Ударно-гравировальное устройство

Ударно-гравировальное устройство
Область техники.
Заявляемое техническое решение относится к гравировальным устройствам, предназначенным для механической обработки поверхностей твердых материалов и содержащим механические элементы слежения за поверхностью.
Предшествующий уровень техники.
Среди гравировальных устройств с механическим слежением за поверхностью обработки известно гравировальное устройство (патент РФ на изобретение №2505417, МПК B44B 3/00 (2006.01), 2014), которое, как и заявляемое устройство, содержит корпус с закрепленным в нем шаговым электродвигателем, на оси которого установлен ударник с алмазной иглой. К ударнику по разные стороны от оси закреплены первый и второй магниты. Третий и четвертый магниты закреплены к корпусу напротив первого и второго магнитов соответственно.
Известное гравировальное устройство, в отличие от заявленного, снабжено закрепленным к корпусу опорным колесом. Нижний край колеса расположен ниже корпуса.
Выполнение опоры в виде колеса является недостатком гравировального устройства-аналога. Использование в качестве колеса металлического подшипника оставляет царапины (следы) на полированной поверхности камня.
При недостаточной жесткости или виброустойчивости рамы гравировального устройства колеса провоцируют изменение траектории движения гравировальной головки, что приводит к образованию дефектов изображения - полосности и волнистым линиям. Это происходит ввиду того, что силы трения колеса вдоль траектории его движения значительно ниже сил трения колеса при его сдвиге перпендикулярно оси вращения. При малейшей неортогональности оси вращения колеса и линии движения гравировальной головки на последнюю начинают действовать значительные силы трения сдвига колеса, уводящие головку в сторону от ее конструктивной прямолинейной траектории. Эти силы уравновешиваются силами упругости рамы, что и приводит к образованию вышеуказанных дефектов гравюры.
Раскрытие технического решения.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение качества гравировки.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым техническим решением, является снижение значительного неравенства силы трения опоры в зависимости от направления движения.
Другим техническим результатом является повышение точности гравировки.
Третьим техническим результатом является упрощение конструкции.
Сущность изобретения состоит в том, что ударно-гравировальное устройство содержит корпус с опорой и шаговый двигатель, на оси которого закреплен ударник с алмазной иглой. Отличается тем, что опора выполнена скользящей по обрабатываемой поверхности.
Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения, обеспечивающих достижение всех заявленных технических результатов.
В частных случаях допустимо выполнять техническое решение следующим образом.
Опору целесообразно выполнять из материала, жесткость которого меньше жесткости обрабатываемого материала. Опора может быть выполнена из фторопласта или капролона. Опору желательно размещать вблизи алмазной иглы.
Опора может быть неподвижно закреплена к корпусу. Тогда алмазная игла размещена в ударнике с возможностью перемещения в вертикальном направлении.
Опора может быть подвижно закреплена к корпусу с возможностью перемещения в вертикальном направлении. При этом алмазная игла может быть размещена в ударнике без возможности перемещения в вертикальном направлении.
Опора может представлять собой наплыв снизу корпуса в области ударника. Наплыв желательно выполнять полированным или с фторопластовым покрытием снизу.
Опора выполнена предпочтительно заодно с корпусом из фторопласта или полиамида. Полиамидом может быть, в частности, капролон.
Автором заявленного технического решения изготовлены опытные образцы этого решения, испытания которых подтвердили достижение технических результатов.
Краткое описание чертежей.
На фигуре 1 показана схема гравировального устройства, вид сбоку, на фиг. 2 - схема устройства, вид спереди, на фиг. 3 - схема устройства по примеру 4,
вид сбоку.
Варианты осуществления технического решения.
Ударно-гравировальное устройство содержит закрепленный в корпусе (1) шаговый электродвигатель (2), на оси (3) которого закреплен горизонтальный ударник (4) с алмазной иглой (5) (фиг. 1).
Ударник (4) при работе устройства совершает угловые колебания вокруг оси (3), на которой он закреплен (фиг. 2).
Для предотвращения повреждения обрабатываемой поверхности (10) при гравировке корпус (1) снабжен опорой (13), скользящей по обрабатываемой поверхности. Нижний край опоры (13) расположен ниже других точек корпуса (1) и ниже конца иглы (5).
Для предотвращения царапин и дополнительного повышения таким образом качества гравировки опора (13) должна быть выполнена из материала, имеющего жесткость меньше жесткости обрабатываемого материала.
Целесообразно выполнять опору (13) из материала, имеющего низкий коэффициент трения о материал обрабатываемой поверхности. Для обработки камня, например, опору можно изготавливать из полимерных материалов, таких как фторопласт, или капролон, или других полиамидов.
Область контакта опоры с обрабатываемой поверхностью может быть любой формы. Но для обеспечения большей независимости силы трения опоры от направления движения этот область контакта желательно выполнять в форме круга.
Опора (13) может находиться в любом месте корпуса (1). Однако, для целей применения ударно-гравировального устройства для обработки криволинейных поверхностей желательно располагать опору (13) вблизи ударника (4).
К ударнику (4) справа и слева от оси (3) жестко закреплены первый (6) и второй (7) постоянные магниты. Напротив первого магнита (6) к корпусу (1) закреплен третий постоянный магнит (8), а напротив второго магнита (7) к корпусу (1) закреплен четвертый постоянный магнит (9). Магниты ориентированы друг относительно друга так, что первый (6) и третий (8), а также второй (7) и четвертый (9) магниты действуют друг на друга попарно отталкивающе, причем эти отталкивающие силы взаимодействия магнитов имеют составляющую, лежащую в плоскости движения ударника (4). Предпочтительно располагать магниты так, чтобы упомянутые отталкивающие силы взаимодействия магнитов полностью лежали в плоскости движения ударника (4).
Первый (6) и второй (7) магниты целесообразно размещать равноудаленно относительно оси (3). Это позволяет в качестве магнитов (6, 7, 8, 9) использовать одинаковые магниты и устанавливать первый (6) и третий (8), а также второй (7) и четвертый (9) магниты на одинаковом расстоянии друг от друга. Этим обеспечивается унификация заявляемого гравировального устройства.
Первый (6) и второй (7) магниты допустимо размещать относительно оси (3) на разном расстоянии. Однако при этом необходимо либо применять разные магниты (разные по формируемому магнитному полю), либо размещать магниты в парах первый-третий и второй-четвертый на разном расстоянии друг от друга.
Примеры конкретного выполнения.
Пример 1. Ударник (4) расположен вне корпуса (1) (фиг. 1, 2). Опора (13) представляет собой цилиндр из капролона, неподвижно закрепленный на корпусе (1) снизу. Для регулирования рабочего зазора между концом алмазной иглы (5) и обрабатываемой поверхностью (10) игла (5) размещена в ударнике (4) с возможностью перемещения в вертикальном направлении и зафиксирована в ударнике (4) с помощью винта (не показан).
Пример 2. Опора (13) представляет собой наплыв снизу металлического корпуса (1) в области ударника (4). Наплыв выполнен полированным или имеет снизу фторопластовое покрытие.
Пример 3. Опора (13) выполнена заодно с корпусом (1) из фторопласта или полиамида (например, капролона), и имеет квадратное или прямоугольное пятно контакта с обрабатываемой поверхностью.
Пример 4. Для обеспечения возможности регулирования рабочего зазора между концом алмазной иглы (5) и обрабатываемой поверхностью (10) опора (13) закреплена к корпусу с возможностью изменения ее положения (фиг. 3). При этом опора (13) закреплена на корпусе (1) с возможностью скольжения вверх и вниз вдоль его поверхности. Сверху опора (13) упирается в ограничительный винт (15), ввернутый в выступ (16) корпуса (1).
При этом игла (5) установлена в ударнике (4) неподвижно.
Реализация конструктивных элементов заявляемого ударно-гравировального устройства не ограничивается приведенными выше примерами. В частности, иной может быть конструкция ударника.
Описание работы.
При использовании ударно-гравировального устройства его свободно устанавливают на вертикальной оси гравировального станка. Под действием силы тяжести гравировальное устройство занимает положение на обрабатываемой поверхности. При этом опора (13) механически соприкасается с обрабатываемой поверхностью (10).
В исходном положении ударник (4) расположен горизонтально и неподвижно, силы взаимодействия магнитов (6, 7, 8, 9) уравновешены.
С помощью контроллера управления на одну из обмоток электродвигателя (2) подают импульсы управления. Выбор обмотки, на которую подают такие импульсы, а также длительности импульсов и расстояния алмазной иглы (5) от обрабатываемой поверхности (10) производят в зависимости от силы удара, который должна совершать алмазная игла (5) по обрабатываемой поверхности (10). Протекание тока в обмотке электродвигателя (2) приводит его вал во вращение (на малый угол). Ударник (4) при этом также прокручивается, и наносит алмазной иглой (5) удар по обрабатываемой поверхности (10), на которой от удара остается точка.
Поворот ударника (4) и перемещение закрепленных на нем магнитов (6, 7) приводит к нарушению равновесия сил взаимодействия магнитов (6, 7, 8, 9). При этом результирующая сила взаимодействия магнитов (6, 7, 8, 9) стремится вернуть ударник (4) в исходное положение.
По спаду импульса управления сила поворота вала (3) электродвигателя (2) уменьшается до нуля, и результирующая сила взаимодействия магнитов (6, 7, 8, 9) возвращает ударник (4) в исходное положение.
При перемещении ударно-гравировального устройства по обрабатываемой поверхности (10) опоры (13) скользят по этой поверхности. Действующие на гравировальное устройство силы, перпендикулярные движению устройства, гораздо ниже, чем в прототипе.
Промышленная применимость.
Заявляемое гравировальное устройство реализовано с применением промышленно выпускаемых устройств и материалов, может быть изготовлено на любом машиностроительном предприятии и найдет широкое применение в области гравировальных устройств.