priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2022-65-1-49-57pribor-213Research ArticleТЕХНОЛОГИЯ ПРИБОРОСТРОЕНИЯTECHNOLOGY OF INSTRUMENT MANUFACTURINGМодернизация конструкции корпуса лазерной головки с учетом возможностей аддитивного оборудованияModernization of the laser head housing design based on the capabilities of additive equipmentПьяеП. А.PyaeP. A.

Пьое Ай Пьяе — аспирант, факультет систем управления и робототехники

Санкт-Петербург

Phyo Aye Pyae — Post-Graduate Student, Faculty of Control Systems and Robotics

St. Petersburg

northernstar.phyo@gmail.comПомпеевК. П.PompeevK. P.

Кирилл Павлович Помпеев — канд.  техн.  наук,  доцент,  факультет  систем управления и робототехники

Санкт-Петербург

Kirill P. Pompeev — PhD, Associate Professor, Faculty of Control Systems and Robotics

St. Petersburg

kir-pom@mail.ruНиколаевA. Д.NikolaevA. D.

Алексей Дмитриевич Николаев — аспирант, факультет систем управления и робототехники

Санкт-Петербург

Aleksey D. Nikolaev — Post-Graduate Student, Faculty of Control Systems and Robotics

St. Petersburg

senatorfirst1@gmail.comВасильевО. С.VasilevO. S.

Олег Сергеевич Васильев — канд. техн. наук

Санкт-Петербург

Oleg S. Vasilev — PhD

St. Petersburg

tesla_90@mail.ruГорныйС. Г.GornyS. G.

Сергей Георгиевич Горный — канд. техн. наук, генеральный директор

Санкт-Петербург

Sergey G. Gorny — PhD, General Director

St. Petersburg

sgorny@newlaser.ruУниверситет ИТМОITMO UniversityЛазерный центрLaser Center2022011220246514957Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20242024Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/213

Рассматривается вопрос усовершенствования конструкции корпуса лазерной головки для обеспечения ее компактности с учетом возможностей аддитивного оборудования, позволяющего изготовить более конструктивно сложные детали корпуса из пластика. Изготовление такого корпуса лазерной головки из пластика позволяет снизить его материалоемкость по сравнению с корпусом, изготовленным из алюминиевого сплава Д16. Дополнительно снизить материалоемкость пластикового корпуса предлагается за счет введения в его конструкцию специальных выборок и ребер жесткости. С использованием CAE-модуля CAD/CAM-системы SolidWorks был проведен сравнительный анализ прочности и жесткости вариантов конструкции корпуса, собранного из деталей с выборками и ребрами жесткости, а также без них. Результаты моделирования процесса деформации показали, что возможна замена материала деталей корпуса из алюминиевого сплава на пластик и что снижение материалоемкости и изменение конструкции корпуса не приводит к потере его прочности и жесткости, вызывающей недопустимое отклонение лазерного луча от вертикали, т.е. не отражается на функционировании лазерной головки. Предлагается внедрить такую лазерную головку в состав вертикального обрабатывающего центра, чтобы наряду с традиционными способами обработки заготовок из различных материалов методом резания на нем была доступна широкая гамма различных видов лазерной обработки. Это позволит не только расширить технологические и функциональные возможности такого оборудования с числовым программным управлением и сократить время изготовления продукции, но и улучшить технологические, точностные и функциональные характеристики производимого изделия.

The issue of improving a laser head housing design to ensure its portability with the account for capabilities of additive equipment, allowing to manufacture parts of the housing of high complexity out of plastic, is covered. Manufacturing the laser head housing of plastic makes it possible to reduce its material consumption as compared with housing made of aluminum alloy D16. It is proposed to further reduce the material consumption of the plastic housing by introducing special pockets and stiffening ribs into its design. A comparative analysis is performed in CAE-module of CAD/CAM-system SolidWorks to examine the strength and rigidity of the design options for the body, assembled from parts with the pockets and stiffeners, as well as without them. Results of modeling the deformation process show that it is possible to replace the material of aluminum alloy housing parts with plastic and that a decrease in material consumption and a change in the housing design do not lead to a loss of its strength and rigidity, which causes an unacceptable deviation of the laser beam from the vertical, i.e. does not affect the operation of the laser head. It is proposed to introduce such a laser head into a vertical machining center so that, along with traditional methods of processing workpieces from various materials, a wider range of different types of laser processing is available by cutting. This will allow not only to expand the technological and functional capabilities of such equipment with numerical control and reduce the time of production, but also to improve the technological, accuracy and functional characteristics of the manufactured product.

модификацияконструкциятопологиякорпуслазерная головкапластиковые деталиаддитивное оборудованиесобираемостьремонтопригодностьmodificationdesigntopologyhousinglaser headplastic partsadditive equipmentease of assemblymaintainabilityРабота выполнена при поддержке Правительства Российской Федерации, грант 08-08ReferencesМодернизация обрабатывающих центров посредством интерграции в их состав лазерных систем / А. Д. Николаев, П. А. Пьяе, К. П. Помпеев, О. С. Васильев // Современное машиностроение: Наука и образование: Материалы 7-й Междунар. науч.-практ. конф. / Под ред. А. Н. Евграфова и А. А. Поповича. СПб: Изд-во Политехн. ун-та, 2018. С. 506—515.Nikolaev A.D., Pyae P.A., Pompeev K.P., Vasiliev O.S. Sovremennoye mashinostroyeniye: Nauka i obrazovaniye (Modern Mechanical Engineering: Science and education), Materials of the 7th International Scientific and Practical Conference, St. Petersburg, 2018, рр. 506–515. (in Russ.)Картавцев И. С. Расширение функциональных возможностей у ЧПУ токарного станка по расчету параметров процесса текущего контроля и подналадки оборудования // Современное машиностроение. Наука и образование: Материалы 3-й Междунар. науч.-практ. конф. / Под ред. М. М. Радкевича и А. Н. Евграфова. СПб: Изд-во Политехн. ун-та, 2013. С. 905—914.Kartavtsev I.S. Sovremennoye mashinostroyeniye. Nauka i obrazovaniye (Modern Mechanical Engineering. Science and Education), Proceedings of the 3rd International Scientific and Practical Conference, St. Petersburg, 2013, рр. 905–914. (in Russ.)Nikolaev A. D., Pyae P. A., Pompeev K. P., Vasilev O. S. Laser processing systems in machines with numerical control // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science, 2019. Vol. 1, N 378.Nikolaev A.D., Pyae P.A., Pompeev K.P., Vasilev O.S. IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science, 2019, no. 1(378), pp. 012066. (in Russ.)Внедрение систем лазерной обработки в состав многооперационных обрабатывающих центров / А. Д. Николаев, К. П. Помпеев, П. А. Пьяе, О. С. Васильев, С. Г. Горный // Металлообработка. 2019. Т. 113, № 5. С. 26—33.Nikolaev A.D., Pyae A.P., Pompeev K.P., Vasilev O.S., Gorny S.G. Metalloobrabotka, 2019, no. 5(113), pp. 26–33. (in Russ.)Петкова А. П., Ганзуленко О. Ю. Технологические аспекты маркировки изделий машиностроения прецизионным импульсным лазером // Современное машиностроение. Наука и образование: Материалы 4-й Междунар. науч.-практ. конф. / Под ред. М. М. Радкевича и А. Н. Евграфова. СПб: Изд-во Политехн. ун-та, 2014. С. 1177—1187.Petkova A.P., Ganzulenko O.Yu. Sovremennoye mashinostroyeniye. Nauka i obrazovaniye (Modern Mechanical Engineering. Science and Education), Materials of the 4th International Scientific and Practical Conference, St. Petersburg, 2014, рр. 1177–1187. (in Russ.)Vasilev O. S., Ruzankina J. S. Laser forming micro geometric structures on the surface of roller rolling mill // J. of Physics: Conf. Series. 2016. Vol. 1, N 735.Vasilev O.S., Ruzankina J.S. Journal of Physics: Conference Series, 2016, no. 1(735), pp. 1–5.Olt J. J., Maksarov V. V., Efimov A. E. Impacts of gradient structure on the dynamic characteristics of machining process system // 29th DAAAM Intern. Symp. on Intelligent Manufacturing and Automation. 2018. Vol. 1, N 1. Р. 190—196.Olt J.J., Maksarov V.V., Efimov A.E. 29th DAAAM International Symposium on Intelligent Manufacturing and Automation, 2018, no. 1(1), pp. 190–196.Andreev A. O., Kosenko M. S., Petrovskiy V. N., Mironov V. D. Prototyping of Dental Structures Using Laser Milling // J. of Physics: Conf. Series. 2016. Vol. 1, N 691.Andreev A.O., Kosenko M.S., Petrovskiy V.N., Mironov V.D. Journal of Physics: Conference Series, 2016, no. 1(691), pp. 012007.Mohd Noor Firdaus Bin Haron, Fadlur Rahman Bin Mohd Romlay. Parametric study of laser engraving process of AISI 304 Stainless Steel by utilizing fiber laser system // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 1, N 469.Mohd Noor, Firdaus Bin Haron, Fadlur Rahman, Bin Mohd Romlay, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2019, no. 1(469), pp. 012124.Przestacki D., Jankowiak M. Surface roughness analysis after laser assisted machining of hard to cut materials // J. of Physics: Conf. Series 2014. Vol. 1, N 483.Przestacki D., Jankowiak M. Journal of Physics: Conference Series, 2014, no. 1(483), pp. 012019.Zeng Jie Ma, Yigang Wang, Yukun Li. Processing of Three-Dimensional Models for the Crystal Laser Engraving // Nicograph International: IEEE Conf. 2016. DOI: 10.1109/NicoInt.2016.21.Zeng Jie Ma, Yigang Wang, Yukun Li. Processing of Three-Dimensional Models for the Crystal Laser Engraving, Nicograph International Conference (NicoInt), July 2016, DOI: 10.1109/NicoInt.2016.21.Лазерная установка для микроструктурирования поверхности металла с использованием волоконного лазера / О. С. Васильев, В. П. Вейко, С. Г. Горный, Ю. С. Рузанкина // Оптич. журн. 2015. Т. 82, № 12. С. 70—77.Vasil'ev O.S., Veiko V.P., Ruzankina Y.S., Gornyi S.G. Journal of Optical Technology, 2015, no. 12(82), pp. 831–836.Васильев О. С., Горный С. Г. Технология создания поверхностных микроструктур на листовых материалах с использованием волоконного лазера // Металлообработка. 2016. № 3 (93). С. 20—25.Vasil'ev O.S., Gornyi S.G. Metalloobrabotka, 2016, no. 3(93), pp. 20–25. (in Russ.)Nasedkin Yu. V., Khmelnitsky A. K. Laser cutting of carbon fiber-reinforced plastic thin sheets // J. of Physics: Conf. Series. 2018. Vol. 1, N 1109.Nasedkin Yu.V., Khmelnitsky A.K. Journal of Physics: Conference Series, 2018, no. 1(1109), pp. 012041.Larin M. V., Pevzner Y. B., Grinin O. I., Lasota I. T. The use of single-mode fiber laser for welding of stainless steel thin thickness // J. of Physics: Conf. Series. 2018. Vol. 1, N 1109.Larin M.V., Pevzner Y.B., Grinin O.I., Lasota I.T. Journal of Physics: Conference Series, 2018, no. 1(1109), pp. 012036.Efimov A. E., Timofeev D. Y., Maksarov V. V. Modeling dynamic processes at stage of formation of parts previously subjected to high-energy laser effects // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 1, N 327.Efimov A.E., Timofeev D.Y., Maksarov V.V. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2018, no 1(327), pp. 22026.Maksarov V. V., Khalimonenko A. D. Quality assurance during milling of precision elements of machines components with ceramic cutting tools // Intern. Review of Mechanical Engineering. 2018. Vol. 12, N 5. Р. 437—441.Maksarov V.V., Khalimonenko A.D. International Review of Mechanical Engineering, 2018, no. 12(5), pp. 437–441.Maksarov V. V., Khalimonenko A. D. Forecasting performance of ceramic cutting tool // Key Engineering Materials. 2017. Vol. 1, N 736. Р. 86—90.Maksarov V.V., Khalimonenko A.D. Engineering Materials, 2017, no. 1(736), pp. 86–90.Maksarov V. V., Timofeev D. Y., Khalimonenko A. D. Machining quality when lathing blanks with ceramic cutting tools // Agronomy Research. 2014. Vol. 1, N 12. Р. 269—278.Maksarov V.V., Timofeev D.Y., Khalimonenko A.D. Agronomy Research, 2014, no. 1(12), pp. 269–278.Maksarov V. V., Keksin A. I. Forming conditions of complex-geometry profiles in corrosion-resistant materials // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. 2018. Vol. 4, N 194.Maksarov V.V., Keksin A.I. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2018, no. 4(194), pp. 62016.Singh I., Amara Y., Melingui A., Pathak P. M., Merzouki R. Modeling of Continuum Manipulators Using Pythagorean Hodograph Curves Soft Robotics. 2018 [Электронный ресурс]: https://www.researchgate.net/publication/323955949..Singh I., Amara Y., Melingui A., Pathak P.M, Merzouki R. Modeling of Continuum Manipulators Using Pythagorean Hodograph Curves Soft Robotics, 2018, https://www.researchgate.net/publication/323955949.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.