CN102202829A - 包括可以被单轴元件连接的等离子体和/或激光加工头的用于工件热加工的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于工件热加工的系统。就此而言，可以通过等离子体喷射或激光束对工件进行加工处理。本发明的目的是在这一方面使得工件的热加工能够更加灵活而且不太昂贵。根据本发明的系统，激光加工头(22)和等离子体加工头(21)可以被单轴元件(20)连接。

Description

包括可以被单轴元件连接的等离子体和/或激光加工头的用于工件热加工的系统
技术领域
本发明涉及一种用于工件热加工的系统。就此而言，工件可以通过等离子体射流或激光束进行加工。本发明被优选地用于分离加工，即用于切割，还可用于焊接工件。
背景技术
使用等离子体的加工非常高效，金属工件，例如厚度范围为1mm至60mm的结构钢，厚度范围为1mm至160mm的铝钢和铬镍钢，可以经济的被分割。就此而言，通过电弧将等离子体直接作用于工件进行加工，这会产生高热量以及电导性气体，并从一个喷嘴喷出。通过热能和动能熔化材料而且将其从形成的割缝中驱走。最近，层的质量能够得到相当的改善。只是考虑到的花丝的轮廓，也就是考虑到的具有小直径的给进轴方向的大变化，出现问题。因此在使用等离子体切割时，半径小于5mm的孔或者小于工件厚度1.5倍的孔则不能实现高质量的切割。
在较小的工件厚度范围(＜10mm)内进行切割时，使用激光辐射工艺可以达到一个更好的切割质量。可以形成具有小半径的较小切口和锐边。对具有较大厚度工件的切割，则效率不高，而且不能够对一些厚度为厘米以上的工件进行处理。
进行切割时，使用等离子体加工厚度为5mm以上的工件，成本较低速度较快，且通常切割质量较高。
随着生产中引入光纤激光器，大大简化了光束导向，其中激光辐射是通过光波导来导向的。
等离子体技术和激光技术两种技术中每种技术都可以与CNC控制的导 向系统，如坐标导向系统，或工业机器人相结合，以自动化的形式使用。就此而言，如果两种处理方法必须应用到一个工件上，在处理过程中，必然提高工厂的加工工作量和/或分别在不同的工厂对工件进行夹持处理。
因此在这一点上，本发明的目的是使得工件的热加工过程更为灵活且不太昂贵。
发明内容
根据本发明，此目的是通过具有权利要求1的技术特征的系统实现的。使用其从属权利要求的特征可以实现更佳实施例以及进一步地开发。
本发明能使用自身公知的技术元件，但是在一定程度上进行了修改。使用的等离子体加工头和激光加工头的基本结构可以和现有技术中使用的基本结构相同。在这一方面，尤其是对于激光加工头，在应用中还要考虑适应性，它们是否能被用于焊接或切割，因为对于切割来说必须要提供切割气体/加工气体，这是由于切割需要通过喷嘴将气体喷射在工件上以将熔融的材料从割缝中驱走。
然而，在操作等离子体加工头时也需要加工气体。因此在本发明中使用了两个组分的共用的通道，此通道连至两个组分的可共同使用的气体供应源。
根据本发明的一种系统，在这一个方面被设计为激光加工头和等离子体加工头可以被单轴元件连接。在这一方面，优选地，在此轴元件中存在至少一个通向等离子加工头内部电极的用于供给电流的导电元件、激光辐射的光波导和用于供给加工气体的供给管。在被固定到此轴组件的状态下，在每个实施例中它们都可以连通或连接至等离子体加工头和激光加工头中的附加连接件或者附加组件。在这一个方面，导电元件或供给管被连接到电流供给源或加工气体供给源，光波导被连接到激光源。
轴元件可以被固定到导向系统，例如现有技术中已知的导向系统。轴元件被设计为可以使等离子体加工头和激光加工头固定在其上面，但可以简单而快捷的对不同的加工头进行更换。这可以通过合适的快速更换配件来实现。因此在加工中或者当磨损发生时，可以实现简单而快捷的更换。除了共同的导向系统，单独的工件夹紧装置，然而也可以使用其他的接触组件，如尤其是根据本发明的系统中具有的或者可以具有的两种加工方式均可以使用的气体供应源或者也可是附加的冷却系统。在这一方面，冷却系统可以设计为仅仅对使用等离子体或使用激光辐射的加工进行冷却。优选地，为等离子体的加工进行冷却。在这一方面，可以相应的来设计轴元件和不同的加工头，使得冷却剂仅能够流入这两个不同加工头中的一个加工头，并从其返回。
需要具有较小功率的激光源，因为当要求较高功率时，它也能够与等离子体一起工作。
使用本发明可以对大多数具有不同厚度的各种材料和工件进行处理。由于采用两种不同的加工方式的优点，降低了工厂工程的成本并提高了生产效率。
此处还可以对加工气体源进行设计使得可以提供第二气体。
附图说明
接下来结合一些示例对本发明进行更详细地说明。
此处示出了：
图1以图示的形式示出了根据本发明的系统一个示例的结构；
图2为无冷却系统的轴元件、等离子体加工头和的激光加工头的可选实例；
图3为有冷却系统的轴元件、等离子体加工头和激光加工头的可选实例；
图4以图示的形式示出了根据本发明的系统更进一步示例的结构；
图5以图示的形式示出了根据本发明的系统更进一步示例的结构；
图6以图示的形式示出了根据本发明的系统更进一步示例的结构；
图7以图示的形式示出了根据本发明的系统更进一步示例的结构；和
图8以图示的形式示出了根据本发明的系统更进一步示例的结构。
具体实施方式
图1通过图示形式示出根据本发明的系统的一个简单的示例，此示例中的系统无附加的冷却系统。
在这一方面，等离子体源10.1和作为激光源10.2的光纤激光器被连接到电力供应源(电力网)。轴元件20通过导电元件30.1连接到等离子体源10.1，其中通过等离子体源10.1向等离子体加工头21中的电极(未示出)供电。射出的激光辐射通过光波导30.2到达轴元件20。加工气体通过管道30.3由气体控制器40进行供给。共用软管或管道包30可以由管道30.1、30.2和30.3组成。
等离子体加工头21或激光加工头22可以选择地被固定到轴元件20上。在这一方面，在以这种方式设计的系统中，加工气体控制和加工气体管理系统可以在两种加工方式中共用。只需要考虑各自所需的加工气体压力和加工气体的体积流。
图2展示了例如可用于根据图1的系统中或无冷却系统的一种系统中的轴元件20、等离子体加工头21和激光加工头22的可能的实施例。
在这一方面，图中上边部分重复示出上述三个组件20、21和22。在中间部分示出标注有Z的示图，分别为从轴元件20的下面和侧面方向的示图，其中在这个侧面将等离子体加工头21和激光加工头22固定到轴元件20上。
用于激光辐射的光波导20.2通过中间纵轴被导引。另外，通过轴元件 20形成了通到加工头21和22的等离子体操作所用电流的导电元件20.1和加工气体的供给管20.3。
左下角和右下角的视图中示出了两个加工头21和22的侧面，其中在这个侧面他们被连接到轴元件20。在这个方面，光波导22.2和供给管21.1、21.3被设置和校准以确保恰当的连接关系，而且各个介质可以通过他们传导到各自的加工头21或22。
图3所示的实施例和图2所示的相似。然而，图3示出了被修改的加工头21和22以及被修改的轴元件20，因为此处提供了一个附加的冷却系统，他们也可以应用到后面的图6和图8所示的系统中。
相同的组件使用相同的附图标记。在本示例中，图中间部分示出的轴元件20中具有供给管20.4和返回管20.5，用于使冷却剂通过轴元件20导入各个加工头21或22，并返回到冷却系统50中，其中优选地，冷却系统50被设计为返回式冷却系统。通过冷却可以减少操作中的磨损。
供给管20.4可以接通到等离子体加工头21的冷却剂管道21.4或者接通到激光加工头22的冷却剂管道22.4，返回管20.5接通到各自固定到轴元件20的各个加工头21或22的冷却管道21.5或22.5。
还可以这样形成和关联用于电流的导电元件20.1、21.1，使得电流可以在冷却剂所使用的通道或者在供给管或者在返回管20.4、21.4、20.5或21.5中传导，并且通过此操作对其冷却。与没有对电导体进行冷却的情况相比，在流过相似电流的条件下，通过冷却可以使用横截面更小的电导体。
两个加工头21和22的进一步实施例没有示出，他们可以是通常的设计。也就是说，电极和喷嘴可以相应地设置在或存在于等离子体加工头21上。
在激光加工头22上，具有一个聚焦于工件或形成导向工件的激光束的光学组件。如果要在工件上执行切割操作，则此激光加工头22上还设有切割喷嘴。
根据本发明的一种系统还可以被进一步地变化，以便于同时可以自动检测固定在轴元件20的加工头21或22的类型，可以在加工过程的控制或调整中考虑到此因素，这样可防止错误操作的发生。为了达到这个目的，在轴元件20和/或不同加工头21或22上设置感应器。这个用于识别的感应器连接到电控制，使得可以根据要执行的各个加工程序执行自动、安全的操作。例如感应器可以是开关触点。在一个简单的实施例中，可借此将共用电源10从等离子体源10.1切换到激光源10.2，或反之亦然。
图4中示出的示例与图1的示例的不同之处仅仅在于等离子体源10.1和激光源10.2共同连接到电源10，该电源10可以影响功率。图5示出的示例中，等离子体源10.1、激光源10.2和电源10形成一个集成单元。使用共用电源10或共用能量供给也不昂贵，因此具有优势。
图6至图8的示例中具有附加的冷却系统50，冷却系统50具有供给管30.4和返回管30.5用于将冷却剂供给到轴元件20的加工头21和22，并从那里返回到冷却系统50。除了具有管道30.4和30.5的附加的冷却系统50，根据图6的示例与图4中示例相对应。类似地，图1的示例与图7的示例相对应，无冷却系统的图5的示例与图8的示例相对应。

Claims (10)

1.一种采用等离子体射流和/或激光束进行工件热加工的系统，其中激光加工头(22)和等离子体加工头(21)可以被连接到单轴元件(20)。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述轴元件(20)中具有至少一个用于将电流连通至所述等离子体加工头(21)中的电极的导电元件(20.1)、用于激光辐射的光波导(20.2)和用于加工气体的供给管(20.3)，而且在固定到所述轴元件(20)的情况下，所述用于将电流连通至所述等离子体加工头(21)中的电极的导电元件(20.1)、所述激光辐射的光波导(20.2)和所述用于加工气体的供给管(20.3)分别连通或连接至存在于所述等离子体加工头(21)和激光加工头(22)中的附加连接件或附加组件(21.1、21.3、22.2和22.3)；其中所述导电元件和供给管(20.1和20.3)分别连接到提供电流(30.1)的电源和提供加工气体(30.3)的供给源，光波导(20.2)连接到激光源(30.2)。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述等离子体加工头(21)和所述激光加工头(22)可通过至少一个快速更换配件固定在所述轴元件(20)上。
4.根据上述任一项权利要求所述的系统，其特征在于，由所述激光源(10.2)发射的激光辐射可以通过所述光波导发送。
5.根据上述任一项权利要求所述的系统，其特征在于，所述激光源(10.2)为光纤激光器。
6.根据上述任一项权利要求中所述的系统，其特征在于，所述等离子体加工头(22)和所述激光加工头(21)为工件的分割处理而设计。
7.根据上述任一项权利要求所述的系统，其特征在于，所述等离子体加工头(22)和所述激光加工头(21)为工件的焊接而设计。
8.根据上述任一项权利要求所述的系统，其特征在于，用于冷却剂的供给管(20.4)和返回管(20.5)穿过所述轴元件(20)并能够连接到激光加工头(22)和/或等离子加工头(21)中的冷却剂管道(21.4、21.5和/或22.4和22.5)。
9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，用于将电流连通至所述等离子体加工头(21)的电极的一个/多个导线被设置于所述轴元件(20)的冷却剂供给管(20.4)或返回管(20.5)内和所述等离子体加工头(21)的冷却管道(21.4或21.5)内。
10.根据上述任一项权利要求所述的系统，其特征在于，所述轴元件(20)和/或等离子体加工头(21)和激光加工头(22)具有感应器，所述感应器连接到电子控制器用于固定在所述轴元件(20)上的各个加工头(21或22)的识别。
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