ITTO971155A1

ITTO971155A1 - Testa operatrice per una macchina laser

Info

Publication number: ITTO971155A1
Application number: IT97TO001155A
Authority: IT
Inventors: Gianfranco Carbonato; Piane Alberto Delle
Original assignee: Prima Ind Spa; Prima Group International Inc
Priority date: 1997-12-31
Filing date: 1997-12-31
Publication date: 1999-07-01
Also published as: EP0927596A3; IT1297360B1; EP0927596B1; EP0927596A2; US6064033A; DE69821897D1; ES2212254T3; DE69821897T2

Description

DESCRIZIONE del1'invenzione industriale dal titolo: "Testa operatrice per una macchina laser"

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda una testa operatrice per una macchina laser.

Sono già note teste operatrici comprendenti una base destinata ad essere montata su un organo di sopporto mobile della macchina in modo girevole attorno ad un primo asse, un corpo rotante portato dalla base in modo girevole attorno ad un secondo asse ortogonale al primo ed un corpo terminale portato dal corpo rotante. La base porta un primo specchio che nell’impiego riceve un raggio laser lungo il primo asse e lo deflette lungo un secondo asse coincidente con l’asse di rotazione del corpo rotante. Il corpo rotante porta un secondo specchio che riceve il raggio laser lungo il secondo asse e lo deflette lungo un terzo asse verso una lente di fecalizzazione ed un ugello terminale.

In una testa di questo tipo prodotta dalla stessa Richiedente, il corpo terminale è mobile rispetto al corpo rotante lungo una direzione rettilinea parallela alla direzione del raggio laser uscente dalla testa. Questo movimento del corpo terminale permette di mantenere costante nel corso della lavorazione la distanza fra l'ugello e la superficie del pezzo.

Normalmente, la base della testa operatrice è portata da un organo mobile dotato di due o tre gradi di libertà, tipicamente costituiti da movimenti di traslazione lineare lungo due o tre assi fra loro ortogonali, costituenti gli assi principali della macchina.

Le macchine munite di teste operatrici del tipo sopra specificato hanno l'inconveniente di una bassa velocità di lavoro per l'esecuzione di figure di piccole dimensioni. Infatti, con le teste operatrici di tipo noto, per muovere il raggio laser lungo un percorso lineare bidimensionale circoscritto entro un raggio di piccole, dimensioni (ad esempio inferiore a 20 ram) è generalmente necessario azionare gli assi principali della macchina, mettendo in movimento masse elevate. Questo limita la velocità operativa della macchina in guanto le accelerazioni ottenibili sono inversamente proporzionali alle masse che è necessario muovere.

Nelle macchine laser sono già state proposte svariate soluzioni che consentono di muovere il corpo terminale in un campo di dimensioni limitate senza dover muovere gli assi principali della macchina. Queste soluzioni non sono facilmente applicabili alle macchine laser nelle quali il raggio viene guidato lungo un percorso ottico mediante una pluralità di specchi. Infatti in questo caso il sistema di trasmissione ottica del fascio laser impone molti limiti sulle possibilità di movimentazione del corpo terminale e comporta notevoli complessità, ingombri e costi elevati.

La presente invenzione si prefigge lo scopo di fornire una testa operatrice semplice e di costo contenuto che consente di muovere con elevate velocità un raggio laser guidato da specchi lungo profili bidimensionali di piccole dimensioni, mantenendo stazionari gli assi principali della macchina .

Secondo la presente invenzione tale scopo viene raggiunto da una testa operatrice avente le caratteristiche formanti oggetto della rivendicazione principale.

La testa operatrice secondo la presente invenzione comprende un corpo terminale che è mobile rispetto al suddetto corpo rotante lungo una direzione rettilinea parallela all'asse di rotazione del corpo rotante stesso. Con una geometria di questo tipo, combinando fra loro il movimento di rotazione del corpo rotante ed il movimento di traslazione del corpo terminale è possibile muovere il raggio laser lungo qualunque percorso bidimensionale di dimensioni limitate. Le velocità operative ottimali sono molto elevate dato che le masse del corpo terminale e del corpo rotante sono molto piccole in confronto alle masse degli organi in movimento quando sì comandano gli assi principali della macchina.

Secondo una forma di realizzazione particolarmente vantaggiosa della presente invenzione, il corpo terminale costituisce, insieme ad un elemento di connessione, un'unità costruttiva autonoma smontabile dal corpo rotante ed intercambiabile. Questo permette di personalizzare una macchina laser in funzione del tipo di lavoro che essa deve svolgere. La testa laser potrà essere facilmente adattata ad applicazioni di diverso tipo sostituendo soltanto il corpo terminale con uno di tipo diverso.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno evidenti nel corso della descrizione dettagliata che segue, data a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, in cui:

la figura 1 è una vista prospettica schematica di una testa operatrice secondo la presente invenzione,

- la figura 2 è una vista in elevazione secondo la freccia II della figura 1,

- la figura 3 è una sezione parziale secondo la linea III-III della figura 2,

la figura 4 è una vista prospettiva parzialmente esplosa della testa operatrice di figura 1, e

- la figura 5 è una sezione secondo la linea V-V della figura 2.

Con riferimento ai disegni, con 10 è indicata una testa operatrice per una macchina laser (non illustrata) . La testa 10 comprende una base 12 che è destinata ad essere montata su un organo di sopporto mobile (non illustrato) della macchina laser. La base 12 potrebbe essere fissata ad un carrello mobile secondo due assi orizzontali x, y ed un'asse verticale Z nel caso di macchine a tre assi. In alternativa, nelle macchine a 5 assi, la base 12 può essere montata girevole attorno ad un'asse verticale 14 all'estremità inferiore di una colonna mobile verticalmente la quale a sua volta portata da un carrello mobile secondo due assi orizzontali fra loro ortogonali.

L'organo di sopporto della macchina laser portante la base 12 è dotato di un motore a controllo numerico di tipo per sé noto che comanda 11 movimento dell'intera testa operatrice 10 attorno all'asse 14. Come visibile nella figura 3, la base 12 porta un primo specchio 16 avente una superficie riflettente 18 che è inclinata di 45° rispetto all'asse di rotazione 14. Nell'impiego lo specchio 16 riceve un raggio laser lungo l'asse 14 e lo riflette di 90* lungo l'asse 20.

La base 12 porta un corpo rotante 22 che è girevole attorno ad un'asse coincidente con l'asse 20 del raggio laser riflesso dal primo specchio 16.

11 corpo rotante 22 è solidale ad una corona dentata 24 che ingrana con un pignone 26 collegato all'albero 28 di un motore a controllo numerico 30 portato dalla base 12 o dal sovrastante organo di sopporto (carrello o colonna). Il corpo rotante 22 è collegato alla base 12 tramite cuscinetti a rotolamento 32 e presenta una cavità passante 34 che nell'impiego è attraversata dal raggio laser. Come visibile nelle figure 3 e 5, il corpo rotante 22 presenta inoltre una porzione tubolare 36 avente una superficie cilindrica esterna 38 sulla quale è ricavata una scanalatura anulare con profilo a V 40.

Sulla porzione tubolare 36 del corpo rotante 22 è montato in modo amovibile un elemento di connessione 42 avente un corpo anulare 43 con una superficie cilindrica interna 44 montata con accoppiamento scorrevole sulla superficie cilindrica esterna 38 della porzione tubolare 36. Il corpo anulare 43 presenta una superficie frontale piana 46 che appoggia contro una piastra di riferimento 48 fissata al corpo rotante 22. L'elemento di connessione 42 è provvisto di due o più fori radiali filettati 50 in cui sono inserite rispettive viti 52 che impegnano la scanalatura a V 40 del corpo rotante 22. L'elemento di connessione 42 può essere facilmente smontato dal corpo rotante 22. Per fare questo è sufficiente allentare le viti 52 e sfilare assialmente l'elemento di connessione 42 dalla porzione tubolare 36.

L'elemento di connessione 42 porta una coppia di organi di guida cilindrici 54 ed un elemento a cremagliera 56 solidali al corpo anulare 43. Gli organi di guida 54 e l'elemento a cremagliera 56 sono paralleli all'asse 20 e sporgono assialmente al corpo anulare 43.

Un corpo terminale 58 è montato scorrevole sugli organi di guida 54 ed è mobile in direzione parallela all’asse 20. Il corpo terminale 58 porta una ruota dentata 60 che impegna l'elemento a cremagliera 56. La ruota dentata 60 è comandata da un motore 62 portato dal corpo terminale 58 e controllato per via numerica.

Il corpo terminale 58 porta un secondo specchio 64 la cui superficie riflettente 66 è disposta a 45° rispetto all'asse 20. Nell'impiego lo specchio 64 riceve un raggio laser lungo l'asse 20 e lo riflette lungo un terzo asse 68. In modo generalmente per sé noto, il corpo terminale 58 porta una lente di focalizzazione (non illustrata) che dirige il raggio laser focalizzato verso un ugello di uscita 60. Il corpo terminale 58 è collegato ad uno o più tubi flessibili 72 tramite connettori ad innesto rapido 74. In modo per sé noto, nell’uso i tubi 72 alimentano un flusso di gas all'ugello 70. Un soffietto di protezione flessibile 76 è interposto fra l'elemento di connessione 42 ed il corpo terminale 58 e circonda la zona fra questi due elementi che nell'uso è attraversata dal fascio laser.

Nell'impiego è possibile dirigere il fascio laser uscente dal corpo terminale 58 su qualunque punto di un'area di lavoro di dimensioni limitate senza muovere gli assi principali della macchina. Dopo aver posizionato ed orientato la testa 10 in una zona di lavoro prestabilita muovendo gli assi principali della macchina ed orientando angolarmente l'asse di uscita del fascio laser secondo la direzione voluta, la base 12 può essere mantenuta immobile e si muove il raggio laser lungo un generico percorso bidimensionale di dimensioni limitate controllando la rotazione del corpo mobile 22 attorno all'asse 20 e la traslazione del corpo terminale 58 in direzione parallela all'asse 20. I motori 30 e 62 che controllano rispettivamente la rotazione del corpo 22 e la traslazione del corpo terminale 58 sono a loro volta controllati da un'unità di elaborazione programmata per generare le traiettorie desiderate del raggio laser mediante movimenti combinati di rotazione e traslazione del corpo terminale 58.

Un aspetto particolarmente vantaggioso della presente invenzione consiste nel fatto che il corpo terminale 58 e l'elemento di connessione 42 costituiscono un unità costruttiva autonoma che può essere facilmente smontata dalla rimanente parte della testa 10. Questo permette di rendere molto versatile la macchina laser perché mediante una sostituzione della sola parte terminale è possibile configurare la macchina per lavorazioni specifiche. In particolare, con il corpo terminale 58 secondo la presente invenzione la macchina laser, oltre alle normali lavorazioni di taglio e saldatura eseguite mediante il movimento degli assi principali della macchina, risulterà particolarmente adatta ad esempio all'esecuzione di una moltitudine di piccoli fori od asole ad elevata velocità.

Naturalmente, fermo restando al principio dell 'invenzione, i particolari di costruzione e le forme di attuazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto descritto ed illustrato senza uscire dall'ambito dell'invenzione definito dalle rivendicazioni che seguono.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Testa operatrice per una macchina laser, comprendente : - una base (12) destinata ad essere montata su un organo di sopporto mobile della macchina, la base (12) portando un primo specchio (16) atto a ricevere un raggio laser lungo detto primo asse (14) ed a rifletterlo lungo un secondo asse (20) ortogonale al primo , - un corpo rotante (22) portato dalla base (12) in modo girevole attorno a detto secondo asse (20), ed - un corpo terminale (58) mobile rispetto a detto corpo rotante (22) e portante un secondo specchio (64) atto a ricevere il raggio laser lungo il secondo asse (20) ed a rifletterlo lungo un terzo asse (68), caratterizzato dal fatto che il corpo terminale (58) è mobile rispetto al corpo rotante (22) lungo una direzione rettilinea parallela a detto secondo asse (20).
2. Testa operatrice secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che comprende un elemento di connessione (42) portante mezzi di guida (54) sui quali è montato scorrevole il corpo terminale (58), l'elemento di connessione (42) essendo fissato in modo amovibile al corpo rotante (22).
3. Testa operatrice secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che l’elemento di connessione (42) ed il corpo terminale (58) costituiscono un'unità costruttiva autonoma ed intercambiabile .
4. Testa operatrice secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che detto elemento di connessione (42) porta un organo a cremagliera (56) cooperante con una ruota dentata (60) azionata da un motore (62) portato dal corpo terminale (58).
5. Testa operatrice secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che il suddetto corpo rotante (22) presenta una porzione tubolare (38) munita di una scanalatura anulare con profilo a V, e dal fatto che detto elemento di connessione (42) comprende un corpo anulare (43) inserito in modo scorrevole sulla porzione tubolare (36) è fissato a questa mediante viti radiali (52) che impegnano detta scanalatura (40).