УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ РЕЗКИ ТОНКИХ ЛИСТОВ ВЫСОКООТРАЖАЮЩИХ МЕТАЛЛОВ

Заявленная полезная модель относится к области лазерной обработки материалов и может быть использовано для вырезания с помощью лазера отверстий и пазов произвольной формы в тонких (менее 1,0 мм) листах высокоотражающих (коэффициент отражения больше 0,9) металлов.
2
2
2
Известно устройство для лазерной резки листов высокоотражающих металлов [Швейцарская фирма Bystronic Laser AG. Лазерная установка BySprintPro-3015 с ByLaser 4400 (). Дата обращения 22.07.2009]. Указанное устройство используется для резки листов с толщиной более 1 мм. Оно содержит СО - лазер с длиной волны 10,6 мкм и мощностью 3-6 кВт в качестве источника излучения и режущую головку, закрепленную на портале, перемещающемся параллельно плоскости обрабатываемого листа. Применение СО - лазера для резки тонких листов металлов (толщина менее 1,0 мм) не является оптимальным. Характеристики излучения СO - лазера (длина волны, расходимостьизлучения, плотность излучения в пятне реза) обуславливают осуществление реза в режиме плавления металла, что ведет к необходимости дополнительного использования технологического газа для выдувания расплавленного металла из зоны реза и, как следствие, к ухудшению точности резки и качества кромки реза.
2
Известно устройство для резки тонких листов высокоотражающих металлов [Выставка "LASYS 2008", Stuttgard, DE, March 4-6, 2008, фирма Fraunhofer IWS Dresden, hall 4, booth E61, Press release 1/2008: The laser remote technique for the cutting of metallic parts (). Дата обращения 22.07.2009], выбранное нами в качестве прототипа. В данном устройстве в качестве источника излучения используется оптоволоконный лазер с длиной волны 1,06 мкм и мощностью излучения ≤1 кВт и дефлекторная система перемещения лазерного излучения по поверхности обрабатываемого листа без использования инерционной режущей головки, что повышает скорость реза до 10 раз. Характеристики оптоволоконного лазера позволяют осуществлять режим испарения металла в зоне реза в процессе резки. Это позволяет отказаться от подачи технологического газа в зону реза, что ведет к повышению качества кромки реза, повышению скорости резки и снижению энергетических и экономических затрат на проведение работ. Малая расходимость излучения оптоволоконного лазера обеспечивает высокую плотность излучения в пятне резки (⌀ ~30 мкм), что позволяет вкладывать большую энергию в зону реза, а потому эффективно резать высокоотражающие металлы, несмотря на большую долю отраженного излучения. Оптоволоконный лазер из-за малой расходимости излучения позволяет располагать дефлекторную систему на значительном расстоянии (~15 см) от обрабатываемой поверхности, что увеличивает рабочую зону лазерной резки по сравнению с устройством, использующим СO - лазер с режущей головкой, устанавливаемой на расстоянии ~1 см. В указанном устройстве обрабатываются листы металлов с размерами, соответствующими размерам рабочей зоны. Однако существует необходимость в обработке листов металлов с размерами, превышающими рабочую зону.
Техническим результатом, достигаемым в заявленной полезной модели является увеличение размеров обрабатываемых листов металлов, значительно (в 6 и более раз) превышающих размеры рабочей зоны лазерной резки, при обеспечении высокой производительности лазерной обработки. Устройство также позволяет обеспечить высокую точность позиционирования обрабатываемого листа (менее 10 мкм) и малую погрешность повторного позиционирования, требующиеся при обработке листов металлов больших размеров.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для лазерной резки тонких листов высокоотражающих металлов, содержащем оптоволоконный технологический лазер, соединенный оптоволоконным кабелем с дефлекторной системой, блок программного управления дефлекторной системой и рабочий стол, рабочий стол выполнен в виде стола на аэростатических опорах скольжения с размерами, превышающими, по крайней мере в 6 раз, размеры рабочей зоны лазерной резки и снабжен приводом его перемещения в горизонтальной плоскости на основе линейного электродвигателя, при этом в устройство введены блок программного управления приводом перемещения и головной блок программного управления для синхронизации работы блока программного управления дефлекторной системой и блока программного управления приводом перемещения.
Рабочий стол указанных размеров, выполненный в виде стола на аэростатических опорах скольжения и снабженный приводом его перемещения в горизонтальной плоскости на основе линейного электродвигателя, позволяет за короткое время осуществлять подачу очередного необработанного участка листа металла большого размера в рабочую зону, что обеспечивает высокую производительность процесса обработки. Кроме того, очередной участок обрабатываемого листа подается автоматически в рабочую зону после окончания резки предыдущего участка по сигналу с блока программного управления приводом перемещения. Синхронизация работы блока программного управления дефлекторной системой и блока программного управления приводом перемещения осуществляется головным блоком программного управления с соответствующим программным обеспечением. Автоматическая система управления устройством также обеспечивает высокую производительность лазерной обработки листа металла.
Рабочий стол на аэростатических опорах скольжения обеспечивают высокую скорость перемещения за счет исключения механического трения, что ведет к повышению производительности лазерной обработки.
Привод вращения на основе линейного электродвигателя в силу своих динамических характеристик обеспечивает, кроме высокой скорости перемещения рабочего стола, и микронную точность фиксации его положения, что ведет к высокой точности установки координат точки реза (высокой точности позиционирования обрабатываемого листа) и их воспроизводимости при обработке последующих листов (малой погрешности повторного позиционирования) в течении всего срока эксплуатации.
Устройство представлено на фиг.1-2, где на фиг.1 представлена его структурная схема, на фиг.2 - схема автоматической системы управления устройством.
На указанных фигурах
1 - технологический оптоволоконный лазер,
2 - оптоволоконный кабель,
3 - дефлекторная система,
4 - блок программного управления дефлекторной системой,
5 - рабочий стол,
6 - привод перемещения рабочего стола,
7 - блок программного управления приводом перемещения стола,
8 - головной блок программного управления.
Устройство для резки тонких листов высокоотражающих металлов, представленное на фиг.1, содержит оптоволоконный технологический лазер 1, соединенный оптоволоконным кабелем 2 с дефлекторной системой 3. Дефлекторная система соединена с блоком программного управления 4 и установлена над рабочим столом 5. В устройство введены привод перемещения 6 рабочего стола в горизонтальной плоскости, блок программного управления приводом перемещения стола 7, а также головной блок программного управления 8 с соответствующим программным обеспечением. Головной блок программного управления 8 соединен с блоком программного управления дефлекторной системой 4 и блоком программного управления приводом перемещения 7 для синхронизации их работы.
Устройство работает следующим образом. Для каждого обрабатываемого изделия в блок программного управления дефлекторной системой 4 и в блок программного управления приводом перемещения рабочего стола 7 вводится исходная информация для обработки конкретного изделия (см. фиг.2). Обрабатываемое изделие крепится на рабочем столе 5 в исходном положении. Запуск автоматической системы управления устройством происходит путем включения головного блока программного управления 8. Включается технологический лазер и его излучение с помощью дефлекторной системы направляется на обрабатываемое изделие и осуществляет резку листа в рабочей зоне. По окончании резки блоком числового программного управления дефлекторной системой 4 выключается подача излучения и вырабатывается сигнал, указывающий на окончание резки, который поступает в головной блок 8. Головной блок формирует сигнал на запуск блока программного управления приводом перемещения 7 стола, который дает команду на начало работы привода стола. Стол с обрабатываемым изделием перемещается в заданное программой положение. После этого подается сигнал на блок программного управления 7 приводом перемещения 6 рабочего стола 5 о готовности очередного участка к проведению резки. Этот блок формирует сигнал о готовности очередного участка к проведению резки и передает его в головной блок. Головной блок 8 вырабатывает команду на запуск блока 4 программного управления дефлекторной системой, который включает подачу лазерного излучения на дефлекторную систему 3 для осуществления лазерной резки. Описанный процесс повторяется до окончания обработки изделия.
Таким образом, устройство позволяет обрабатывать листы металлов, размеры которых значительно превышают размеры рабочей зоны лазерной резки, при обеспечении высокой производительности лазерной обработки листа, высокой точности позиционирования обрабатываемого листа и малой погрешности повторного позиционирования.