ГРАВИРОВАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО
ENGRAVING DEVICE

Область техники.
Заявляемое изобретение относится к гравировальным устройствам, предназначенным для механической обработки поверхностей твердых материалов.
Предшествующий уровень техники.
Известно гравировальное устройство, включающее основание с закрепленной стойкой, к которой прикреплена одним концом плоская пружина, а другим - с одним из концов Г-образного ярма электромагнита, прикрепленного к пластине, жестко закрепленной на основании. К другому концу Г-образного ярма прикреплена цанга, в которой установлен ударный инструмент в виде иглы с алмазным наконечником, на основании через регулятор-эксцентрик установлен подшипник, фиксируемый винтом, с возможностью отслеживания рельефа заготовки, при этом зазор между заготовкой и острием иглы должен быть менее 0,02 мм с возможностью передачи цвета без искажений (патент РФ на полезную модель №67926, МПК В44В 3/00 (2006.01), 2007 [1]).
Недостатком указанного аналога является использование плоской пружины. При многократно повторяющихся изгибах механическая плоская пружина перестает восстанавливать свою форму, что приводит к необходимости ее замены для сохранения качества гравирования.
Известно гравировальное устройство А, содержащее шаговый электродвигатель, на обмотки управления которого с блока управления поступают управляющие импульсы. На вал двигателя установлено коромысло с рабочим инструментом на конце. Коромысло снабжено рычагом, к которому жестко соединены первые дисковые постоянные магниты, параллельно которым установлены вторые постоянные магниты. Вторые магниты размещены на регулировочных элементах, которые закреплены на корпусе. В корпусе также закреплен электродвигатель (статор электродвигателя). Первые и вторые магниты работают по дифференциальной схеме в режиме отталкивающих сил (патент РФ на изобретение №2429139, МПК В44В 3/00 (2006/01), 2011 [2]).
Недостатком указанного аналога является наличие рычага, на котором закреплены первые магниты. Это усложняет конструкцию, приводит к снижению ремонтопригодности коромысла и надежности всего устройства. При работе гравировального устройства коромысло совершает угловые колебания. При этом вероятным повреждением является отламывание рычага с магнитами, что приводит к необходимости замены всего коромысла.
Другим недостатком этого аналога является выполнение зазора между магнитами открытым. Это приводит к попаданию в него пыли с обрабатываемой поверхности, которая, для гранита, например, сама по себе является магнитной. Это механически ограничивает амплитуду колебаний ударника, а также изменяет силу взаимодействия магнитов, что приводит к необходимости подстройки устройства.
Третьим недостатком указанного аналога является крепление вторых магнитов на регулировочных элементах. Это также усложняет конструкцию и снижает стабильность работы устройства. Для настройки устройства требуется проведение точных расчетов для выставления равновесия. Чтобы выполнялся закон сохранения энергии для замкнутой системы, работа действующей и противодействующей сил должны быть равны. То есть оператором станка или автоматикой станка должны быть совершенны сложные действия и настройки позволяющие добиться равновесного положения.
Первый из упомянутых недостатков устранен в известном из того же источника [2] гравировальном устройстве В, содержащем шаговый электродвигатель, на обмотки управления которого с блока управления поступают управляющие импульсы. На вал двигателя установлено коромысло с рабочим инструментом на конце. Сверху и снизу к коромыслу параллельно его оси закреплены первые дисковые постоянные магниты, параллельно которым установлены вторые постоянные магниты. Вторые магниты размещены на регулировочных элементах, которые закреплены на корпусе. В корпусе также закреплен электродвигатель (статор электродвигателя). Первые и вторые магниты работают по дифференциальной схеме в режиме отталкивающих сил (патент РФ на изобретение №2429139, МПК В44В 3/00 (2006/01), 2011 [2]).
Недостатком указанного аналога является размещение первых магнитов на коромысле сверху и снизу. Такое размещение ввиду неодинакового действия силы тяжести в системах верхней и нижней пары магнитов приводит к необходимости индивидуальной подстройки расстояния между магнитами, что усложняет конструкцию устройства и его настройку.
Другим недостатком указанного аналога остается крепление вторых магнитов на регулировочных элементах. Это также усложняет конструкцию и снижает надежность устройства.
Третьим недостатком указанного аналога является расположение магнитов близко к гранитному камню, что увеличивает вероятность засорения межмагнитного зазора.
Гравировальное устройство В по совокупности существенных признаков является наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому гравировальному устройству. Поэтому он принят в качестве прототипа.
Раскрытие изобретения.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым изобретением, является упрощение конструкции и повышение стабильности работы гравировального устройства.
Сущность изобретения состоит в том, что гравировальное устройство содержит корпус с закрепленным в нем шаговым электродвигателем, на оси которого установлен ударник с алмазной иглой, к которому жестко закреплены первый и второй магниты. При этом устройство содержит третий и четвертый магниты, ориентированные относительно первого и второго магнитов так, что первый и третий, а также второй и четвертый магниты действуют друг на друга попарно отталкивающе. При этом первый и второй магниты закреплены к ударнику справа и слева от упомянутой оси, а третий и четвертый магниты закреплены к корпусу. При этом первый и второй, а также третий и четвертый магниты попарно ориентированы друг относительно друга так, что упомянутые отталкивающие силы их взаимодействия имеют составляющую, лежащую в плоскости движения ударника.
Первый и второй, а также третий и четвертый магниты предпочтительно попарно ориентированы друг относительно друга так, чтобы упомянутые отталкивающие силы их взаимодействия полностью лежали в плоскости движения ударника.
Целесообразно, чтобы первый и второй магниты были закреплены к ударнику на одинаковом расстоянии от упомянутой оси.
Первый и второй магниты могут быть закреплены сверху ударника, а третий и четвертый магниты - снизу к продолжению верхней крышки корпуса или к жестко закрепленной на корпусе планке. При этом третий и четвертый магниты следует закреплять над первым и вторым магнитами соответственно.
Гравировальное устройство может содержать опорное колесо, закрепленное к корпусу так, что нижний край колеса расположен ниже корпуса. При этом:
- либо алмазная игла размещена в ударнике с возможностью перемещения в вертикальном направлении и зафиксирована в ударнике винтом, а ось колеса жестко закреплена в корпусе;
- либо алмазная игла установлена в ударнике неподвижно, а ось колеса жестко закреплена в держателе, закрепленном на корпусе с возможностью скольжения по его поверхности вверх и вниз. Причем сверху держатель упирается в ограничительный винт, ввернутый в выступ корпуса.
Предпочтительно первый и второй магниты размещены в посадочных отверстиях внутри ударника, а третий и четвертый магниты размещены в посадочных отверстиях внутри планки, которая жестко закреплена к корпусу. При этом зазор между упомянутой планкой и ударником желательно герметично закрыть по периметру эластичной шторкой.
Ударник может быть размещен снаружи либо внутри корпуса. Во втором случае область размещения ударника необходимо отделить от области размещения электродвигателя перегородкой.
По предпочтительному исполнению у алмазной иглы к корпусу соосно закреплены два опорных колеса. При этом колеса закреплены к корпусу с возможностью изменения положения их осей относительно корпуса. При этом оси колес могут быть жестко закреплены в мосту, который на подшипнике установлен в держателе, закрепленном с возможностью вертикального перемещения на внутренней поверхности стенки корпуса.
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, на фиг.4 - схема устройства по примеру 4, разрез Е-Е фиг.3, на фиг.5 - схема устройства по примеру 7 с вырезом, вид сбоку, на фиг.6 - схема устройства по примерам 5, 6, 7 с вырезом, вид спереди, на фиг.7 - схема устройства по примерам 5, 6, 7, разрез Н-Н фиг.6.
Варианты осуществления изобретения.
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).
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.
Для предотвращения повреждения обрабатываемой поверхности (10) корпусом (1) или иглой (5) гравировальное устройство снабжено опорным колесом (13), закрепленным к корпусу (1) так, что нижний край колеса (13) расположен ниже корпуса (1). Опорное колесо (13) выполнено предпочтительно, в виде подшипника качения.
Примеры конкретного выполнения.
Пример 1. Ударник (4) расположен вне корпуса (1) (фиг.1, 2). Первый (6) и второй (7) магниты закреплены сверху ударника (4). Третий (8) и четвертый (9) магниты закреплены снизу к продолжению верхней крышки (12) корпуса (1). При этом третий (8) и четвертый (9) магниты закреплены над первым (6) и вторым (7) магнитами соответственно.
Пример 2. Первый (6) и второй (7) магниты закреплены сверху ударника (4). Третий (8) и четвертый (9) магниты закреплены снизу к жестко закрепленной на корпусе (1) планке. При этом третий (8) и четвертый (9) магниты закреплены над первым (6) и вторым (7) магнитами.
Пример 3. Для обеспечения возможности 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). При этом ось колеса (13) жестко закреплена в корпусе (1).
Пример 4. Для обеспечения возможности регулирования рабочего зазора между концом алмазной иглы (5) и обрабатываемой поверхностью (10) опорное колесо (13) закреплено к корпусу с возможностью изменения высоты оси колеса (13)относительно корпуса (1) (фиг.3, 4). При этом ось колеса (13) жестко закреплена в держателе (14), который закреплен на корпусе (1) с возможностью скольжения вверх и вниз вдоль его поверхности. Сверху держатель (14) упирается в ограничительный винт (15), ввернутый в выступ (16) корпуса (1).
При этом игла (5) установлена в ударнике (4) неподвижно.
Пример 5. Для сокращения высоты корпуса (1) ударник (4) снабжен посадочными отверстиями, в которые установлены первый (6) и второй (7) магниты (фиг.6, 7). Третий (8) и четвертый (9) магниты размещены внутри планки (17) в соразмерных посадочных отверстиях. Планка (17) жестко закреплена к корпусу (1) с помощью винтов (не показано).
С целью защиты межмагнитного зазора от пыли зазор между планкой (17) и ударником (4) герметично закрыт по периметру эластичной шторкой (не показана).
Пример 6. С целью защиты ударник (4) размещен внутри корпуса (1) (фиг.6, 7). При этом область размещения ударника (4) отделена от области размещения электродвигателя перегородкой (18).
Пример 7. Для обеспечения возможности регулирования рабочего зазора между концом алмазной иглы (5) и обрабатываемой поверхностью (10) по предпочтительному варианту исполнения к корпусу (1) у алмазной иглы (5) соосно закреплены два опорных колеса (13) (фиг.5, 6, 7). Колеса (13) закреплены к корпусу (1) с возможностью изменения положения их осей относительно корпуса (1).
При этом оси колес (13) жестко закреплены в мосту (19). Мост (19) установлен в держателе (14) на подшипнике (20), обеспечивающем возможность поворота моста (19) в вертикальной плоскости, проходящей через оси колес (13).
Держатель (14) закреплен на внутренней стенке корпуса (1) с возможностью скольжения вверх и вниз вдоль ее поверхности. При этом держатель (14) содержит два резьбовых отверстия, а корпус (1) в области крепления держателя (14) содержит два вертикальных продолговатых отверстия (21). Крепление держателя (14) к корпусу (1) осуществляется с помощью винтов (22), вставленных в отверстия (21), и закрученных в упомянутые отверстия держателя (14).
Реализация конструктивных элементов заявляемого гравировального устройства не ограничивается приведенными выше примерами.
Описание работы.
При использовании гравировального устройства его свободно устанавливают на вертикальной оси гравировального станка. Под действием силы тяжести гравировальное устройство занимает положение на обрабатываемой поверхности. При этом колесо (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.
Таким образом, из вышеизложенного следует, что в заявляемом гравировальном устройстве заявляемый технический результат: «упрощение конструкции и повышение стабильности работы» достигается за счет того, что гравировальное устройство содержит корпус с закрепленным в нем шаговым электродвигателем, на оси которого установлен ударник с алмазной иглой, к которому справа и слева от оси жестко закреплены первый и второй магниты. При этом устройство содержит закрепленные к корпусу третий и четвертый магниты, ориентированные относительно первого и второго магнитов так, что первый и третий, а также второй и четвертый магниты действуют друг на друга попарно отталкивающе. При этом первый и второй, а также третий и четвертый магниты попарно ориентированы друг относительно друга так, что упомянутые отталкивающие силы их взаимодействия имеют составляющую, лежащую в плоскости движения ударника.
Отсутствие необходимости регулировки зазора между магнитами снижает вероятность нарушения настроек (разрегулирования), которое приводило бы к снижению качества гравировки. В заявляемом гравировальном устройстве не требуется ручная или иная настройка равновесного положения ударника.
Промышленная применимость.
Автором гравировального устройства изготовлен опытный образец, испытания которого подтвердили достижение технического результата.
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.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент РФ на полезную модель №67926, МПК В44В 3/00 (2006.01), 2007.
2. Патент РФ на изобретение №2429139, МПК В44В 3/00 (2006/01), 2011.