Установка для пробивки отверстий лазерным лучом

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик 1 и 965677(53) УДК 621,791. 72 03(088 8) ло делам езебретемкй и еткрмтий(72) Авторы изобретения В, П. Котляров иВ. С. Коваленко Киевский ордена, Ленина политехнический институт им. 50:летйя Великой Октябрьской социалистической революцииИзобретение относится к обработке материалов лазерным лучом, в частности к оборудованию для пробивки в них отверстий;Известна установка для пробивки отверстий лазерным лучом, содержащая оптический квантовый генератор, фокусирующую линзу, устройство для измерения текущего размера пробиваемого отверстия, и блок управления энергией лазерных импульсов в зависимости от уровня сигнала, поступающего от измерительного устройства 11.Недостатком установки является ее сложность.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является установка для пробивки отверстий лазерным лучом, содержащая оптический квантовый генератор с блоком питания, фокусирующую линзу, установленную с возможностью перемещения вдоль оптической оси луча, рабочий стол для закрепления обрабатываемой детали, выполненный в виде открытой емкости, соединенной с газовой магистралью, и датчик давления газа, подключенный к блоку питания генератора 2. Недостатком установки является невысокая точность обработки.Цель изобретения - повышение точности обработки.Поставленная цель достигается тем, что установка для пробивки отверстий лазерным лучом, содержащая оптический квантовый генератор с блоком питания, фокусирующую линзу, установленную с возможностью перемещения вдоль оптической оси луча, рабочий стол для закрепления обрабатываемой детали, выполненный в виде открытой емкости, соединенной с газовой магистралью, и датчик давления газа, подключенный к блоку питания генератора, снабжена механизмом для изменения положения фокуса лазерного луча по толщине детали в процессе обработки, соединенным с газовой магистралью. Механизм для изменения положения фокуса луча может быть выполнен в виде пневмоцилиндра с подпружиненным поршнем, шток которого соединен с фокусирующей линзой. Или в виде двух пружин, одна из которых установлена на дне емкости,а другая закреплена на открытом конце этой емкости,димую для увеличения диаметра отверстияна дд величину смещения фокуса определяют по соотношению д=1 - ,0где 1 - фокусное расстояние линзы;Р - диаметр лазерного луча до фокусирующей линзы.По этой величине по давлению Р, весуОи размерам движущихся элементов рассчитывают силовую характеристику пружины,установленной в пневмоцилиндре и ее жесткость.Каждое последующее увеличение диаметра отВерстия при воздействии лазерныхимпульсов вызывает постоянное смещениелинзы и ее фокуса, причем по мере приближения к заданному размеру уменьшаютсяперепады давления и величины смещения,чем обеспечивается достижение высокой20точности обработки. При получении отверстия заданного размера давление в пневматической системе уменьшается до величины,на которую настроен датчик 8 давления, онсрабатывает, отключая блок 2 питания генератора 1, тем самым прекращая процесс25 обработки.Установка с механизмом для измененияположения фокуса лазерного луча работаетследующим образом.Обрабатываемую деталь 6 устанавливают на столе 5 на уплотнение 14 из упругогоматериала и пружину 12. На деталь 6 в своюочередь устанавливают вторую пружину 13,и крышкой пружины 12 и 13 и уплотнение 14сжимают до заранее определенных значений деформаций. При подаче в магистраль 7сжатого газа под давлением Р деталь 6смещается на некоторую величину, сжимаяпружину 13, пока не уравновесятся действуюшие на деталь с обеих сторон реакции упругих элементов и давление газа. При этомимеет место равенство40 +г 4+Р 8где Г 2, Г, - реакция, соответственно пружины 12 и 13;Г, - реакция уплотнения 14;5 - площадь сечения обрабатываемой детали 6.Луч 4 линзой 3 фокусируют на поверхности детали 6, включают блок 2 питаниягенератора 1 и производят обработку отверстий диаметромд = Р/ГЬ,50 где Р - диаметр лазерного луча до фокусирующей линзы 3;Г - фокусное расстояние линзы 3;1 - толщина детали 6.Через образовавшееся отверстие истекаетгаз, оказывая на него калибрующее воздействие. В результате этого в полости стола 5под деталью в соответствии с пневматической характеристикой системы, определяемойуровнем давления Р, соотношением диамет 965677На фиг. 1 и 2 изображены схемы установки с вариантом выполнения механизмов для изменения положения фокуса лазерного луча,Установка содержит оптический квантовый генератор 1 с блоком 2 питания, фокусирующую линзу 3, установленную с 5 возможностью перемещения вдоль оптической оси луча 4, рабочий стол 5 для закрепления обрабатываемой детали 6, выполненной в виде открытой емкости, соединенной с газовой магистралью 7, датчик 8 давления газа, подключенный к блоку 2 питания генератора 1. Установка снабжена также механизмом для изменения положения фокуса лазерного луча 4 по толщине детали 6 в процессе обработки, соединенным с газовой магистралью 7.Механизм для изменения положения фокуса луча 4 может быть выполнен в виде пневмоцилиндра 9 с подпружиненным поршнем 10, шток 11 которого соединен с фокусирующей линзой 3 (фиг. 1). Этот механизм может быть выполнен в виде двух пружин 12 и 13, одна - 12 из которых установлена на дне емкости 5, а другая - 13 закреплена на открытом конце этой емкости (фиг. 2).Установка работает следующим образом.Обрабатываемую деталь 6 устанавливают на рабочем столе 5, прижимают ее крышкой к уплотнению 14 для герметизации стола 5 под деталью 6 и через входное отверстие диаметром дподают в магистраль 7 сжатый газ под давлением Р, При этом срабатывает датчик 8 давления, соединенный с блоком 2 питания генератора 1 излучения. Сжатый газ, поступая в полость над поршнем 10 пневмоцилиндра 9, перемещает поршень 10 и связанную с его штоком 11 фокусирующую линзу 3, сжимая при этом пружину 15, Пружины, размеры пневмоцилиндра и давление Р газа в магистрали подбирают такими, чтобы обеспечить начальное положение фокуса луча 4 на поверхности детали 6. Затем включают блок 2 питания генератора 1 и лазерные импульсы определенного уровня энергии подаются на обрабатываемую деталь 6. Одним или несколькими импульсами прошивают отверстие, диаметр которого несколько меньше заданного значения. При получении сквозного отверстия через него из полости повышенного давления проходит газ, оказывая калибрующее действие. Давление в системе падает на величину ьР, определяемую пневматической характеристикой системы, параметры которой определяются диаметром пробиваемого отверстия, диаметром входного отверстия магистрали 7 и давлением газа в системе, При этом под действием пружины из-за уменьшения давления газа в пневмоцилиндре 9 перемещается поршень 10 и соединенная с ним фокусирующая линза 3, изменяя положение фокуса лазерного луча 4 так, чтобы очередные импульсы увеличивали диаметр пробиваемого отверстия. Необхоров обрабатываемого отверстия с 1 и входного диаметра дох магистрали 7, устанавливается давление, меньшее Р на величину дР. Баланс сил, действующих на деталь 6 и определяющих ее положение относительно фокуса луча 4, нарушается (при расчете пренеб- ь регают изменением площади детали и деталь смещается относительно фокуса на величину А. Последующие импульсы лазерного излучения увеличивают размер отверстия на величину дс 1.дс 1 = дВ 710Это вызывает дальнейшее уменьшение давления в камере и новое смещение детали 6 относительно фокуса луча 4. Очередные импульсы увеличивают размер отверстия, постепенно приближая его к заданному значению, что соответствует установлению определенного давления в полости под деталью, на которое настроен датчик 8. При его срабатывании выключается блок 2 питания генератора 1, прекращая его работу по достижении необходимых размеров отверстия. Этим обеспечивают получение отверстий с высокой воспроизводимостью.Установка позволяет повысить точность обработки отверстий за счет обеспечения возможности дополнительного калибрования диаметра отверстия лазерным лучом.Формула изобретения1. Установка для пробивки отверстий лазерным лучом, содержащая оптический квантовый генератор с блоком питания, фокусирующую линзу, установленную с возможностью перемещения вдоль оптической оси луча, рабочий стол для закрепления обрабатываемой детали, выполненной в виде открытой емкости, соединенной с газовой магистралью, и датчик давления газа, подключенный к блоку питания генератора, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности обработки, она снабжена механизмом для изменения положения фокуса лазерного луча по толщине детали в процессе обработки, соединенным с газовой магистралью.2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что механизм для изменения положения фокуса луча выполнен в виде пневмоцилиндра с подпружиненным поршнем, шток которого соединен с фокусирующей линзой.3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что механизм для изменения положения фокуса луча выполнен в виде двух пружин, одна из которых установлена на дне емкости, а другая закреплена на открытом конце этой емкости.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Патент Швейцарии572798,кл, В 23 К 26/00, 27.12,76.2. Суминов В. М. и др. Обработка деталей лучом лазера. М., Машиностроение,1969, рис. 108, с. 165 (прототип).Редактор Г. ГербЗаказ 7186/16В ИИПИ Гпо дел 5, Моск ППП П Составитель В. МельТехред И. ВересТираж 1153рственного ко митезобретений и откр- 35, Раушская, г. Ужгород, ул Корректор АПодписноета СССРытийаб д. 4/5Проектная, 4 ферен