Установка для нарезки рисунка электродов на металлизированной полусферической поверхности

Полезная модель относится к области приборостроения, а более конкретно, к устройствам для создания рисунка (контура электродов на плоских, цилиндрических и полусферических поверхностях путем снятия напыленного металла с поверхности заготовки алмазным бором.
Известно устройство для изготовления рельефных рисунков на сферических поверхностях (Патент RU 2140623, кл. МПК G01C 25/00, G02B 27/18, опубликованный 27.10.1999 г.), которое содержит оптические элементы и плоский фотошаблон при этом конечный оптический элемент выполнен в виде волоконно-оптического преобразователя изображения, состоящего из регулярно уложенных оптических волокон, торцы которых образуют с одной стороны плоскую, а с другой сферическую поверхности, причем плоская поверхность примыкает к фотошаблону, а сферическая - к сферической поверхности засвечиваемой детали, волоконно-оптический преобразователь изображения выполнен с расходящимися световодами от плоской поверхности к выпуклой сферической поверхности, причем диаметры волокон увеличиваются от плоской поверхности к сферической. Волоконно-оптический преобразователь изображения может быть выполнен также со сходящимися световодами от плоской поверхности к вогнутой сферической поверхности, причем диаметры волокон уменьшаются от плоской поверхности к сферической.
Недостатком указанного устройства являются:
- невозможность получить рисунок на всей поверхности сферы (только полусфера) и плоскости за одну операцию;
- при изменении рисунка или размера сферы необходимо изготавливать новый фотошаблон и волоконно-оптический преобразователь (в представленной установке нарезки электродов алмазным бором или лазером изменить нужно только программу).
Несмотря на недостатки, указанное техническое решение может быть принято в качестве прототипа, как наиболее близкий аналог.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание конструкции, обеспечивающей получение технического результата, позволяющего устранить недостатки прототипа.
Этот технический результат достигается тем, что установка для нарезки рисунка электродов на металлизированной полусферической поверхности содержит стол, закрытый прозрачным защитным каркасом, узел механический, компьютер, шкаф питания и управления. При этом узел механический состоит из основания, на котором установлен узел внешнего и внутреннего вращения обрабатываемой детали, обеспечивающий вращение ее во время обработки по двум осям и состоящий из рамки с шаговым двигателем, энкодером, муфтой, подшипниковым узлом, шпинделем, предназначенным для закрепления обрабатываемой детали, прижимным кольцом и коленвалом, кинематически связанным с шаговым двигателем и энкодером, обеспечивающим заданное внешнее вращение обрабатываемой детали. На узле механическом установлены также два шаговых двигателя и две оптические линейки, предназначенные для перемещения по заданной программе в вертикальной и горизонтальной плоскостях алмазного бора, приводимого во вращение микродвигателем, три бесконтактных индуктивных датчика, вытяжная труба, подключенная к промышленному пылесосу, и оптический микроскоп.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется графическими материалами, где:
на Фиг. 1 изображен в изометрии общий вид установки для нарезки рисунка электродов на металлизированной полусферической поверхности;
на Фиг. 2 показан механический узел в изометрии;
на Фиг. 3 показан механический узел в изометрии с указанием осей координат и осей вращения;
на Фиг. 4 изображен выносной элемент I на Фиг. 2 (узел внешнего и внутреннего вращения обрабатываемой детали);
на Фиг. 5 показан рабочий инструмент (алмазный бор).
Устройство для нарезки электродов (Фиг. 1) состоит из следующих основных частей: стол 1, узел механический 2, компьютер (системный блок, монитор, клавиатура, мышь) 3, шкаф питания и управления 4. Монитор компьютера 3 закреплен на шкафе питания и управления 4 с помощью кронштейна 5, а узел механический 2 закрыт прозрачным защитным каркасом 6.
Узел механический 2 (Фиг. 2 и 3) состоит из основания 7, на котором установлен узел внешнего и внутреннего вращения 8 обрабатываемой детали 9 (Фиг. 4), обеспечивающий вращение ее во время обработки по двум осям А и В, из шпинделя 10 (Фиг. 4), обеспечивающего базирование и закрепление обрабатываемой детали, кольца прижимного 11 (для закрепления обрабатываемой детали 9), коленвала 12, передающего вращение вокруг оси А от шагового двигателя 13 (Фиг. 3) к обрабатываемой детали, рамки 14, подшипникового узла 16, в котором вращается шпиндель 10, муфты 17, установленной между подшипниковым узлом 16 и энкодером 18 оси В, определяющего угол поворота вокруг оси В.
На узле механическом 2 установлены также шаговые двигатели 19 и 20, предназначенные соответственно для перемещения каретки линейного модуля 21 вдоль оси Y и для перемещения каретки линейного модуля 22 вдоль оси Z. Линейные модули 21 и 22 предназначены для перемещения режущего инструмента (алмазного бора) вдоль осей Y и Z.
На основании 7 узла механического 2 установлены также энкодер 23 оси А (для определения угла поворота вокруг оси А), датчик бесконтактный индуктивный 24 по оси А - ограничение вращения вокруг оси А и определение нулевой точки отсчета, датчик бесконтактный индуктивный 25 по оси Y (для ограничения перемещения и определения нулевой точки отчета по оси Y), датчик бесконтактный индуктивный 26 по оси Z (для ограничения перемещения и определения нулевой точки отчета по оси Z). Для наблюдения за зоной резания и вывода увеличенного изображения обрабатываемой детали на монитор на узле механическом (Фиг. 3) установлен цифровой микроскоп 27(Фиг. 2 и 3).
Удаление пыли и стружки из зоны нарезки рисунка электродов обеспечивается вытяжной трубой 28, подключенной к промышленному пылесосу (позицией не обозначен). Режущий инструмент (алмазный бор) 29 (Фиг. 5) закреплен в шпинделе 30 (Фиг. 3) и приводится во вращение микродвигателем 31 (Фиг. 5). На узле механическом 2 (Фиг. 2) установлены также линейки оптические 32 и 33 осей Y и Z, обеспечивающие обратную связь с шаговыми двигателями 19 и 20 соответственно.
Перед обработкой детали, выполненной из стекла, кварца, керамики и нанесенной на ее поверхность металлического покрытия, для определения и калибровки исходных точек начала обработки, вместо детали в шпиндель устанавливается соответствующий эталон. Эталоны есть цилиндрической и сферической формы нескольких типа размеров. Для обработки деталь закрепляется в шпинделе на внутренней вращательной оси. Базирование детали возможно по наружным и внутренним поверхностям (диаметр, плоскость, отверстие), удержание осуществляется прижимным кольцом. Принцип работы модуля - вырезка контура электрода на плате (далее деталь) с помощью алмазного бора. При этом инструмент и деталь перемещаются относительно друг друга по программе, заложенной в компьютер. Линейные перемещения инструмента вдоль осей Y и Z (рис. 2) обеспечивают линейные модули с шарико-винтовой парой и шаговые двигатели. Вдоль оси X перемещение инструмента осуществляется вручную. Внешнюю ось А и внутреннюю ось В вращения детали обеспечивают шаговые двигатели.
Высокая скорость вращения шпинделя, линейные движения инструмента по оси Y, Z, вращательные движения детали вокруг осей А и В обеспечивают съем напыленного металла с поверхности обрабатываемой детали. В результате на поверхности детали формируются дорожки, образующие контур (рисунок) электродов.
В процессе работы: деталь перемещается относительно инструмента по двум вращательным осям, вращение осуществляется шаговым двигателем без редуктора с контролем величины перемещения по круговому энкодеру.
Инструмент перемещается относительно детали по трем ортогональным линейным осям, две оси с приводом от шагового двигателя и контролем величины перемещения линейным энкодером, и одна ось с ручным перемещением, без энкодера.
Управление шаговыми двигателями, контроль показаний энкодеров осуществляет компьютер с помощью ПО «FREZER», разработанной на основе среды управления станков с ЧПУ МАСНЗ. Среда МАСНЗ позволяет адаптировать интерфейс оператора под конкретную задачу (в нашем случае нужно: 2 вращательных оси, 2 линейных оси). Среда позволяет создавать программы обработки детали в G- коде для различных деталей.
Высокая скорость вращения инструмента позволяет работать с твердыми материалами, такими как керамика, стекло, кварц.
Рисунки электродов получаются удалением с поверхности детали напыленного металла. Вращающийся с высокой скоростью алмазный бор срезает с поверхности детали напыление, при этом также срезается некоторая часть материала детали. Глубина врезания инструмента до 50 мкм.
В процессе обработки наблюдение за зоной резания осуществляется через микроскоп с выведением изображения на экран монитора.
Узел механический в процессе резания закрывается прозрачным колпаком. Через соединительный трубопровод, подключенный к промышленному пылесосу, из зоны обработки удаляются продукты резания.
Патентуемая конструкция обеспечивает мягкий и точный процесс резания, исключающий рваные края электродов, точность углового позиционирования электродов 6 дуговых секунд, толщину срезаемого (удаляемого покрытия) -1÷20 микрон. Не требуется высокая квалификация персонала. Обеспечивается возможность нарезки электродов на плоских, сферических и цилиндрических деталях. Осуществляется компьютерный контроль и управление процессом. Применение защитного экрана и удаленного контроля обеспечивают безопасность работ.