RU1811463C - Лазерна гибка производственна система - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к оборудованию дл  термической обработки материалов. Сущность изобретени : лазерна  система имеет в своем составе лазеры с перекрывающимс  диапазоном мощности и с различными характеристиками излучени , основной широкоуниверсальный технологический пост и три дополнительных специализированных . Широкоуниверсальный пост имеет магазин со сменными оптическими головками и систему их автоматической смены. Дл  установки подвижного зеркала имеютс  регулируемые винты. 2 з.о. ф-лы, 4 ИЛ. .;-. .

Description

ю

с

ч Изобретение относитс  к оборудованию дли термической обработки материалов и может быть использовано в различных отрасл х машиностроени , преимущественно в автомобилестроении, судостроении , электротехнической промышленности.

Целью изобретени   вл етс  расширение технологических возможностей ГПС, повышение ее производительности.

Вышеуказанна  цель достигаетс  тем, что лазерна  гибка  производственна  система имеет один основной технологический пост в виде широкоуниверсального манипул тора с магазином сменных оптических головок дл  различных технологических операций и системой их автоматической смены, четыре технологических лазера, оптическйе оси которых лежат в одной горизонтальной плоскости и имеют различные характеристики излучени  и перекрывающийс  диапазон регулировани  мощности:

0,2-0,5 кВт - твердотельный лазер с длиной волны 1,06 мкм;

0,2-2,5 кВт - С02-лэзер с одномодовым излучением;

0,5-5,0 кВт - С02-лазер с многомодо- вым излучением и равномерным распределением энергии по п тну;

1,0-20 кВт - С02-лазер с кол ьцевым распределением энергии по сечению;

три дополнительных универсальных технологических поста, между постами и лазерами имеетс  система транспортировки излучени  с управл емыми по команде от системы управлени  блоками поворотных

00

4 О (А)

СО

зеркал, подающий излучение от каждого лазеру на основной технологический пост и на все дополн ителън ы е.

В составе дополнительных технологических постов имеетс  пост дл  прецизионной обработки мелких изделий на базе двухко- ордииатного столаманипул тора изделий с рабочим ходом до 500 мм, два технологических поста с рабочим ходом до 630 и 1000 мм на базе двухкоординатных столов-манипул торов изделий, имеющих вращательные блоки по двум координатам, а также технологический пост дл  обработки крупногабаритных листовых материалов на базе двухкоординатного манипул тора оптики с рабочим ходом до 6300 мм, а основной технологический пост - широкоуниверсальный манипул тор с максимальным рабочим ходом до 1600 мм выполнен по смешанной схеме, в которой по одной координате перемещаетс  вертикальный манипул тор с оптическими головками, а по другой координате перемещаетс  стол с издели ми .

Блоки поворотных зеркал в ГПС имеют механизмы вращени  поворотного зеркала в плоскости выхода лазерного излучени , систему фиксировани  в каждой позиции, механизм перемещени  зеркал в вертикальной плоскости, направл ющий элемент, расположенный вне трассы лазерных лучей.

Наличие основного технологического поста - широкоуниверсального манипул тора с магазином сменных оптических головок и с системой автоматической смены позвол ет выполн ть широкий круг технологических операций (сварка, резка, термообработка , легирование) изделий различной конфигурации (плоские, цилиндрические , объемные).

При необходимости обработки большого числа мелких партий изделий наличие системы автоматической смены оптических головок позвол ет в значительной мере повысить производительность ГПС.

Максимальный рабочий ход широкоуниверсального манипул тора 1600 мм позвол етобрабатывать наиболее многочисленную группу изделий машиностроени : детали средних и крупных размеров , корпусные детали, которые трудно закрепл ютс  в различных зажимах и захватах . Смешанна  схема широкоуниверсального манипул ггора,. в которой по одной координате перемещаетс  вертикальный манипул тор с оптическими головками, а по другой - стол с издели ми позвол ет сочетать обработку труднозакрепл емых массивных деталей и с минимальным

изменением длины оптического тракта, тем самым достичь хороших показателей «э.че- ства обработки.

Наличие в ГПС четырех технолог-иче

ских лазеров с различными характеристиками излучени  и с перекрывающимс  диапазоном регулировани  мощности:

0,2-0.5 кВт - твердотельный лазер с длиной волны 1,06 мкм;

0 0,2-2,5 кВт - Ср2-лазер с одномодовым излучением;

0.5-5,0 кВт - С02-лазер с многомодо- вым излучением и с равномерным распределением энергии по п тну;

5 1,0-20,0 кВт - СОа-лазер с кольцевым распределением энергии по сечению позвол ет с одной стороны расширить технологические возможности системы, поскольку представл етс  возможность

0 выполнени  очень широкого круга операций в очень широком интервале режимов, а с другой стороны обеспечить наилучшее качество обработки, поскольку ту или иную операцию можно выполнить на лазере, име5 ющем наиболее подход щие дл  этого характеристики излучени :ч

0,2-0,5 кВт - дл  маркировки, прецизионной резки;

0,2-2,5 кВт - дл  сварки малых толщин

0 и резки;

0,5-5,0 кВт - дл  лазерной закалки, легировани  и наплавки;

1,0-20,0 кВт - дл  сварки и резки больших толщин..

5 Наличие четырех дополнительных технологических постов, среди которых пост дл  прецизионной обработки мелких изделий на базе двухкоординатного стола-манипул тора изделий с рабочим ходом до 500

0 мм, два технологических поста с рабочим ходом до 630 и 1000 мм на базе двухкоординатных столов-манипул торов изделий имеющих вращательные блоки по двум координатам, а также технологический пост

5 дл  обработки крупногабаритных листовых материалов на базе двухкоординатного манипул тора оптики с рабочим ходом до 6300 мм позвол ет повысить производительность за счёт одновременного выполнени 

0 на ГПС нескольких операций, так как излучение от лазеров не задействованных на основном технологическом посту, может быть использовано на дополнительных постах . Дополнительные посты позвол ют вы5 сокоэффективно обрабатывать крупные партии изделий. Кроме того подбор типоразмеров дополнительных постов позвол ет в максимальной степени расширить технологические возможности системы, так как они перекрывают все основные группы

технологических операций и изделий. Пост на базе двухкоординатного стола-манипул тора изделий с рабочим ходом до 500 мм позвол ет производить прецизионную резку , маркировку, перфорацию мелких изделий . Технологические посты на базе двухкоординатных столов-манипул торов изделий позвол ет осуществл ть в пространственных координатах все виды технологических операций мелких (до 630 мм) и средних (до 1000мм), хорошо закрепл емых и позвол ющих производить их перемещение в широком интервале скоростей.

Технологический пост на базе двухкоординатного манипул тора оптики позвол ет осуществл ть обработку крупногабаритных изделий размером до 6300 мм, в основном резку, маркировку, перфорацию отверстий.

Расположение оптических осей технологических лазеров водной горизонтальной плоскости и наличие между постами и лазерами системы транспортировки излучени  с управл емыми по команде от системы управлени  блоками поворотных зеркал позвол ет быстро и достаточно просто подавать излучение от каждого лазера на любой технологический пост, что позвол ет реализовать возможность значительного повышени  производительности. Наименьшие потери времени при смене направлени  подачи лучей, наибольша  надежность достигаетс  в том случае, когда блоки поворотных зеркал имеют механизмы вращени  поворотного зеркала в плоскости выхода лазерного излучени , систему фиксировани  в каждой позиции, механизм перемещени  зеркал в вертикальной плоскости, направл ющий элемент, расположенный вне трас- сы лазерных лучей.

Расположение осей всех четырех лазеров и всей системы транспортировки излучени  в одной горизонтальной плоскости дает также возможность легкого встраивани  при необходимости дополнительных технологических постов и лазеров без изменени  существующей схемы оборудовани  ГПС. (Например, встраивание дополнительного технологического поста дл  стружколо- мани  не повлечет за собой изготовление лучепровода, как это в прототипе).

Дополнение новым оборудованием не повлечет за собой изменени  структуры управлени . Использование гибкой лазерной системы наиболее эффективно, во-первых, на крупных предпри ти х, выпускающих трудоемкие издели  в небольчюм количестве , самолетостроительных, судостроительных заводах, а также заводах, выпускающих

крупные химические аппараты, машины, реакторы . Во-вторых, на крупных предпри ти х с крупносерийным характером производства на стадии освоени  новой 5 техники. К таким предпри ти м относ тс  крупные автомобильные и тракторные заводы . Наконец, лазерна  ГПС может быть эффективнойпри создании специализированных предпри тий с учетом

0 максимального использовани  возможностей лазерной техники. К таким специализированным предпри ти м могут относитьс  крупные ремонтные фирмы, инженерные центры, выполн ющие заказы предпри тий

5 региона по лазерной обработке, и другие.

На фиг.1 показана схема лазерной ГПС; на фиг.2 - блок поворотных зеркал; на фиг.З - вид А на фиг.2; на фиг.4 - узел I на фиг.2. Лазерна  ГПС состоит из следующих 4-х

0 лазеров: СО-лазер 1 с диапазоном регулировани  мощности 1-20 кВт и с кольцевым распределением энергии по сечению лазерного луча, СО-лазер 2 с диапазоном регули- руемой мощности 0,5-5 кВт с

5 многомодовым излучением и с равномерным распределением энергии по п тну, СО- лазер 3 с диапазоном регулировани  мощности 0,2-2,5 кВт с одномодовым излучением и твердотельный лазер 4 с длиной

0 волны 1,06 мкм и диапазоном регулируемой мощности 0,2-0,5 кВт. В состав ГПС вход т четыре технологических поста: шир Окоуни- версальный манипул тор с магазином сменных оптических головок дл  различных

5 технологических операций и с системой автоматической их смены 5, технологический пост 6 дл  лазерной сварки, технологический пост 7 дл  лазерной поверхностной термообработки, технологический пост 8

0 дл  лазерной резки. В состав лазерной.ГПС вход т также центральный автоматизированный склад 9 заготовок и изделий, обща  система 10 управлени , система 11 транспортировки деталей, система 12 транспор5 тировки излучени  между лазерами и технологическими постами, имеюща  в своем составе блоки поворотных зеркал и луче- проводы 13. Блоки поворотных зеркал состо т (фиг.2, 3, 4) из поворотных зеркал

0 14, корпуса 15 с подшипниковым узлом 16. Поворотное зеркало закреплено через шпоночное соединение на подвижном валу 17. Сверху вал соединен с электродвигателем 18, Корпус закреплен на подвижной опоре

5. 19, котора  через шток 20 соединена с пнев- моцилиндром 21. Пневмоцилиндр закреплен на общей консоли 22. В корпусе общей консоли закреплены линейные подшипники 23. На подвижной опоре закреплена кругла  направл юща  24. На консоли закреплен

упор 25, с регулировочными винтами 26 (фиг.З).

Работа гибкой лазерной производственной системы заключаетс  в следующем.

По общей транспортной системе 11 заготовки из центрального автоматизированного склада заготовок и изделий 9 перемещаютс  в зависимости от необходимого вида лазерной обработки к технологическим постам 5, 6, 7, 8. Перемещением деталей к технологическим постам и обратно в склад управл ет обща  система управлени  10. После размещени  деталей на рабочем месте технологического поста по команде системы управлени  включаетс  соответствующий лазер поз.1, 2, 3, 4 и лазерный луч по лучепроводам 13 через блоки поворотных зеркал 12 направл етс  на соответствующий технологический пост. В случае, если деталь, предназначенна  дл  одного вида обработки, не может быть обработана на соответствующем технологическом посту из-за своих массогабаритных характеристик либо из-за возможностей технологических постов, то система управлени  направл ет вышеуказанную деталь на тот пост, где возможна ее обработка. Одновременно с этим система управлени  располагает зеркала 13 оптических блоков таким образом, что луч от соответствующего лазера направл етс  не на свой пост, а на тот, на который поступила деталь.

Блоки поворотных зеркал работают следующим образом (фиг.2, 3, 4). По командам системы управлени  Поворотное зеркало может занимать 2 позиции, направл   лазерный луч либо вправо на 90 град., либо влево на 90 град, от первоначального направлени . Поворот зеркала осуществл етс  с помощью двигател  18, подшипникового узла 16, вала 17, расположенных в корпусе 15. В случае, когда изменение направлени  излучение не требуетс , зеркало вместе с корпусом, закрепленным на подвижной опоре 19, через шток 20 опускаетс  вниз с помощью пневмоцилиндра 21. Лазерный луч проходит при этом поворотный блок без изменени  своего направлени . Направл ющим элементом при вертикальном перемещении зеркала служит закрепленна  на подвижной опоре кругла  направл юща  24, перемещающа с  внутри линейных подшипников 23, расположенных внутри общей консоли 22. Дл  точной фиксации зеркал в рабочих позици х , а также их настройки и юстировки используетс  упор 25 с регулировочными винтами 26. Направл юща  и линейные подшипники расположены в стороне от всех

возможных направлений, по которым мож- . но отклонить лазерный луч, поэтому не преп тствуют продолжению луча при любых изменени х его направлений.

Широкоуниверсальный манипул тор 5 с магазином сменных оптических головок дл  различных технологических операций и системой автоматической смены головок дает возможность провести обработку практичеO ски любых деталей обрабатываемых в данной ГПС и, использу  возможность системы транспортировки излучени , позвол ющей подавать на этот манипул тор лазерное излучение от любого вход щего в состав ГПС

5 лазера, регулирует работу всех технологических постов:

1. При .большой загрузке одного из них широкоуниверсальный манипул тор принимает на себ  часть его деталей.

0 2. При поступлении со склада новой детали система управлени  направл ет ее на ширбкоуниверсальный манипул тор, тем самым не внос  изменений в цикл работы остальных технологических постов.

5Формулаизобретени 

1. Лазерна  гибка  производственна  система, включающа  технологические лазеры , технологические посты, центральный автоматизированный склад заготовок и из0 делий, систему транспортировки заготовок и изделий, системы их загрузки и выгрузки, общую систему управлени , о т л и ч а ю- щ а   с   тем, что, с целью расширени  технологических возможностей и повыше5 ни  производительности, один из технологических постов - основной выполнен в виде манипул тора с магазином сменных оптических головок дл  различных технологических операций и системы автоматиче0 ской их смены, лазерна  гибка  системы содержит четыре технологических лазера, оптические оси которых лежат в одной плоскости с различными характеристиками излучени  и с перекрещивающимс 

5 диапазоном регулировани  мощности: - 0,2-0,5 кВт - твердотельный лазер с длиной волны 1,06 мкм, - 0,2-2,5 кВт - СОг-лазер с одномодовым-излучением, - 0,5-5,0 кВт - СОа-лазер с многомодовым излучением и с

0 равномерным распределением энергии по п тну, 1,0-20,0 кВт-С02-лазер с кольцевым распределением энергии по сечению, три дополнительных технологических поста, между постами и лазерами размещена сис5 тема транспортировки излучени , св занна  с системой управлени  блоками поворотных зеркал.

2. Система по п.1,отличающа  с   тем, что в состав дополнительных технологических постов введен пост дл  прецизионной обработки мелких изделий на базе дву- координатного стола-манипул тора с рабочим ходом до 500 мм, два технологических поста с рабочими ходами до 630 мм на базе двухкоординатных столов-манипул торов с вращательными блоками по двум координатам , а также технологический пост дл  обра- ботки крупногабаритных листовых материалов на базе двукоординатного манипул тора оптики с рабочим ходом до 6300 мм, при этом основной технологический пост содержит широкоуниверсальный манипул тор с максимальным рабочим ходом до 1000 мм, выполненным в виде вертикального манипул тора с оптическими головками дл  плоской и пространственной обработки, и в виде стола дл  изделий, уста0

5

новленного с возможностью перемещени  в направлении, нормальном направлению перемещени  вертикального манипул тора,

3. Система по пп. 1 и2,отличающа-   с   тем, что широкоуниверсальный манипул тор содержит магазин сменных оптических головок и устройство их автоматической смены.

4. Система по пп.1-3, отличэюща - с   тем, что блоки поворотных зеркал снабжены механизмами вращени  поворотного зеркала в плоскости выхода лазерного излучени , системой фокусировани  в каждой позиции, механизмом перемещени  в вертикальной плоскости с направл ющим элементом , расположенным вне трассы лазерных лучей,

Фиг. 1 1

Фиг. 5