УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТРУЙНОЙ ОБРАБОТКИ
BEAM PROCESSING APPARATUS

Изобретение касается устройства для струйной обработки, в частности, устройства для лазерной или жидкостной струйной обработки, состоящего из станины, опоры для заготовки, удерживаемой станиной, и инструмента струйной обработки, который установлен на станине и перемещается относительно опоры для заготовки.
В лазерных машинах заготовка обычно не крепится жестко в отличие от многих других станков, а лежит незакрепленной на опоре, например, на решетке. Высокодинамическое перемещение больших масс (например, платформы для резки с заготовкой массой ~500 кг) приводит к колебаниям рамы станка, которая, в свою очередь, передает колебания на лист на решетке через стол. Нежелательное движение листа приводит к снижению точности обработки контуров и возникновению волнообразного разреза. Для уменьшения, по меньшей мере частичного, этих негативных воздействий на качество реза необходимо снизить динамику движений машины и, следовательно, производительность. Существенным недостатком таких машин является увеличение времени обработки.
Для уменьшения колебаний заготовки ее можно зафиксировать или зажать на опоре. В DE102012102820A1 описано зажимное устройство для листовых заготовок. С его помощью листовые заготовки фиксируются во время обработки. В EP2465637A1 описано приспособление для крепления заготовки в виде пластины на устройстве перемещения заготовки станка с, по меньшей мере, двумя зажимными элементами.
Такие решения действительно дают возможность повысить динамику движения инструмента, но все же характеризуются следующими принципиальными недостатками:
- для них требуются дополнительные компоненты, например, зажим заготовки со специальными исполнительными органами или регулируемыми зажимами на столе,
- они затрудняют автоматизацию обработки заготовки,
- во время обработки эффективность снижается с увеличением количества отходов,
- к концу заготовка (например, лист) удерживается большей частью за обрезанные части,
- заданные зоны зажима уменьшают возможности использования материала заготовки,
- производительность снижается, так как в конце обработки требуется открыть зажим.
Так как колебание передается заготовке от станины или рамы, можно рассмотреть вариант жесткого крепления рамы станка к полу. Однако жесткое крепление тяжелых рам очень затратно с технической точки зрения, кроме того, в этом случае к фундаменту предъявляются дополнительные требования. При этом передача колебаний в фундамент может отрицательно сказаться на других процессах. Кроме того, все это устройство более чувствительно к колебаниям извне.
В DE10335043B3 описан станок или производственная машина с устройством гашения механических колебаний. С этой целью на установочных элементах используются пьезокомпоненты.
В US2008257667A1 описано приспособление для гашения вибраций между инструментом станка и надстроенными элементами, а также кабель питания, гидравлический компонент и клапан, которые установлены на плите.
В US2012217229A1 описана опора для заготовки с большим количеством решетчатых элементов, в которые могут вставляться опорные элементы в порядке, необходимом для обработки, и которые необходимы для удерживания заготовок и для захвата остатков.
В EP2626165A1 описана возможность опускания решетчатых элементов с помощью отводимой в сторону цепи. Колебания, вызываемые движениями инструмента струйной обработки, особенно в направлении, параллельном поверхности опоры для заготовки, без помех передаются на заготовку.
Задача данного изобретения состоит в том, чтобы устранить недостатки существующего уровня техники и создать устройство для струйной обработки, отличающееся высоким качеством обработки, в частности реза, а также высокой динамикой станка. При этом следует, в первую очередь, повысить точность обработки контуров и устранить эффект волнообразного реза. При этом время обработки должно быть как можно короче, а динамика движений инструмента (скорость, ускорения и т.п.) должна быть высокой. Конструкция устройства согласно изобретению должна быть простой и малозатратной в производстве; требуется возможность монтажа в существующие установки.
Данная задача решается с помощью вышеназванного устройства для струйной очистки таким образом, что в соединительном пути, передающем колебания, между инструментом и опорной поверхностью опоры для заготовки находится по меньшей мере один амортизирующий элемент, предпочтительно несколько параллельных, расположенных на расстоянии друг от друга, амортизирующих элементов. При этом амортизирующий элемент может быть расположен, например, между приводными осями инструмента и станиной или между станиной и опорой для заготовки. Кроме того, амортизирующий элемент может быть интегрирован в части конструкции, например, в станину и/или в опору для заготовки. В любом случае, для виброизоляции он должен находиться между инструментом, его опорой или станиной и опорной поверхностью опоры для заготовки.
В одном из вариантов исполнения амортизирующий элемент установлен в передающем колебания соединительном пути между инструментом струйной обработки и опорой для заготовки. Таким образом, идею изобретения можно реализовать, не изменяя опору для заготовки, а используя существующие опоры.
Под передающим колебания соединительным путем следует понимать участок внутри устройства для струйной обработки, передающий механические колебания, возникающие из-за движений инструмента, на опору для заготовки или ее поверхность (и, следовательно, на саму заготовку). Соединительный путь может включать части станины, несущие части, части каркаса, опору для заготовки, приводные оси, мост и/или крепления, а также соединения между отдельными компонентами, инструментом струйной обработки и/или опорой для заготовки, а также проходить вдоль этих компонентов.
Под «параллельным расположением» понимается не положение в пространстве, а функциональное расположение или соединение амортизирующих элементов.
Это обеспечивает высокую динамику инструмента струйной обработки без передачи колебаний заготовке относительно опоры, что отрицательно сказалось бы на процессе обработки.
В предпочтительном варианте изобретения направление действия, по меньшей мере, одного амортизирующего элемента – предпочтительно главное направление действия, то есть направление максимальной амортизации – в основном параллельно поверхности опоры для заготовки. Благодаря этому можно надежно предотвращать или уменьшать смещения заготовки вдоль поверхности опоры (то есть параллельно ей). При этом амортизирующий элемент изготовлен или встроен в устройство для струйной обработки таким образом, что амортизация по меньшей мере в одном направлении (предпочтительно в нескольких) выполняется параллельно опорной поверхности опоры для заготовки. Это значит, что установленный амортизирующий элемент предназначен для оказания такого действия, которое задает направление амортизации, параллельное поверхности опоры. Безусловно, амортизирующее действие по меньшей мере одного элемента может быть и неоднонаправленным, поэтому фразу «направление действия по меньшей мере одного амортизирующего элемента» следует понимать так, что по меньшей мере одно направление амортизации параллельно поверхности опоры.
В предпочтительном варианте один или несколько амортизирующих элементов интегрированы в саму опору для заготовки.
В одном из вариантов исполнения опора для заготовки состоит из рамы и решетчатых элементов, установленных на раме и служащих опорой для заготовки. Один или несколько амортизирующих элементов (например, пружинные элементы, виброизолирующие пластины, цилиндры и т.д.) могут быть установлены между отдельными решетчатыми элементами (например, рейками) и рамой, чтобы амортизирующее действие производилось между рамой опоры для заготовки и решетчатыми элементами.
В качестве альтернативы амортизирующие элементы могут образовывать часть опорной поверхности опоры для заготовки. В этом случае заготовка лежит непосредственно на амортизирующих элементах, которые предпочтительно должны представлять собой амортизирующие пластины (виброизолирующие и в основном лежащие горизонтально).
Общим у этих вариантов исполнения является то, что по меньшей мере один амортизирующий элемент расположен и/или установлен в устройстве струйной обработки так, что достигается, по меньшей мере, частичная изоляция обрабатываемой заготовки на опоре от колебаний, вызываемых движениями инструмента струйной обработки относительно опоры для заготовки.
В особенно предпочтительном варианте изобретения в соединении опоры для заготовки со станиной есть по меньшей мере один амортизирующий элемент, предпочтительно несколько элементов, расположенных на расстоянии один от другого. Этот элемент (элементы) установлен(-ы) между станиной и опорой для заготовки. Предпочтительно, чтобы соединение опоры для заготовки и станины было разъемным, например, чтобы опору для заготовки можно было сдвигать или выдвигать для загрузки заготовок.
С помощью амортизирующего элемента можно изолировать опору для заготовки от колебаний станины, в частности, при тех частотах, которые возникают из-за движений инструмента и масс, перемещаемых вместе с ним относительно опоры для заготовки, например, держателей, мостов, опор и т.п. Таким образом, данное изобретение основано на совершенно новом подходе, при котором считается, что повысить качество обработки, в частности, точность обработки контуров, можно и в том случае, если заготовка во время обработки не зажата. Одновременно удается достичь высокой динамики инструмента и, следовательно, сократить время обработки.
Соединение опоры для заготовки со станиной согласно изобретению обладает отличными свойствами минимизации колебаний заготовок, находящихся на опоре.
При этом амортизирующее действие предпочтительно направлено параллельно поверхности опоры для заготовки. Особенно предпочтительно амортизирующее действие одного или нескольких элементов в основном направлено параллельно поверхности опоры.
Как правило, струйные инструменты не касаются заготовки во время обработки (ее касается только лазерный луч или струя жидкости), так что прямой или косвенный контакт с заготовкой отсутствует (в отличие от дисковых пил и т.д.). В этой связи относительные движения исключить нельзя. Именно в этой сфере и находится изобретение.
Чтобы свести к минимуму воздействие высокой динамики инструмента на заготовку, амортизирующий элемент должен предпочтительно представлять из себя фильтр низких частот, подавляющий высокие частоты сильнее, чем низкие. Такой элемент дает возможность полностью использовать динамику установки. Кроме того, он предотвращает вибрацию заготовки, вызываемую воздействием окружающей среды (например, соседних установок). Так как устройство струйной обработки меньше зависит от окружающей среды, специальная подготовка пола или фундамента не требуется.
Под резонансной частотой в дальнейшем понимается первый (то есть с точки зрения частоты самый низкий) максимум резонансной кривой. При этом резонансная кривая представляет собой отклонение/реакцию в определенном пространственном направлении на импульс в том же направлении.
Предпочтительный вариант исполнения отличается тем, что соединение опоры для заготовки со станиной в целом (то есть с учетом амортизирующих элементов и, возможно, роликов между опорой и станиной) таково, что резонансная частота опоры относительно станины в, по меньшей мере, одном направлении параллельно поверхности опоры меньше, чем в направлении перпендикулярно поверхности опоры. Благодаря этому, в частности, подавляется нежелательное смещение заготовки параллельно поверхности опоры.
Резонансная частота колебаний опоры для заготовки относительно станины предпочтительно не должна превышать 10 Гц, еще более предпочтительно – 8 Гц.
В особенно предпочтительном варианте резонансная частота колебаний опоры для заготовки относительно станины по меньшей мере в 1,5 раза – предпочтительно в 2 раза – меньше резонансной частоты колебаний заготовки относительно опоры.
В вышеприведенном отношении фактически берется резонансная частота заготовки относительно опоры. Напротив, на фиг. 10 показана передача ускорения, например, на заготовку. При этом на показанной "кривой заготовки" изображено и движение опоры (суперпозиция движения опоры с относительным движением "заготовка-опора"). Однако в вышеназванном предпочтительном варианте изобретения под фразой „заготовка относительно опоры“ следует пониматься относительное движение заготовки и опоры. Таким образом, данная резонансная частота нормирована входным спектром опоры для заготовки.
Кроме того, пассивная амортизация, основанная на более простой и дешевой конструкции, предпочтительно активной амортизации. Однако возможна и активная амортизация, например, с использованием управляемых пьезоэлементов.
Под станиной в данной заявке понимается любая конструкция, предназначенная для удержания опоры для заготовки и прямого и косвенного крепления инструмента для струйной обработки. Инструментом может быть лазерная головка или головка для жидкостной струйной обработки с выходным соплом; он может быть соединен со станиной прямо или косвенно, например, с помощью дополнительного крепления, подвижного моста, опоры и т.п. Таким образом, станина может быть рамой (машины), основанием, цоколем, каркасом и т.п.
Опора для заготовки задает опорную поверхность, предпочтительно преимущественно горизонтальную, которая служит для опоры или поддержки плоских заготовок, в частности, плит и листов. Опора для заготовки может представлять собой, например, стол (для резания) и/или решетку, также может состоять из нескольких соседних решетчатых и опорных элементов или как минимум одной решетки или как минимум одной плиты. В этом случае опорная поверхность задается решетчатыми или опорными элементами или решеткой/плитой; таким образом, опорная поверхность не обязательно должна представлять собой ровную поверхность.
В дальнейшем принцип действия изобретения объясняется подробнее. Движение инструмента вдоль осей привода приводит к колебаниям станины, которые, в свою очередь, приводят к колебаниям опоры и заготовки. При определенных частотах в современном оборудовании превышение амплитуды колебаний заготовки относительно опоры может быть 60-кратным. Это нежелательное движение параллельно поверхности опоры снижает точность обработки контуров, что делает невозможным полное использование динамики машины.
Идея изобретения направлена на воздействие на цепочку передачи путем интеграции нового элемента для изоляции опоры для заготовки от станины. Благодаря этому резонансная частота колебаний опоры относительно станины удерживается на уровне ниже резонансной частоты колебаний заготовки относительно опоры. В результате резонансная частота заготовки относительно опоры меньше, а нежелательные движения заготовки относительно станины сводятся к минимуму.
Идею амортизации можно аналогично использовать в обоих направлениях, параллельных поверхности опоры; при этом данное средство в основном действует в направлении максимального отклонения/импульса станины под действием силы инерции при максимальном ускорении инструмента или перемещаемых с ним масс. Путем модификации пластин можно использовать минимальную жесткость в самом нужном направлении.
Предпочтительно, чтобы данный вариант исполнения приводил к снижению резонансных частот в направлениях, параллельных опорной поверхности опоры для заготовки. В результате в этих направлениях соединение опоры и станины мягче. Перпендикулярно опорной поверхности опора для заготовки обычно устанавливается на станину на роликах. Соединение в целом отличается тем, что его жесткость параллельно опорной поверхности опоры для заготовки меньше, чем в направлении, перпендикулярном опорной поверхности опоры для заготовки.
Предпочтительный вариант исполнения отличается тем, что соединение опоры для заготовки и станины включает по меньшей мере одно соединение с силовым замыканием, которое фиксирует опору для заготовки на станине, а в зафиксированном состоянии амортизатор(ы) установлены и закреплены между опорой для заготовки и станиной. Таким образом, виброизоляцию можно реализовать элегантным способом, при котором зажатый амортизирующий элемент является интегральной частью соединения. Соединительное устройство с силовым замыканием предпочтительно включает как минимум один задействуемый исполнительный орган, например, нажимной цилиндр, предназначенный для того, чтобы одновременно фиксировать опору для заготовки и зажимать амортизирующие элементы.
Предпочтительный вариант исполнения отличается тем, что соединение опоры для заготовки и станины включает по меньшей мере одно, предпочтительно размыкаемое, зажимное крепление, которое фиксирует опору для заготовки на противоположных сторонах, причем в закрепленном состоянии амортизатор(ы) закреплен(ы) между опорой для заготовки и зажимом. В этом случае амортизирующий элемент также является интегральной частью соединения, так что обеспечивается оптимальная виброизоляция и надежная фиксация опоры для заготовки.
Предпочтительный вариант исполнения отличается тем, что зажимное устройство в основном параллельно поверхности опоры для заготовки. При использовании пластин в качестве амортизирующих элементов зажимное устройство предпочтительно расположено перпендикулярно плоскости пластин.
Соединительное устройство с силовым замыканием, в частности, зажим, может иметь как минимум один исполнительный орган, в частности, нажимной цилиндр, для зажима амортизирующего элемента. В данном случае предпочтительно пластинчатый амортизирующий элемент зажимается между исполнительным органом или зажимной колодкой, перемещаемой им (например, в виде стальной плиты), и опорой для заготовки, что позволяет добиться нужного амортизирующего действия.
При этом зажимное устройство может иметь по меньшей мере два исполнительных органа, которые одинаково давят на опору для заготовки с обеих сторон и зажимают ее. Однако возможно, что предусмотрен только один исполнительный орган, который зажимает опору для заготовки между собой и стационарным контрупором.
Кроме того, устройство для струйной обработки может иметь по меньшей мере два соединительных устройств с силовым замыканием, в частности, зажимы, которые находятся в разных частях опоры для заготовки, например, в двух ее концах.
Предпочтительно соединительные и зажимные устройства с силовым замыканием при фиксации или зажиме действуют на раму опоры через амортизирующие элементы.
Предпочтительный вариант исполнения отличается тем, что зафиксированный(е) амортизирующий(е) элемент(ы) в направлении, параллельном поверхности опоры для заготовки и перпендикулярном направлению зажима, обладают той же жесткостью, что собственная частота опоры относительно станины любой формы свободных колебаний в любых направлениях ниже, чем собственная частота форм свободных колебаний заготовки относительно опоры с частью движений в этом направлении.
Предпочтительно этот амортизирующий элемент (или элементы) в зажатом состоянии в направлении, параллельном направлению зажима, обладают такой жесткостью, что резонансная частота колебаний опоры относительно станины в направлении, параллельном направлению зажима, ниже, чем собственная частота заготовки относительно опоры в том же направлении, направлению зажима.
Один из возможных вариантов исполнения отличается тем, что амортизаторы в зажатом состоянии закреплены в первом направлении, которое параллельно поверхности опоры для заготовки и перпендикулярно направлению зажима, и имеют меньшую жесткость, чем во втором направлении, перпендикулярном к поверхности опоры. При, в основном, горизонтальной опорной поверхности опоры для заготовки амортизирующие элементы в первом направлении параллельно опорной поверхности опоры для заготовки обеспечивают более "мягкое" соединение, чем по вертикали. Это позволяет целенаправленно подавлять вибрацию или движению заготовки в плоскости опоры.
Один из вариантов исполнения отличается тем, что амортизирующие элементы в зажатом состоянии закреплены в первом направлении, которое параллельно поверхности опоры для заготовки и перпендикулярно направлению зажима, и имеют меньшую жесткость, чем в направлении зажима. Это позволяет надежно фиксировать опору для заготовки, а также более "мягкое" соединение в первом направлении, в результате чего можно добиться более сильной амортизации в первом направлении в зависимости от направления. Благодаря этому можно оптимально учесть возможность движения несущей конструкции (например, моста) инструмента и ее динамику.
Таким образом, в собранном виде амортизирующие элементы в зажатом состоянии в направлении, параллельном опорной поверхности опоры для заготовки и перпендикулярном направлению зажима, имеют меньшую жесткость, чем в направлении, перпендикулярном данному направлению, предпочтительно в направлении, перпендикулярном поверхности опоры, или в направлении зажима.
Амортизирующий элемент, представляющий собой фильтр низких частот, может использоваться во всех направлениях плоскости заготовки.
В любом случае, предпочтительный вариант исполнения отличается тем, что инструмент соединен со станиной линейными приводными осями и что амортизаторы в смонтированном состоянии в направлении, параллельном оси привода с максимальным моментом инерции или параллельном направлению, в котором при максимальном ускорении инструмента относительно станины происходит максимальное отклонение станины, обладают меньшей жесткостью, чем в направлении, перпендикулярном этому. Таким образом, фильтр низких частот предпочтительно использовать в направлении оси привода с максимальным моментом инерции.
Предпочтительный вариант исполнения отличается тем, что инструмент струйной обработки установлен на мосту, подвижном в направлении движения, и что жесткость смонтированных амортизатора(-ов) в направлении, параллельном направлению движения моста, или параллельно направлению, в котором при максимальном ускорении моста по отношению к станине происходят максимальные колебания станины, меньше, чем в направлении, перпендикулярном направлению движения моста или перпендикулярном направлению, в котором при максимальном ускорении моста по отношению к станине происходят максимальные колебания станины.
Предпочтительный вариант исполнения отличается тем, что амортизирующий(е) элемент(ы) представляет(ют) собой пластину(ы) и располагае(ю)тся поперек, предпочтительно в основном перпендикулярно опорной поверхности опоры для заготовки. Это позволяет добиться особенно простого, дешевого и компактного решения, которое можно использовать и в существующих установках. Предпочтительно, чтобы амортизатор в виде фильтра низких частот представлял собой виброизолирующую пластину. Кроме того, предпочтительно, чтобы пластинчатые амортизирующие элементы используются в направлении среза (то есть направление амортизации параллельно плоскости пластины). Кроме того, монтаж пластинчатого амортизирующего элемента прост (его может выполнить сам заказчик).
Пластинчатые амортизирующие элементы могут быть изготовлены из однородного материала либо состоять из нескольких слоев, соединенных между собой (сэндвич).
Предпочтительный вариант исполнения отличается тем, что амортизирующий(е) элемент(ы) для снижения жесткости имеет(ют) по меньшей мере одну прорезь и/или по меньшей мере одну выемку, при этом предпочтительны по меньшей мере одна поперечная прорезь и/или по меньшей мере одна поперечная выемка, предпочтительно перпендикулярная поверхности опоры для заготовки. Такие конструкции дают возможность независимо модифицировать жесткость (резонансную частоту движений опоры для заготовки относительно станины) и гашение амортизатора в виде фильтра низких частот в направлении среза. Модификацию можно индивидуально выбирать в зависимости от цели применения.
Предпочтительный вариант исполнения отличается тем, что амортизирующий(е) элемент(ы) в направлении, перпендикулярном опорной поверхности опоры для заготовки, обладает(ют) большей протяженностью, чем в направлении, параллельном поверхности опоры, и/или тем, что по меньшей мере два амортизирующих элемента объединены в один конструктивный узел. Благодаря этому также можно добиться гашения в зависимости от направления. В направлениях, параллельных поверхности опоры, соединение, например, может быть "мягче", чем в перпендикулярном направлении, так как, в первую очередь, речь идет о минимизации вибрации в плоскости опоры.
Предпочтительный вариант исполнения отличается тем, что амортизатор(ы) изготовлен(ы) из эластомерного материала. Это позволяет просто реализовать идею изобретения. В качестве материалов можно рассматривать любые эластомеры, например, резину, каучук и/или смеси пластмасс, которые могут дополнительно содержать резиновый гранулят.
Предпочтительный вариант исполнения отличается тем, что толщина амортизатора(ов) в ненагруженном состоянии не превышает 20 мм, предпочтительно 15 мм, благодаря чему можно реализовать компактное, но все же эффективное решение.
Предпочтительный вариант исполнения отличается тем, что по меньшей мере один амортизирующий элемент имеет на, по меньшей мере, одной большой поверхности электропроводящий кожух предпочтительно в форме защитной пластины, от которой отходит электропроводящий участок для электрического соединения опоры для заготовки и измерительного устройства. Это необходимо для обеспечения электрического соединения опоры для заготовки со станиной, в частности, для емкостного регулирования сопла относительно поверхности заготовки, без изменения жесткости или эффекта амортизатора, представляющего собой фильтр низких частот, под действием электричества. Дополнительные компоненты не используются.
Предпочтительный вариант исполнения отличается тем, что амортизатор на стороне опоры для заготовки установлен на пластине, закрепленной на раме опоры и имеющей на верхней части выступающую кромку, покрывающую амортизатор. Это необходимо для защиты амортизатора от загрязнения. Пластина с верхней кромкой может представлять собой изогнутый лист.
Предпочтительный вариант исполнения отличается тем, что амортизатор(ы) имеет (имеют) пружину, или гидравлический амортизатор, или пьезоэлемент. Например, при использовании масляного амортизатора и т.п. характеристики гашения и резонансные частоты можно регулировать независимо. Можно рассмотреть и активные амортизирующие элементы, например, фильтры низких частот или полосовые фильтры, например, пьезоэлементы, управляемые системой управления. Это позволяет настройку или конфигурацию в зависимости от нагрузки (т.е. от массы заготовки), например, привод с низкой угловой частотой. Жесткость (резонансную частоту опоры для заготовки относительно станины) и эффект гашения можно выбрать в зависимости от цели использования.
Предпочтительным является фрикционный амортизирующий элемент, предпочтительно резинометаллический, который обеспечивает и эффект фрикционного гашения.
Предпочтительны также резиновые эластичные амортизирующие элементы.
Предпочтительно, чтобы амортизатор(ы) можно было снимать с устройства для струйной обработки, предпочтительно путем открытия крепления. Крепление может представлять собой, например, резьбовые соединения или уже названное выше соединительное устройство с силовым замыканием или зажимное устройство.
Изобретение дает возможность использовать легко заменяемые амортизаторы, которые к тому же не требуют высокоспециализированного образования. Их можно просто устанавливать позднее, чтобы путем модификации амортизаторов учесть условия на месте.
Другие преимущества, особенности и подробности изобретения следуют из приведенного ниже описания, в котором со ссылкой на чертежи описаны примеры исполнений изобретения. При этом особенности, упомянутые в формуле изобретения и его описании, могут быть существенными для изобретения как по отдельности, так и в любом сочетании.
Перечень позиций является составной частью раскрытия. К фигурам прилагается связное и полное описание. Идентичные позиции обозначают идентичные детали, позиции с разными индексами указывают на функционально близкие или схожие детали.
Показано:
Фиг. 1. Устройство струйной обработки.
Фиг. 2. Поверхность прилегания заготовки с амортизирующими элементами.
Фиг. 3. Поверхность прилегания заготовки с зажимным устройством.
Фиг. 4a. Вариант пластинчатого амортизирующего элемента.
Фиг. 4b. Вариант со сквозными выемками или углублениями.
Фиг. 5. Еще один вариант пластинчатого амортизирующего элемента.
Фиг. 6. Амортизирующий элемент с электропроводящим кожухом.
Фиг. 7 и 8. Еще один вариант амортизирующего элемента.
Фиг. 9. Схематическое изображение вибраций.
Фиг. 10. В зависимости от частоты.
Фиг. 11. Измеренная форма режущей кромки без амортизирующих элементов.
Фиг. 12. Измеренная форма режущей кромки с устройством струйной обработки согласно изобретению.
Фиг. 13. Вариант изобретения.
На фиг. 1 показано устройство 1 для струйной обработки заготовки 5, в частности, устройства для лазерной или жидкостной обработки, включающее станину 3, опору 4 для заготовки, удерживаемую станиной 3, и инструмент 2 струйной обработки, установленный на станине 3 и перемещающийся относительно опоры 4 для заготовки.
В предпочтительном варианте исполнения речь может идти об устройстве обработки плит и/или листов, причем обработки в первую очередь заготовок из металла.
В представленном варианте исполнения инструмент 2 струйной обработки опирается на мост 6 в возможность перемещения по приводным осям Y, Z. Мост 6 в свою очередь перемещается по приводной оси X. Возможны также резервные оси перемещения.
На фиг. 2 показана опора 4 для заготовки, опорная поверхность 15 которой может быть образована или определена большим числом решетчатых элементов. Опора 4 для заготовки имеет раму 14. Она может прилегать посредством роликов 16 к станине 3 с возможностью перемещения. Соединение опоры 4 для заготовки со станиной 3 выполняется с использованием по меньшей мере одного амортизирующего элемента 7, а на фиг. 2 и 3 – с использованием четырех амортизирующих элементов 7, расположенных в угловых участках рамы.
Как видно на фиг. 3, соединение опоры 4 для заготовки со станиной 3 включает по меньшей мере соединительное устройство с силовым замыканием в форме зажимного устройства 8. Оно позволяет фиксировать опору 4 для заготовки на станине 3. В зафиксированном состоянии, представленном на фиг. 3, амортизирующие элементы 7 зажаты между опорой 4 для заготовки и станиной 3.
Соединение здесь выполнено таким образом, что исполнительные элементы 20, в частности, в форме рабочих цилиндров, при активации перемещаются в направлении опоры 4 для заготовки и одновременно зажимают опору 4 для заготовки и амортизирующие элементы 7.
Зажимное устройство 8 выполняется предпочтительно разъемным, т.к. зажимные кулачки, нажимающие на амортизирующие элементы 7, могут отодвигаться в сторону амортизирующими элементами 7. На примере фиг. 3 опора 4 для заготовки может зажиматься с противоположных сторон, причем в зажатом состоянии амортизирующие элементы 7 зажаты соответственно между опорой 4 для заготовки и зажимным устройством 8 либо его зажимными кулачками. В варианте, показанном на фиг. 3, зажимное устройство 8 включает в себя по меньшей мере два исполнительных элемента 20, которые зажимают между собой опору 4 для заготовки с противоположных сторон. Либо возможен вариант, когда только на одной стороне предусмотрен исполнительный элемент 20, а на противоположной стороне пассивный, предпочтительно стационарный контрупор обеспечивает зажим.
Зажимное устройство 9 расположено в основном параллельно к опорной поверхности 15 опоры 4 для заготовки. Амортизирующие элементы 7 имеют в представленном варианте пластинчатую форму, в частности, выполнены в виде виброизоляционных пластин и расположены по существу перпендикулярно (направление 18) к опорной поверхности 15 опоры 4 для заготовки. Как показано на фиг. 3, виброизоляционные пластины используются в направлении среза (направление 19). При этом можно выбрать исполнение, которое не потребует изменения размеров существующих установок. Амортизация, обеспечиваемая пластинчатым амортизирующим элементом 7, действует в одном направлении или для одной компоненты амортизации, расположенной параллельно опорной поверхности 15 опоры 4 для заготовки.
Как показано на фиг. 4a, 4b и 5, амортизирующие элементы 7 для снижения своей жесткости в одном определенном направлении могут иметь прорези 10 и/или выемки 11 перпендикулярно поверхности плиты. Во встроенном состоянии прорезь 10 и/или выемки 11 проходят поперек или в основном перпендикулярно поверхности 15 опоры 4 для заготовки. Благодаря этому можно жесткости в зависимости от направления. Это позволяет снизить устойчивость к срезывающему усилию и резонансную частоту. На фиг. 7 и 8 показан еще один предпочтительный вариант, в котором амортизирующие элементы 7 в направлении 18 перпендикулярно опорной поверхности 15 опоры 4 для заготовки имеют большую длину, чем в направлении 19 параллельно опорной поверхности 15. Речь здесь идет о цилиндрических или стержневых амортизирующих элементах 7. Здесь несколько (в данном случае – четыре) амортизирующих элементов 7, расположенных в направлении параллельно опорной поверхности 15, объединены в конструктивный или функциональный узел, т.е. амортизирующие элементы 7 конструктивного узла зажимаются теми же ответными плитами или ответными частями.
Амортизирующие элементы 7 выполнены предпочтительно из эластомерного материала. Толщина пластинчатых амортизирующих элементов 7 составляет в ненагруженном состоянии предпочтительно до 20 мм, в нагруженном – предпочтительно до 15 мм.
В одном из возможных вариантов исполнения каждый из амортизирующих элементов 7 (например, как на фиг. 5), зажатых в первом направлении 19, которое находится параллельно к опорной поверхности 15 опоры 4 для заготовки и перпендикулярно направлению зажима 9, имеет большую жесткость чем во втором направлении 18 перпендикулярно к опорной поверхности опоры.
В другом возможном варианте исполнения каждый из амортизирующих элементов 7, зажатых в первом направлении 19, которое находится параллельно к опорной поверхности 15 опоры 4 для заготовки и перпендикулярно к направлению зажима 9, имеют большую жесткость чем в направлении зажима 9.
Эти варианты дают возможности обеспечения амортизации, зависящей от направления, при этом гасящее действие по меньшей мере в одном направлении параллельно к поверхности опоры должно быть большим, в то время как более слабое гасящее действие в других направлениях обеспечивает надежную фиксацию опоры для заготовки.
В соответствии с вариантом исполнения на фиг. 1 устройство струйной обработки 2 соединено по линейным приводным осям X, Y, проходящим по существу параллельно к опорной поверхности 15 опоры 4 для заготовки, со станиной 3.
При этом встроенные амортизаторы 7 в направлении 19, находящемся параллельно к приводной оси X с самым высоким инерционным моментом (большая масса моста 6), обеспечивают меньшую жесткость, чем в направлении Y перпендикулярно к приводной оси X с самым высоким инерционным моментом. Самый высокий инерционный момент при этом может рассматриваться в отношении жесткости станины.
В отношении фиг. 1 это означает, что инструмент 2 струйной обработки расположен на мосту 6, подвижном в направлении перемещения X, а также что в собранном состоянии жесткость амортизаторов 7 в направлении 19, находящемся параллельно направлению перемещения X моста 6, меньше, чем в направлении Y, находящемся перпендикулярно направлению перемещения X моста 6.
На фиг. 6 показан предпочтительный вариант, при котором амортизирующий элемент 7 имеет по меньшей мере на одной большой поверхности электропроводящий кожух 12, предпочтительно в форме защитной пластины, от которой отходит электропроводящий участок 13, предпочтительно в форме змеевика или меандра, для электрического соединения опоры 4 для заготовки и измерительного устройства. Измерительное устройство может быть емкостным устройством для измерения расстояния между форсункой выхода струи и поверхностью заготовки. Электрическое соединение не нарушает гасящего действия амортизатора 7.
Амортизирующий элемент 7 может прилегать на стороне заготовки к плите 17, предпочтительно металлической, закрепленной на раме 14 опоры 4 для заготовки. Пластина 17 может иметь на верхней плоскости выступающую кромку, покрывающую амортизатор 7 и защищающую его от излишнего загрязнения.
Фиг. 9 дает наглядно показывает механическую схему замещения в форме модели, включающей пружины, размеры и амортизаторы возможной компоновки устройства для струйной обработки 1. Как уже было сказано ранее, только в соединении, передающем колебания между инструментом струйной обработки 2 и заданной опорой 4 для заготовки поверхностью, может быть установлен по меньшей мере один амортизирующий элемент, предпочтительно – множество амортизирующих элементов, установленных параллельно предпочтительно на некотором расстоянии друг от друга. В схематическом представлении в соответствии с фиг. 9 может производиться, к примеру, компоновка одного или нескольких амортизирующих элементов между инструментом 2 струйной обработки и мостом 6 и/или между мостом 6 и станиной 3 и/или между станиной 3 и опорой 4 для заготовки. Также возможна интеграция амортизатора(ов) в одну из названных конструктивных деталей. Амортизирующие элементы могут также образовывать опорную поверхность 5 для заготовки.
2
Фиг. 10 показывает положительное влияние системы "опора для заготовки - станина" на частоту резонанса, в частности, на ее снижение. Диаграмма показывает ответы (отклонения в метрах в направлении 19) на скачок ускорения моста 6 (ускорение в м/с в направлении 19) в зависимости частоты станины 3, крепления заготовки 4 и заготовки 5.
Фиг. 11 показывает контур кромки реза без амортизаторов 7 с ярко выраженным волновым феноменом. На фиг. 12 видно позитивное влияние изобретения на качество реза.
Принцип изобретения детально показан на фиг. 9-12: Волнистая поверхность пропила, вызванная колебаниями заготовки (фиг. 11), может быть выровнена при относительном движении заготовки 5 к станине 3. Описание проблемы может быть распределено на три системы, передающие колебания через мост 6 и/или инструмент струйной обработки 2 (фиг. 9):
Система "пол - станина" (монтаж)
Система "станина - опора для заготовки" (соединение и зажим)
Система "опора для заготовки - заготовка" (прилегание)
В частности, изобретение оказывает направленное воздействие на систему "станина - опора для заготовки".
Для снижения колебаний, передаваемых от опоры 4 для заготовки на заготовку 5, было установлено, что резонансная частота опоры 4 для заготовки по отношению к станине 3 должна быть ниже, чем резонансная частота заготовки 5 по отношению к опоре 4 для заготовки. Этого можно достичь путем установки амортизирующих элементов 7, в частности, виброизоляционных пластин в зазор между станиной 3 и опорой 4 для заготовки. Амортизирующие элементы 7 играют роль низкочастотных фильтров, влияя на передачу колебаний от станины 3 к опоре 4 для заготовки. Система может быть эффективно модифицирована путем установки мягких и, по возможности, хорошо амортизирующих элементов (например, виброизоляционных пластин) в направлении реза, при этом резонансная частота системы "станина - опора для заготовки" может быть серьезно снижена.
Измерения, представленные на фиг. 10, произведены с установленными пластинами для изоляции колебаний производства коммерческих фирм (в частности, BiLoc 410 и AirLoc 715 фирмы AirLoc Schrepfer AG), при этом пластины закреплены, как показано на фиг. 3. Толстые линии показывают кромки без амортизаторов (в зависимости от состояния техники). Тонкие кривые показывают, что может быть достигнуто значительное снижение частоты резонанса в системе "опора для заготовки – станина".
Частота резонанса системы "станина – опора для заготовки" (в соответствии с уровнем техники) практически соответствует или выше диапазона резонансных частот системы "опора для заготовки – заготовка". Если соединение опоры для заготовки 4 со станиной 3 будет мягче, частота резонанса будет еще ниже и будет меньше влиять на систему "опора для заготовки – заготовка".
Поэтому целью соединения является как можно сильнее снизить колебания опоры 4 для заготовки в диапазоне высоких частот (в примере критическое значение составляет ок. 12 Гц). Этого можно достичь, максимально уменьшив частоту резонанса системы "станина - опора для заготовки".
Фиг. 10 показывает ответ станины 3 на скачок ускорения моста 6 с инструментом 2 струйной обработки и ответ опоры 4 для заготовки с пластинчатыми амортизирующими элементами (тонкая кривая, не более 7 Гц) и без амортизирующих элементов (толстая кривая, не более 13 Гц). При этом очевидно, что опора 4 для заготовки с амортизирующими элементами 7 двигается больше, чем без амортизирующих элементов, однако это движение имеет достаточно низкую частоту (7 Ггц). При критической частоте, указанной в примере выше (ок. 12 Гц), опора 4 для заготовки двигается с амортизирующими элементами 7 в 3 раза меньше, чем без амортизирующих элементов.
Волновой феномен может быть снижен (фиг. 12).
Изобретение не ограничено представленными вариантами компоновки, амортизирующие элементы 7 могут быть заменены на пружинные, гидравлические или пьезоэлементы.
Другой вариант изобретения представлен на фиг. 13. Опора 4 для заготовки включает раму 14 и решетчатые элементы 21, расположенные на раме 14. Решетчатые элементы 21 соединены с рамой 14 посредством амортизаторов 7 (здесь, в форме пружинных амортизаторов). Поэтому здесь амортизаторы 7 установлены между отдельными сетчатыми элементами и рамой 14 опоры 4 для заготовки, т.е. устранение колебаний в данной компоновке 4 между рамой 14 и сетчатыми элементами 21.
На фиг. 13 показаны амортизаторы 7 в виде пружинных амортизаторов, установленные параллельно к поверхности опоры 15, т.е. направление амортизатора 7 (направление 19) установлено параллельно к опорной поверхности 15 опоры 4 для заготовки. Фиг. 13 показывает пример встраивания амортизирующих элементов 7 в опору 4 для заготовки. Пружинные амортизаторы также могут быть направлены под углом к 30 поверхностям опоры 15. Однако предпочтительно, чтобы по меньшей мере один из компонентов направления амортизирующих элементов 7 был установлен параллельно к опорной поверхности 15 (как и в форме исполнения на фиг. 3) для устранения колебаний в направлении 19.
Изобретение не ограничено описанными вариантами компоновки и вышеупомянутыми аспектами. Более того, возможны отклонения от компоновки, лежащие в пределах конструкторских решений. Также существует возможность реализовать другие варианты компоновки посредством комбинации вышеупомянутых деталей и характеристик, не выходя за рамки требований к изобретению.
Перечень позиций
1 Устройство для струйной обработки
2 Инструмент струйной обработки
3 Станина
4 Опора для заготовки
5 Заготовка
6 Мост
7 Амортизатор
8 Зажимное устройство
9 Направление зажима
10 Прорезь
11 Выемка
12 Кожух
13 Отсек с электроприводом
14 Рама
15 Опорная поверхность
16 Ролики
17 Металлическая пластина
18 Вертикальное направление по отношению к поверхности опоры 15
19 Параллельное направление по отношению к поверхности опоры 15
20 Исполнительный элемент
21 Решетчатый элемент