ГРАВИРОВАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО (ВАРИАНТЫ)

Область техники
Полезная модель относится к гравировальным устройствам, используемых в гравировальных станках, и предназначенных для художественно-декоративной обработки поверхности изделий из твердых материалов путем точного переноса изображения с копируемого изображения-оригинала на поверхность изделия ударным методом.
Уровень техники
Известно гравировальное устройство, патент RU на ПМ №96817, выбранный как прототип предлагаемому устройству, который включает основание с закрепленной стойкой, к которой прикреплена одним концом плоская пружина, а другим соединена с одним из концов ярма электромагнита, жестко закрепленного на основании, к другому концу ярма прикреплена цанга, в которой установлен ударный инструмент в виде иглы с алмазным наконечником, на основании установлен подшипник, с возможностью отслеживания рельефа заготовки, отличающееся тем, что ярмо выполнено в виде плоской пластины, импульсный электромагнит содержит сердечник веретенообразного профиля с минимально допустимым диаметром, выполненный из сплошной магнитной стали, средняя часть которого закреплена на металлическом основании с помощью теплопроводного шасси.
К недостаткам указанного устройства относится сложность конструкции, большая масса устройства, малая амплитуда удара, зависящая от жесткости пружины, а также использование механической пружины для нанесения удара, что определяет малый срок службы и межремонтной эксплуатации гравировального устройства.
Раскрытие полезной модели
Техническим результатом является расширение срока службы и межремонтной эксплуатации гравировального устройства, снижение массы гравировального устройства, повышение быстродействия гравировального устройства, а также повышение качества получаемого изображения.
В первом варианте указанный технический результат достигается в гравировальном устройстве, тем, что привод передачи колебаний рычагу включает статор, состоящий, по меньшей мере, из одного постоянного магнита, и электромагнит (или соленоид), выполненный с возможностью взаимодействия со статором, при этом электромагнит установлен на рычаге, с возможностью совершать угловые колебания вместе с ним.
Во втором варианте указанный технический результат достигается тем, что гравировальное устройство содержит статор, образованный электромагнитом (или селеноидом с сердечником), и якорь, образованный штоком и линейным подшипником и выполненный с возможностью совершать возвратно-поступательные колебания, причем статор и якорь связанны между собой упругой связью, образованной, по меньшей мере, одним постоянным магнитом, связанным с неподвижной частью устройства и, по меньшей мере, одним постоянным магнитом, связанным с якорем устройства.
Гравировальное устройство может содержать корпус, который выполнен с возможностью крепления к каретке гравировального станка.
Рычаг может быть выполнен в виде коромысла или консоли, а шток - в виде прямого стержня или оси с крепежным приспособлением на конце для крепления гравировального инструмента.
Учет упругих свойств сил взаимодействия магнитов позволяет использовать их как магнитные пружины, вместо механических пружин, и обеспечить возврат рычага с гравировальным инструментом в начальное положение по окончанию удара с усилием, пропорциональным, по меньшей мере, кубу величины смещения из начального положения. Это позволяет, благодаря быстрому «отскоку» гравировального инструмента из лунки, уменьшить инерционность системы, увеличить быстродействие гравировального устройства, также избежать разрушения лунки, из-за движения гравировального инструмента вдоль обрабатываемой поверхности, что позволяет повысить качество получаемого изображения. Кроме того, использование упругих свойств сил взаимодействия магнитов в процессе гравировки позволяет расширить диапазон полутонов, отображаемых на обрабатываемую поверхность, поскольку отсутствует люфт, усталость, остаточные деформации, малый срок службы, которые присущи механическим пружинам, что позволяет повысить степень достоверности передачи изображения. Постоянные магниты стабильно сохраняют свои сильные магнитные поля длительное время. Более того, постоянные магниты позволяют увеличить электромагнитную силу притяжения подвижных частей, изменять в широких пределах частоту колебаний и увеличить амплитуду колебаний рычага.
Анализ уровня техники в области машиностроения и вибрационной техники, а также результаты исследования опытных образцов показали, что предложенная совокупность существенных признаков является новой, а устройство технически реализуемой.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 представлен пример выполнения гравировального устройства возвратно-поворотного действия.
На фиг.2 представлена схема положения рычага в результате взаимодействия постоянных магнитов статора с электромагнитом или соленоидом на рычаге при отсутствии управляющих импульсов на обмотке управления.
На фиг.3 представлена схема положения рычага в результате взаимодействия постоянных магнитов статора с электромагнитом или соленоидом, установленных на рычаге, при подаче управляющих импульсов положительной полярности на их обмотки управления.
На фиг.4 представлена схема положения рычага в результате взаимодействия постоянных магнитов статора с электромагнитом или соленоидом, установленных на рычаге, при подаче управляющих импульсов отрицательной полярности на их обмотки управления.
На фиг.5 представлен пример выполнения гравировального устройства прямого возвратно-поступательного действия.
Осуществление изобретения
На фиг.1 представлен пример выполнения гравировального устройства возвратно-поворотного действия, отвечающий первому варианту, в котором осуществляется передача колебательных движений гравировальному инструменту 1, путем взаимодействия электромагнита или соленоида, расположенного на рычаге, с полем постоянных магнитов статора. Гравировальное устройство содержит рычаг 2 с гравировальным инструментом 1 и привод передачи угловых возвратно-поворотных колебаний рычагу 2, расположенный в корпусе 7, при этом привод передачи колебаний рычагу 2 включает статор, состоящий, по меньшей мере, из одного, постоянного магнита 3, или 4 или их комбинаций, и электромагнит (или соленоид) 6, выполненный с возможностью взаимодействия со статором, при этом электромагнит 6 установлен на рычаге 2, с возможностью совершать угловые колебания вместе с ним, а конец рычага 2 выполнен с крепежом для установки гравировального инструмента 1. Статор может быть выполнен в виде двух постоянных магнитов в форме пластин, расположенных противоположно друг другу, при этом электромагнит, или соленоид, расположен между этими пластинами, обращенными друг к другу разноименными полюсами с возможностью взаимного притяжения. Взаимодействующие постоянные магниты 3 и 4 могут быть выполнены с диаметральным или осевым расположением полюсов, с возможностью их взаимного отталкивания или притяжения. Корпус может быть выполнен с кронштейном 8 для крепления к каретке гравировального станка.
На фиг.2, фиг.3 и фиг.4 представлены схемы гравировального устройства с различными положениями рычага с электромагнитом в результате взаимодействия постоянных магнитов статора с электромагнитом при подаче управляющих импульсов разной полярности на его обмотки управления.
На фиг.5 представлен пример выполнения гравировального устройства по второму варианту, в котором осуществляется передача колебательных возвратно-поступательных движений гравировальному инструменту 1. При этом гравировальное устройство содержит корпус 15 и привод колебаний гравировального инструмента 1, при этом привод включает статор 9, образованный электромагнитом (или соленоидом с сердечником), и якорь 11, образованный штоком и линейным подшипником 16 и выполненный с возможностью совершать линейные возвратно-поступательные колебания, причем статор 9 и якорь 11 привода соединены между собой упругой связью, образованной, по меньшей мере, одним постоянным магнитом 12 и/или 14, связанным с неподвижной частью устройства и, по меньшей мере, одним постоянным магнитом 13, связанным с якорем 11 устройства.
По первому и по второму вариантам гравировальное устройство может включать датчик перемещения гравировального инструмента, выполненный с возможностью контроля касания вершиной гравировального инструмента поверхности заготовки и определения амплитуды его колебаний. Датчиком перемещения гравировального инструмента может являться, в частности, оптический датчик или датчик Холла. По первому и по второму вариантам гравировальное устройство может содержать датчик его перемещения относительно поверхности изделия в процессе гравировки, выполненный как датчик угла поворота или датчик линейного перемещения с щупом, выполненным с возможностью непрерывного скольжения или качения по поверхности изделия при изменении расстояния между гравировальным устройством и поверхностью заготовки.
По первому и по второму вариантам гравировальное устройство может содержать механизм слежения за профилем поверхности заготовки, выполненный с возможностью управления гравировальным устройством в вертикальном направлении и может включать датчик перемещения гравировального устройства относительно поверхности заготовки в процессе гравировки.
Датчик перемещения гравировального устройства может быть выполнен как электронный, в виде оптического датчика или датчика Холла, со щупом, установленным, например, на валу датчика угла поворота, и выполненным с возможностью непрерывного скольжения или качения по поверхности заготовки и поворота вокруг оси крепления при изменении профиля поверхности заготовки. Механизм слежения за профилем поверхности заготовки может включать, по меньшей мере, один зазорообразующий подшипник, закрепленный в нижней части корпуса с возможностью скольжения или качения по поверхности заготовки в непрерывном контакте с ней в процессе гравировки.
По первому и по второму вариантам гравировальное устройство может содержать устройство охлаждения электромагнита и постоянных магнитов, например, вентилятор, закрепленный к корпусу гравировального устройства.
В первом варианте гравировальное устройство работает следующим образом. На обмотки управления привода передачи колебаний гравировальному инструменту 1, (фиг.1) поступает последовательность управляющих команд Uc в виде импульсов тока и или напряжения, модулированных либо по ширине, либо по частоте, либо по амплитуде, либо их комбинации. Каждый импульс имеет свою амплитуду (ширину) и период следования, соответствующие яркости точки гравируемого изображения и параметрам лунок на поверхности обрабатываемого изделия. Когда в обмотке электромагнита ток отсутствует, Ic=0, рычаг 2 занимает нейтральное, или наперед заданное неподвижное положение (фиг.2).
Во время действия импульса управления, то есть когда на обмотку управления поддается управляющий ток определенной величины и полярности, например, положительной (Ic>0) (фиг.3), возникает электромагнитное поле, которое, взаимодействуя с полем постоянных магнитов 3 и 4 (фиг.1) статора, поворачивает рычаг 2 (фиг.1) вокруг своей оси крепления 5 (фиг.1) на угол α1 (фиг.3), пропорциональный силе тока, например, против часовой стрелки.
Сила электромагнитного поля зависит от величины тока и количества витков обмотки катушки электромагнита 6 (фиг.1). Рычаг 2 перемещает гравировальный инструмент 1 в направлении поверхности заготовки.
Когда на обмотку управления поддается ток в обратном направлении (Ic<0) (фиг.4), возникает магнитное поле, которое, взаимодействуя с полем постоянных магнитов 3 и 4 (фиг.1) статора, поворачивает рычаг 2 (фиг.4) вокруг своей оси крепления на угол α2 (фиг.4), пропорционально силе тока по часовой стрелке, Рычаг 2 (фиг.4) перемещает гравировальный инструмент 1 в сторону, противоположную поверхности заготовки. При прекращении подачи управляющего импульса электромагнитное поле, наведенное этим импульсом, исчезает и рычаг 2, под действием сил взаимодействия магнитных полей постоянных магнитов 3 и 4 (фиг.1) статора, возвращается в свое начальное положение, (фиг.2).
Во втором варианте гравировальное устройство работает следующим образом. В статоре 9 (фиг.5) под действием пульсирующего или переменного управляющего импульса, например электрического напряжения Uc, возникает пульсирующее магнитное поле. Это поле взаимодействует с ферромагнитным или магнитным, в случае использования якоре постоянного магнита 10, якорем 11. Благодаря этому между статором 9 и якорем 11 возникает пульсирующая сила тяги. Под действием силы тяги происходит сближение или удаление якоря 11 привода от статора 9 и упругое взаимодействие магнитов 12, 13 и 14, образующие магнитные пружины, которые изначально, до действия силы тяги, находились в состоянии силового равновесия. В момент времени, когда ток и сила тяги будут равны нулю, якорь стремиться возвращаться в начальное положение и остается в этом положении до приложения следующего импульса управления.
Таким образом, рычаг или шток с гравировальным инструментом, благодаря упругой связи, вызванной взаимодействием магнитных полей постоянных магнитов, и взаимодействием якоря со статором, совершает вынужденные колебательные движения при подаче сигналов на обмотки управления гравировального устройства.