Разработка и проектирование специализированного оборудования и технологии лазерного легирования (стр. 2 из 3)

2.1 Расчет режимов обработки

В данном расчете проводится сравнение технологических показателей:

Мощность источника излучения, скорость обработки, время обработки, диаметр пятна. Для того чтобы пролегировать материал на глубину 0,2 мм вполне достаточно плотности мощности q=5*10⁸ Вт/м².

L_t= (4at)^0,5 ,где a=22,7*10^-6 м²/с

Определим время воздействия:

T_возд= (0,2*10^-3)²/4*22,7*10^-6=0,4 мс

L_t=(4*7,9*10^-6*2,5*10^-3)^0,5=2,3*10^-4м

Определим диаметр пятна:

R_п=5L_t=1 мм ; d=2 мм

Находим мощность:

P=q*S_n=5*10⁸*3,14*1*10^-6=15,7*10²=1570 Вт

Рассчитаем энергию:

W=P*t=1570*0,4*10^-3 = 0.628 Дж

Находим скорость обработки:

V_обр=f*d*0,6=20*2*10^-3*0,6=0,024 м/с

2.2 Расчет штучного времени

1)T_шт=T_осн+T_всп

S_{обр пов} =П(R+r)l =3,14*(22,5+15)*43,65=5139,68 мм²

S_пятна= ПR²=3,14*1=3,14 мм²

2) N_имп= 5139,68/3,14*0,6=1640 ,где 0,6 коэффициент перекрытия

T_осн=1640/20 = 82 с

Расчет вспомогательного времени:

T_всп=T_осн=82 с

T_шт=164 с

2.2 Выбор лазерного технологического комплекса .

Выбор основывается на выборе необходимых технологических

характеристик, таких как мощность лазерного излучения, диаметр пятна излучения, энергия в импульсе, частота следования импульса,

позволяющих произвести процесс ТО изделия.

Универсальные лазерные установки серии LRS предназначены для выполнения технологических операций лазерной сварки, наплавки, поверхностного термоупрочнения. Отличительной особенностью лазерной обработки является высокая скорость нагрева металла в сочетании с локальностью воздействия лазерного луча. Благодаря этому сварка происходит с нагревом деталей только в зоне воздействия лазера, исключая таким образом возможность термических искажений геометрии свариваемых изделий.

Широкий диапазон изменения выходных параметров излучения лазера создает возможности использования установок для работы с изделиями, изготовленными как из конструкционных сталей, так и из цветных металлов и сплавов с максимальными размерами 300х200х100 мм и весом до 100 кг.

Установки серии LRS включают в себя лазерный излучатель с системой фокусировки и наблюдения, источник питания с блоком охлаждения лазера, ручной двухкоординатный стол и пульт управления. Возможность плавного вертикального перемещения излучателя лазера по высоте в сочетании с трехкоординатным перемещением обрабатываемых деталей расширяет инструментальную зону обработки, создает дополнительные удобства для работы оператора и обеспечивает оперативность технологической перенастройки машины для работы с новыми изделиями.

Наличие в составе установки оптической контрольно-фокусирующей системы со стереоскопическим микроскопом позволяет производить точное совмещение места сварки с центром лазерного луча и контролировать выполнение технологических операций. Система наблюдения, в соответствии с медицинскими требованиями, оснащена оптическим фильтром, отрезающим лазерное излучение и устройством защиты глаз оператора от вспышки в момент сварки, что обеспечивает полную безопасность работ.

Характеристики LRS

Таблица 4

Модель		LRS-100	LRS-150	LRS-200
Длина волны изучения, мкм		1,06
Режим работы		Импульсно - периодический
Энергия импульса излучения, Дж		до 40	до 60	до 80
Длительность импульса излучения, мс		0.2 - 20
Частота следования импульсов излучения, Гц		От 0.5 до 20
Средняя мощность излучения, Вт		до 100	до 150	до 200
Пиковая мощность излучения, кВт		4	6	8
Диаметр сфокусированного пучка, регулируемый, мм		От 0.3 до 2.0
Расходимость, м.рад		меньше 10
Диапазон перемещения стола:	Стола X-Y, мм Излучателя Z1,мм Детали Z2,мм	100х150 200 300
Размеры оперативной зоны, мм		10
Точность позиционирования, мкм		±20
Габариты, мм		450х850х1100

Рис.3

2.4 Выбор устройства вращения

В качестве устройства вращения заготовки выберем необходимое оборудование , для этого рассчитаем частоты оборотов необходимых для обработки:

N=V_обр/2ПR=0,04/6,28*28*10^-3=0,73 об/мин

Где V_обр- скорость обработки, R радиус обрабатываемой поверхности.

Автоматизированный привод вращения фирмы ООО "ОКБ "БУЛАТ"

Рис. 4

Данный тип поворотного устройства идеально подходит для нашей технологической задачи, так как представляет из себя более новую модель, позволяющую выставлять нужных угол для обработки поверхности.

Также устройство может быть также использовано для различных случаев применения как самостоятельный поворотный механизм высокой точности с компьютерным управлением.

Автоматическое устройство вращения включает в себя поворотный механизм с кулачковым патроном, шаговый двигатель, систему управления с интерфейсом пользователя, разъем питания и синхронизации. Конструкцией устройства предусмотрена возможность изменения угла наклона оси вращения от 0 до 90°.

Интерфейс управления устройством вращения состоит из устройства отображения информации (знакосинтезирующий двухстрочный дисплей) и устройства ввода информации (поворотный энкодер с функцией кнопки). Интерфейс позволяет оператору задать необходимые для выполнения работы параметры:

· диаметр детали,

· выбор начальной точки шва,

· параметры точек прихвата и режимов выполнения операции прихвата,

· расстояние между импульсами лазера (перекрытие),

· частоту повторения импульсов лазера,

· угол поворота в режиме выполнения сварки,

· задание времени включения подачи вспомогательного газа,

и после этого выполнить в соответствии с заданными параметрами технологическую операцию в режиме сварки. После выполнения сварочного шва на заданный угол, система вернет патрон в исходное положение и перейдет в ожидание команды повтора.

Основные параметры приведены в таблице 5.

Таблица 5

Характеристики вращателя:

Минимальный шаг поворота

30"

Диапазон скоростей вращения

0 – 6,5 об./мин.

Диаметр проходного отверстия

20 мм

Диаметры зажимаемых деталей

2 – 80 мм

Напряжение питания

24 В

Вес

10 кг

Габаритные размеры

350*200*190 мм

В патрон вращателя зажимается цанга, на которую робот автоматически будет вставлять и вынимать заготовку. В продаже имеется ряд различных видов и конфигураций цанг.

Рис.5

Цанговый патрон в комплекте с семью цангами 6 / 8 / 10 / 12 / 16 / 20 / 25 мм и зажимным ключом в пластиковом кофре.
Предназначен для использования с фрезерными станками.
Рекомендуется как дополнительная комплектация для станков Opti F25/F30/F40/F45.

Цанговый патрон Морзе 4 / М16 / ER32 с комплектом цанг 7 шт. 6-25 мм

2.5 Выбор бункерно-ориентирующего устройства

В данном курсовом проекте для ориентирования и подачи заготовок, используем вибрационное загрузочное устройство, а именно вибробункер.

Вибрационные устройства просты по конструкции , надежны по эксплуатации и просты в регулировке. Отсутствие в них движущихся захватно- ориентирующих органов исключает заклинивание заготовок, в связи с чем исключается необходимость в дополнительных предохранительных механизмах.

Равномерная постоянная скорость движения деталей по лотку создает благоприятные условия для осуществления ориентации сложных деталей.

Учитывая размеры заготовки, выберем бункер БВ 800 (рис.5) Чаша бункера установлена на несущем диске , к которому посредством скоб крепятся или радиально расположенных стержня квадратного или круглого сечения. Внизу к плите на скобах укреплены такие же торсионные стержни. Торсионы и соединяются вместе посредством шатунов. Возбуждающие импульсы от электромагнитного вибратора, передаются на торсионы , которые скручиваясь на определенный угол, позволяют совершать чаше необходимые колебания.

Данная интересна тем, что позволяет легко и просто производить настройку бункера на нужную частоту.

Так как жесткость колебательной системы зависит от длины торсионов, то изменяя её перестановкой шатунов, можно менять частоту собственных колебаний бункера.

Помимо удобства регулировки и сборки такое исполнение бункера является достаточно простым и надежным в эксплуатации, так как обеспечивает жесткое крепление пружинящих элементов.

Рис.6

Таблица 8

Далее деталь будет скатываться по желобу на ровную поверхность

2.6 Выбор робота

В качестве устройства загрузки- выгрузки , для уменьшения вспомогательного времени , на установку детали будем применять промышленного робота.