Виконавчий механізм гравірувального верстата

Реферат: Виконавчий механізм гравірувального верстата містить гравірувальну головку, в корпусі якої розташований кільцевий магніт, шайба-магнітопровід, сердечник з п'ятою, електрична котушка, підключена до системи керування, та ударний інструмент. Кільцевий постійний магніт і сердечник з п'ятою концентрично закріплені у верхній частині корпусу гравірувальної головки, електрична котушка розміщена на циліндричному каркасі з немагнітного матеріалу і розташована з можливістю переміщення в осьовому напрямку в кільцевій щілині між сердечником і кільцевим постійним магнітом сумісно і штовхачем, який закріплений у двох круглих рознесених між собою в напрямку осьової лінії пружних мембранах, які зовнішнім контуром закріплені в корпусі, за мембранами на штовхачі закріплений хвостовик, з виступаючою крізь нижню кришку корпусу центральною частиною з глухим осьовим отвором, в якому знімно встановлений ударний інструмент. UA 102417 U (54) ВИКОНАВЧИЙ МЕХАНІЗМ ГРАВІРУВАЛЬНОГО ВЕРСТАТА UA 102417 U UA 102417 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до пристроїв художньо-декоративної обробки твердих матеріалів, може використовуватися при оформленні фасадів будівель, пам'ятників, прикрашання інтер'єрів. Відомий пристрій для нанесення на півтонового зображення на плоску поверхню полірованого виробу, що описаний у патенті Російської Федерації № 2121444 опублікованому 10.11.1998 року, індекс МПК В44В 3/00, який містить комп'ютер з блоком підготовки і введення інформації, виконавчий механізм, що включає ударний інструмент з приводом вертикального руху, підключений через блок керування приводом вертикального руху до комп'ютера, приводні пристрої горизонтального руху виконавчого механізму по координатах X і Y, пов'язані з приводом вертикального руху і підключені до комп'ютера через електронні пристрої управління, і затискний пристрій з оброблюваним виробом, причому, в якості приводу вертикального руху використаний електродинамічний привід вертикального руху ударного інструмента, що включає котушку, намотану на бічну поверхню рухомого щодо корпусу виконавчого механізму діелектричного циліндра, на вільному кінці якого жорстко закріплений тримач ударного інструмента, прикріпленого до корпусу виконавчого механізму за допомогою еластичних підвісів, додатково введені пристрій керування параметрами вертикального руху ударного інструмента, включене в ланцюг зворотного зв'язку електродинамічного приводу вертикального руху ударного інструмента і блока управління електродинамічним приводом вертикального руху ударного інструмента, і датчик координати точки удару, механічно з'єднаний з приводом пристрою горизонтального руху виконавчого механізму по координаті X. Недоліком є те, що еластичні підвіси, за описом гумові, мають малу радіальну і осьову жорсткість. Це призводить до перекосу в радіальному напрямку котушки намотаної на бічну поверхню рухомого щодо корпусу виконавчого механізму діелектричного циліндра, на вільному кінці якого жорстко закріплений тримач ударного інструмента, в момент осьового переміщення (робочого ходу). Оскільки котушка, намотана на бічну поверхню рухомого щодо корпусу виконавчого механізму діелектричного циліндра, поміщена в магнітний зазор між постійним магнітом і сердечником з п'ятою, перекіс у радіальному напрямку викличе затирання або заклинювання механізму, що унеможливлює якісне гравіювання. Найбільш близьким є виконавчий механізм гравірувального верстата описаний у корисній моделі Російської Федерації № 90379 яка опублікована 10.03.2010 року, індекс МПК В44В 3/00. що містить корпус, циліндричний (кільцевий) магніт, сердечник з п'ятою, діелектричний циліндр, електричну котушку, ударний інструмент, причому, циліндричний магніт і п'ята сердечника встановлені між верхньою і нижньою кришками, остання з яких прикріплена до корпусу, протилежно п'яті сердечника між циліндричним магнітом і нижньою кришкою встановлений кільцевий магнітопровід, електрична котушка розміщена на циліндричному каркасі, виготовленому з бронзи, хвостовик сердечника розташований в отворі каркаса із можливістю осьового переміщення каркаса щодо сердечника, діелектричний циліндр запресований в нижню частину каркаса котушки, на зовнішній поверхні діелектричного циліндра виконані дві напівкруглі поздовжні канавки, в нижню частину діелектричного циліндра укручений хвостовик штанги до упору в її бурт, нижня частина штанги виконана у вигляді пуансона, встановленого в напрямній втулці, виготовлений з бронзи і центруючий зовнішній поверхнею опорну п'яту корпусу, прикріплену до останнього, балку моста верстата і притиск балки, до нижньої частини пуансона штанги жорстко прикріплений ударний інструмент, в отворі п'яти корпусу встановлена змінна втулка обмеження амплітуди ударного інструмента. Виконавчий механізм гравірувального верстата, в якому електрична котушка підключена до контролера, керованого процесором. Як ударний інструмент застосована голка, виконана з твердого сплаву марки ВК8В, або як ударний інструмент застосована голка, виконана з твердого сплаву марки ВК15. Загальними суттєвими ознаками є те, що виконавчий механізм гравірувального верстата містить гравірувальну головку, в корпусі якої розташований кільцевий магніт, шайбамагнітопровід, сердечник з п'ятою, електрична котушка, підключена до системи керування, та ударний інструмент. Недоліками є те, що центрування здійснюється за рахунок ковзання плунжера в отворі втулки, але електрична котушка розміщена на відстані, яка в три рази перевищує довжину сполучення з втулкою плунжера, що створює як заїдання при перекосі, так і тертя і знос каркаса електричної котушки або хвостовик, або стінки отвору магнітопроводу, що знижує точність гравіювання, надійність та довговічність роботи, а також, незважаючи на установку захисних непружних мембран, абразив може проникати через щілини на поверхні тертя. В основу корисної моделі поставлена задача спрощення конструкції, підвищення надійності і довговічності роботи, підвищення точності і швидкості гравірування 1 UA 102417 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Поставлена задача вирішується тим, що виконавчий механізм гравірувального верстата, що містить гравірувальну головку, в корпусі якої розташований кільцевий магніт, шайбамагнітопровід, сердечник з п'ятою, електрична котушка підключена до системи керування, та ударний інструмент, причому, кільцевий постійний магніт і сердечник з п'ятою концентрично закріплені у верхній частині корпусу гравірувальної головки, електрична котушка розміщена на циліндричному каркасі з немагнітного матеріалу і розташована з можливістю переміщення в осьовому напрямку в кільцевій щілині між сердечником і кільцевим постійним магнітом сумісно з штовхачем, який закріплений у двох круглих рознесених між собою в напрямку осьової лінії пружних мембранах, які зовнішнім контуром закріплені в корпусі, за мембранами на штовхачі закріплений хвостовик, з виступаючою крізь нижню кришку корпусу центральною частиною з глухим осьовим отвором, в якому знімно встановлений ударний інструмент. Сердечник з п'ятою і кільцевим постійним магнітом встановлені в стакані з верхнім опорним фланцем, а вже стакан безпосередньо з'єднаний з торцем і стінками корпусу гравірувальної головки, і на нижньому торці кільцевого постійного магніту в стакані встановлена шайбамагнітопровід. Циліндричний каркас електричної котушки з немагнітного металу виконаний з штовхачем однією деталлю, має наскрізну прорізь по всій висоті твірної і на нижній частині циліндричного каркаса встановлений відповідний елемент датчика положення, який встановлений на корпусі гравірувальної головки і підключений до системи керування. Або циліндричний каркас електричної котушки виконаний з немагнітного матеріалу з фланцем, з можливістю кріплення до штовхача і на фланці встановлений відповідний елемент датчика положення, який встановлений на корпусі гравірувальної головки і підключений до системи керування. Діапазон осьового переміщення штовхача і сполучених з ним деталей обмежений вгору зазором до регулювального гвинта, встановленого на сердечнику з п'ятою всередині каркаса електричної котушки, а вниз - осьовим зазором між частиною хвостовика, виконаною більшого діаметра, і внутрішньою торцевою поверхнею нижньої кришки. Ударний інструмент виконаний з магнітного матеріалу і зафіксований в глухому осьовому отворі хвостовика, закріпленим у ньому магнітом і має упорне ступінчасте розширення. Ударний інструмент має на ступінчастому упорному розширенні полімерну кільцеву прокладку. Між пружними мембранами з кільцевими зигами або іншими симетрично розташованими гофрами на штовхачі встановлені розпірні втулки, а зовні мембрани обтиснуті кільцями. Мембрани до штовхача закріплені кільцями, обтиснутими хвостовиком, встановленим на різьбовому кінці штовхача. Мембрани виконані з текстильного матеріалу, просоченого бакелітовим лаком або полімерним сполучним. Відмітними суттєвими ознаками дійснимиу всіх випадках є те, що кільцевий постійний магніт і сердечник з п'ятою концентрично закріплені у верхній частині корпусу гравірувальної головки, електрична котушка розміщена на циліндричному каркасі з немагнітного матеріалу і розташована з можливістю переміщення в осьовому напрямку в кільцевій щілині між сердечником і кільцевим постійним магнітом сумісно з штовхачем, який закріплений у двох круглих рознесених між собою в напрямку осьової лінії пружних мембранах, які зовнішнім контуром закріплені в корпусі, за мембранами на штовхачі закріплений хвостовик, з виступаючою крізь нижню кришку корпусу центральною частиною з глухим осьовим отвором, в якому знімно встановлений ударний інструмент. Відмітними суттєвими ознаками дійсними в окремих випадках є те, що сердечник з п'ятою і кільцевим постійним магнітом встановлені в стакані з верхнім опорним фланцем, а вже стакан безпосередньо з'єднаний з торцем і стінками корпусу гравірувальної головки і на нижньому торці кільцевого постійного магніту в стакані встановлена шайба-магнітопровід. Циліндричний каркас електричної котушки з немагнітного металу виконаний з штовхачем однією деталлю, має наскрізну прорізь по всій висоті твірної, і на нижній частині циліндричного каркаса встановлений відповідний елемент датчика положення, який встановлений на корпусі гравірувальної головки і підключений до системи керування. Або циліндричний каркас електричної котушки виконаний з немагнітного матеріалу з фланцем, з можливістю кріплення до штовхача і на фланці встановлений відповідний елемент датчика положення, який встановлений на корпусі гравірувальної головки і підключений до системи керування. Діапазон осьового переміщення штовхача і сполучених з ним деталей обмежений вгору зазором до регулювального гвинта, встановленого на сердечнику з п'ятою всередині каркаса 2 UA 102417 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 електричної котушки, а вниз - осьовим зазором між частиною хвостовика, виконаною більшого діаметра, і внутрішньою торцевою поверхнею нижньої кришки. Ударний інструмент виконаний з магнітного матеріалу і зафіксований в глухому осьовому отворі хвостовика, закріпленим у ньому магнітом, і має упорне ступінчасте розширення. Ударний інструмент має на ступінчастому упорному розширенні полімерну кільцеву прокладку. Між пружними мембранами з кільцевими зигами, або іншими симетрично розташованими гофрами на штовхачі встановлені розпірні втулки, а зовні мембрани обтиснуті кільцями. Мембрани до штовхача закріплені кільцями, обтиснутими хвостовиком, встановленим на різьбовому кінці штовхача. Мембрани виконані з текстильного матеріалу, просоченого бакелітовим лаком або полімерним сполучним. Завдяки тому, що кільцевий постійний магніт і сердечник з п'ятою концентрично закріплені у верхній частині корпусу гравірувальної головки, електрична котушка розміщена на циліндричному каркасі з немагнітного матеріалу і розташована з можливістю переміщення в осьовому напрямку в кільцевій щілині між сердечником і кільцевим постійним магнітом сумісно з штовхачем, який закріплений у двох круглих рознесених між собою в напрямку осьової лінії пружних мембранах, які зовнішнім контуром закріплені в корпусі, що забезпечує при простій конструкції кінематичну точність і швидкість гравірування, переміщування без тертя, заїдань і зачепів, що також підвищує надійність і довговічність роботи, так як відсутні вузли тертя і абразивні частки при гравіруванні не можуть нічого зіпсувати в пристрої. А те, що за мембранами на штовхачі закріплений хвостовик, з виступаючою крізь нижню кришку корпусу центральною частиною з глухим осьовим отвором, в якому знімно встановлений ударний інструмент, дозволяє спростити заміну ударного інструмента. Суть корисної моделі пояснюють креслення. На фіг. 1 зображений переріз по гравірувальній головці; На фіг. 2 зображений переріз повернутої на 90 градусів гравірувальної головки; На фіг. 3 зображений переріз А-А; На фіг. 4 зображений вид знизу Б; На фіг. 5 зображена схема алгоритму роботи ударного інструмента. Виконавчий механізм гравірувального верстата містить гравірувальну головку 1, в корпусі 2 якої встановлений стакан 3, в якому розташований кільцевий постійний магніт 4, шайбамагнітопровід 5, сердечник 6 з п'ятою 7, електрична котушка 8, розміщена на циліндричному каркасі 9 з немагнітного матеріалу, підключена до системи керування і розташована з можливістю переміщення в осьовому напрямку в кільцевій щілині 10 між сердечником 6 і кільцевим постійним магнітом 4 та шайбою-магнітопроводом 5. Циліндричний каркас 9 електричної котушки 8 виконаний з немагнітного металу з штовхачем 11 однією деталлю, має наскрізну прорізь 12 по всій висоті твірної циліндричного каркаса. Штовхач 11 закріплений у двох круглих рознесених між собою в напрямку осьової лінії пружних мембранах 13, які зовнішнім контуром закріплені на внутрішньому уступі 14 в корпусі 2. За мембранами 13 на штовхачі 11 закріплений хвостовик 15, з виступаючою крізь нижню кришку 16 центральною частиною 17, в який у глухому осьовому отворі 18 знімно встановлений ударний інструмент 19, виконаний з магнітного матеріалу, який утримується там постійним магнітом 20. На нижній частині циліндричного каркаса 9 встановлений відповідний елемент 22 датчика положення 23, який встановлений на пластині 24, що встановлена на корпусі 2 виконавчого механізму і підключений до системи керування. Діапазон осьового переміщення штовхача 11 і сполучених з ним деталей обмежений вгору зазором до регулювального гвинта 25, встановленого на сердечнику 6 з п'ятою 7 всередині каркасу 9 електричної котушки 8, а вниз - осьовим зазором між уступом хвостовика 15, виконаною більшого діаметра відносно частини 17, і внутрішньою торцевою поверхнею нижньої кришки 16. Ударний інструмент 19 має упорне ступінчасте розширення 26 (див. фіг. 2), та на ступінчастому упорному розширенні встановлена полімерна прокладка 27. Між пружними мембранами 13 з кільцевими зигами, на штовхачі встановлені розпірні втулки 28, а зовні мембрани 13 обтиснуті кільцями 29 з заокругленими крайками, а також кільцями 30, обтиснутими гвинтами 31, причому мембрани 13 виконані з текстильного матеріалу, просоченого бакелітовим лаком або полімерним сполучним, не відкидається можливість і використання металевих гофрованих мембран. Стакан 3 має верхній опорний фланець 32 і закріплений на корпусі 2 гвинтами 33, а сердечник 6 до стакана 3 прикріплений гвинтом 34. 3 UA 102417 U 5 10 15 20 25 30 35 Кришка 16 закріплена на корпусі 2 гвинтами 35. Використання датчика положення ударного інструмента гравірувальної головки в осьовому напрямку, яким може бути датчик Хола або, наприклад, оптичні, індуктивні або ємнісні датчики, дозволяє системі керування отримувати фактичні значення положення ударного механізму (Р), швидкості і напрямку його переміщення (V), фіксувати момент удару, детальна електрична схема і комп'ютерна програма не розкриваються, так як не є предметом домагань і зрозумілі фахівцям, а для пояснення роботи виконавчого механізму гравірувального верстата розглянемо алгоритм виконання удару при обчисленні швидкості методом виміру часу проходження фіксованого шляху (V=Sconst/T). (див. фіг. 5) Наявність цих даних дозволяє системі керування контролювати і керувати силою удару, мінімізувати величину амплітуди ударного механізму, збільшити швидкість гравіювання, виконувати безпосередній контроль та стабілізацію зазору між ударним механізмом і оброблюваною поверхнею без застосування додаткових апаратних і/або апаратно-програмних засобів. Так як швидкість (V) є відношенням пройденого шляху (S) за час (Т), то швидкість можна обчислити двома способами: 1. Виміром пройденого шляху за певний час: V=S/Tconst. 2. Виміром часу проходження фіксованого шляху V=Sconst/T. Вибір способу виміру визначається апаратно-програмними можливостями системи керування. Пройдений шлях (S) обчислюється як різниця положення ударного механізму, отримана між інтервалами виміру: S=P0-Ρ1. Отриманий знак різниці говорить про напрямок переміщення. Пройдений шлях у загальному випадку є числом, розмірність якого визначається застосованими апаратно-програмними засобами. Застосовуються програмно-апаратні засоби визначають точність виконання виміру положення і діапазон його можливих значень. Враховуючи, що виконання вимірювань положення у гравірувальному механізмі зі значеннями точніше декількох мікрометрів технічно складно та невиправдано дорого, і те, що переміщення, що заміряне у гравірувальному механізмі, відрізняється відносно малою амплітудою (від часток міліметрів до одиниць міліметрів), а можливості точності виміру часу обчислюються сотнями і тисячами мегагерц, то краще виконувати обчислення швидкості методом виміру часу проходження фіксованого шляху (V=Sconst/T). У початковий момент виконавчий механізм знаходиться в заданому положенні, яке встановлюється системою керування за сигналом, отриманим від датчика Хола, а в процесі роботи по реальному стану зупинки ударного інструмента на оброблюваній поверхні коригується на основі різниці фактичного місцезнаходження точки удару і попередньо заданого місцезнаходження. Автор розробив комп'ютерну програму та використовує її для управління представленим виконавчим механізмом. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 50 55 60 1. Виконавчий механізм гравірувального верстата, що містить гравірувальну головку, в корпусі якої розташований кільцевий магніт, шайба-магнітопровід, сердечник з п'ятою, електрична котушка, підключена до системи керування, та ударний інструмент, який відрізняється тим, що кільцевий постійний магніт і сердечник з п'ятою концентрично закріплені у верхній частині корпусу гравірувальної головки, електрична котушка розміщена на циліндричному каркасі з немагнітного матеріалу і розташована з можливістю переміщення в осьовому напрямку в кільцевій щілині між сердечником і кільцевим постійним магнітом сумісно і штовхачем, який закріплений у двох круглих рознесених між собою в напрямку осьової лінії пружних мембранах, які зовнішнім контуром закріплені в корпусі, за мембранами на штовхачі закріплений хвостовик, з виступаючою крізь нижню кришку корпусу центральною частиною з глухим осьовим отвором, в якому знімно встановлений ударний інструмент. 2. Виконавчий механізм за п. 1, який відрізняється тим, що сердечник з п'ятою і кільцевим постійним магнітом встановлені в стакані з верхнім опорним фланцем, а вже стакан безпосередньо з'єднаний з торцем і стінками корпусу гравірувальної головки, і на нижньому торці кільцевого постійного магніту в стакані встановлена шайба-магнітопровід. 3. Виконавчий механізм за п. 1, який відрізняється тим, що циліндричний каркас електричної котушки з немагнітного металу виконаний з штовхачем однією деталлю, має наскрізну прорізь по всій висоті твірної і на нижній частині циліндричного каркаса встановлений відповідний елемент датчика положення, який встановлений на корпусі гравірувальної головки і підключений до системи керування. 4 UA 102417 U 5 10 15 20 4. Виконавчий механізм за п. 1, який відрізняється тим, що циліндричний каркас електричної котушки виконаний з немагнітного матеріалу з фланцем, з можливістю кріплення до штовхача, і на фланці встановлений відповідний елемент датчика положення, який встановлений на корпусі гравірувальної головки і підключений до системи керування. 5. Виконавчий механізм за п. 1, який відрізняється тим, що діапазон осьового переміщення штовхача і сполучених з ним деталей обмежений вгору зазором до регулювального гвинта, встановленого на сердечнику з п'ятою всередині каркаса електричної котушки, а вниз - осьовим зазором між частиною хвостовика, виконаною більшого діаметра, і внутрішньою торцевою поверхнею нижньої кришки. 6. Виконавчий механізм за п. 1, який відрізняється тим, що ударний інструмент виконаний з магнітного матеріалу і зафіксований в глухому осьовому отворі хвостовика, закріпленим у ньому магнітом, і має упорне ступінчасте розширення. 7. Виконавчий механізм за п. 6, який відрізняється тим, що ударний інструмент має на ступінчастому упорному розширенні полімерну кільцеву прокладку. 8. Виконавчий механізм за п. 1, який відрізняється тим, що між пружними мембранами з кільцевими зигами, або іншими симетрично розташованими гофрами, на штовхачі встановлені розпірні втулки, а зовні мембрани обтиснуті кільцями. 9. Виконавчий механізм за п. 8, який відрізняється тим, що мембрани до штовхача закріплені кільцями, обтиснутими хвостовиком, встановленим на різьбовому кінці штовхача. 10. Виконавчий механізм за п. 8, який відрізняється тим, що мембрани виконані з текстильною матеріалу, просоченого бакелітовим лаком або полімерним сполучним. 5 UA 102417 U 6 UA 102417 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7