专利名称：筛管的激光割缝机的制作方法
技术领域：
本实用新型属于激光加工机床，它涉及一种用激光工艺的割缝机床的结构。
筛管是用在油井、气井中完井或防砂的地下管道，它应具有生产率高即过流面积大，还要有防止砂粒通过的性能，因此对在管子上所作出缝隙的尺寸、分布情况和缝隙的断面形状都有严格的要求。早期的筛管采用绕丝的结构，将不锈钢筋均布成圆管形，在上边按一定间隙缠绕不锈钢丝并焊接固定，形成筛状圆管。这种筛管用于侧钻井，水平井时极易产生“乱丝”现象，使防砂失败，不能满足油田气田的要求。近年来又出现了一种新型筛管，即在钢管管体上按一定的分布规律割出细缝，以这种形式可以代替过去的绕丝筛管，它的质量稳定性有很大改善，但它在加工工艺和设备上还受到很大限制。目前常见的加工方法用薄的陶瓷刀片来切割，它存在着生产效率低、成本高及污染环境的问题，且只能切割直线缝隙，在批量生产中存在着较大问题。经实践和研究发现曲线缝比直线缝有更大的过流面积，在油气田的使用中能提高产量；另外，缝隙断面为梯形的，有明显的自洁作用，即管子外表面的缝宽小于管子内表面的宽度，它不会被砂粒堵死而降低生产率。前述的曲线型缝是片状刀片根本作不出来的，梯形缝的加工受尺寸限制用片状刀加工也极为困难。随着工业技术的发展，激光加工机床的种类很多，但用于切割加工曲线型或梯形缝筛管的专用激光加工机床还没有见到。
本实用新型的目的是为了克服使用陶瓷刀片加工筛管工艺和设备上的不足及通用的激光加工机床加工大量长管的筛缝难度极大的问题特提出一种能加工曲线缝和梯形截面缝的筛管的激光割缝机，它采用了先进的激光工艺，具有质好生产率高的特点。
按如上构思，本方案所提出的能加工出截面为梯形或曲线、折线缝筛管的激光割缝机，它是由激光器、光学切割头、工作台、用计算机和软件控制各种关联运动和激光参数的控制台所组成，其具体的特征是它的激光器内装带脉冲功能的CO2激光发生器，或高重复频率高平均功率的YAG激光发生器；它的光学切割头是具有三个平动一个转动共四处自由度的传递激光光束的部件，它由反射镜K、L、M、聚焦镜N、高度传感器O、横向传感器P所组成，其中光学切割头B相对激光器可作Y向平动，反光镜L、M和聚焦镜N的部分I相对反光镜K可作Z向平动，反射镜M和聚焦镜N的部分II相对反射镜L可作X向平动，聚焦镜N的中心线相对于反射镜L、M的光轴线可作转动，各向平动都是用滚球导轨支撑、滚珠丝杠传动、步进电机或伺服电机驱动的，转动运动是由步进电机或伺服电机驱动的，高度传感器和横向传感器均采用机床编码器；它的工作台是一个为工件提供进给运动的床身部件，它包括基座、床面、驱动齿轮、齿条和液压马达，它的驱动齿轮是由液压马达驱动的，在床面上装有前后两个旋转头支架，在支架上装有可夹紧工件的旋转头，旋转头用步进电机或伺服电机驱动，在旋转头支架中通过固定支架夹持一个比工件略长的集渣器，在支架上还接出一个排热管，排热管另一端接引风机。
本方案中的光学切割头中的三个反射镜之间光线传递的光路转折均为90°，其聚焦镜的转动范围为±35°。该方案中集渣器是一个半圆弧形的长板，安装时凹面向上。
采用本方案能体现如下的优越性①本机床工作时各种关联运动是由控制台上的计算机及软件进行程序控制，使各自由度的运动和机床进给运动相结合，可形成复杂的合成运动，能加工出梯形缝、曲线缝、折线缝，这些对陶瓷刀片机械加工来说都是力所不及的；②激光加工筛管的缝隙表面质量好；③它加工的速度快，生产率高，运转成本低，因此筛管的售价低；④适于大批量生产筛管使用。
图1、图2是本方案激光的筛管割缝机主要工作部件激光器和光学切割头的示意图。图2是图1的侧视图。
图3、图4是工作台的结构示意图。图4是图3的侧视图。
图5是曲线缝的示意图。
图6是折线缝的示意图。
图7、图8是梯形缝的加工示意图。
现结合
本方案的实施例。该方案是一个加工筛管的专用机床。它的激光器(A)内装CO2激光发生器或YAG固体激光发生器，可采用型号很多，如PRC2200、RS2000SM、RS1000P、或CW020等。它的光学切割头(B)内部装有反射镜(K)、(L)、(M)、聚焦镜(N)、高度传感器(O)、横向传感器(P)，该光学切割头相对激光器可作Y向平动，反射镜(L)、(M)和聚焦镜(N)组成的部分I相对反射镜(K)可作Z向平动，反射镜(M)和聚光镜(N)组成的部分II相对反射镜(L)可作X向平动，聚焦镜(N)相对反射镜(L)和(M)之间的光轴线作转动，各向平动都是用滚珠导轨支撑、滚珠丝杠传动、步进电机或伺服电机驱动的，其转动亦由步进电机或伺服电机驱动的。滚珠导轨可选用GGB型，滚珠丝杠可选用FF2型浮动内循环形式。高度传感器(O)和横向传感器(P)可选用LF型机床用编码器。工作台部分采用与管子等长的方式架持，管长为12米，床面(2)由床身(1)支持，其导轨一边为三角形，另一边为平面，床面通过驱动齿轮(4)和齿条(3)传动，齿轮的转动由液压马达驱动。床面两端用旋转支架(6)上的旋转头(7)夹紧工件(11)，在两端旋转头支架中通过固定支架(13)固定联接着集渣器(9)，集渣器不动，其凹面永远朝上，旋转头用步进电机或伺服电机驱动，在一端的旋转头支架上还接出一排热管(12)，排热管的另一端接引风机，加工时有大量的风流过管子使之冷却。控制台上装有计算机，通过软件可以控制各种相关联的运动参数及激光器的各种参数。由于它能使工件相对于激光束作出复杂的合成运动，故可加工出折线缝和曲线缝。至于梯形缝的加工可用转动切割头或将工件旋转并偏置的方法得出。
本方案的构思经各种实验得到验证，激光加工的线速度高于机械加工方法的速度，所以它的生产率高；该机床是专用于加工筛管的，所以它的操作方便；它切出的割缝粗糙度好且尺寸准确，它能切≥0.1mm的缝，其误差为±0.05mm。梯形角度可达35°。与陶瓷刀片割缝相比显示了极大的优越性。
权利要求1.一种缝隙截面为梯形而缝型为曲线或折线缝筛管的激光割缝机，它是由激光器(A)、光学切割头(B)、工作台、用计算机和软件控制各种关联运动和激光器工作参数的控制台所组成，其具体的特征是它的激光器内装带脉冲功能的CO2激光发生器，或高重复频率高平均功率的YAG激光发生器；它的光学切割头(B)是具有三个平动一个转动共四个自由度的传递激光光束的部件，它由反射镜(K)、(L)、(M)、聚焦镜(N)、高度传感器(O)、横向传感器(P)所组成，其中光学切割头相对激光器(A)可作Y向平动，反射镜(L)(M)和聚焦镜(N)的部分I相对反射镜(K)可作Z向平动，反射镜(M)和聚焦镜(N)的部分II相对反射镜(L)可作X向平动，聚焦镜(N)的中心线相对于反射镜(L)、(M)的光轴可作转动，各向平动都是用滚球导轨支撑、滚珠丝杠传动、步进电机或伺服电机驱动的，转动运动是由步进电机或伺服电机驱动的，高度传感器(O)和横向传感器(P)均采用机床编码器；它的工作台是一个为工件提供进给运动的床身部件，它包括基座(1)、床面(2)、驱动齿轮(4)、齿条(3)和液压马达(5)，它的驱动齿轮(4)是由液压马达(5)驱动的，在床面上装有前后两个旋转头支架(6)，在支架上装有可夹紧工件(11)的旋转头(7)，旋转头用步进电机或伺服电机(10)驱动，在旋转头支架中通过固定支架(13)夹持一个比工件略长的集渣器(9)，在支架上还接出一个排热管(12)。
2.按照权利要求1所述的割缝机，其特征是它的光学切割头中的三个反射镜之间光线转折角度均为90°，其聚焦镜的转动自由度为±35°。
3.按照权利要求1所述的割缝机，其特征是本方案中的集渣器(9)是一个半圆弧的长板，其凹入面向上。
专利摘要本实用新型属于激光加工机床。为克服绕丝筛管及用陶瓷刀片割缝的筛管质量和工艺上所存在的问题特提出本方案。该专用机床由激光器、光学切割头、工作台及控制台所组成，它的切割头可作三向平动一个转动，工作台可提供工件的平动和转动，在计算机和软件的控制下，工件对激光束可作出复杂的合成运动，因此可以切出各种缝隙，可以切出片状刀制作不出的曲线缝、折线缝和梯形缝。它具有生产率高、质量好、便于操作、适于大批量加工筛管的特点。
文档编号B23K26/00GK2269265SQ96205220
公开日1997年12月3日 申请日期1996年3月7日 优先权日1996年3月7日
发明者张珊, 马效贤, 康少英, 张桂华, 郭元龙, 王玉海, 申旺周, 温劲苇, 高岩, 申鹏 申请人:天津市激光技术研究所