UA137936U

UA137936U - INSTALLATION FOR TREATMENT OF HOLES BY LASER BEAM

Info

Publication number: UA137936U
Application number: UAU201904535U
Authority: UA
Inventors: Валерій Павлович Котляров; Олександр Сергійович Васильєв; Микола Іванович Сергієнко
Original assignee: Валерій Павлович Котляров; Олександр Сергійович Васильєв; Микола Іванович Сергієнко
Priority date: 2019-04-25
Filing date: 2019-04-25
Publication date: 2019-11-11

Abstract

Установка для обробки отворів лазерним променем містить лазер з блоком живлення, перетворюючу лінзу, робочий стіл для закріплення заготівки, виконаний у вигляді відкритої ємності, з'єднаної з газовою магістраллю і датчиком тиску газу, який підключено до блока живлення лазера. Вона додатково забезпечена механізмом зміни відносного положення лінзи та заготівки в процесі обробки у вигляді підключеного до газової магістралі пневмоциліндра з підпружиненим поршнем, вісь якого паралельна осі променя, а до штока прикріплено перетворюючу лінзу.The installation for treatment of holes with a laser beam includes a laser with a power supply, a converting lens, a workbench for fixing the workpiece, made in the form of an open tank connected to the gas line and a gas pressure sensor connected to the laser power supply. It is additionally provided with a mechanism for changing the relative position of the lens and the workpiece during processing in the form of a pneumatic cylinder with a spring-loaded piston connected to the gas main, the axis of which is parallel to the beam axis, and a converting lens is attached to the rod.

Description

Корисна модель належить до лазерного технологічного обладнання для розмірної обробки заготовок лазерним променем, зокрема для створення в них отворів.The utility model belongs to laser technological equipment for dimensional processing of workpieces with a laser beam, in particular for creating holes in them.

Відома установка для обробки отворів лазерним променем, що містить лазер з блоком живлення, перетворюючу лінзу та фотоприймач для вимірювання розміру отвору, що обробляється, підключений до блока живлення через інтерфейс (11.A known installation for processing holes with a laser beam, containing a laser with a power supply unit, a converting lens and a photo receiver for measuring the size of the hole being processed, connected to the power supply unit through an interface (11.

Недоліком установки є невисока точність обробки внаслідок того, що показники вимірювального пристрою залежать від рівня залишкової енергії променя, яка не була витрачена на руйнування матеріалу заготовки, тобто коливання товщини заготівок, нестабільність властивостей їх матеріалу, а також варіація характеристик інструменту - лазерного променя - впливають на показники вимірювального пристрою, тобто на результат обробки.The disadvantage of the installation is the low accuracy of processing due to the fact that the indicators of the measuring device depend on the level of the residual energy of the beam, which was not spent on the destruction of the material of the workpiece, that is, fluctuations in the thickness of the workpieces, the instability of their material properties, as well as the variation of the characteristics of the tool - the laser beam - affect indicators of the measuring device, that is, on the result of processing.

Найбільш близьким до корисної моделі за технічною суттю і результатом, що досягається, є установка для обробки отворів лазерним променем, що містить лазер з блоком живлення, перетворюючу лінзу, робочий стіл для закріплення заготівки, виконаний у вигляді відкритої ємності, з'єднаної з газовою магістраллю і датчиком тиску газу, який підключено до входу блока живлення лазера |21.The closest to the useful model in terms of technical essence and the result that is achieved is the installation for processing holes with a laser beam, which contains a laser with a power supply unit, a converting lens, a work table for fixing the workpiece, made in the form of an open container connected to a gas line and a gas pressure sensor, which is connected to the input of the laser power supply unit |21.

Недоліком установки є невисока ефективність доопрацювання отворів до потрібного розміру, особливо в тонкостінних заготівках, додатковими імпульсами випромінювання без змінення розмірів попереку променю.The disadvantage of the installation is the low efficiency of finishing the holes to the required size, especially in thin-walled blanks, with additional pulses of radiation without changing the cross-beam dimensions.

Задачею корисної моделі є підвищення ефективності обробки отворів високої точності.The purpose of the useful model is to improve the efficiency of high-precision hole processing.

Поставлена задача вирішується тим, що установка для обробки отворів лазерним променем, що містить лазер з блоком живлення, перетворюючу лінзу, робочий стіл для закріплення заготівки, виконаний у вигляді відкритої ємності, з'єднаної з газовою магістраллю і датчиком тиску газу, який підключено до блока живлення лазера, додатково забезпечена механізмом зміни відносного положення лінзи та заготівки в процесі обробки у вигляді підключеного до газової магістралі пневмоциліндра з підпружиненим поршнем, вісь якого паралельна осі променю, а до штока прикріплено перетворюючу лінзу.The task is solved by the fact that the installation for processing holes with a laser beam, which contains a laser with a power supply unit, a converting lens, a work table for fixing the workpiece, made in the form of an open container connected to a gas line and a gas pressure sensor, which is connected to the unit power supply of the laser, additionally equipped with a mechanism for changing the relative position of the lens and the workpiece during processing in the form of a pneumatic cylinder with a spring-loaded piston connected to the gas line, the axis of which is parallel to the beam axis, and a converting lens is attached to the rod.

На кресл. зображено схему установки. Установка містить лазер 1 з блоком живлення 10, перетворюючу лінзу 2, робочий стіл 5 для закріплення заготівки 3, виконаний у вигляді відкритої ємності, з'єднаної з газовою магістраллю 13, датчик 8 тиску газу, підключений до блока живлення 10 лазера 1. Для герметизації ємності робочого столу застосовуються ущільнення 7 на її вході та з обох сторін заготівки 3, які стискуються кришкою 4. Установка забезпечена також механізмом зміни відносного положення лінзи 2 та поверхні заготівки З в процесі обробки у вигляді сполученого з газовою магістраллю 13 пневмоциліндра 9 з пружиною 14 під поршнем 6, до штока 12 якого прикріплено перетворюючу лінзу 2.11 - витратна діафрагма на вході газової магістралі 13.On the chair. the installation diagram is shown. The installation includes a laser 1 with a power supply unit 10, a converting lens 2, a work table 5 for fixing the workpiece 3, made in the form of an open container connected to a gas line 13, a gas pressure sensor 8 connected to the power supply unit 10 of the laser 1. For sealing the capacity of the work table uses seals 7 at its entrance and on both sides of the workpiece 3, which are compressed by the cover 4. The installation is also equipped with a mechanism for changing the relative position of the lens 2 and the surface of the workpiece З during the processing in the form of a pneumatic cylinder 9 connected to the gas line 13 with a spring 14 under piston 6, to the rod 12 of which is attached the converting lens 2.11 - the flow diaphragm at the entrance of the gas line 13.

Установка працює наступним чином. Заготівку З встановлюють в ємність робочого столу 5, притискають її кришкою 4 через ущільнення 7 для герметизації ємності стола 5 над та під заготівкою З і через вхідну діафрагму 11 діаметром двх подають в магістраль 13 стиснений газ під тиском р. При цьому спрацьовує датчик 8 тиску, з'єднаний з блоком живлення 10 лазера 1.The installation works as follows. Workpiece C is installed in the container of the work table 5, it is pressed with a lid 4 through the seal 7 to seal the container of the table 5 above and below the work piece C, and through the inlet diaphragm 11 with a diameter of two, compressed gas is fed into the main line 13 under the pressure r. At the same time, the pressure sensor 8 is triggered, connected to power supply unit 10 of laser 1.

Стислий газ, заповняючи порожнину над поршнем 6 пневмоциліндра 9, переміщує поршень і установлену на його штоку 12 перетворюючу лінзу 2, стискуючи при цьому пружину 14.The compressed gas, filling the cavity above the piston 6 of the pneumatic cylinder 9, moves the piston and the converting lens 2 installed on its rod 12, while compressing the spring 14.

Жорсткість пружини 14, діаметр пневмоциліндра 9 і тиск р газу в магістралі 13 вибирають такими, щоб забезпечити розрахункове початкове положення фокальної площини лінзи 2 на поверхні заготовки 3. Після того включається блок живлення 10 лазера 1, і імпульси випромінювання розрахункового рівня енергії подаються на заготівку 3. Одним чи декількома послідовними імпульсами обробляється отвір, діаметр якого встановлюється меншим заданого значення і при отриманні крізного каналу отвору через нього з порожнини робочого столу 5 з підвищеним тиском витікає газ, надаючи калібруючу дію каналу отвору. Тиск у пневматичній системі (порожнині столу 5, газовій магістралі 13 та пневмоциліндрі 9) зменшується на величинуThe stiffness of the spring 14, the diameter of the pneumatic cylinder 9 and the pressure p of the gas in the main line 13 are chosen to ensure the calculated initial position of the focal plane of the lens 2 on the surface of the workpiece 3. After that, the power supply unit 10 of the laser 1 is turned on, and radiation pulses of the calculated energy level are applied to the workpiece 3 With one or more successive pulses, a hole is processed, the diameter of which is set to be smaller than the specified value, and when a through channel of the hole is obtained, gas flows through it from the cavity of the work table 5 with increased pressure, giving a calibrating effect to the channel of the hole. The pressure in the pneumatic system (table cavity 5, gas line 13 and pneumatic cylinder 9) decreases by

Др, яка визначається пневматичною характеристикою системи, параметри якої залежать від співвідношення розміру оброблювального отвору та діаметра вхідного сопла 11 газової магістралі 13 і тиску газу р в системі. При цьому під дією пружини 14 внаслідок зменшення тиску газу в пневмоциліндрі У переміщується поршень 6 і закріплена на його штоку перетворююча лінза 2, змінюючи умови опромінення лазерним променем заготівки З так, щоб чергові імпульси збільшували розмір оброблювального отвору. Необхідну для збільшення діаметра отвору на крок Ла величину зміщення лінзи визначають за співвідношенням Д-Ехда/О, де Е - фокусна відстань лінзи 2; О - діаметр лазерного променя на рівні головної площини лінзи 2.Dr, which is determined by the pneumatic characteristics of the system, the parameters of which depend on the ratio of the size of the processing hole and the diameter of the inlet nozzle 11 of the gas line 13 and the gas pressure p in the system. At the same time, under the action of the spring 14 due to the decrease in gas pressure in the pneumatic cylinder В, the piston 6 and the converting lens 2 fixed on its rod are moved, changing the conditions of laser beam irradiation of the workpiece З so that successive pulses increase the size of the processing hole. The amount of lens displacement necessary to increase the diameter of the hole by a step La is determined by the ratio D-Ekhda/O, where E is the focal length of the lens 2; O is the diameter of the laser beam at the level of the main plane of the lens 2.

За величиною Л, рівнем тиску газу р, за вагою та розмірами рухомих елементів розраховують силову характеристику пружини 14, встановленої в пневмоциліндрі 9, та її жорсткість.The force characteristic of the spring 14 installed in the pneumatic cylinder 9 and its stiffness are calculated by the value of L, the gas pressure level p, the weight and dimensions of the moving elements.

Кожне наступне збільшення діаметра отвору при діянні лазерних імпульсів викликає постійне зміщення лінзи 2 і каустики променя, причому по мірі наближення до заданого розміру а зменшуються перепади тиску Ар і величини зсуву А, чим забезпечується досягнення заданої точності обробки. При отриманні отвору заданого розміру тиск в пневматичній системі зменшується до величини р, на яку налаштований датчик тиску 8, і він спрацьовує, відключаючи блок живлення 10 лазера 1, тим самим припиняючи технологічну операцію обробки.Each subsequent increase in the diameter of the hole under the action of laser pulses causes a constant displacement of the lens 2 and the caustic of the beam, and as it approaches the given size a, the pressure differences Ar and the amount of displacement A decrease, which ensures the achievement of the specified accuracy of processing. When an opening of a given size is obtained, the pressure in the pneumatic system decreases to the value p, to which the pressure sensor 8 is set, and it is triggered, turning off the power supply unit 10 of the laser 1, thereby stopping the technological processing operation.

Джерела інформації: 1. Патент Швейцарія Ме 572798. кл. В 23 К 26/00, 27.12.76. 2. Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюра Н.И. Технологические процессьі лазерной обработки. - М.: МГТУ им. Баумана, 2008. - с. 574, рис. 8.10.Sources of information: 1. Patent Switzerland Me 572798. cl. In 23 K 26/00, 12/27/76. 2. Grigoryants A.G., Shyganov I.N., Mysyura N.I. Technological processes of laser processing. - M.: MGTU named after Bauman, 2008. - p. 574, fig. 8.10.

Claims

FORMULA OF THE USEFUL MODEL An installation for processing holes with a laser beam containing a laser with a power supply unit, a converting lens, a work table for fixing the workpiece, made in the form of an open container connected to a gas line and a gas pressure sensor that is connected to the laser power supply unit, which is distinguished by the fact that it is additionally equipped with a mechanism for changing the relative position of the lens and the workpiece during processing in the form of a pneumatic cylinder with a spring-loaded piston connected to the gas line, the axis of which is parallel to the axis of the beam, and a converting lens is attached to the rod.

She sons of today Na M zha: oo smakovsnonvosnko 5 VVIV VAV AV ZH N i I B Zh ley i z i I ZVU. - KE en As ZDVANA VN ; o o in E In the same poshi enyu fati same 611 OKA yad