СТАНОК ДЛЯ ГИБКИ И РЕЗКИ КОАКСИАЛЬНОГО КАБЕЛЯ

Полезная модель относится к устройствам для промышленного изготовления способом гибки высокочастотных и сверхвысокочастотных жестких кабелей пространственной конфигурации, предназначенных для соединения блоков электронной аппаратуры, и, как правило, состоящих из жесткой оболочки в виде трубки и отделенной от оболочки диэлектриком коаксиальной центральной жилы.
Для передачи высокочастотного сигнала между блоками радиоэлектронной аппаратуры используется кабельная сборка - снабженный разъемами жесткий или полужесткий коаксиальный кабель с оболочкой из медной или алюминиевой цельнотянутой трубки, которому по конструктивным соображениям необходимо придать заданную пространственную форму при соблюдении требований по коэффициентам внутреннего отражения сигнала, что в основном определяется сохранением исходной формы сечения заполненного диэлектриком коаксиального кабеля в местах гибки. Радиус гибки кабеля определяется с одной стороны радиотехническими требованиями, а с другой - конструктивными особенностями компоновки блоков радиоэлектронного устройства, как правило, удается ограничиться двумя радиусами гибки кабеля.
Основным показателем качества изготовленного кабеля наряду с геометрической точностью исполнения заданных конструкторской документацией линейных и угловых параметров является коэффициент затухания и отражения сигнала в диапазоне рабочих частот, вызванный в основном искажением поперечного сечения кабеля относительно исходной кабельной заготовки гарантированно приемлемого качества и определяемый по результатам электрических измерений характеристик кабеля. Чем выше рабочие частоты электронного устройства, тем более высокие требования предъявляются к характеристикам кабеля, особенно это касается кабелей сверхвысокочастотного диапазона.
Известен ручной инструмент фирмы Winton, позволяющий выполнять гибку жесткого кабеля и медной трубки на угол 25° с ограничением угла гибки: [Электронный ресурс] // Абсолют электроника: Офиц.сайт. - Режим доступа: http://www.absolutelectronics-smd.m/obrabotka-kabelya/344-winton-b12 (Дата обращения 20.06.2017). Это устройство имеет ограниченные функциональные возможности, так как может быть использовано только для гибки изделий простой конфигурации и небольшого размера.
Известна машина гибки полужесткого и жесткого кабеля Orbita В50, описание возможностей которой и видео процесса гибки представлено в интернет-ресурсе НПО «Орбита» [Электронный ресурс] // НПО «Орбита»: Офиц. сайт. - Режим доступа: http://orbit-a.com/products/orbita-b50/. (Дата обращения 20.06.2017). Машина позволяет произвести по заданной программе формовку полужестких и жестких кабелей с оболочкой на основе медной и алюминиевой цельнотянутой трубки в трех плоскостях с единственным радиусом гибки. Гибка предварительно зафиксированного пневматическим прижимом относительно гибочной оправки в виде неподвижного гибочного ролика кабеля осуществляется на профилированном по диаметру кабеля ролике обкаткой гладким роликом с некоторым опережающим смещением гладкого ролика относительно точки контакта кабеля с гибочным роликом в направлении обкатки. Средств отрезки отформованного кабеля в машине не предусмотрено, что требует выполнения работы с заранее подготовленной мерной заготовкой и получение из одной заготовки единственного изделия.
Известны машины для гибки кабеля фирмы Winton Machine Company СХ6 All electric Semi-Rigid Coax CNC Bender и RD5 CNC Coax Bending Machine, позволяющие выполнить гибку коаксиального кабеля в трех плоскостях, программно задавая длину прямолинейного участка и плоскость, в которой выполняется гибка на гибочной оправке с применением прижима кабельной заготовки к оправке в горизонтальной плоскости и деформирования кабельной заготовки путем углового перемещения профилированного по диаметру кабельной заготовки или гладкого инструмента.
Полностью электрическая гибочная машина СХ6 All electric Semi-Rigid Coax CNC Bender [Электронный ресурс] // Winton Machine Company: Офиц.сайт.- Режим доступа:- http://www.wintonmachine.com/cx6-cnc-coax-bender?p=43 - (Дата обращения 20.06.2017) используется для получения кабельных изделий только с одним радиусом гибки из мерной заготовки и не имеет средств отделения отформованного кабеля от кабельной заготовки.
В качестве ближайшего аналога заявляемой полезной модели, имеющего то же назначение, выбрана машина для гибки и резки коаксиального кабеля фирмы Winton: RD5 CNC Coax Bending Machine [Электронный ресурс] // Winton Machine Company: Офиц.сайт.- Режим доступа: http://www.wintonmachine.com/rd5-cnc-coax-bending-machine?p=51. - (Дата обращения 20.06.2017)
Гибочная машина RD5 CNC Coax Bending Machine построена по модульному принципу, имеет модули подачи и углового поворота заготовки, гибочный переналаживаемый модуль, средство разделения кабельной заготовки в виде дисковой пилы, системы управления и служебные электропневматические системы.
Модуль продольной подачи кабельной заготовки в направлении гибочного модуля и углового поворота кабельной заготовки в своем составе содержит пустотелую и снабженную управляемой цангой удержания кабельной заготовки направляющую, размещенную в узле вращения с независимым приводом и установленном на оснащенной приводом продольного линейного перемещения платформе.
Особенностью гибочной машины RD5 CNC Coax Bending Machine является наличие гибочного модуля, расширяющего возможности указанной машины по сравнению с СХ6 All electric Semi-Rigid Coax CNC Bender и обеспечивающего выполнение коаксиального кабеля, имеющего два радиуса гиба. Эта возможность реализуется перемещением всего гибочного модуля по вертикали и горизонтали для перемещения гибочной оправки, выполненной в виде блока соосных роликов разного диаметра с целью обеспечения заданного в конкретной точке радиуса гибки, при этом остается неизменной поперечная относительно направления подачи координата несущей кабельную заготовку направляющей, то есть гибочная оправка перемещается в вертикальном и поперечном направлениях для обеспечения точки начального контакта гибочного ролика любого из двух радиусов с сохраняющей пространственное положение прямолинейной еще недеформированной частью кабельной заготовки. Кроме того, в гибочной машине RD5 CNC Coax Bending Machine предусмотрено ручное отделение сформированного кабеля от прямолинейной части неиспользованной кабельной заготовки с использованием дисковой пилы, выполняющей рез в направлении сверху вниз.
При всех указанных достоинствах к недостаткам гибочной машины RD5 CNC Coax Bending Machine можно отнести то, что для взаимного позиционирования кабельной заготовки и точки контакта гибочной оправки при смене радиуса гибки необходимо перемещать в поперечном относительно направления подачи кабельной заготовки целиком весь обладающий значительной инертной массой гибочный модуль с размещенными на нем пневматическими и электромеханическими исполнительными механизмами, что требует применения дополнительного привода и жестких направляющих. Кроме того, точное совмещение обрабатываемой заготовки с профилем гибочной оправке с помощью пневматического привода перемещения гибочного модуля, как правило, обеспечивается в крайних положениях исполнительных механизмов и затруднительно в промежуточных, что накладывает некоторые ограничения на используемые радиусы гибки и вызывает сложности при перенастройке.
Ручная отрезка сформированного кабеля от оставшейся в направляющих заготовки в направлении сверху вниз не гарантирует сохранения формы поперечного сечения кабеля в местах будущей стыковки с разъемами, что нежелательно с позиций обеспечения качества кабеля в части внутренних отражений. Из описания гибочной машины не следует наличие регулировок усилий воздействия прижима кабеля к гибочной оправке и гибочного инструмента. Кроме того, расположение дисковой пилы с соответствующими устройствами крепления в противоположной прижиму области пространства ограничивает возможности станка по изготовлению кабелей сложной пространственной конфигурации.
Задачей заявляемой полезной модели является расширение арсенала технических средств специализированного назначения, конкретно - создание устройства с более широкими по сравнению с прототипом функциональными возможностями для гибки и резки жестких и полужестких кабелей, обеспечивающими возможность изготовления кабеля для СВЧ-диапазона - протяженного изделия сложной пространственной конфигурации с минимальными искажениями поперечного сечения и достижения приближенных к предельно возможным значениям электрических параметров кабельной сборки.
Техническим результатом, на обеспечение которого направлена заявляемая полезная модель, является станок для гибки и резки коаксиального кабеля, являющийся устройством для выполнения программируемой последовательности операций с жесткой или полужесткой коаксиальной кабельной заготовкой и получение кабеля заданной пространственной конфигурации с минимально достижимыми показателями внутренних отражений сигнала в СВЧ-диапазоне, подтверждающихся средствами объективного контроля качества кабеля, а также получение в любой последовательности нескольких кабелей одного диаметра разной конструкции и обеспечение минимального неиспользуемого остатка кабельной заготовки.
Указанный технический результат достигается тем, что станок для гибки и резки коаксиального кабеля выполнен в модульной пространственной компоновке в виде жесткой пространственной силовой рамы и содержит в нижней части объема рамы объединенные силовыми и информационными связями отсеки с модулями пневматики, электроники, электрического, компьютерного автоматического и ручного пошагового управления с устройствами отображения информации,
имеет в верхней части рамы смонтированный в линейных направляющих модуль управляемого перемещения кабельной заготовки в зону гибочной оправки, содержащий несущую плиту с шаговым винтовым приводом реверсивного продольного перемещения, смонтированный в подшипниках узел поворота и фиксации кабельной заготовки в виде продольно ориентированной пустотелой и снабженной приводом реверсивного вращения направляющей с удерживающей кабельную заготовку и расположенной на выходном торце направляющей управляемой цанги,
смонтированный в торцевой области пространственной рамы исполнительный модуль, имеющий возможность линейного перемещения и фиксации по высоте и несущий узел пространственной гибки в составе гибочной оправки в виде установленного на вертикально ориентированной стойке сменного комплекта соосных гибочных профилированных роликов разного диаметра, снабженный приводом перемещения профилированный соответственно диаметру коаксиального кабеля прижим кабельной заготовки к гибочной оправке, соосную с гибочной оправкой управляемую поворотную часть, несущую сменный профилированный соответственно диаметру коаксиального кабеля и снабженный приводом для перемещения инструмент для обеспечения силового контакта с кабельной заготовкой, а также пильный модуль в составе режущего пильного диска с приводами вращения и подачи,
при этом новым является то, что узел поворота и фиксации кабельной заготовки жестко связан с обладающей возможностью поперечного перемещения относительно несущей плиты платформой поперечного перемещения с шаговым приводом точного позиционирования,
расположенный справа по направлению продольного перемещения кабельной заготовки к гибочной оправке режущий диск пильного модуля имеет возможность управляемого горизонтального перемещения за меньший диаметр гибочной оправки в образованной выполненной на гибочной оправке лыской и торцем управляемой цанги зоне реза кабельной заготовки,
приводы вращения и горизонтального перемещения режущего диска пильного модуля в зону реза кабельной заготовки расположены справа по направлению продольного перемещения кабельной заготовки к гибочной оправке,
а соединенные с пневматическим и электрическим модулями исполнительные пневматические приводы выполнены управляемыми и снабжены индивидуальными средствами настройки рабочего давления и скорости его изменения при силовом контакте кабельной заготовки с прижимом и профилированным инструментом гибочного модуля.
Кроме того, пильный диск может быть защищен кожухом, сменный контактирующий с кабельной заготовкой прижим и формообразующий инструмент закреплены на исполнительных пневматических приводах с возможностью механической регулировки начальных зазоров, а выполненная на гибочной оправке лыска оставляет рабочий профилированный сектор в диапазоне не менее 200 угловых градусов.
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых изображены:
- на фиг. 1 - станок, основные модули, вид спереди;
- на фиг. 2 - станок, основные модули, вид сзади;
- на фиг. 3 - модуль управляемого перемещения кабельной заготовки;
- на фиг. 4 - исполнительный модуль;
- на фиг. 5 - узел пространственной гибки, положение в конце гиба;
- на фиг. 6 - пример формы кабеля, исполненного на станке;
Станок для гибки и резки коаксиального кабеля выполнен в настольной модульной компоновке в виде пространственной силовой рамы из соединенных под прямым углом облегченных фигурными вырезами плоских элементов, образующей совместно с закрепленными на них плоскими и гнутыми панелями внутренние специализированные отсеки, вмещающие модули управления, пневматические, электрические и электронные (фиг. 1, фиг. 2). В верхней части силовой рамы в линейных направляющих размещен модуль перемещения кабельной заготовки (фиг. 3). К торцу силовой рамы пристыкован исполнительный модуль (фиг. 4) с узлом пространственной гибки (фиг. 5) в составе комплекта гибочных оправок, средства фиксации кабельной заготовки на гибочной оправке в виде прижима с пневматическим приводом и поворотного узла формообразования в составе шагового двигателя с зубчато-ременной передачей и кронштейна с гибочным инструментом, а также пильный модуль с перемещаемым режущим пильным диском. Модули снабжены гибкими связями для передачи управляющих, силовых электрических и пневматических воздействий от служебных модулей на исполнительные элементы функциональных модулей, защищенными гибким траком.
Модуль управляемого перемещения кабельной заготовки (фиг. 3) предназначен для подачи кабельной заготовки на заданное программой гибки расстояние между гибами, углового поворота заготовки и смещения ее в поперечном направлении для выбора возможных радиусов гиба на одном из гибочных роликов.
Модуль состоит из размещенной в верхней части силовой рамы в линейных закрытых плоской защитной панелью направляющих 1 с возможностью перемещения в прямом и обратном направлениях несущей плиты 2, имеющей привод линейного продольного перемещения в виде размещенного на торце силовой рамы шагового двигателя 3 и шарико-винтовой передачи 4,
размещенной на несущей плите 2 платформы поперечного перемещения заготовки 5 с приводом в виде шагового двигателя 6 и реечно-зубчатой передачи,
и расположенного на платформе поперечного перемещения заготовки узла реверсивного углового перемещения заготовки, выполненного в виде размещенной в подшипниках 7 и имеющей привод вращения в виде шагового двигателя 8 с зубчато-ременной передачей 9 полой направляющей кабельной заготовки 10, снабженной расположенной на выходном торце направляющей, фиксирующей относительно направляющей кабельную заготовку цангой соответствующего кабелю диаметра, оснащенной управляемым и регулируемым настройками редукторов и клапанов служебного модуля пневматическим приводом 11.
Исполнительный модуль (фиг. 4, фиг. 5) смонтированный на торце пространственной силовой рамы (фиг. 1, фиг. 2) с возможностью вертикального перемещения с помощью пневматического привода и фиксации в крайних положениях, несет узел пространственной гибки в составе вертикально ориентированной ступенчатой гибочной оправки 12 из двух соосных роликов разного диаметра, установленных на жесткой стойке 13 меньшего диаметра, и оснащенного регулируемым по давлению пневматическим приводом 14 линейного перемещения прижима 15 кабельной заготовки к одному из роликов гибочной оправки 12, имеющего возможность настройки линейного зазора с гибочной оправкой, и соосную с блоком роликов гибочной оправки 12 снабженную зубчато-ременным приводом 16 на основе шагового двигателя 17 поворотную инструментальную часть 18, несущую формообразующий профилированный по диаметру кабельной заготовки сменный инструмент 19 для обеспечения силового контакта с кабельной заготовкой с возможностью предварительного регулирования величины зазора между инструментом и гибочными роликами и регулируемым пневматическим приводом 20, и обеспечивающую выполнение заданную программой изготовления кабеля деформацию кабельной заготовки поворотом находящегося в контакте с заготовкой инструмента на заданный угол.
Сменный формообразующий инструмент может быть выполнен в виде профилированного по диаметру кабельной заготовки ролика либо протяженного профилированного по диаметру кабельной заготовки элемента, выполненного из неразрушающегося в процессе гибки материала с малым коэффициентом трения по конкретной оболочке кабеля, например, фторопласта, полиамида, стеклопластика, полиамида со стеклянным или графитовым наполнением.
В непосредственной близости к гибочной оправке расположен пильный блок в составе пристыкованного в нижней части торца силовой рамы привода вращения 21 и закрытого кожухом расположенного справа по направлению подачи заготовки режущего пильного диска 22, снабженного шаговым приводом перемещения по направляющим в горизонтальной плоскости перпендикулярно оси кабельной заготовки, при этом режущая часть пильного диска имеет возможность перемещения за диаметр кабельной заготовки в зоне выполненной на гибочной оправке лыски.
Для обеспечения необходимой точности перемещений исполнительных механизмов используются встроенные типовые средства цифрового контроля угловых и линейных перемещений 23.
К новой совокупности существенных признаков полезной модели, обеспечивающей реализацию технического результата, расширяющего арсенал технических средств для гибки СВЧ-кабелей, относятся:
Наличие в модуле управляемого перемещения кабельной заготовки платформы поперечного перемещения, обеспечивающей точное, быстрое и плавное перемещение в поперечном направлении легкой кабельной заготовки вместо перемещения в поперечном направлении целиком гибочного модуля с соответствующими приводами и имеющего значительную массу;
Расположение исполнительного модуля, включая пильный блок справа по направлению продольного перемещения кабельной заготовки максимально освобождает все пространство по ходу кабельной заготовки, пространство слева и сверху от гибочной оправки свободно от каких-либо инструментов и приспособлений, расположенных справа и снизу по ходу кабельной заготовки, что позволяет расширить по сравнению с прототипом возможности станка в части изготовления кабелей сложной пространственной конфигурации;
Выполнение стойки гибочной оправки минимально возможного по условиям жесткости сечения, что позволяет выполнять гибку кабелей без соприкосновения со стойкой;
Наличие лыски на нерабочей стороне профиля гибочной оправки, что позволяет максимально полно использовать заготовку и выполнять рез заготовки в пространстве между цангой и плоскостью лыски на минимальном расстоянии от области фиксации заготовки. Это дает возможность выполнения реза с минимальным искажением поперечного сечения кабеля. Остающийся сектор в диапазоне 200° угловых градусов обеспечивает возможность надежной фиксации заготовки пневматическим прижимом и угла гиба 200° градусов на используемом гибочном ролике без искажения профиля сечения кабеля;
Возможность выполнения управляемого реза пильным многозубым либо алмазным диском с малой подачей на оборот при горизонтальном перемещении пильного блока по жестко зафиксированной в направлении реза цангой и прижимом кабельной заготовке минимизирует возможность появления искривлений и прогибов кабеля, обеспечивает отсутствие заусенцев на срезе и стабильное воспроизведение результата при выполнении реза по сравнению с ручной подачей диска сверху, реализованной в прототипе.
Наличие средств индивидуального регулирования давления в пневматических приводах обеспечивает возможность работы с кабелями различных диаметров и жесткости без искажения поперечного сечения кабельной заготовки цангой, прижимом и профилированным инструментом.
Базирование торца кабельной заготовки по известному положению плоскости пильного диска позволяет выполнять программу гибки следующего кабеля с известного начального положения кабельной заготовки.
Наличие средств предварительного механического регулирования зазора между гибочной оправкой, прижимом и формообразующими инструментами обеспечивает гарантированное правильное совмещение профилей гибочной оправки, кабельной заготовки и бережное начальное удержание кабельной заготовки прижимом и контакт с гибочным инструментом.
Работа станка заключается в выполнении в ручном пошаговом или автоматическом заданном программой режиме некоторой конкретной последовательности из комбинации типовых операций «базирование кабельной заготовки по плоскости пильного диска», «захват кабельной заготовки цангой», «продвижение вперед несущей плиты модуля управляемого перемещения заготовки», «прижим кабельной заготовки к гибочной оправке», «прижим инструмента к кабельной заготовке», «поворот инструмента из исходного положения с заданной угловой скоростью на заданный угол и возврат в исходное положение», «освобождение от прижима к оправке», «освобождение кабельной заготовки от прижима инструментом», «поворот на угол», «прижим к гибочной оправке», «разжим цанги», «перемещение назад несущей плиты модуля управляемого перемещения заготовки», «захват кабельной заготовки цангой», «прямое перемещение платформы поперечного перемещения заготовки», «подъем и фиксация исполнительного модуля», «обратное перемещение платформы поперечного перемещения заготовки», «выдвижение пильного диска» и их конкретных модификаций параметров, как скорость выполнения операции, сила прижима, длина участка, угол поворота, обеспечивающихся программным управлением для получения кабельной заготовки как протяженного изделия с прямолинейными участками заданной длины в трехмерном пространстве, сопряженными некоторыми криволинейными участками двух радиусов с заданными конструкторской документацией геометрическими и электрическими характеристиками.
Станок может выполнять гибочные операции с использованием российских и импортных полужестких кабельных заготовок на основе медной или алюминиевой цельнотянутой трубки, а также кабелей с пропаянной оплеткой. Станок позволяет работать с кабелями диаметром от 0.45 до 6.5 мм.
На фиг. 6 демонстрируется пример формы СВЧ-кабеля, полученного из полужесткой кабельной заготовки трехмерной гибкой на станке по заявляемой полезной модели. На партии кабелей практически получены предельно возможные параметры кабельной сборки, при этом значения коэффициента отражения не хуже -30 дБ на частоте 20 ГГц с отклонениями по форме до 0.1 мм линейного размера и 0.5 угловых градуса на гиб и на положение плоскости гиба. Такие результаты гарантированно обеспечивает выполнение типовых требований конструкторской документации на высокочастотные и сверхвысокочастотные кабели сложной трехмерной конфигурации.