Устройство для удаления газообразных продуктов лазерной резки

Полезная модель относится к области лазерной обработки и может быть использована для удаления газообразных продуктов, возникающих при лазерной резке органических листовых материалов.
Из уровня техники известна установка для лазерной обработки (RU 75601, B23K 26/08 (2006.01), опубликовано 20.08.2008 [1]). Снабжение установки средством подачи сжатого воздуха в зону резки обеспечивает удаление, и тем самым исключение возможности воспламенения под действием лазерного излучения газообразных продуктов, возникающих в процессе резки таких материалов как пластик или дерево. 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. 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.
Недостатком известной установки является существенное ухудшение удаления газообразных продуктов лазерной резки на большом расстоянии от края обрабатываемого листа вследствие расширения струи сжатого воздуха и снижения скорости потока газа, несмотря на наличие форсунок с обеих сторон стола. В результате возможно воспламенение накопившихся газообразных продуктов лазерной резки, вызывающее необратимую термическую деформацию и даже возгорание обрабатываемого органического листового материала.
Недостатком известной установки также является необходимость механического перемещения форсунок вместе с подводящими воздушными шлангами синхронно с резательной головкой, что ухудшат динамику работы установки из-за увеличения приведенной массы резательной головки, либо требует применения отдельного синхронного привода.
Из уровня техники известен стол для термической резки листового материала (RU 2325251, B23K 7/10, опубликовано 27.05.2008 [2]), в котором одновременно с порталом, включающим в себя лазерный резак, перемещается устройство для удаления газообразных и твердых отходов лазерной резки. Устройство для удаления газообразных и твердых отходов резки снабжено приводом и включает размещенную под решеткой емкость для сбора твердых отходов обработки, помещенную с зазором в открытый сверху кожух, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения параллельно боковым стенкам рамы, при этом днище кожуха снабжено по меньшей мере одним щелевым патрубком, параллельным боковым стенкам рамы и входящим в щелевой паз воздуховода.
В известном столе для термической резки эффективно осуществляется удаление продуктов лазерной обработки при сравнительно малых скоростях резки. При больших скоростях массивное устройство для удаления газообразных и твердых отходов не будет успевать за движением лазерного резака или потребует дорогостоящую и сложную систему синхронного перемещения.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является стол для термической резки листового металла (RU 105605, B23K 10/00, опубликовано 20.06.2011 [3]), который содержит устройство для удаления газообразных продуктов резки, выполненное в виде двух расположенных вдоль длинных сторон стола вентиляционных коробов с окнами, перекрытыми заслонками. Каждый короб на одном из торцов соединен с вентиляционным устройством через воздуховод. Стол разделен перегородками на вентилируемые секции, которые соединены с коробами отверстиями. Отверстия секций расположены напротив соответствующих окон с заслонками, выполненных на верхних стенках коробов и имеющих наклон порядка 30° в сторону стола. Кроме того, заслонки оборудованы рычажно-тяговыми узлами, имеющими ролик, неподвижно соединенными с каждой заслонкой и установленными на коробах напротив каждого отверстия. Открытие вентиляционных окон коробов осуществляется при наезде на ролики рычажно-тяговых узлов контактных лыж, закрепленных с двух сторон на машине термической резки.
В известном столе достаточно эффективно осуществляется удаление газообразных продуктов резки, что справедливо для малых скоростей лазерной обработки. При повышенных скоростях значительное количество взаимодействующих механических деталей приведет к ухудшению динамики стола, низкой надежности и повышенной шумности устройства.
Заявляемое в качестве полезной модели устройство для удаления газообразных продуктов лазерной резки направлено на упрощение конструкции.
Указанный результат достигается тем, что устройство для удаления газообразных продуктов лазерной резки содержит короба и средство откачки воздуха из них.
При этом устройство короба образованы продольными вертикальными перегородками, установленными на металлическом днище и перед входом в каждый короб, с противоположной стороны от средства откачки воздуха, установлена форсунка для подачи сжатого воздуха. Каждая из форсунок снабжена электропневмоклапаном.
Отличительными признаками предлагаемого устройства являются:
- короба образованы продольными вертикальными перегородками, установленными на металлическом днище
- перед входом в каждый короб, с противоположной стороны от средства откачки воздуха, установлена форсунка для подачи сжатого воздуха;
- каждая из форсунок снабжена электропневмоклапаном.
Заявляемое устройство для удаления газообразных продуктов лазерной резки содержит форсунки для поочередной подачи сжатого воздуха в короба, установленный с одной стороны зоны обработки, что существенно упрощает конструкцию стола. Поочередную подачу сжатого воздуха в короба легко осуществить при помощи известных из уровня техники электропневмоклапанов, установленных перед каждой форсункой и управляемых от системы числового программного управления лазерным станком. Струйное течение, образующееся на выходе из форсунки, направлено в короб и эффективно вовлекает за собой загрязненный воздух, образующийся в коробе в результате лазерной резки. Продольный короб, образованный вышеуказанным способом, изолирован от других таких же параллельных коробов, поэтому скорость воздуха остается в нем практически неизменной по всей его длине. Это позволяет эффективно использовать заявляемое устройство для удаления газообразных продуктов лазерной резки, в том числе на столах с большими размерами рабочего поля, что делает его применение универсальным.
При этом отсутствие подвижных механических деталей позволяет максимально использовать динамику стола и упрощает его конструкцию.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется примером ее реализации и чертежом, на котором показаны основные элементы устройства и принцип работы (фиг. 1).
Устройство содержит лазерный стол 1 с устанавливаемым на нем листом обрабатываемого материала 2, на котором схематично изображена вырезаемая деталь 3. Под листом 2 размещены короба 4, образованные с боков вертикальными металлическими пластинами 5, а снизу горизонтальным металлическим днищем 6, снабженные средством откачки воздуха из них 7 (показано стрелками). Над столом 1 установлена траверса 8, имеющая возможность программного перемещения в направлении, указанном стрелками 9, на которой закреплен резак 10, имеющий возможность перемещаться по траверсе в направлении, указанном стрелками 11. С противоположной стороны от размещения средства откачки воздуха 7 установлены форсунки 12 для поочередной подачи сжатого воздуха в короба. Каждая форсунка снабжена электропневмоклапаном (на чертеже не показан), открывающим и закрывающим в нужный момент поток воздуха через форунку.
Устройство работает следующим образом. Лазерный луч с помощью лазерного резака 10, установленного на траверсу 8 с возможностью программного перемещения по ней в направлениях, указанных стрелками 11, фокусируется на обрабатываемом листовом материале 2 и прорезает его насквозь. В свою очередь траверса 8 имеет возможность программно перемещаться относительно стола 1 с обрабатываемым материалом 2 в направлении, указанном стрелками 9. Оба этих программных перемещения, управляемые компьютером, позволяют вырезать лазером на листовом материале схематично показанную заготовку 3 заданной формы. При этом под обрабатываемым листовым материалом 2 скапливаются газообразные продукты лазерной обработки. В случае резки органических материалов, таких как пластики, древесина, фанера эти продукты при перемешивании с воздухом в определенных пропорциях образуют горючую смесь, которая может загореться под действием лазерного излучения. Кроме того, оседая на обрабатываемый материал, они вызывают его загрязнение. Для удаления газообразных продуктов лазерной обработки ниже листа обрабатываемого материала 2 установлены форсунки 12, струя воздуха из которых поочередно направляется в один из продольных коробов 4. образованный с боков вертикальными металлическими пластинами 5 (их расположение под обрабатываемым листовым материалом указано пунктиром), снизу горизонтальным металлическим днищем 6, а сверху листом обрабатываемого материала 2. Форсунки 12 в процессе лазерной обработки под управлением электропневмоклапанов поочередно направляют струю воздуха в каждый короб. Струйное течение, образующееся на выходе из форсунок 12, 5, эффективно вовлекает за собой загрязненный воздух, расположенный в коробе, выдувает его из зоны лазерного реза и продувает вплоть до выхода из короба, где он подхватывается средством для откачки воздуха, например, вытяжной вентиляцией, обозначенной стрелками 7. Каждый из продольных коробов 4, образованный вышеуказанным способом, практически изолирован от других таких же параллельных коробов и при сравнительно малой суммарной скорости протока не оказывает заметного сопротивления перемещению газа. Таким образом, короб может иметь значительную длину, по крайней мере сравнимую с размерами стандартных листов для лазерной резки, определяющими необходимые размеры лазерных столов, при этом образованный форсункой поток воздуха внутри короба на всем его протяжении остается практически неизменным и эффективно способствует удалению продуктов лазерной обработки. Длительность поочередного включения форсунок выбирается экспериментально такой, чтобы при включении форсунки вдоль каждого короба загрязненный воздух, образовавшийся в нем в результате лазерной резки, был полностью удален из короба воздушным потоком.