RU1810262C - Технологическа лазерна установка - Google Patents

Description

Установка содержит блок питани  1 (фиг. 1) БП10-40 в виде регулируемого стабилизатора посто нного тока, излучатель 2 марки ЛТН-103 (твердотельный на АИГ: Nd с частотой излучени  Я 1,06 мкм), блок - приставку в виде тиристорного коммутатора 3, силовым входом подсоединенного к выходу блока питани  1, а входом - к твёрдотель- ному излучателю 2 при помощи стандартных разъемов, и устройства 4 управлени  коммутатором 3, представл ющее собой формирователь управл ющих импульсов . Установка содержит систему 5 транспортировки и фокусировки излучени  (в виде коллиматора, поворотного зеркала и фокусирующей линзы в газолазерной головке - на фиг. не показаны). Силова  часть 3 (тйристорный коммутатор) блока-приставки и формирователь 4 управл ющих импульсов смйнтированы в пр моугольном корпусе размерами 729 мм х 510 мм х 170 мм, устанавливаемом на крышке блока 1 питани  БП10-40.... - : V :

Коммутатор 3 состоит из четырех силовых тиристоров Т1,Т2,ТЗ,Т4 (фиг. 2), катоды которых подключены к минусу источника питани  1. Между анодами тиристоров Т1, Т2, ТЗ, Т4 включены последовательно соединенные конденсаторы С1, С2, СЗ. Нагрузкой тиристора Т1  вл ютс  последовательно подсоединенные нагрузочные лампы накачки излучател  2 (фиг. 1) ЛТН-103, а тиристоров Т2, ТЗ, Т4 - соответственно резисторы R1, R2, R3; тиристор Т1 подключен к лампам накачки ЛТН-103 через разв зывающий диод D.1. Лампы накачки другим полюсом подключены к плюсу блока 1. питани , как и резисторы R1, R2, R3. Тйристорный коммутатор 3 содержит также источник дежурной дуги, включающий понижающий трансформатор Tpl, выпр мительные диоды D2, D3, D4, D5, фильтрующую емкость С4 и разв зывающий диод D6 (фиг. 2). На входе трансформатора Тр1 параллельно его первичной обмотке подключены магнитные пускатели К1 и К2 через двухпозиционный (А и В) переключатель, осуществл ющий переключение режимов непрерывный - импульсный. Магнитные пускатели имеют контакты К1.1 дл  шунтировани  и контакты К2.1 иК2.2 дл  отключени  тиристоров коммутатора ,в непрерывном режиме работы коммутатора 3. Контакт первого магнитного пускател  К1-К1.1 включен параллельно первому ти- ристору Т1. катод которого  вл етс  входом, а анод - выходом тиристорного коммутатора 3. Катод первого тиристора Т1 через первый контакт второго магнитного пускател  К2-К2.1 соединен с катодами второго Т2,

третьего ТЗ и четвертого Т4 тиристоров, аноды которых подключены, соответственно, через первый R1, второй R2 и третий R3 резисторы к общей шине (+ на фиг. 2)

тиристорного коммутатора 3, анод первого тиристора Т1 подключен через второй контакт второго магнитного пускател  К2-К2.2 к первому конденсатору С1. Вторые обкладки с первого по третий конденсаторов С1,

0 С2, СЗ соединены соответственно с первого по третий резисторами R1, R2. R3. Формирователь 4 управл ющих импульсов коммутатора 3 содержит последовательно соединенные задающий генератор 6, одно5 вибратор 7, RS-триггер 8, формирователь стробирующего импульса 9, регистр сдвига 10. Генератор 6 подключен вторым выходом к входу первого транзисторного формировател  импульсов, выход которого подклю0 чен к управл ющему электроду первого тиристора Т1 коммутатора 3. Одновибратор 7 соединен с первым S входом RS-триггера, а выход триггера 8 соединен со входом ждущего мультивибратора 12, частота следова5 ни  импульсов которого зависит от минимальной длительности импульса тока лампы накачки, выход же мультивибратора 12 подсоединен ко второму входу регистра сдвига 10; три выхода которого (первый,

0 второй и третий) соединены с входами трех формирователей управл ющих импульсов 13, 14, 15, подключенных к управл ющим электродам тиристоров соответственно Т2, ТЗ, Т4. Четвертый выход регистра сдвига

5 подключен ко второму входу R RS-триггера 8. Устройство формировател  4 выполнено на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита размером 210x80 мм. Тйристорный коммутатор работает сле0 дующим образом. В момент времени ti (диаграмма 1, фиг. 4), соответствующий началу импульса тока в нагрузке, на управл ющий электрод тиристора Т1 (фиг. 2) с формировател  4 управл ющих импульсов приходит

5 открывающий импульс; открыва сь, тиристор Т1 передает напр жение 340 в с блока питани  1 БП10- 40 в точку а, При этом конденсатор G1 зар жаетс  до напр жени  340 В через тиристор R1. В момент времени

0 t2 (диаграмма 11, фиг. 4) на управл ющий электрод тиристора Т2 приходит открывающий импульс. Открытый тиристор Т2 прикладывает напр жение конденсатора 01 в обратной пол рности к тиристору Т1, кото5 рый при этом закрываетс , прекраща  подачу напр жени  от блока питани  БП 10-40 в точку а схемы, прекраща  импульс (диаграмма V). Через открытый тиристор Т2 зар жаетс  до напр жени  340 В конденсатор С2. В момент времени t3 ( диаграмма 111)

на управл ющий электрод тиристора ТЗ проходит открывающий импульс, при этом открытый тиристор ТЗ прилагает напр жение конденсатора С2 в обратной пол рности к тиристору Т2, закрыва  его. Одновременно зар жаетс  конденсатор СЗ до 340 В. В момент времени м (диаграмма IV) на управл ющий электрод тиристора Т4 приходит открывающий импульс, при этом открытый тиристор Т4 прилагает напр жение конденсатора СЗ в обратной пол рности к тиристору ТЗ, закрыва  его. Затем в момент времени ts приходит открывающий импульс на тиристор Т1, последовательность повтор етс . Форма импульса напр жени  в точке а показана на диаграмме V. Трехступенчата  схема закрывани  тиристора Т1 позвол ет уменьшить мощность, рассеиваемую резисторами R1...R3. Трансформатор Тр1, диодный мост Д2...Д5, конденсатор фильтра С4 образуют по известной схеме источник посто нного напр жени  величиной 170 В дежурной дуги (диаграмма VI, фиг. 4). Диодный вентиль D6 не пропускает более высокое напр жение импульса 340 В в точке в выхода выпр мител  дежурной дуги. Вентиль D1 не пропу- скае,т напр жение дежурной дуги в точку а в промежуток времени между импульсами . Таким образом вентили D1 и D6 устран ют взаимное вли ние импульсной схемы и источника дежурной дуги, осуществл  , суммирование их напр жений в точке с (диаграмма VII, фиг. 4).

В импульсном режиме переключатель режимов работы находитс  в положении в, при этом работает магнитный пускатель К2, замыка  контакты К2.1; К2.2; К2.3, подключа  к нагрузке импульсную схему и источник дежурной дуги. В непрерывном режиме переключатель режимов находитс  в положении А, магнитный пускатель К2 отключен, контакты К2.1; К2.2; К2.3 разомкнуты , от нагрузки отключаютс  импульсна  схема и источник дежурной дуги. Магнитный пускатель К1 включен, замкнут контакт К1.1, шунтирующий тиристор Т1, при этом в нагрузку (лампы накачки) беспреп тственно передаетс  напр жение 340 В с блока питани  БП10-40..

Формирователь импульсов управлени  тиристорным коммутатором работает следующим образом: задающий генератор б управл ет формирователем импульсов 11 управлени  тиристором Т1 и запускает од- новибратор 7, формирующий временной интервал (ta-ti), по истечении которого устанавливаетс  RS-триггер 8, при этом формирователь стробирующего импульса 9 производит параллельную загрузку в регистр 10, а мультивибратор 12 осуществл ет последовательный сдвиг информации регистра . 1-й, 2-й и 3-й выходы регистра 10 подключены к формировател м 13, 14 и 15 5 управлени  тиристорами соответственно Т2, ТЗ и Т4. 4-й выход регистра сбрасывает RS-триггер 8, подготавлива  устройство к новому циклу.

Установка работает в итоге следующим

0 образом: включение установки происходит от блока питани  БП10-40, к ЛТН-103, при этом тйристорный коммутатор находитс  в режиме непрерывный, устанавливаетс  необходимый технологический режим (дли5 тельность импульса тока, частота повторени  импульсов), переключатель режимов устанавливаетс  в режим импульсный. Импульсный лазерный луч, сфокусированный системой 5 (фиг. 1), направл етс  на

0 обрабатываемый дюралевый листовой материал , расположённый на станке с числовым программным управлением, например, М А-655, который осуществл ет последовательное движение обрабатываемой детали,

5 по контуру, задаваемому программным устройством относительно неподвижного излучател  2 и фокусирующей системы 5. Формирователь 4 импульсов управлени  (фиг. 1) осуществл ет синхронное управле0 ние силовыми тиристорами коммутатора 3 в соответствии с задаваемым на его пульте управлени  технологическим режимом (частота и длительность импульсов). На пульте имеетс  .переключатель режимов непре5 рывный - импульсный, позвол ющий выбирать нужный технологический режим. При работе в импульсном режиме по сравнению с аналогичными услови ми непрерывного режима улучшаетс  качество резки

0 конструкционных и нержавеющих сталей (отсутствует капельный град в месте реза на частоте 100 - 150 Гц) и средн   скорость реза возрастает в 1,5-2,5 раза (в зависимости от толщины проката), что увеличивает

5 существенно производительность резки. В 1,5-2 раза уменьшаетс  ширина реза и устран етс  обугливание краев при резке композиционных материалов, по вл етс  возможность резать углепластик и дюра0 люминиевый прокат, слоистые дюралюминиевые материалы.

Введение импульсного режима резки при частоте созданных импульсов 5-600 Гц, длительности импульсов тока до 0,3-14 мсек и

5 величине импульсов тока 60 А позвол ет значительно расширить номенклатуру обрабатываемых материалов (как обладающих высокой теплопроводностью медные и дюралюминиевые сплавы-чтак инекоторых композиционных материалов) и заметно повысить качество и

производительность резки материалов, обрабатываемых ранее при непрерывном режиме , так как при импульсном лазерном излучении не происходит образовани  оплавленного металлического града и обугли- вани  углепластиков, характерного дл  импульсно-непрерывного режима, ввиду перераспределени  градиента температуры; ширина реза при этом уменьшена, что также повышает качество резки и снижает удельный расход затрачиваемой энергии.

Данна  технологическа  лазерна  установка с расширенными технологическими возможност ми может быть использована в составе робототехнических комплексов в св зи с ее относительно небольшими габаритами , широкими технологическими возможност ми и простотой обращени  из-за минимального количества параметров, устанавливаемых вручную (длительность и ча- стота следовани  импульсов, тек в импульсе), что обеспечено схемой управлени ; При незначительных доработках данные параметры могут устанавливатьс  от программы..

Следовательно, по сравнению с прототипом расшир ютс  технологические возможности установки,так как

-увеличиваетс  номенклатура обрабатываемых резкой материалов (установка разрезает ранее, не разрезаемые дюралевые сплавы, углепластикй, слоистые дюралевые материалы и т.п.);

- увеличиваетс  в .1,5-2 раза скорость резки, что повышает ее производитель- но сть;

- улучшаетс  качество резки за счет устранени  обугливани  краёв углепластиков , возникновени  металлического капельного града на поверхности конструк- ционных и нержавеющих сталей, уменьшени  в 1,5-2 раза ширины реза.

Claims (3)

1. Технологическа  лазерна  установка, содержаща  регулируемый стабилизатор посто нного тока, тиристорный коммутатор , входом соединенный с выходом формировател  управл ющих импульсов, твердотельный излучатель, отличающа - с   тем, что, с целью расширени  технологических возможностей за счет увеличени 

0

5 0 5

0

5

0

5

0

номенклатуры обрабатываемых резкой материалов , повышени  качества и производительности рэзки, она снабжена двум  разв зывающими диодами и блоком дежурной дуги, соединенным с твердотельным излучателем , системой фокусировки излучени  и средством транспортировки излучател , причем силовой вход тиристорно- го коммутатора подключен к выходу регулируемого стабилизатора тока, а выход - к твердотельному излучателю и выходу блока дежурной дуги через разв зывающие диоды.

2. Установка по п. 1, о т л и ч а ю щ а   с   тем, что тиристорный коммутатор содержит четыре тиристора, три последовательно соединенных конденсатора, три резистора и два магнитных пускател , причем контакт первого магнитного пускател  включен параллельно первому тиристору, катод которого  вл етс  входом, а анод - выходом импульсного коммутатора, катод первого тиристора через первый контакт второго магнитного пускател  соединен с катодами второго, третьего и четвертого тиристоров, аноды которых подключены соответственно через первый, второй и третий резисторы к общей шине тиристорного коммутатора, анод первого тиристора подключен через второй контакт второго магнитного пускател  к первому конденсатору, а вторые обкладки с первого по третий конденсаторов соединены соответственное первого по третий резисторами.

3. Установка по п. 2, о т л и ч а ю щ а   с   тем, что формирователь управл ющих импульсов содержит последовательно соединенные задающий генератор, одновибратор, RS-триггер, формирователь стробирующего импульса, регистр сдвига, а также ждущий мультивибратор и четыре формировател  импульсов , подключенные к управл ющим электродам соответствующих тиристоров импульсного коммутатора, причем второй вход RS-триггера соединен с первым выходом регистра сдвига, второй, третий и четвертые выходы которого соединены соответственно с входами второго, третьего и четвертого формирователей импульсов, второй вход регистра сдвига через ждущий мультивибратор соединен с выходом RS-триггера, а второй выход задающего генератора св зан с входом первого формировател  импульсов.

К 7

г.

i

t т

KTZ KTJ

Фиг.з ,

f K.T4.

Жh

ЖЖfi ,

1

fs

1

i

i

I

Ц