Спосіб одержання рельєфних орнаментів на поверхні матеріалу і пристрій для його здійснення

Винахід відноситься до області декоративного мистецтва, а саме до способів обробки й виготовлення виробів й, зокрема, до виконання рельєфних орнаментів і профілів. Відомий спосіб одержання рельєфної поверхні [патент RU №2181669 С1, В44У3/00, «Спосіб одержання рельєфної поверхні й пристрій для його здійснення», 27.04.2002], що полягає в поздовжній подачі заготівки й обробці її поверхні приводним робочим органом з одночасним його переміщенням по заданій програмі у двох взаємно перпендикулярних напрямках щодо поверхні заготівки. Тут же описаний пристрій для одержання рельєфної поверхні, що містить установлені на нерухомій станині горизонтальну й вертикальну стійки й керовані по програмі механізми, робочий орган, установлений на вільному кінці рухомої рами. Недоліком відомого способу й пристрою є низька якість обробки поверхні матеріалу. Описаний пристрій має низьку швидкодію робочого органа, обумовлена тим, що робочий орган і приводний двигун перебувають на рухомій рамі в збалансованому й урівноваженому стані щодо вертикальної й горизонтальної осей, що збільшує момент інерції рами при обертанні навколо горизонтальної й вертикальної осі й знижує її швидкодію. Крім того, переміщення робочого органу в горизонтальній і вертикальній площинах відбуваються по дугоподібній траєкторії з радіусом, рівним відстані від осі робочого органу до осі обертання рухомої рами, що знижує якість орнаменту. Зниження якості обумовлене тим, що орнамент у центрі й по краях заготівки буде розрізнятися. Чим далі буде перебувати ділянка орнаменту від вершини дуги, тим під більшим кутом він буде нахилений щодо кромки заготівки. Ще одним недоліком описаного пристрою є відсутність регулювання поперечного позиціювання робочого органу. У даному пристрої не передбачене переміщення рухомої рами з розташованим на її кінці робочим органом у площині, перпендикулярній напрямку подачі матеріалу, що значно знижує його технічні можливості. Істотним недоліком описаного пристрою є відсутність регулювання швидкості обертання робочого органу. Однією зі перемінних, що впливають на створення орнаменту, є швидкість подачі матеріалу, що у процесі роботи може змінюватися відповідно до заданої програми. При деяких режимах, наприклад, повільній подачі й високій швидкості обертання різального інструменту, матеріал може підгоряти, що значно знижує термін експлуатації останнього і якість обробки поверхні матеріалу. Зазначені недоліки усунуті в даному винаході. В основу винаходу поставлена задача у відомому способі одержання рельєфної поверхні шляхом збільшення напрямків переміщення інструмента, а в пристрої для здійснення відомого способу шляхом установки декількох рухомих рам з інструментами й механізмами їхнього переміщення забезпечити збільшення точності переміщення інструмента відповідно до заданої програми і ступенів його рухливості. Поставлена задача досягається тим, що при реалізації способу одержання рельєфних орнаментів на поверхні матеріалу, що полягає в поздовжній подачі матеріалу й обробці його поверхні інструментом з можливістю одночасного його переміщення по заданій програмі у взаємно перпендикулярних напрямках щодо поверхні матеріалу й переміщення по траєкторіях різних кривих, переміщення інструмента для обробки поверхні матеріалу здійснюють у трьох взаємно перпендикулярних напрямках й у трьох площинах, дві з яких розташовані паралельно, а одна - перпендикулярно напрямку подачі матеріалу. Поставлена задача досягається тим, що в пристрої для одержання рельєфних орнаментів на поверхні матеріалу, що містить робочий стіл, установлені на нерухомій станині й керовані по програмі механізм подачі матеріалу й рухому раму, шпиндель, на валу якого встановлений інструмент для обробки поверхні матеріалу, установлені, керовані по програмі, механізми переміщення, щонайменше, однієї рами в площинах перпендикулярної й двох паралельних напрямку подачі матеріалу, регулювання швидкості обертання вала, щонайменше, одного шпинделя, приводний двигун якого встановлений на нерухомій станині. Причому, пристрій може містити один шпиндель (або кілька), вал якого встановлений на рухомій рамі або на нерухомій станині паралельно робочої площини стола або з можливістю зміни кута нахилу відносно робочого стола у вертикальній площині, або встановлений на рухомій рамі на валу, розташованому паралельно робочої площини стола, так, що вісь обертання шпинделя перпендикулярна робочої площини стола й з можливістю зміни у вертикальній площині її кута нахилу, або зміни кута, що має можливість, нахилу відносно робочого стола у вертикальній площині, так, що вісь обертання шпинделя перпендикулярна робочої площини стола й з можливістю зміни у вертикальній площині її кута нахилу. У свою чергу, інструмент для обробки поверхні матеріалу являє собою ніж з фігурним профілем або фрезу. Також, послідовність і кількість на пристрої шпинделів, установлених на рухомих рамах або на нерухомій станині, може бути любою. Крім цього, пристрій оснащений програмою керування механізмами подачі матеріалу, переміщення рам у площинах перпендикулярної й двох паралельних напрямку подачі матеріалу, швидкістю обертання й кутового нахилу шпинделів. Вище перераховані нові ознаки (додаткове поперечне переміщення інструмента, установка кілька рухомих рам з інструментами й механізмами їхнього переміщення) при взаємодії з відомими ознаками (поздовжня подача матеріалу, переміщення інструмента по заданій програмі, робочий стіл, нерухома станина, механізм подачі матеріалу, рухома рама, шпиндель з інструментом) забезпечують виявлення нових властивостей винаходу й одержання технічного результату - збільшення точності переміщення інструмента відповідно до заданої програми і ступенів його рухливості. Пропонований спосіб одержання рельєфних орнаментів на поверхні матеріалу й пристрій для його здійснення дозволяє одержати споживчі властивості, пов'язані з технічним результатом, це - підвищення якості обробки поверхні зі збільшенням асортименту створюваних профілів і рельєфних орнаментів виробів. На кресленнях наведена конструктивно-технологічна схема, зображення вузлів і механізмів, які ілюструють реалізацію способу, пристрій і роботу верстата по виготовленню рельєфних орнаментів на поверхні матеріалу, де на: Фіг.1 зображений робочий стіл верстата із шпинделями: рухомим, вертикальним і нерухомими (на вході й виході), аксонометрична проекція; Фіг.2 - шпиндель рухомий з рамою та приводом; Фіг.3 - шпиндель рухомий з рамою, вид збоку; Фіг.4 - шпиндель рухомий з рамою, вид А на Фіг.3; Фіг.5 - шпиндель горизонтальний з фігурним ножем, аксонометрична проекція; Фіг.6 - каретка горизонтальна рухомої рами, аксонометрична проекція; Фіг.7 - каретка вертикальна рухомої рами, аксонометрична проекція; Фіг.8 - вал шпинделя рухомого у верхньому положенні, аксонометрична проекція; Фіг.9 - вал шпинделя рухомого в нижньому положенні, аксонометрична проекція; Фіг. 10 - шпиндель вертикальний, аксонометрична проекція. Верстат (пристрій по виготовленню рельєфних орнаментів на поверхні матеріалу) складається з наступних вузлів і механізмів. На нерухомій станині 1 установлений робочий стіл 2 з керованими по програмі механізмами (наприклад, ролики - на кресленні не показані) подачі оброблюваного матеріалу 3. Уздовж робочого стола 2 розташовані інструменти обробки матеріалу, наприклад, ніж 4 з фігурним профілем, фреза 5 або інші інструменти для обробки поверхонь, що мають різні розміри й профілі, з механізмами, що забезпечують їх переміщення в просторі, а саме: 1) Шпиндель 6 (рухомий), вал 7 якого встановлений на керованій по програмі рухомій за рахунок приводів 8 і 9 рамі 10 з можливістю зміни по керованій програмі кута нахилу відносно робочого стола 2 у вертикальній площині. На валу 7 установлюється інструмент для обробки поверхні матеріалу 3, привід якого здійснюється через пасову передачу 11 від керованого по програмі двигуна 12, установленого на нерухомій станині 1. Рухома рама 10 складається з вертикальної 13 і горизонтальної 14 кареток. Каретки розташовані перпендикулярно одна одній й здатні переміщатися уздовж вертикальних 15 і горизонтальних 16 напрямних на певну відстань. Вал 7 шпинделя 6 установлений на підшипниках у корпусі 17, який установлений на кронштейні 18 і має можливість розташовуватися під кутом до горизонтальної каретки 14. Шпиндель 6 також має можливість переміщатися паралельно напрямку подачі матеріалу 3 на певну відстань. 2) Шпиндель 19 (горизонтальний), вал 20 якого встановлений на керованій по програмі рухомій рамі 21 паралельно робочої площини стола 2. 3) Шпиндель 22 (нерухомий), вал 23 якого встановлений на нерухомій станині 1 паралельно робочої площини стола 2. 4) Шпиндель 24 (вертикальний), установлений на керованій по програмі рухомій рамі 25 на валу 26, розташованому паралельно робочої площини стола 2, так, що вісь обертання шпинделя перпендикулярна робочої площини стола 2 і з можливістю зміни по керованій програмі у вертикальній площині її кута нахилу. Послідовність і кількість на верстаті шпинделів 6, 19, 22, 24, установлених на рухомих рамах 10, 22, 26 або на нерухомій станині 1, може бути любою. Уздовж робочого стола 2 можуть бути розташовані відносно матеріалу 3 (на кресленні не показані): верхні і нижні ролики, що подають матеріал, нижні і бічні фрези, що обробляють його нижню і бічні поверхні. Верстат оснащений пристроями, наприклад, комп'ютер, контролер або інший (на кресленні не показані) і програмою керування механізмами подачі матеріалу З, переміщення рам 10, 21 й 25 у площинах перпендикулярної й двох паралельних напрямку подачі матеріалу, швидкістю обертання й кутового нахилу шпинделів 6, 19, 22, 24. Реалізація заявленого способу й робота пристрою відбувається в такий спосіб. Оброблюваний матеріал 3, наприклад, дерев'яна дошка, подається уздовж робочого стола 2 за допомогою, наприклад, роликів, які покриті гумою або іншим еластичним матеріалом і розташовуються зверху й знизу матеріалу. Швидкість і напрямок обертання роликів синхронізовані й можуть змінюватися, їх обертання приводиться за допомогою крокового, серво- або іншого приводу відповідно до керуючої програми. Нижня поверхня матеріалу 3 може обробляється нижніми фрезами. При необхідності одна нижня фреза, розташована на початку стола, формує базову поверхню матеріалу, а інша, розташована наприкінці стола, формує нижній паз. Форма бічних поверхонь і ширина матеріалу 3 формується, наприклад, бічними фрезами, які можуть бути як нерухомими, так і рухатися відповідно до програми в площині, перпендикулярної напрямку руху матеріалу для формування непрямолінійної кромки. Кількість бічних фрез може бути любою, наприклад, дві фрези на початку стола, і дві на виході матеріалу. Верхня сторона матеріалу й рельєфний орнамент формується верхніми ножами 4 і фрезами 5. Фрези можуть бути встановлені як на нерухомий 22, так і рухомий 6 шпиндель. Рухомий шпиндель 6 має можливість пересуватися на певну відстань у трьох взаємно-перпендикулярних площинах: двох, розташованих паралельно й однієї, розташованої перпендикулярно напрямку подачі матеріалу 3. Напрямок і швидкість руху рухомого шпинделя 6 здійснюється відповідно до програми й контролюється за допомогою комп'ютера, контролера або іншого пристрою. Кут нахилу вала 7 рухомого шпинделя 6 може змінюватися щодо площини робочого стола 2. Кількість рухомих шпинделів може бути любою. Фрези 5, які наносять рельєфний орнамент, можуть бути різних розмірів і діаметрів. Вони також можуть складатися з декількох фрез. Ножі 4 можуть мати фігурний профіль. Замість фрези на валу 20 горизонтального шпинделя 19 може бути закріплений пристрій з вертикальним шпинделем 24. Пристрій має велику кількість ступенів свободи й дозволяє фрезі 5, закріпленої у вертикальному шпинделі 24, розташовуватися під будь-яким кутом щодо оброблюваної поверхні матеріалу 3. При цьому двигун, що обертає вал 20 горизонтального шпинделя 19 відключається. Його вал фіксується для виключення випадкового обертання і є кронштейном для кріплення пристрою з вертикальним шпинделем 24. Наприклад, перша верхня фреза може бути встановлена на нерухомий шпиндель 22, що формує початковий або попередній лінійний профіль матеріалу. Проміжні, одна й більше, фрези в сполученні з одним і більше вертикальними шпинделями 24 створюють рельєфний орнамент на попередньо підготовленій поверхні матеріалу 3. Наявність у пристрої декількох рухомих шпинделів 6 з горизонтальними фігурними фрезами в сполученні з вертикальними шпинделями 24 дозволяє наносити більш складні комбіновані рельєфні орнаменти, кількість яких збільшується за рахунок збільшення числа комбінацій. Остання горизонтальна фреза, установлена на нерухомому шпинделі 22 на виході матеріалу 3, формує остаточний профіль виробу. Швидкість обертання інструментів, ножів 4 та фрез 5, регулюється за допомогою комп'ютера й синхронізована з керуючою програмою. Подача може мінятися на ходу в будь-яку сторону, залежно від програми, що управляє процесом. Всі переміщення шпинделів 6, 19, 22, 24, швидкість їхнього обертання, напрямку подачі можуть мінятися й синхронізовані однією керуючою програмою.