ITTO20100936A1 - Macchina laser e procedimenti per il suo utilizzo. - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Macchina laser e procedimenti per il suo utilizzo"
DESCRIZIONE
La presente invenzione riguarda in generale le macchine operatrici laser, ed in particolare le macchine laser per il taglio di lamiere piane.
Le attuali macchine laser per il taglio di lamiere piane comprendono una struttura di supporto presso la quale è posizionabile orizzontalmente una lamiera da tagliare, ed un equipaggio mobile, portato da tale struttura e recante una testa laser predisposta per indirizzare un fascio laser focalizzato su detta lamiera. La disposizione è tale per cui la testa laser è movimentabile secondo due assi cartesiani ortogonali, in un piano orizzontale.
Benché le teste laser da taglio presentino dimensioni e pesi ridotti, le attuali macchine laser da taglio presentano velocità operative relativamente modeste. I limiti di velocità di tali macchine sono legati ai limiti di accelerazione e decelerazione che gli assi delle macchine possono tollerare, in particolare quando le traiettorie di taglio presentano brusche variazioni di curvatura o di direzione. Ad esempio, per il taglio secondo un percorso a rettangolo gli assi di una tale macchina devono, ad ogni angolo, rispettivamente prima decelerare, nel più breve tempo possibile, sino a velocità nulla, e poi debbono immediatamente accelerare per raggiungere nuovamente la velocità di taglio programmata.
Per poter imprimere agli assi di tali macchine accelerazioni/decelerazioni elevate, gli associati azionamenti debbono essere inevitabilmente piuttosto potenti e costosi.
Uno scopo della presente invenzione è di realizzare una macchina laser, in particolare una macchina laser per il taglio di lamiere piane, la quale consenta di superare gli inconvenienti ed i limiti sopra delineati delle macchine secondo la tecnica anteriore.
Questo ed altri scopi vengono realizzati secondo l'invenzione con una macchina laser comprendente
una struttura di supporto presso la quale è posizionabile orizzontalmente un pezzo in lavorazione, quale una lamiera piana;
un equipaggio mobile, portato da detta struttura di supporto e recante una testa laser predisposta per indirizzare un fascio laser sul pezzo in lavorazione; e in cui
l'equipaggio mobile è spostabile relativamente alla struttura di supporto lungo un primo asse cartesiano ortogonale, con velocità ed accelerazione relativamente basse, e la struttura di supporto ed il pezzo in lavorazione sono spostabili l'uno rispetto all'altro lungo un secondo asse cartesiano orizzontale, ortogonale a detto primo asse cartesiano, con velocità ed accelerazione relativamente basse, in un modo tale per cui l'equipaggio mobile ed il pezzo in lavorazione sono reciprocamente posizionabili in uno spazio relativamente ampio, e in cui
la testa laser è girevole in un piano orizzontale relativamente a detto equipaggio mobile, intorno ed in relazione distanziata rispetto ad un asse di rotazione verticale, in uno spazio relativamente ristretto, e con velocità ed accelerazioni relativamente elevate.
In un modo di realizzazione la testa laser è convenientemente montata traslabile lungo una guida orizzontale, la quale è girevole intorno ad un asse verticale relativamente all'equipaggio mobile.
Formano inoltre oggetto della presente invenzione specifici procedimenti per l'esecuzione controllata di lavorazioni su di un pezzo, in particolare tagli, con una macchina laser come sopra definita.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione appariranno dalla descrizione dettagliata che segue, effettuata a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:
la figura 1 è una vista prospettica schematica di una macchina operatrice laser secondo un primo modo di attuazione della presente invenzione;
la figura 2 è un diagramma esplicativo di un procedimento per l'esecuzione controllata di una lavorazione, in particolare un taglio, con la macchina secondo la figura 1;
la figura 3 è una vista prospettica schematica di una ulteriore macchina laser secondo la presente invenzione; e
la figura 4 è un diagramma esplicativo relativo ad un altro procedimento per l'esecuzione controllata di una lavorazione, in particolare un taglio, attuabile con una macchina secondo la figura 3.
Nella figura 1 con 1 è complessivamente indicata una macchina operatrice laser secondo la presente invenzione.
Tale macchina 1 comprende un basamento orizzontale 1 sul quale viene nell'impiego posizionato orizzontalmente un pezzo in lavorazione, tipicamente una lamiera metallica M, anche di grandi dimensioni.
Lungo due lati opposti del basamento 2 si estendono due guide longitudinali parallele 3, per una struttura di supporto 4 che nell'esempio di realizzazione illustrato è essenzialmente sotto forma di portale. Tale struttura comprende una coppia di montanti verticali 5 paralleli, interconnessi superiormente da una traversa 6.
La struttura di supporto 4 è traslabile lungo le guide 3, secondo un primo asse cartesiano ortogonale indicato con X.
Lo spostamento della struttura 4 relativamente al basamento 2 lungo la direzione dell'asse X è operato tramite dispositivi motori di tipo per sé noto, non illustrato nei disegni. Gli spostamenti della struttura 4 relativamente al basamento 2 avvengono con velocità ed accelerazioni relativamente basse, in uno spazio che può essere relativamente ampio.
Nella realizzazione esemplificativamente illustrata la traversa 6 della struttura di supporto 4 reca guide di scorrimento 7 orizzontali, che si estendono parallelamente ad un asse cartesiano Y, ortogonale all'asse X.
Lungo le guide 7 è montato traslabile un equipaggio mobile complessivamente indicato con 8.
Gli spostamenti dell'equipaggio mobile 8 lungo le guide 7, parallelamente all'asse Y, sono anch'essi attuati con velocità ed accelerazioni relativamente basse, tramite dispositivi motori anch'essi per sé noti e non illustrati nei disegni.
Nell'esempio di realizzazione schematicamente e qualitativamente rappresentato nella figura 1 l'equipaggio mobile 8 comprende un corpo 9 che è traslabile lungo le guide 7, e che reca inferiormente un elemento 10 girevole intorno ad un asse di rotazione verticale indicato con A.
All'elemento 10 è connesso un braccio trasversale il orizzontale, che reca una testa di taglio laser 12 ad asse verticale. Tale testa è provvista in modo per sé noto di un sistema ottico per la focalizzazione di un fascio laser L indirizzato verticalmente verso la lamiera M in lavorazione.
La disposizione è tale per cui la testa laser 12 è girevole in un piano orizzontale relativamente all'equipaggio mobile 8, intorno all'asse A, in relazione distanziata rispetto ad esso, in uno spazio relativamente ristretto rispetto allo spazio nel quale l'equipaggio mobile 8 è suscettibile di posizionarsi relativamente alla lamiera M in lavorazione.
A mezzo di dispositivi motori semplici ed economici, quali motori elettrici di tipo brushless, la testa laser 12 può essere ruotata intorno all'asse A, con velocità ed accelerazioni relativamente elevate, rispetto alle velocità ed alle accelerazioni con cui l'equipaggio mobile 8 è movimentabile relativamente al basamento 2.
Un'unità elettronica di controllo (non illustrata) è predisposta per comandare i dispositivi attuatori/motori associati alla struttura di supporto 4, all'equipaggio mobile 8, nonché al complesso formato dal braccio 11 e dalla testa laser 12, in modo tale da coordinarne il funzionamento, secondo programmi prestabiliti, in funzione delle caratteristiche della lavorazione da eseguire sul pezzo M.
La macchina secondo l'invenzione sopra descritta con riferimento alla figura 1 consente un'ottimale esecuzione di lavorazioni (ad esempio) di taglio secondo percorsi che includano tratti almeno approssimativamente rettilinei che si raccordano fra loro formando un angolo, ad esempio percorsi di taglio secondo una linea rettangolare.
Nella figura 2 dei disegni allegati è presentato un grafico esplicativo di una conveniente modalità di esecuzione di un'operazione di taglio da eseguirsi in una lamiera piana M secondo un percorso complessivamente indicato con P, che include due tratti PI e P2 rettilinei che si raccordano fra loro in un punto PO, formando un angolo a esemplificativamente pari a 90°, e in generale minore di 180°.
Con una macchina del tipo sopra descritto con riferimento alla figura 1 il taglio secondo il percorso P della figura 2 può essere realizzato nel modo seguente.
L'equipaggio mobile 8 viene dapprima movimentato lungo il primo tratto di percorso PI, in direzione del punto PO di raccordo con il secondo tratto P2. In tale fase tramite la struttura di suppor-to 4 l'equipaggio mobile 8 viene traslato lungo l'asse X, e il braccio 11 è diretto parallelamente all'asse Y. L'asse di rotazione A della testa laser 12 compie una traiettoria orizzontalmente esterna all'angolo a, e la testa laser 12 indirizza il pro-prio fascio L sul primo tratto di percorso PI, sino al punto di raccordo PO.
Quando il fascio laser L ha raggiunto il punto di raccordo PO, l'equipaggio mobile 8 viene movi-mentato lungo una traiettoria curva, indicata con C nella figura 2, che si sviluppa intorno ad una di-rezione verticale passante per il punto di raccordo PO. In questa fase l'equipaggio mobile 8 subisce una progressiva decelerazione nella secondo l'asse X, e una progressiva accelerazione lungo l'asse Y. Allo stesso tempo, il braccio il che porta alla te-sta laser 12 viene fatto ruotare relativamente all'equipaggio mobile 8, intorno all'asse A, in mo-do tale per cui il fascio laser L venga mantenuto sul punto di raccordo PO dei due tratti Pi e P2 del percorso di taglio P.
La traiettoria curva C dell'equipaggio mobile nell'esempio illustrato corrisponde ad un quarto di cerchio .
Completata tale traiettoria curva, l'equipaggio mobile 8 viene movimentato parallelamente al secondo tratto P2 del percorso di taglio P, in modo tale per cui l'asse di rotazione A della testa laser 12 compia una ulteriore traiettoria orizzontalmente esterna all'angolo a e la testa laser 12 indirizzi il fascio laser L sul secondo tratto P2 del percorso di taglio.
Nell'esecuzione del taglio lungo il percorso P esemplificato nella figura 2 la rotazione del braccio 11 e della testa laser 12, che hanno massa relativamente modesta, può essere compiuta con accelerazioni anche assai elevate. Per contro, la movimentazione dell'equipaggio mobile 8 secondo gli assi X ed Y non comporta più una brusca decelerazione in corrispondenza del punto di raccordo PO e una brusca accelerazione dopo il cambio di direzione, e ciò va evidentemente a beneficio del comportamento dinamico dell'intera macchina 1.
Nella figura 3 è mostrata una variante di realizzazione di una macchina laser secondo l'invenzione.
In tale figura alle parti e agli elementi già descritti sono stati nuovamente attribuiti gli stessi riferimenti alfabetici o numerici utilizzati in precedenza.
Rispetto alla realizzazione secondo la figura 1 la macchina secondo la figura 3 differisce essenzialmente per il fatto che essa comprende un ulteriore asse, ovvero la testa laser 12 è montata traslabile in modo guidato lungo il braccio 11, secondo un asse indicato con V nella figura 3.
Grazie a tale caratteristica, la macchina secondo la figura 3 consente un'esecuzione molto rapida del taglio di fori circolari o di archi di cerchio di varie dimensioni, portando l'asse A in corrispondenza del cerchio, e facendo ruotare il braccio 11 intorno all'asse A. L'esecuzione di siffatti tagli può essere così realizzata con significativi risparmi di tempo.
La macchina secondo la figura 3 permette inoltre una modalità alternativa di esecuzione di tagli secondo un percorso P del tipo sopra descritto con riferimento alla figura 2, ovvero includente due tratti almeno approssimativamente rettilinei PI e P2 che si raccordano fra loro, in un punto di raccordo PO, formando un angolo a minore di 180°. Tale modalità di esecuzione alternativa verrà ora descritta con riferimento alla figura 4, ove i riferimenti alfanumerici utilizzati corrispondono a quelli più sopra utilizzati per la descrizione della figura 2.
Nella modalità di taglio di cui alla figura 4 l'equipaggio mobile 8 viene movimentato inizialmente lungo il primo tratto PI, in modo tale per cui l'asse di rotazione A del braccio 11 della testa laser 12 compia una traiettoria orizzontalmente interna all'angolo a, e la testa laser 12 indirizzi il fascio laser L su detto primo tratto PI del percorso di taglio, e ciò sino ad un punto K1 situato ad una distanza prefissata dal punto di raccordo PO con il secondo tratto P2.
Raggiunto il punto Kl, l'equipaggio mobile 8 viene quindi movimentato lungo una traiettoria curva C che si sviluppa intorno ad una direzione verticale orizzontalmente interna all'angolo a, e contemporaneamente il braccio 11 viene fatto ruotare intorno all'asse A e la testa laser 12 viene fatta traslare lungo tale braccio, relativamente all'equipaggio mobile 8, in modo tale per cui il fascio laser L continui ad essere indirizzato sul primo tratto di percorso PI, dal punto Kl al punto di raccordo PO, e poi ancora sul secondo tratto P2 del percorso di taglio, dal punto di raccordo PO ad un secondo punto K2 ad una distanza prefissata dal punto di raccordo PO.
Durante l'effettuazione della traiettoria curvilinea C da parte dell'equipaggio mobile 8, il braccio 11 compie una rotazione di circa 90°, mentre la testa laser 12 trasla lungo il braccio 11, dapprima verso la sua estremità distale, mentre il fascio laser passa dal punto K1 al punto di raccordo PO; poi la testa laser 12 trasla lungo il braccio 11 in direzione dell'estremità prossimale di quest'ultimo, mentre il fascio laser L passa dal punto di raccordo PO al punto K2, sul tratto P2 del percorso di taglio.
Anche nella modalità alternativa di esecuzione del percorso di taglio P l'equipaggio mobile 8 viene assoggettato a decelerazioni ed accelerazioni molto graduali, mentre la testa laser 12 ed il braccio 11, di massa nettamente più modesta, possono essere assoggettati ad accelerazioni e decelerazioni relativamente assai elevate.
Le modalità di esecuzione di tagli sopra descritte con riferimento alle figure 2 e 4 possono essere adottate, con gli adattamenti evidenti agli specialisti del settore, per l'esecuzione di tagli lungo percorsi in cui tratti rettilinei si raccordino a cuspide definendo un angolo anche diverso da 90°.
Naturalmente, fermo restando il principio del trovato, le forme di attuazione e i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto è stato descritto ed illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza per questo uscire dall'ambito dell'invenzione come definito nelle annesse rivendicazioni.
Claims (5)
- RIVENDICAZIONI 1. Macchina laser (1), in particolare macchina laser da taglio (1), comprendente una struttura di supporto (4) presso la quale è posizionabile orizzontalmente un pezzo in lavorazione (M), un equipaggio mobile (8), portato da detta struttura di supporto (4) e recante una testa laser (12) predisposta per indirizzare un fascio laser (L) sul pezzo in lavorazione (M), e in cui l'equipaggio mobile (8) è spostabile relativamente alla struttura di supporto (4) lungo un primo asse cartesiano orizzontale (Y), con velocità ed accelerazioni relativamente basse, e la struttura di supporto (4) ed il pezzo in lavorazione (M) sono spostabili l'uno rispetto all'altro lungo un secondo asse cartesiano orizzontale (X) ortogonale a detto primo asse cartesiano (Y), con velocità ed accelerazioni relativamente basse, in un modo tale per cui l'equipaggio mobile (8) ed il pezzo in lavorazione (M) sono reciprocamente posizionabili in uno spazio relativamente ampio, e in cui la testa laser (12) è girevole in un piano orizzontale relativamente a detto equipaggio mobile (8) intorno ed in relazione distanziata rispetto ad un asse di rotazione (A) verticale, in uno spazio relativamente ristretto e con velocità ed accelerazioni relativamente elevate.
- 2. Macchina laser secondo la rivendicazione 1, in cui la testa laser (12) è montata traslabile lungo una guida orizzontale (11) che è girevole intorno ad un asse verticale (A) relativamente a detto equipaggio mobile (8).
- 3. Procedimento per l'esecuzione controllata di una lavorazione, in particolare un taglio, in un pezzo (M) con una macchina laser (1) secondo una delle rivendicazioni precedenti, secondo un percorso (P) che include due tratti (PI, P2) almeno approssimativamente rettilinei, che si raccordano fra loro formando un angolo (a) minore di 180°, il procedimento comprendendo le operazioni di movimentare l'equipaggio mobile (8) lungo un primo tratto (PI) di detto percorso (P) in direzione del raccordo (PO) con il secondo tratto (P2) in modo tale per cui l'asse di rotazione (A) della testa laser (12) compia una traiettoria orizzontalmente esterna a detto angolo (a) e la testa laser (12) indirizzi il fascio laser (L) su detto primo tratto di percorso (PI), sino al punto di raccordo (PO) con il secondo tratto (P2); movimentare poi l'equipaggio mobile (8) lungo una traiettoria curva (C) che si sviluppa intorno ad una direzione verticale passante per detto punto di raccordo (PO), e contemporaneamente far ruotare la testa laser (12) intorno al proprio asse verticale di rotazione (A) rispetto all'equipaggio mobile (8), in modo tale per cui il fascio laser (L) venga mantenuto su detto punto di raccordo (PO); e movimentare quindi l'equipaggio mobile (8) lungo il secondo tratto (P2) di detto percorso (P) in modo tale per cui l'asse di rotazione (A) della testa laser (12) compia un'ulteriore traiettoria orizzontalmente esterna a detto angolo (a) e la testa laser (12) indirizzi il fascio laser (L) su detto secondo tratto di percorso (P2).
- 4. Procedimento per l'esecuzione controllata di una lavorazione, in particolare un taglio, in un pezzo (M) con una macchina secondo la rivendicazione 2, secondo un percorso (P) che include due tratti (PI, P2) almeno approssimativamente rettilinei che si raccordano fra loro formando un angolo (a) minore di 180°, il procedimento comprendendo le operazioni di movimentare l'equipaggio mobile (8) lungo un primo tratto (PI) di detto percorso (P) in direzio ne del punto di raccordo (PO) con il secondo tratto (P2), in modo tale per cui l'asse di rotazione (A) della testa laser (12) compia una traiettoria orizzontalmente interna a detto angolo (a) e la testa laser (12) indirizzi il fascio laser (L) su detto primo tratto di percorso (Pi) sino ad un primo punto (Kl) situato ad una distanza prefissata dal punto di raccordo (PO) con il secondo tratto (P2); movimentare poi l'equipaggio mobile (8) lungo una traiettoria curva (C) che si sviluppa intorno ad una direzione verticale orizzontalmente interna a detto angolo (a) e contemporaneamente far traslare e ruotare la testa laser (12) rispetto all'equipaggio mobile (8) in modo tale per cui il fascio laser (L) venga indirizzato sul primo tratto di percorso (Pi), da detto primo punto (Kl) al punto di raccordo (PO) con il secondo tratto (P2), e poi sul secondo tratto di percorso (P2), dal punto di raccordo (PO) ad un secondo punto (K2) situato ad una distanza prefissata da detto punto di raccordo (PO), e movimentare quindi l'equipaggio mobile (8) lungo il secondo tratto di percorso (P2) in modo tale per cui l'asse di rotazione (A) della testa laser (12) compia una traiettoria orizzontalmente interna a detto angolo (a) e la testa laser (12) indirizzi il fascio laser (L) su detto secondo tratto di percorso (P2), da detto secondo punto (K2) in avanti.
- 5. Procedimento secondo la rivendicazione 3 o 4, in cui nei movimenti dell'equipaggio mobile (8) lungo il primo (PI) e, rispettivamente, il secondo tratto (P2) di detto percorso (P), il piano contenente il fascio laser (L) e l'asse di rotazione (A) della testa laser (12) è sostanzialmente ortogonale a detto primo (PI) e, rispettivamente, a detto secondo tratto (P2) del percorso (P).
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