ПРОМЫШЛЕННЫЙ РОБОТ ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к конструкции промышленного робота, предназначенного для автоматической обработки и производства изделий с помощью лазерного луча.
Промышленный робот для лазерной обработки, выбранный в качестве прототипа, смонтирован на станине и содержит блок управления, связанный с лазерной установкой, генерирующий лазерный луч, направляемый по системе его транспортировки к конечному звену антропоморфного манипулятора, несущему фокусирующее устройство. Манипулятор имеет одно неподвижное звено и, по крайней мере, пять последовательно шарнирно сочлененных подвижных звеньев, индивидуальный привод каждого из которых содержит двигатель и редуктор [RU 2030979].
Описанный выше промышленный робот работает следующим образом.
Перемещение фокусирующего устройства относительно обрабатываемой поверхности изделия, установленного на станине, производится по заданной программе с блока управления с помощью двигателей подвижных звеньев, которые через посредство редукторов приводят в относительное вращение эти звенья манипулятора. Обработка изделия (сварка, резка или термообработка) осуществляется при одновременной работе лазерной установки и приводов манипулятора. При этом луч лазера проходит внутри неподвижного звена манипулятора и направляется системой зеркал, расположенных в подвижных звеньях манипулятора таким образом, что направление луча совпадает с осями вращения подвижных звеньев. Благодаря этому луч достигает фокусирующего устройства независимо от конкретного расположения звеньев и обработка лазерным лучом может производиться по любой запрограммированной траектории.
Физической основой используемой в роботе технологии является термическое воздействие сфокусированного лазерного луча на обрабатываемом изделии. Лазерная технология дает возможность изготовления изделия из отдельных фрагментов путем сварки, а также его резки и термообработки. Последняя может быть как поверхностной, с целью придания определенных свойств, в частности прочностных, так и направленной на формирование собственно поверхности изделия путем наплавки с использованием проволоки или порошкового материала. Однако конструкция робота не обеспечивает возможность использования процесса наплавки, так как в ней не предусмотрено соответствующее оборудование, что значительно снижает технологические возможности робота в целом. Другими словами, обладая энергетическими возможностями, робот-прототип не может обеспечить прямого построения изделия из металла путем наплавки.
Выбранный в качестве прототипа промышленный робот для лазерной обработки [CN 201720607 U] свободен от недостатка аналога. Он содержит станину, блок управления и лазерную установку с системой транспортировки лазерного луча к конечному звену антропоморфного манипулятора, несущего фокусирующее устройство, коаксиально которому смонтировано сопло аппарата подачи газопорошковой смеси, при этом система управления аппарата подачи связана с блоком управления роботом.
Как указано выше, процесс наплавки может быть осуществлен как с использованием проволоки, так и посредством применения металлического порошка. Наплавка проволокой используется, как правило, для проведения грубых операций, поскольку не может обеспечить высокой точности. Это объясняется тем, что используемая проволока имеет на порядок больший размер в сравнении с гранулометрическим составом порошковых материалов. В связи с этим, при наплавке проволокой слои получаются массивными и требуют значительной последующей механической обработки. Кроме того, проведение наплавки проволокой является невозможным в труднодоступных местах, на наклонных и отвесных поверхностях, так как расплавленный металл под действием силы тяжести способен к растеканию.
В случае применения порошковой наплавки частицы порошка подаются коаксиально лазерному лучу с помощью транспортирующего инертного газа под давлением, поддающимся регулированию, что позволяет производить наплавку под самыми различными углами без каких-либо ограничений. Газопорошковая лазерная наплавка дает возможность одновременно использовать порошки различного химического состава и проводить в процессе наплавки «in-situ» синтез сплавов, создавая изделия с градиентным химическим составом и, соответственно, свойствами, при этом появляется возможность проводить операцию наплавки на конструкциях, изготовленных из разных типов металла с применением одного сопла. Для лазерной наплавки с применением проволоки такие операции трудноосуществимы и связаны с большой потерей времени или не доступны в принципе.
Недостатком описанного робота является ограниченность технологических возможностей манипулятора по реализации сложных траекторий перемещения фокусирующего устройства при формировании изделий значительных размеров, т.е. отдельные элементы которых находятся вне досягаемости манипулятора.
Таким образом, задачей полезной модели является расширение технологических возможностей промышленного робота при формировании изделий значительных размеров.
Поставленная задача достигается за счет того, что в промышленном роботе для лазерной обработки, смонтированном на станине и содержащем блок управления, лазерную установку с системой транспортировки лазерного луча к конечному звену антропоморфного манипулятора, несущему фокусирующее устройство, коаксиально которому смонтировано сопло аппарата подачи газопорошковой смеси, связанного с блоком управления роботом, на станине установлена поворотная платформа для формируемого изделия, система управления приводом которой связана с блоком управления роботом.
Технический результат полезной модели заключается в том, что манипулятор промышленного робота для лазерной обработки, снабженный фокусирующим устройством и соплом аппарата подачи газопорошковой смеси, имеет возможность за счет использования поворотной платформы формировать изделия, размеры которого превышают возможности максимального вылета руки манипулятора.
На чертежах, прилагаемых к описанию, даны:
фиг. 1 - схематическое изображение общего вида промышленного робота;
фиг. 2 - продольное сечение фокусирующего устройства.
Промышленный робот для лазерной обработки содержит станину 1 (фиг. 1), на которой установлен антропоморфный манипулятор 2 с неподвижным звеном 3 и, по крайней мере, пять последовательно шарнирно сочлененных подвижных звеньев 4, конечное из которых А несет фокусирующее устройство 5, оптически связанное с лазерной установкой 6 посредством ряда зеркал, расположенных внутри звеньев манипулятора и образующих систему транспортировки лазерного луча к изделию 7, формирующегося на поворотной платформе 8 в процессе работы робота. Платформа 8 кинематически связана с электродвигателем 9, закрепленным на станине 1 и замкнутым на блок 10 системы его управления, которая, в свою очередь, замкнута на блок 11 управления работой промышленным роботом и, в частности, манипулятором 2 и лазерной установкой 6. В комплект оборудования робота входит аппарат 12 подачи газопорошковой смеси к фокусирующему устройству 5. Аппарат 12 сопряжен с системой его управления и выполнен с ней в едином блоке, который связан с блоком 11 управления работой робота. Конструкции аппарата 12, как и устройство блока 10, а также кинематической связи платформы 8 с электродвигателем 9, на чертежах не раскрыты ввиду широкой их известности и применяемости в современном производстве. На фиг. 2 дано схематическое изображение фокусирующего устройства 5, включающего конечное звено А манипулятора 2 со встроенной в него фокусирующей линзой 13 и выходной втулкой 14, на которой коаксиально смонтировано сопло 15 аппарата 12 подачи газопорошковой смеси.
В качестве примера работы промышленного робота взята задача прямого построения изделия 7 из металла методом прототипирования, заключающегося в формировании изделия путем наплавки его из металлического порошка.
В зависимости от внешней формы изделия, наличия в нем открытых и скрытых полостей, оператор в блоке 11 запускает соответствующую программу, охватывающую своими алгоритмами совместную и синхронную работу манипулятора 2, лазерной установки 6, аппарата 12 подачи газопорошковой смеси, и блок 10 управления приводом платформы 8. После включения робота в работу антропоморфный манипулятор 2 перемещает фокусирующее устройство 5, расположенное на конечном звене А, над платформой 8, на которой луч лазера осуществляет плавку металлического порошка, подаваемого в потоке инертного газа через сопло 15, установленного коаксиально втулке 14 фокусирующего устройства 5, формируя изделие 7. В случае изготовления крупногабаритных изделий, размеры которого превышают максимальный вылет руки манипулятора, электродвигатель 9 поворачивает платформу 8, осуществляя доставку трудно досягаемых зон изделия в зону оптимальных возможностей манипулятора, зависящих от его конструктивных и размерных возможностей.
Промышленный робот предлагаемой конструкции предназначен не только для прямого построения крупногабаритных изделий из металла любой сложности, но и производства сложных биметаллических компонентов, модификации поверхности инструмента, ремонта металлических деталей, восстановления рабочих поверхностей широкого спектра механизмов, таких как лопатки турбин, режущие кромки штампов, прокатные валки, любая инструментальная оснастка с использованием порошков из инструментальных сталей, кобальтовых, никелевых и титановых сплавов, производства деталей из композитных материалов, используя подачу разнородных порошков.