SE457508B - Laserbearbetningsmaskin - Google Patents

Description

457 508 2 fatta förbättrade organ för utförande av en bearbetning. noggrann och fin Maskinen skall erbjuda en enhetlig konstruktion för eliminering av laserstrålens optiska decentrering. Maski- nen skall vidare innefatta en lasergenerator och en med laser- stråle arbetande skärande maskin i en konstruktion för elimi- nering av lserstrålens optiska decentrering och det komplice- rade spegelaggregatet. Konstruktionen skall möjliggöra in- ställning av laserstrålens väg i en lasergenerator med laser- strålens väg i en med laser arbetande skärande maskin för eliminering av det komplicerade spegelaggregatet. Maskinen skall vidare innefatta horisontallaserresonatorjusteringsorgan för eliminering av laserstrålens optiska decentrering En föredragen utföringsform av uppfinningen förklaras i det följande med hänvisning till bifogade ritningar.

Fig. l är en sidovy av en med laser arbetande bearbet- ningsmaskin enligt uppfinningen, fig. 2 är en planvy av den i fig. 1 visade maskinen, fig. 3 är en vy framifrån av maskinen enligt fig. 1. fig. 4 är ett blockschema för en regleranordning, fig. 5 är en vy, som belyser borrningsprocessen, fig. 6a, 6b,'6c, 6d är schematiska vyer av hål, som er- hålles då fokalpunktens läge modifieras vid borrn ing med laserstrålen, och fig. 7a, 7b, 7c är schematiska vyer av skurna ytor, erhålles, dä fokalpunktens position modifieras vid skärning med laserstrâlen. ' SOIII Den i fig. 1, 2 och 3 visade med laser arbetande bearbet- ningsmaskinen 1 innefattar en lasergenerator 3 för alstrande av en laserstråle LB samt en med lasers skärande maskin 5. trâlen arbetande, Den skärande maskinen 5 innefattar ett första stativ 7, en pelare 9, som är vertikalt sammanbyggd med eller fäst vid det första stativet 7, samt en överliggande bom ll, som bäres horisontellt över det första stativet 7 mede lst en pelare 9 på fribärande sätt.

Det första stativet 7 har ett arbetsbord 13, på vars översida ett arbetsstycke W, exempelvis en metallplåt, placeras horisontellt för skärning. Bommen ll har vid sin 457 508 3 främre ände ett bearbetningshuvudaggregat 15, vilket beskrives utförligare nedan.

För framföring och inställning av arbetsstycket W inne~ fattar det första stativet 7 ett därpå monterat inställnings- organ 17. Inställningsorganet 17 har en första vagn 19, som är rörlig i en Y-axel 21, samt en andra vagn 23, som håller ett flertal klämmer 25 för klämning av arbetsstycket W och som är glidbart monterad på den första vagnen 19, så att den är rörlig i en X-axelriktning 27 vinkelrätt mot Y-axelriktningen 21. Den första vagnen 19 är glidbart monterad på ett par räls 29, som sträcker sig i Y-axelriktningen 21 och som är fästade på arbetsbordets 13 övre del parallellt med varandra.

Den första vagnen 19 har ett par rörliga bord 31. som är förbundna genom en balk 33, som sträcker sig i X-axelrikt- ningen 27. Muttrar 35, som är fästa vid balken 33, är i in- grepp med en ledarskruvs 37 gänga. Ledarskruven sträcker sig i Y-axelriktningen 21, och dess ena ände är lagrad för rotation i ett lager 39, som är fäst på undersidan av bommen ll. Ledar- skruvens 37 andra ände är förbunden med ett första vagnsdriv- organ 41. Det första vagnsdrivorganet 41 innefattar en Y-axel- motor 43, vars utgående axel (icke visad) via en reduktions- växel 45 är förbunden med ledarskruven 37. Den första vagnen 19 kan sålunda förflyttas mot och från bearbetningszonen ome- delbart under bearbetningshuvudaggregatet 15 i Y-axelrikt- ningen 21, då den drives av det första vagnsdrivorganet 41¿ Den andra vagnen 23 bäres glidbart på ett par räls 47. som är monterade på balken 33, vilken är monterad på den första vagnen 19, samt sträcker sig i den mot Y-axelriktningen 21 vinkelräta X-axelriktningen 27. Den andra vagnen 23 är i ingrepp med en ledarskruvs 49 gängade del 49a. Ledarskruvens 49 ena ände är lagrad för rotation i ett lager 51, som är fäst vid balkens 33 ena änddel såsom visas i fig. 3. Ledarskruvens 49 andra ände är förbunden med ett andra vagnsdrivorgan 53, som innefattar en X-axelmotor 55, som via en reduktionsväxel 57 är förbunden med ledarskruven 49. Den andra vagnen 23 kan förflyttas i X-axelriktningen 27 med klämorganet 25.

Vid det ovan beskrivna arrangemanget kan arbetsstycket W, som gripes av klämmorna 25, framföras till ett läge under 457 508 4 bearbetningshuvudaggregatet 15 genom förflyttning av den första och den andra vagnen 19, 23 medelst det första och det andra vagnsdrivorganet 41, 53. Det första och det andra Vagns- drivorganet 41, 53 drives under förprogrammerad numerisk styr- ning, vilket beskrives utförligare nedan. Sålunda kan det omedelbart under bearbetningshuvudaggregatet 15 placerade arbetsstycket W skäras och borras automatiskt.

Bearbetningshuvudaggregatet 15 är vertikalt fäst vid bommens ll främre ände. Bearbetningshuvudaggregatet 15 inne- fattar ett spegelaggregat 59, kondensorlins (icke visad), ett rörligt rörelement 61 med en en motor 63 för justering av det rörliga rörelementet samt ett rörelementjusteringsorgan. ledning 65 är anordnad horisontellt genom bommen ll och förbunden med spegelaggregatet 59.

En är Lasersträlen LB från lasergeneratorn 3 tillföres aggregatet 59 och reflekteras i 90° 59 samt sändes vertikalt nedåt såsom spegel- vinkel av spegelaggregatet visas av pilen.

Spegelaggregatet 59 är nedåt förbundet med ett fast rör- element 67. Det rörliga rörelementet 61 är vertikalt förbundet med det fasta rörelementets 67 nedre ände på teleskoperande sätt.

Den av spegelaggregatet 59 reflekterade laserstrålen LB sändes nedåt genom det fasta och det rörliga rörelementet 67, 61 och fokuseras av kondensorlinsen, liga rörelementet 61. som är fäst vid det rör- Kondensorlinsen kan sålunda förflyttas tillsammans med det rörliga rörelementet 61 för förändring av laserstrålens LB fokalläge medelst rörelementets organ. justerings- Rörelementets justeringsorgan innefattar en mutter i ingrepp med den gängade delen av det rörliga rörelementet 61 och en med muttern förbunden kuggväxel.

Arrangemanget kan emellertid vara annorlunda.

Rörelementets justeringsmotor 63 drives under förprogrammerad numerisk styrning.

En dammuppsamlingsenhet 69 för eliminering av rök eller slaggansamling är anordnad vid det första stati ände. vets 7 främre Lasergeneratorn 3 innefattar ett andra stativ 71 och en laserresonator 73. Det andra stativet 71 är fast anbragt vid skärmaskinens 5 första stativ 7, vid dettas bakre ände, 457 508 5 medelst ett förbindande organ. Laserresonatorn 73 är monterad på det andra stativet 71.

Någon inställningsförskjutning av lasergeneratorn 3 i förhållande till skärmaskinen 5 uppkommer sålunda icke. Det förbindande organet innefattar ett förbindande element 75 och ett längsträckt förbindande element 77. Det andra stativet 71 är försett med ett flertal hållare 79, och vertikaljusterings- element 81 i gängingrepp med hållarna 79 möjliggör vertikal justering av det andra stativet 71.

Laserresonatorn 73 har en laserstråleutgång 83 vid sin övre del, från vilken laserstrålen LB avges. Laserstråle- utgången är förbunden med bommens ll ledning 65 för axiell inställning av laserstråleutgången med ledningen. De täckes av ett lock 85. Sålunda avges laserstrålen LB från lasergenera- torn 73 horisontellt till ledningen 65 i rak linje och icke genom ett konventionellt, komplicerat spegelaggregat.

Ett par horisontallaserresonatorjusteringsorgan 87 är förbundna med det andra stativet 71 för justering i sidled av laserresonatorn 73 i förhållande till det första stativet 7.

Justeringsorganen 87 är anordnade på ömse sidor om det andra stativet och innefattar X-axeljusteringselement 89 i gäng- ingrepp med det andra stativets sidoplattor samt ett Y-axel- justeringselement 91 i gängingrepp med det andra stativets ändplattor. Horisontallaserresonatorjusteringsorganen är fästa vid laserresonatorn. Sålunda åstadkommes justering i sidled av laserresonatorn i Y- och X-axelriktningarna 21 och 27 genom justering av X- och Y-axeljusteringselementen 82 och 91.

Axiell decentrering mellan laserstrålens utgång 83 och led- ningen 65 elimineras på det ovan beskrivna sättet.

I det följande förklaras servosystemet, vilket innefattar Y-axelmotorn 43 och X-axelmotorn 55, samt regleranordningen 93, som reglerar servosystemet och utgångsnivån för laser- strålen i laserresonatorn 73. Såsom visas i fig. 4 innefattar regleranordningen 93 en programmeringsanordníng 95, exempelvis en mikrodator, som beräknar laserbearbetningsprogrammet på basis av olika data, som införes av införingsanordningen 97 och anordningen 99 för numerisk styrning, som reglerar servo- systemet 101 inklusive Y-axelmotorn 43 och X-axelmotorn 55 457 508 6 samt utgångsnivän för laserstrålen i laserresonatorn 73. lagrar olika data, Den som införes medelst införingsanordningen 97, samt beräknar ett laserbearbetnin olika data. gsprogram på basis av Anordningen 99 reglerar utgångsnivân för laser- strålen i laserresonatorn 73 och servosystemet 101 i enlighet med det laserbearbetningsprogram, som införts från program- meringsanordningen 95.

Andra olika data, såsom profildata från profilerings- anordningen 103 och läsaren 105, införes i programmerings- anordningen 95 förutom införingsan ordningens 97 data. Profile- are för följande av den rit- som skall framställas eller provets form, varigenom koordinatdata för X- och Y-axlarna erhålles för den på ritningen visade formen etc. ringsanordningen 103 har en följ ningsprofil som visar den form, Läsaren 105 läser laserbearbetningsprogammets olika data och för in dessa i programmeringsanordningen 95.Införings- anordningen 97 innefattar en plåttjockleksdatains tällnings- anordning 107, som inför arbetsstyckets W plåttjockleksdata, en materialdatainställningsanordning 109, styckets W materialdata, ningsanordning lll, som inför arbets- en multiplikationsfaktordatainställ- som inför data för förstoring eller för- minskning för den form, som skall framställas, ningsanordning 113 för arbetsstyckets utgångs en datainställ- placering, som inför data för arbetsstyckets W utgångsplacering, bearbetningsbetingelsedatainställningsanordning 115, data avseende förhållandet mellan utgångsnivån för l samt en som inför aserstrå- len i laserresonatoranordningen 73 och bearbetningsha stigheten för arbetsstycket W. nats av programmeringsanordningen 95, kan tillföras såsom ut- signal till en lämplig lagringsanordning 117, magnetskiva för lagring. exempelvis en Vid det ovan beskrivna arrangemanget beräknar program- meringsanordningen 95 laserbearbetningsprogrammet på basis av olika data införda från införingsanordnin anordningen 103 och läsaren 105, programmet. gen 97, profileríngs- samt tillför anordningen 99 Som följd härav regleras laserresonatorn 73 och maskinens servosystem 101 enligt laserbearbetningsprogrammet.

Då multiplikationsfaktorn för figuren på ritningen inställts Det laserbearbetningsprogram, som beräk-V 457 508 7 med begagnande av multiplikationsfaktordatainställningsanord- ningen lll, alstras ett laserbearbetningsprogram för en figur av analog form, varefter framställningen av den analogt formade figuren lätt utföres.

Då laserbearbetning utföres medelst laserbearbetnings- maskinen l är det av vikt att justera fokusläget för laser- strålen LB i enlighet med arbetsstyckets W tjocklek, men även om arbetsstyckets W tjocklek är densamma är det av vikt, att justera fokusläget i beroende av laserbearbetningsbetingelser- DB..

Då lasersträlen LB träffar arbetsstycket W för borrning eller skärning, måste den tillförda energin effektivt absor- beras och måste effekten av värmet på andra delar än den del, som skall bearbetas, reduceras. När inverkan av värme på andra delar än den del, som skall bearbetas, är alltför stor, vidgas det borrade hålets och det skurna spärets dimensioner. Av detta skäl måste under laserbearbetningen lasersträlen LB fokuseras på en liten fläck för uppnående av en effektiv besträlning genom laserstrålen LB med energidensitet. Laser- stràlens LB absorptionsfaktor med avseende på arbetsstyckets W yta varierar emellertid inom vida gränser beroende på arbets- styckets W yttemperatur och tillstånd.

Yttemperaturen är låg vid borrning, då arbetsstycket W först genomborras och därefter skäres, men vid skärningen ligger yttemperaturen vid en hög nivå som följd av den konti- nuerliga bestrålningen genom laserstrålen LB. Ytformen där laserstrålen LB träffar varierar även inom vida gränser, så att det föreligger en stor skillnad mellan formen vid tidpunk- ten för genomborrningen och formen vid tidpunkten för skär- ningen vad gäller absorptionsfaktorn för laserstrålen LB och de termiska verkningarna på delen.

En av de mest effektiva laserbearbetningsprocedurerna är därför att ändra laserstrålens LB fokusläge mellan tidpunkten för genomborrningen och tidpunkten för skärningen och att fortsätta med laserbearbetningen genom justering av fokus- lägena vid lämpliga punkter.

En förklaring skall ges med avseende på betingelserna vid mitten av genomborrningsoperationen. 457 508 8 Fig. 5 belyser schematiskt de fall, fokusläge 0 ändras från arbetsstyckets W yta som ligger djupare med ett belopp av ungefär leken D. då laserstrålens SO till ett läge. l/3 av plåttjock- I detta har fokuspositionen O inställts alltför nära Då sålunda bearbetningen fortsk fokuspositionen 0 träffar laserstrålen LB en föreskrivna till följd av reflekterat l betade ytan S1, ytan SO. rider djupare än annan del än den jus L1 från den bear- vilket leder till förstorad håldiameter.

Därnäst visas resultat av ett försö bearbetningsbetingelserna, inställes i olika lägen.

Fig.6a, 6b, k med avseende på då laserstrålens LB fokusposition 0 prov under genomborrningen genom förändring av fokuspositionen O. Vid detta experiment begagnades såsom a plattor av 6 mm tjocklek. rbetsstycke W stål- I fig. 6a inställdes fokuspositionen 0 till ett läge vid 4 mm djup från ytan, och ett hål av mer eller m ven diameter R (l mm) erhölls. vid detta tillfälle vid ett djup arbetsstyckets W yta.

I fig. 6b, 6c och 6d inställdes fokuspositionen O till djupen 1, 2 och 5,5 mm från ytan.I samtliga fall var diamet- rarna vid ytan så stora som 3 till 5 mm, diametrarna. indre föreskri- av 2/3 av plättjockleken från dvs en vidgning av På arbetsstyckets W baksida uppträdde alltför kraftiga grader till följd av smälta, vidhäftande ämnen.

Fig. 7a, 7b och 7c visar schematiskt experimentella prov, då fokuspositionen 0 förändras vid skärning. Samma arbets- stycke W som omnämnts ovan begagnades såsom pro I fig. 7a inställdes fokuspositionen 0 till ett djup av 2 mm från ytan, och det föreskrivna spåret erhölls i huvudsak. vid detta tillfälle placerades fokuspositionen 0 vid ett djup av 1/3 av plättjockleken från arbetsstyckets W yta.

I fig. 7b och 7c inställdes fokuspositionen till 0 mm respektive 4 mm djup från ytan. Nära frånsidan uppträdde strimmor och slagg i avsevärd omfattning. Vidare hade det skurna spåret vidgats.

Fokusposítionen 0 befann sig. 457 508 9 tion O vid ett djup av ungefär 2/3 av plâttjockleken från arbetsstyckets W övre yta SO för genomborrningsoperationen och vid ett djup av ungefär 1/3 av plåttjockleken från arbetsstyc- kets W övre yta vid skärningsoperationen.

Förutom att justera fokuspositionen 0 i enlighet med plåttjockleken för olika typer av arbetsstycken W näste sålunda laserstrålens fokusposition O justeras i enlighet med laserbearbetningsbetingelserna genom att det rörliga rör- elementet 61 med kondensorlinsen föres uppåt och nedåt med begagnande av rörelementsjusteringsmotorn 63 för erhållande av noggrannare laserbearbetning.

Den beskrivna utföringsformen av uppfinningen kan på många sätt modifieras och varieras inom ramen för denna.

Claims (7)

(457 sus 10 PATENTKRAV

1. Laserbearbetningsmaskin (l) innefattande en med laser- stråle skärande maskin (5) för fokusering av en laserstråle (LB) och en lasergenerator (3) för alstrande av en laserstråle (LB) och för tillförande av den alstrade laserstrålen till den med laserstråle skärande maskinen. av förbindningsorgan (75, k ä n n e t e c k n a d 77) för förbindning av den med laserstråle skärande maskinen (5) och lasergeneratorn (3) till en enhet, av att den med laserstråle skärande maskinen (5) innefattar ett första stativ (7) med en pelare (9 ) som uppbär en överliggande bom (llL varvid den överliggande bommen har ett spegelaggregat (59) och en kondensorlins, och av att lasergeneratorn (3) innefattar ett andra stativ (7 bär en laserresonator (73) för alstrande av en (LB), varvid förbindningsorganen (75, och andra stativen (7 och 71). l) som upp- laserstråle 77) förbinder de första

2. Laserbearbetningsmaskin enligt krav 1, t e c k n a d k ä n n e - av att förbindningsorganen innefattar ett första förbindningselement (75) som stadigt förbinder mot varandra stödjande ytor hos de första och andra stativen (7 och 71) med varandra och ett andra långsträckt förbindnings- element (77) som stadigt förbinder pelaren (9) och det andra stativet (71) med varandra. v

3. Laserbearbetningsmaskin enligt krav 1 eller 2, k ä n - n e t e c k n a d av en laserstråleutgång (83) för avgivning av en lasersträle (LB) från laserresonatorn (73), varvid laserstråleutgången (83) har en axel inriktad i linje med en axel till en i den överliggande bommen (ll) anordnad ledning (65) för att styra lasersträlen (LB), så att en laserstråle avges från laserreso- natorn till spegelaggregatet i en rak linje. (LB) som alstras i laserresonatorn (73) k ä n n e - att laserstråleutgången (83) är horisontellt

4. Laserbearbetningsmaskin enligt'krav 3, t e c k n a d av anordnad. 457 508 ll

5. Laserbearbetningsmaskin enligt något eller några av kraven 1-4, k ä n n e t e c k n a d av ett horisontaljuste- ringsorgan (87) för laserresonatorn (73) och förbundet med det andra stativet (71) för justering i sidled av laserresonatorn (73) i förhållande till den med laserstråle skärande maskinen (5).

6. Laserbearbetningsmaskin enligt krav 5, k ä n n e - t e c k n a d av att horisontaljusteringsorganet (87) för laserresonatorn är avpassat att justera laserresonatorn (73) i inbördes vinkelräta Y- och X-axelriktningar i förhållande till det första stativet (7).

7. Laserbearbetningsmaskin enligt krav 6, k ä n n e ~ t e c k n a d av att horisontaljusteringsorganet (87) för laserresonatorn (73) innefattar ett X-axeljusteringselement (89) i gängingrepp med sidoplattor hos det andra stativet (71) och ett Y-axeljusteríngselement (91) i gängingrepp med änd- plattor hos det andra stativet (71).