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      包括可以被單軸元件連接的等離子體和/或激光加工頭的用于工件熱加工的系統(tǒng)的制作方法

      文檔序號:3168008閱讀:197來源:國知局
      專利名稱:包括可以被單軸元件連接的等離子體和/或激光加工頭的用于工件熱加工的系統(tǒng)的制作方法
      技術領域
      本發(fā)明涉及一種用于工件熱加工的系統(tǒng)。就此而言,工件可以通過等離子體射流或激光束進行加工。本發(fā)明被優(yōu)選地用于分離加工,即用于切割,還可用于焊接工件。
      背景技術
      使用等離子體的加工非常高效,金屬工件,例如厚度范圍為Imm至60mm的結構鋼, 厚度范圍為Imm至160mm的鋁鋼和鉻鎳鋼,可以經(jīng)濟的被分割。就此而言,通過電弧將等離子體直接作用于工件進行加工,這會產(chǎn)生高熱量以及電導性氣體,并從一個噴嘴噴出。通過熱能和動能熔化材料而且將其從形成的割縫中驅走。最近,層的質量能夠得到相當?shù)母纳啤?只是考慮到的花絲的輪廓,也就是考慮到的具有小直徑的給進軸方向的大變化,出現(xiàn)問題。 因此在使用等離子體切割時,半徑小于5mm的孔或者小于工件厚度1. 5倍的孔則不能實現(xiàn)高質量的切割。在較小的工件厚度范圍(< IOmm)內進行切割時,使用激光輻射工藝可以達到一個更好的切割質量??梢孕纬删哂行“霃降妮^小切口和銳邊。對具有較大厚度工件的切割, 則效率不高,而且不能夠對一些厚度為厘米以上的工件進行處理。進行切割時,使用等離子體加工厚度為5mm以上的工件,成本較低速度較快,且通常切割質量較高。隨著生產(chǎn)中引入光纖激光器,大大簡化了光束導向,其中激光輻射是通過光波導來導向的。等離子體技術和激光技術兩種技術中每種技術都可以與CNC控制的導向系統(tǒng), 如坐標導向系統(tǒng),或工業(yè)機器人相結合,以自動化的形式使用。就此而言,如果兩種處理方法必須應用到一個工件上,在處理過程中,必然提高工廠的加工工作量和/或分別在不同的工廠對工件進行夾持處理。因此在這一點上,本發(fā)明的目的是使得工件的熱加工過程更為靈活且不太昂貴。

      發(fā)明內容
      根據(jù)本發(fā)明,此目的是通過具有權利要求1的技術特征的系統(tǒng)實現(xiàn)的。使用其從屬權利要求的特征可以實現(xiàn)更佳實施例以及進一步地開發(fā)。本發(fā)明能使用自身公知的技術元件,但是在一定程度上進行了修改。使用的等離子體加工頭和激光加工頭的基本結構可以和現(xiàn)有技術中使用的基本結構相同。在這一方面,尤其是對于激光加工頭,在應用中還要考慮適應性,它們是否能被用于焊接或切割,因為對于切割來說必須要提供切割氣體/加工氣體,這是由于切割需要通過噴嘴將氣體噴射在工件上以將熔融的材料從割縫中驅走。然而,在操作等離子體加工頭時也需要加工氣體。因此在本發(fā)明中使用了兩個組分的共用的通道,此通道連至兩個組分的可共同使用的氣體供應源。
      根據(jù)本發(fā)明的一種系統(tǒng),在這一個方面被設計為激光加工頭和等離子體加工頭可以被單軸元件連接。在這一方面,優(yōu)選地,在此軸元件中存在至少一個通向等離子加工頭內部電極的用于供給電流的導電元件、激光輻射的光波導和用于供給加工氣體的供給管。在被固定到此軸組件的狀態(tài)下,在每個實施例中它們都可以連通或連接至等離子體加工頭和激光加工頭中的附加連接件或者附加組件。在這一個方面,導電元件或供給管被連接到電流供給源或加工氣體供給源,光波導被連接到激光源。軸元件可以被固定到導向系統(tǒng),例如現(xiàn)有技術中已知的導向系統(tǒng)。軸元件被設計為可以使等離子體加工頭和激光加工頭固定在其上面,但可以簡單而快捷的對不同的加工頭進行更換。這可以通過合適的快速更換配件來實現(xiàn)。因此在加工中或者當磨損發(fā)生時,可以實現(xiàn)簡單而快捷的更換。除了共同的導向系統(tǒng),單獨的工件夾緊裝置,然而也可以使用其他的接觸組件,如尤其是根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中具有的或者可以具有的兩種加工方式均可以使用的氣體供應源或者也可是附加的冷卻系統(tǒng)。在這一方面,冷卻系統(tǒng)可以設計為僅僅對使用等離子體或使用激光輻射的加工進行冷卻。優(yōu)選地,為等離子體的加工進行冷卻。在這一方面,可以相應的來設計軸元件和不同的加工頭,使得冷卻劑僅能夠流入這兩個不同加工頭中的一個加工頭,并從其返回。需要具有較小功率的激光源,因為當要求較高功率時,它也能夠與等離子體一起工作。使用本發(fā)明可以對大多數(shù)具有不同厚度的各種材料和工件進行處理。由于采用兩種不同的加工方式的優(yōu)點,降低了工廠工程的成本并提高了生產(chǎn)效率。此處還可以對加工氣體源進行設計使得可以提供第二氣體。


      接下來結合一些示例對本發(fā)明進行更詳細地說明。此處示出了圖1以圖示的形式示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)一個示例的結構;圖2為無冷卻系統(tǒng)的軸元件、等離子體加工頭和的激光加工頭的可選實例;圖3為有冷卻系統(tǒng)的軸元件、等離子體加工頭和激光加工頭的可選實例;圖4以圖示的形式示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)更進一步示例的結構;圖5以圖示的形式示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)更進一步示例的結構;圖6以圖示的形式示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)更進一步示例的結構;圖7以圖示的形式示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)更進一步示例的結構;和圖8以圖示的形式示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)更進一步示例的結構。
      具體實施例方式圖1通過圖示形式示出根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的一個簡單的示例,此示例中的系統(tǒng)無附加的冷卻系統(tǒng)。在這一方面,等離子體源10. 1和作為激光源10. 2的光纖激光器被連接到電力供應源(電力網(wǎng))。軸元件20通過導電元件30. 1連接到等離子體源10. 1,其中通過等離子體源10. 1向等離子體加工頭21中的電極(未示出)供電。射出的激光輻射通過光波導
      430. 2到達軸元件20。加工氣體通過管道30. 3由氣體控制器40進行供給。共用軟管或管道包30可以由管道30. 1、30. 2和30. 3組成。等離子體加工頭21或激光加工頭22可以選擇地被固定到軸元件20上。在這一方面,在以這種方式設計的系統(tǒng)中,加工氣體控制和加工氣體管理系統(tǒng)可以在兩種加工方式中共用。只需要考慮各自所需的加工氣體壓力和加工氣體的體積流。圖2展示了例如可用于根據(jù)圖1的系統(tǒng)中或無冷卻系統(tǒng)的一種系統(tǒng)中的軸元件 20、等離子體加工頭21和激光加工頭22的可能的實施例。在這一方面,圖中上邊部分重復示出上述三個組件20、21和22。在中間部分示出標注有Z的示圖,分別為從軸元件20的下面和側面方向的示圖,其中在這個側面將等離子體加工頭21和激光加工頭22固定到軸元件20上。用于激光輻射的光波導20. 2通過中間縱軸被導引。另外,通過軸元件20形成了通到加工頭21和22的等離子體操作所用電流的導電元件20. 1和加工氣體的供給管20. 3。左下角和右下角的視圖中示出了兩個加工頭21和22的側面,其中在這個側面他們被連接到軸元件20。在這個方面,光波導22. 2和供給管21. 1、21.3被設置和校準以確保恰當?shù)倪B接關系,而且各個介質可以通過他們傳導到各自的加工頭21或22。圖3所示的實施例和圖2所示的相似。然而,圖3示出了被修改的加工頭21和22 以及被修改的軸元件20,因為此處提供了一個附加的冷卻系統(tǒng),他們也可以應用到后面的圖6和圖8所示的系統(tǒng)中。相同的組件使用相同的附圖標記。在本示例中,圖中間部分示出的軸元件20中具有供給管20. 4和返回管20. 5,用于使冷卻劑通過軸元件20導入各個加工頭21或22,并返回到冷卻系統(tǒng)50中,其中優(yōu)選地,冷卻系統(tǒng)50被設計為返回式冷卻系統(tǒng)。通過冷卻可以減少操作中的磨損。供給管20. 4可以接通到等離子體加工頭21的冷卻劑管道21. 4或者接通到激光加工頭22的冷卻劑管道22. 4,返回管20. 5接通到各自固定到軸元件20的各個加工頭21 或22的冷卻管道21. 5或22. 5。還可以這樣形成和關聯(lián)用于電流的導電元件20. 1,21. 1,使得電流可以在冷卻劑所使用的通道或者在供給管或者在返回管20. 4,21. 4,20. 5或21. 5中傳導,并且通過此操作對其冷卻。與沒有對電導體進行冷卻的情況相比,在流過相似電流的條件下,通過冷卻可以使用橫截面更小的電導體。兩個加工頭21和22的進一步實施例沒有示出,他們可以是通常的設計。也就是說,電極和噴嘴可以相應地設置在或存在于等離子體加工頭21上。在激光加工頭22上,具有一個聚焦于工件或形成導向工件的激光束的光學組件。 如果要在工件上執(zhí)行切割操作,則此激光加工頭22上還設有切割噴嘴。根據(jù)本發(fā)明的一種系統(tǒng)還可以被進一步地變化,以便于同時可以自動檢測固定在軸元件20的加工頭21或22的類型,可以在加工過程的控制或調整中考慮到此因素,這樣可防止錯誤操作的發(fā)生。為了達到這個目的,在軸元件20和/或不同加工頭21或22上設置感應器。這個用于識別的感應器連接到電控制,使得可以根據(jù)要執(zhí)行的各個加工程序執(zhí)行自動、安全的操作。例如感應器可以是開關觸點。在一個簡單的實施例中,可借此將共用電源10從等離子體源10. 1切換到激光源10. 2,或反之亦然。
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      圖4中示出的示例與圖1的示例的不同之處僅僅在于等離子體源10. 1和激光源 10. 2共同連接到電源10,該電源10可以影響功率。圖5示出的示例中,等離子體源10. 1、 激光源10. 2和電源10形成一個集成單元。使用共用電源10或共用能量供給也不昂貴,因此具有優(yōu)勢。圖6至圖8的示例中具有附加的冷卻系統(tǒng)50,冷卻系統(tǒng)50具有供給管30. 4和返回管30. 5用于將冷卻劑供給到軸元件20的加工頭21和22,并從那里返回到冷卻系統(tǒng)50。 除了具有管道30. 4和30. 5的附加的冷卻系統(tǒng)50,根據(jù)圖6的示例與圖4中示例相對應。 類似地,圖1的示例與圖7的示例相對應,無冷卻系統(tǒng)的圖5的示例與圖8的示例相對應。
      權利要求
      1.一種采用等離子體射流和/或激光束進行工件熱加工的系統(tǒng),其中激光加工頭02) 和等離子體加工頭可以被連接到單軸元件00)。
      2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng),其特征在于,在所述軸元件OO)中具有至少一個用于將電流連通至所述等離子體加工頭中的電極的導電元件OO. 1)、用于激光輻射的光波導00. 和用于加工氣體的供給管(20. 3),而且在固定到所述軸元件OO)的情況下, 所述用于將電流連通至所述等離子體加工頭中的電極的導電元件OO. 1)、所述激光輻射的光波導OO. 2)和所述用于加工氣體的供給管OO. 3)分別連通或連接至存在于所述等離子體加工頭和激光加工頭0 中的附加連接件或附加組件1、21. 3、22. 2和 22. 3);其中所述導電元件和供給管OO. 1和20. 3)分別連接到提供電流(30. 1)的電源和提供加工氣體(30. 3)的供給源,光波導OO. 2)連接到激光源(30. 2)。
      3.根據(jù)權利要求1或2所述的系統(tǒng),其特征在于,所述等離子體加工頭和所述激光加工頭0 可通過至少一個快速更換配件固定在所述軸元件OO)上。
      4.根據(jù)上述任一項權利要求所述的系統(tǒng),其特征在于,由所述激光源(10. 發(fā)射的激光輻射可以通過所述光波導發(fā)送。
      5.根據(jù)上述任一項權利要求所述的系統(tǒng),其特征在于,所述激光源(10. 為光纖激光ο
      6.根據(jù)上述任一項權利要求中所述的系統(tǒng),其特征在于,所述等離子體加工頭02)和所述激光加工頭為工件的分割處理而設計。
      7.根據(jù)上述任一項權利要求所述的系統(tǒng),其特征在于,所述等離子體加工頭02)和所述激光加工頭為工件的焊接而設計。
      8.根據(jù)上述任一項權利要求所述的系統(tǒng),其特征在于,用于冷卻劑的供給管OO.4)和返回管00. 穿過所述軸元件OO)并能夠連接到激光加工頭0 和/或等離子加工頭 (21)中的冷卻劑管道4,21. 5和/或22. 4和22. 5)。
      9.根據(jù)權利要求6所述的系統(tǒng),其特征在于,用于將電流連通至所述等離子體加工頭 (21)的電極的一個/多個導線被設置于所述軸元件OO)的冷卻劑供給管OO. 4)或返回管 (20. 5)內和所述等離子體加工頭的冷卻管道4或21. 5)內。
      10.根據(jù)上述任一項權利要求所述的系統(tǒng),其特征在于,所述軸元件OO)和/或等離子體加工頭和激光加工頭0 具有感應器,所述感應器連接到電子控制器用于固定在所述軸元件OO)上的各個加工頭(21或22)的識別。
      全文摘要
      本發(fā)明涉及一種用于工件熱加工的系統(tǒng)。就此而言,可以通過等離子體噴射或激光束對工件進行加工處理。本發(fā)明的目的是在這一方面使得工件的熱加工能夠更加靈活而且不太昂貴。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng),激光加工頭(22)和等離子體加工頭(21)可以被單軸元件(20)連接。
      文檔編號B23K10/00GK102202829SQ200980142119
      公開日2011年9月28日 申請日期2009年10月23日 優(yōu)先權日2008年10月25日
      發(fā)明者F·勞里施, V·克林克, 弗里德-威廉·巴赫, 托馬斯·呂梅納普 申請人:謝爾貝格芬斯特瓦爾德等離機械有限公司
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