газообразных продуктов лазерной обработки снизу обрабатываемого листа под действием лазерного излучения. Для предотвращения этого установка снабжена средством подачи сжатого воздуха в зону резки, с помощью которого производится поддув воздуха с боковых краев рабочего поля в зону резки для сдува пламени.
Это средство подачи сжатого воздуха в зону резки может быть выполнено в виде двух форсунок (на чертежах не показаны), установленных по обеим сторонам зоны обработки с возможностью их перемещения по одной из координат синхронно с резательной головкой. Поддув осуществляется с того края стола, ближе к которому в данный момент расположена лазерная головка.
Лазерный координатный стол заключен в герметичный корпус 13 для предотвращения проникновения газообразных продуктов лазерной обработки в рабочее помещение. Эвакуация этих продуктов для последующей фильтрации производится при помощи вентилятора через отверстие, расположенное с одной из сторон корпуса, на фиг.8 - слева. При перемещении паллеты с вырезанными деталями (верхней на фиг.8) на загрузочное устройство она проходит через сравнительно узкую щель, закрываемую шторкой 14, в которой образуется поток воздуха, направленный внутрь герметичного корпуса за счет разряжения, создаваемого вентилятором. При этом происходит интенсивный обдув паллеты с вырезанными деталями и окончательная очистка паллеты и деталей от газообразных продуктов лазерной обработки.