Устройство для автоматического отклонения и фокусирования луча при лазерной обработке

Устройство для автоматического отклонения и фокусирования луча при лазерной обработке

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: в сварке и в технике упрочняющей обработки деталей лучом лазера , преимущественно тел вращения сложного профиля с плавными криволинейными образующими. Сущность изобретения: для расширения технологических возможностей установок лазерного упрочнения необходимо обеспечить нормальное падение луча на обрабатываемую поверхность деталей сложного профиля, выдерживая при этом постоянным расстояние от фокусирующей линзы до поверхности обработки. Для этого в процессе работы копировальный рычаг , контактируя под действием пружины с деталью, аппроксимирует участок криволинейной поверхности и устанавливает поворотную рамку с фокусирующей линзой и выходным оптическим элементом по норма ли или другим наперед заданным углом к аппроксимированной поверхности. Кинематическая связь рамки с поворотной платформой , на которой установлен входной оптический элемент, обеспечивает соответствующий поворот этого элемента, что позволяет отклонить луч лазера на требуемый угол. Непрерывный контакт копировального рычага с деталью обеспечивает постоянство расстояния от фокусирующей линзы до упрочняемого участка поверхности. 2 ил. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l9) (11) (я)ю В 23 К 26/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ г

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4911182/08 (22) 03.01..91 (46) 15.06,93. Бюл. ЬЬ 22 (71) Научно-исследовательский институт конструкционных материалов и технологических процессов МГТУ им. Н.Э.Баумана (72) И.Н.Гемба, М.С.Камсюк и А.Л,Вечко (56) Коваленко В.С., Верхотуров А.Д., Подчерняева Л.Ф. Лазерное и электроэрозионное упрочнение материалов. М.: Наука, 1986, с.320.

Акулина Г.А., Цырлин Э.С. Лазерная закладка деталей машин. М,: НИИМАШ, С-63; 1984, с.28. Патент Великобритании М 2094993А, кл. В 23 К 26/04, 22.10.81.

Патент ФРГ ДЕ 3141881, кл. В 23 К 26/02, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ОТКЛОНЕНИЯ И ФОКУСИРОВАНИЯ.

ЛУЧА ПРИ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКЕ (57) Использование: в сварке и в технике упрочняющей обработки деталей лучом лазера, преимущественно тел вращения сложного профиля с плавными криволинейными образующими. Сущность изобретения: для расширения технологических воэможностей установок лазерного упрочнения необходимо обеспечить нормальное падение луча на обрабатываемую поверхность деталей сложного профиля, выдерживая при этом постоянным расстояние от фокусирующей линзы до поверхности обработки. Для этого в процессе работы копировальный рычаг, контактируя под действием пружины с . деталью, аппроксимирует участок криволинейной поверхности и устанавливает поворотную рамку с фокусирующей линзой и выходным оптическим элементом по нормали или.другим наперед заданным углом к аппроксимированной поверхности. Кине- матическая связь рамки с поворотной платформой, на которой установлен входной, Б оптический элемент;обеспечивает соответ-. ствующий поворот этого элемента, что позволяет отклонить луч лазера на требуемый угол. Непрерывный контакт копировального рычага с деталью обесг1вчивает постоянство -" расстояния от фокусирующей линзы до уп-рочняемого участка поверхности. 2 ил, Л

1821313

20

30

45

Изобретение относится к технике упрочняющей обработки деталей лучом лазера, преимущественно тел вращения сложногб профиля с криволинейными образующими.

Цель изобретения — повышение качества .лазерной обработки деталей изделий с плавными криволинейными образующими путем. обеспечения необходимых физикомеханических свойств поверхностного слоя, На. фиг,1 представлен общий вид устройства; на фиг..2 — схема контактирования копировального рычага с поверхностью детали.

Устройство содержит корпус 1, стол 2, перемещающийся по ггродольным направляющим 3 корпуса 1, привод перемещения

4 стола 2, привод вращения 5 детали и механизм отклонения и фокусирования луча.

Механизм отклонения и фокусирования луча содержит кронштейн 6, жестко соединенный с корпусом 1, установленные на кронштейне 6 поперечные направляющий

7. по которым перемещается суппорт 8, пружину 9, которая .связывает суппорт 8 с кронштейном 6. На суппорте 8 расположены опоры поворота 10 и 11, в которых установлена поворотная рамка 12, с ней кинематически связана поворотная платформа 13, установленная на выходном валу редуктора

14. На платформе 13 установлен входной оптический элемент 15, а на поворотной рамке 12 — выходной элемент 16, фокусирующая линза 17 и копировальный рычаг 18, имеющий возможность поворота относительно рамки 12 для регулирования угла падения луча.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Перед установкой упрочняемой детали устройство настраивают на требуемые режимы обработки: расстояние от поверхности детали до фокальной плоскости регулируют путем перемещения линзы 17, угол падения луча — путем поворота копировального рычага 18 относительно рамки 12.

В нужном положении рычаг закрепляется, это обеспечивает жесткую связь с поворотной рамкой 12 в процессе обработки. Затем суппорт 8 подводят к корпусу 1 на.время установки упрочняемой детали, После закрепления детали суппорт 8 под действием пружины 9 перемещается по направляющим 7 до момента соприкосновения копировального рычага 18 с позерхностью детали. Подпружинивание суппорта 8 относительно кронштейна 6, жестко связанного с корпусом 1. обеспечивает постоянство расстояний от фокусирующей линзы 17 до обрабатываемого участка поверхности. Контактирование копировального рычага 18 с поверхностью происходит следующим образом: суппорт 8 перемещают копировальный рычаг по направлению к упрочняемой детали, в момент возникновения контакта копировального рычага 18 с поверхностью детали в точке А суппорт останавливается, рычаг же под действием пружины 9 начинает поворачиваться вокруг точки контакта А; рычаг 18 поворачивается до момента возникновения контакта в точке В.. . Копировальный рычаг 18 за счет жесткой связи с поворотной рамкой.12, поворачиваясь сам, устанавливает ее по направлению нормали или другим наперед заданным углом к плоскости, проходящей через точки контакта А и В параллельно оси поворота рамки 12 и платформы 13, т.е. происходит аппроксимация криволинейной образующей. Поворачиваясь в опорах 10 и 11, поворотная рамка 12 передает движение на входной вал редуктора 14. Передаточное отношение редуктора 14 равно двум, поэтому платформа 13, установленная на выходном валу редуктора 14, поворачивается на угол вдвое меньший. угла поворота рамки 12. Это обеспечивает попадание луча лазера отраженного от поверхности входного оптического элемента 15, установленного на поворотной платформе 13, в центр выходного оптического элемента 16, установленного на поворотной. рамке 12, что позволяет использовать оптические элементы н ебол ьших размеров (например, зеркала круглой формы диаметром 10 — 15 мм). Наличие общей оси поворота рамки 12 и платформы 13 позволяет легко реализовать кинвматическую связь между ними.

Приводы 4 и 5, управляемые от системы

ЧПУ(на фиг.1 она не показана). обеспечивают заданное перемещение детали, Копировальный рычаг 18 при этом скользит по ее поверхности, отслеживая изменение высоты профиля. При обработке нового участка поверхности процесс отклонения луча повторяется.

Применение предлагаемого устройства обеспечивает автоматическое сохранение предварительно заданных условий обработки (расстояние от фокусирующей линзы до поверхности детали л угол падения луча на нее) для каждого участка поверхности с плавными криволинейными образующими, Постоянство условий обработки обеспечивает стабильность физико-механических свойств упрочненного слоя. Устройство позволяет производить локальное упрочнение малых, строго ограниченных участков. Простота настройки и управления позволяет эф1821313 фективно обрабатывать как малые партии, так и единичные изделия. В процессе работы оператор только настраивает устройство на требуемые режимы обработки, устанавливает и снимает упрочняемые детали. Обработка идет в автоматическом режиме и не требует непосредственного участия оператора. что освобождает его от утомительного визуального наблюдения за ходом процесса и позволяет ему находиться в отдалении от эоны воздействия лазерного излучения.

Кроме того падение луча по нормали к упрочняемой поверхности уменьшает долю отраженной энергии, повышая тем самым эффективность воздействия лазерного излучения на деталь.

Формула изобретения

Устройство автоматического отклонения и фокусирования луча при лазерной обработке, содержащее корпус, установленный на нем с возможностью поворота подпружиненный суппорт, входной и выходной оптические элементы, фокусирующую линзу и кинематически связанный

5 с суппортом копировальный рычаг, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества обработки сложнопрофильных деталей с плавными криволинейными образующими путем обеспечения необходимых

10 физико-механических свойств, оно снабжено поворотными рамкой и платформой. установленными соосно и с возможностью вращения на подпружиненном суппорте и кинематически связанными между собой, 15 при этом на платформе закреплен входной оптический элемент, а на поворотной рамке установлены выходной оптический элемент, фокусирующая линза и с возможностью поворота отнаситтельно рамки копировальный

20 рычаг.

1821313

Сдставитель И.Гембе

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор А,Обручар

Редактор Т.Иванова

Заказ 2083 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101