RU2140839C1

RU2140839C1 - Installation for laser cutting of sheet materials

Info

Publication number: RU2140839C1
Application number: RU98115709A
Authority: RU
Inventors: А.М. Забелин; Г.Ю. Микульшин
Original assignee: Закрытое акционерное общество "ТехноЛазер"
Priority date: 1998-08-17
Filing date: 1998-08-17
Publication date: 1999-11-10

Abstract

FIELD: laser techniques, particularly installation for laser cutting of sheet materials that may be used autonomously and also as a part of flexible industrial system in different branches of machine engineering. SUBSTANCE: installation includes laser, system for transferring irradiation, technological lens, apparatus for suction off waste products and their receptacle, systems for moving sucked off products along worked sheet. At side of apparatus for suction off waste products there are drill driven to rotation by means of drive mechanism and separate system for moving said products along worked sheet. Cutting out of each part begins from drilling through hole on future contour of cutting out. Then technological lens begins cutting out contour namely from said through hole. Presence of preliminarily drilled through hole allows to eliminate piercing of it by means of laser beam. EFFECT: significantly reduced time period of cutting, elimination of damage of head of technological lens and absence of large zone of thermic influence around through hole. 5 cl, 5 dwg

Description

Предполагаемое изобретение относится к области лазерной техники, а именно к установкам для раскроя листовых материалов, и может быть использовано как автономно, так и в составе гибких производственных систем. The alleged invention relates to the field of laser technology, namely, installations for cutting sheet materials, and can be used both independently and as part of flexible production systems.

Известно, что в процессе газолазерной резки большой трудностью является ее начальный период. Это связано с тем, что точка вреза в момент начала воздействия лазерного излучения на поверхность обрабатываемого материала не имеет сквозного отверстия и газовая струя не может эффективно удалять расплавленный металл. Нагрев поверхности металла приводит к образованию лунки [1] , металл из которой выплескивается наружу в разные стороны. При этом для пробивки сквозного отверстия требуется достаточно большое время. Т.к. расстояние от среза сопла технологического объектива до поверхности материала небольшое (обычно 0,3 мм), то выбрасываемый жидкий металл загрязняет выходное отверстие сопла, что может привести к выходу из строя технологического объектива и всей лазерной установки в целом. It is known that in the process of gas laser cutting, its initial period is a great difficulty. This is due to the fact that the cut-in point at the moment of the beginning of the action of laser radiation on the surface of the processed material does not have a through hole and the gas jet cannot effectively remove molten metal. Heating of the metal surface leads to the formation of a hole [1], the metal from which splashes outward in different directions. At the same time, a sufficiently long time is required for punching a through hole. Because Since the distance from the nozzle exit of the technological lens to the surface of the material is small (usually 0.3 mm), the ejected liquid metal contaminates the nozzle outlet, which can lead to failure of the technological lens and the entire laser system as a whole.

Кроме того, при прошивке отверстия длительное воздействие лазерного излучения в одну неподвижную точку ведет к резкому увеличению размеров зоны термического влияния, прошиваемое отверстие имеет большой диаметр, чем ширина последующего реза, что может привести к ухудшению эксплуатационных качеств вырезаемой детали. In addition, when piercing a hole, prolonged exposure to laser radiation at one fixed point leads to a sharp increase in the size of the heat-affected zone, the pierced hole has a larger diameter than the width of the subsequent cut, which can lead to poor performance of the cut part.

Для избежания возможного выхода из строя технологического объектива перед врезом его поднимают над поверхностью обрабатываемого материала и отключают подаваемый газ. Однако при этом происходит некоторая расфокусировка излучения на поверхности и вследствие этого расширение зоны термического влияния, а также диаметра пробиваемого отверстия. In order to avoid possible failure of the technological lens, before raising it, it is raised above the surface of the processed material and the supplied gas is turned off. However, there is some defocusing of radiation on the surface and, as a result, the expansion of the thermal influence zone, as well as the diameter of the punched hole.

Известна установка для раскроя листового материала [2]. Установка имеет лазер, систему транспортировки излучения, технологический объектив. Обрабатываемый лист располагается в вертикальном положении. Known installation for cutting sheet material [2]. The installation has a laser, a radiation transportation system, and a technological lens. The processed sheet is located in an upright position.

Установка имеет также устройство локального отсоса продуктов обработки и их сборник. Они расположены на обратной стороне обрабатываемого листа. The installation also has a local suction device for processing products and their collection. They are located on the back of the processed sheet.

Установка работает следующим образом. Генерируемое лазером излучение направляется по системе транспортировки в технологический объектив, от которого, фокусируясь в нем, на обрабатываемый лист. Перемещение поперечины по листу и объектива по поперечине обеспечивает фигурный раскрой материала. Одновременно перемещению объектива по листу с его обратной стороны синхронно (управление от системы управления установки) перемещается устройство отсоса продуктов обработки и их сборник. Installation works as follows. The radiation generated by the laser is directed through the transportation system to the technological lens, from which, focusing in it, on the processed sheet. Moving the cross member along the sheet and the lens across the cross member provides figured cutting of the material. At the same time, moving the lens along the sheet from its reverse side synchronously (control from the installation control system) moves the suction device of the processed products and their collection.

Основным недостатком конструкции таких установок является необходимость создания точки вреза на контуре каждой из вырезаемых на обрабатываемом листе деталей, что ведет к дополнительным затратам времени и ухудшению качества обработки. The main drawback of the design of such plants is the need to create a cut-in point on the contour of each of the parts cut out on the sheet to be processed, which leads to additional time and quality deterioration.

Вышеуказанные задачи в предполагаемой установке для лазерной обработки листовых материалов решаются тем, что в установке для лазерной обработки материалов, включающей лазер, систему транспортировки излучения, технологический объектив с системой его перемещения по обрабатываемому листу, устройство отсоса продуктов обработки и их сборник, имеющий систему перемещения сверла и его привода, расположенного на той стороне обрабатываемого листа, на которой расположено устройство отсоса продуктов обработки. Система перемещения сверла и его привода независима от системы перемещения устройства отсоса продуктов обработки. Сверло имеет привод перемещения вдоль оси, перпендикулярной плоскости обрабатываемого листа. The above tasks in the proposed installation for laser processing of sheet materials are solved by the fact that in the installation for laser processing of materials, including a laser, a radiation transportation system, a technological lens with a system for moving it along the sheet to be processed, a suction device for processing products and their collector having a drill moving system and its drive located on that side of the processed sheet on which the device for suctioning the processed products is located. The system for moving the drill and its drive is independent of the system for moving the device for suctioning the processed products. The drill has a displacement drive along an axis perpendicular to the plane of the sheet being machined.

Установка может иметь устройство локального отсоса продуктов обработки, их сборник, а также систему их перемещения. Сверло имеет диаметр, равный ширине реза. Сверло может иметь диаметр больше ширины реза. The installation may have a device for local suction of the processed products, their collection, as well as a system for moving them. The drill has a diameter equal to the width of the cut. The drill may have a diameter greater than the width of the cut.

Установка выглядит следующим образом (фиг. 1 и 2). Технологический лазер (не показан) по системе транспортировки подает излучение на технологический объектив 1. Технологический объектив имеет системы перемещения 2 (перемещение по осям X₁ и Z₁) по плоскости обрабатываемого материала 3. С обратной стороны обрабатываемого материала расположено устройство локального отсоса продуктов обработки 4 с их сборником 5, которые имеют свою систему перемещения 6. Сверло 6 с приводом его вращения 8 имеет механизм 9 перемещения вдоль оси, перпендикулярной плоскости обрабатываемого листа и систему перемещения 10 (фиг. 3).The installation is as follows (Fig. 1 and 2). A technological laser (not shown) through the transportation system supplies radiation to the technological lens 1. The technological lens has a moving system 2 (moving along the axes X ₁ and Z ₁ ) along the plane of the processed material 3. On the reverse side of the processed material there is a device for local suction of the processed products 4 with their collection 5, which have their own movement system 6. The drill 6 with its rotation drive 8 has a movement mechanism 9 along an axis perpendicular to the plane of the sheet to be machined and a moving system 10 (Fig. 3).

Установка работает следующим образом. Излучение (штрихпунктирная линия) от технологического лазера по системе транспортировке направляется в фокусирующий объектив 1 и, фокусируясь в нем, направляется на обрабатываемый материал 3. Система перемещения объектива 2 вдоль плоскости обрабатываемого материала обеспечивает необходимый фигурный раскрой. Синхронно с ней с обратной стороны материала перемещается устройство локального отсоса продуктов обработки 4, получаемых от воздействия лазерного излучения, с их сборником 5. Их перемещение обеспечивают системы 6 (ось Z₂) и система 10 (ось X₂). В программируемом контуре каждой детали, включая первую, сверло 7 с помощью привода вращения 8 осуществляет сверление сквозного отверстия в обрабатываемом материале. Причем сверловка может быть сверлом с диаметром ⌀₁, равным ширине будущего реза (фиг. 4), или большим ⌀₂, что важно в случае обработки толстолистовых материалов (фиг. 5). На качество изготавливаемой детали это влияния не имеет (линия - в контур будущей детали). Обработка первой детали начинается со сверления сквозного отверстия. Далее технологический объектив начинает вырезку этой детали с отверстия. В это время с помощью системы перемещения 10 сверло сверлит следующую деталь, а также последующие. Система перемещения сверла 10 работает автономно и не зависит от системы перемещения 6. В случае, если по движению системы перемещения 6 попадает сверло, то механизм 9 осуществляет его подъем и обе системы 6 и 10 перемещаются беспрепятственно. Далее механизм 9 опускает его и сверление продолжается. Отсутствие необходимости каждый раз пробивать сквозное отверстие с помощью лазерного излучения ведет к повышению скорости вырезки деталей и, следовательно, к повышению производительности работы установки, а также повышению качества вырезаемых деталей из-за отсутствия большой зоны термического влияния.Installation works as follows. The radiation (dash-dot line) from the technological laser is transported through the transportation system to the focusing lens 1 and, focusing in it, is directed to the processed material 3. The lens 2 moving system along the plane of the processed material provides the necessary figured cutting. Synchronously with it, on the reverse side of the material, a local suction device of processing products 4 obtained from the action of laser radiation moves with their collector 5. Their movement is provided by systems 6 (axis Z ₂ ) and system 10 (axis X ₂ ). In the programmable circuit of each part, including the first, the drill 7 by means of a rotation drive 8 drills a through hole in the material being processed. Moreover, drilling can be a drill with a diameter of ⌀ ₁ equal to the width of the future cut (Fig. 4), or large ⌀ ₂ , which is important in the case of processing plate materials (Fig. 5). This has no effect on the quality of the manufactured part (line - into the contour of the future part). Processing of the first part begins with drilling a through hole. Next, the technological lens begins cutting this part from the hole. At this time, using the displacement system 10, the drill drills the next part as well as the subsequent ones. The drill moving system 10 works autonomously and does not depend on the moving system 6. If a drill hits the movement of the moving system 6, then the mechanism 9 lifts it and both systems 6 and 10 move freely. Next, the mechanism 9 lowers it and drilling continues. The absence of the need to punch a through hole with laser radiation each time leads to an increase in the speed of cutting parts and, therefore, to an increase in the productivity of the installation, as well as an increase in the quality of the cut parts due to the absence of a large heat-affected zone.

Список литературы:
1. Н. Н. Рыкалин, А.А.Углов, И.В.Зуев, А.Н.Кокора "Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов", М., Машиностроение, стр.318.List of references:
1. N. N. Rykalin, A. A. Uglov, I. V. Zuev, A. N. Kokora "Laser and electron-beam processing of materials", M., Mechanical Engineering, p. 318.

2. Патент N 2095431 от 15.03.96, Забелин А.М., Сафонов А.Н. "Установка для лазерной обработки листовых материалов" Россия, C 21 D 1/09, B 23 K 26/00, прототип. 2. Patent N 2095431 dated 03/15/96, Zabelin A.M., Safonov A.N. "Installation for laser processing of sheet materials" Russia, C 21 D 1/09, B 23 K 26/00, prototype.

Claims

1. Installation for laser cutting of sheet materials, including a laser, a radiation transportation system, a technological lens and a system for moving it along the plane of the processed material, characterized in that it is equipped with a drill with a drive for its rotation and an autonomous system for moving them, located opposite the technological lens and system its moving.

2. Installation according to claim 1, characterized in that the drill has a mechanism for moving it along an axis perpendicular to the plane of the sheet being processed.

3. Installation according to claim 1 or 2, characterized in that the drill has a diameter equal to the width of the cut.

4. Installation according to claim 1 or 2, characterized in that the drill has a diameter greater than the width of the cut.

5. Installation according to any one of 1 to 4, characterized in that it has a device for local suction of the processed products and their collection and movement system.