ГРАВИРОВАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОМОЛОТОК Российский патент 1997 года по МПК B44B3/00 

Изобретение относится к устройствам для художественно-декоративной обработки изделий, преимущественно из камня или аналогичного по твердости материала, и может быть использовано для нанесения изображения (например, портретов или рисунков), углубленных в поверхность обрабатываемого материала, на гранитные или подобные памятники в сфере ритуальных услуг, в строительстве и архитектуре при оформлении как фасадов зданий, так и при внутренней отделке, украшении интерьеров помещений, отделанных камнем или другими твердыми материалами, например металлами.

Изобретение может быть использовано в мастерских скульпторов и дизайнеров, например, для обработки поверхностей или при чеканке, в промышленности для маркировки.

Известно устройство для художественно-декоративной обработки поверхности материала, содержащее корпус, подпружиненный боек, в тыльную часть которого упирается ударник, поджатый к бойку пружиной, которая, в свою очередь, поджата хвостовиком (авт. св. СССР N 859 233, кл. B 44 B 3/00, 1980).

В известном устройстве для придания бойку возвратно-поступательного движения применены вращательный электропривод, снабженный эксцентриком, с тягой, выполненной в виде струны в гибком рукаве. Одним концом струна закреплена на эксцентрике, установленном на валу электропривода, а другим к ударнику. Гибкий рукав закреплен одним концом на раме привода.

Недостатками известного устройства являются сложность его конструкции и как следствие этого высокая стоимость и низкая надежность, а также трудности обращения с инструментом из-за значительной массы. Все указанные недостатки обусловлены принципиальной схемой привода известного устройства, поскольку для придания бойку возвратно-поступательного движения сначала посредством электродвигателя получают вращательное движение, а затем с помощью дополнительного преобразовательного механизма из эксцентрика, струны и гибкого рукава получают возвратно-поступательное движение бойка. Такое многоступенчатое получение требуемой траектории движения бойка приводит к сложности известной конструкции, а ее реализация на практике требует массивных деталей и влечет трудности обращения с инструментом.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является гравировальный электромолоток с возвратно-поступательным электроприводом непосредственного действия, в корпусе которого расположены разделенная на две секции обмотка возбуждения, причем каждая секция объемлет и подковообразное ярмо и сердечник якоря, возвратная якорная пружина, регулятор амплитуды колебаний якоря, состоящий из ручки и жестко закрепленного в корпусе цилиндра, отжимной пружины, установленной на цилиндре между корпусом и ручкой, и тяги, на которой между втулкой и ручкой установлена возвратная якорная пружина, причем эта тяга жестко скреплена с расположенным снаружи корпуса бойком (патент США N 2 467 083, кл. 81 52.3, 1949).

Известный гравировальный электромолоток имеет корпус грушевидной формы, причем продолговатая часть корпуса, имеющая меньший диаметр, служит рукояткой, а расширяющаяся часть корпуса (большего диаметра) служит для размещения в ней вибрационного электромагнитного возбудителя. В рукоятке жестко закреплен цилиндр, к которому жестко прикреплено подковообразное ядро, на каждом из стержней которого размещена одна из секций обмотки возбуждения таким образом, что она частично объемлет ярмо, а частично подковообразный сердечник, составляющий вместе с тягой и бойком якоря упомянутого вибровозбудителя. На тяге якоря между опорной втулкой и ручкой установлена возвратная пружина. В регуляторе амплитуды колебаний якоря ручка с помощью резьбового соединения скреплена с ранее упоминавшимся цилиндром, жестко закрепленным в корпусе, а именно в рукоятке. Боек крепится на якоре с помощью цангового зажима.

Недостатками известного устройства-прототипа являются низкая надежность, малые амплитуда и мощность удара бойка, значительный шум, создаваемый при работе инструмента.

Причинами возникновения указанных недостатков являются следующие особенности конструкции прототипа.

Причиной низкой надежности известного устройства является ударный режим работы цангового зажима. Так, при работе гравировального молотка при колебаниях якоря и бойка цанга совершает удалы по ручке регулятора амплитуды колебаний якоря с той же частотой, что и якорь. Это приводит к быстрому выходу из строя цангового зажима, что требует его замены и является причиной низкой надежности.

Причиной малости амплитуды и мощности удара бойка является предлагаемая схема образования рабочего зазора между сердечником якоря и ярмом, в соответствии с которой рабочий зазор образуется в результате одновременного действия двух факторов. С одной стороны, таким фактором является сжатие возвратной пружины, способствующее увеличению зазора, а с другой наличие ограничителя, роль которого играет непосредственный контакт цанги бойка и ручки регулятора амплитуды колебаний якоря, что препятствует увеличению рабочего зазора в этом направлении движения якоря.

Таким образом, якорь не совершает полного свободного колебания в обе стороны относительно своего исходного положения. При этом беспрепятственному движению в сторону уменьшения рабочего зазора якорю мешает действие сжимающейся возвратной пружины. При обратном ходе в сторону увеличения рабочего зазора якорь может продвинуться только до своего исходного положения, поскольку его дальнейшему движению препятствует соприкосновение цанги и ручки регулятора между собой. Этим объясняются малые амплитуды и мощность удара бойка.

Ударный режим работы цанги и ручки является источником значительного шума, возникающего при работе известного устройства, особенно на холостом ходу.

Задачи изобретения повышение надежности работы устройства, расширение возможностей устройства по глубине обработки и производительности, улучшение условий труда, упрощение конструкции.

При решении этих задач достигается следующий технический результат.

Для повышения надежности исключены соударения деталей друг о друга и изменена конструкция подвеса якоря.

Для расширения возможностей устройства увеличена амплитуда и мощность удара бойка за счет предлагаемой конструкции подвеса якоря при помощи двух пружин, благодаря чему якорь крепится в нейтральном положении и может колебаться относительно него с одинаковой амплитудой в обе стороны вдоль оси устройства, при этом иначе выполнен регулятор амплитуды колебаний якоря и бойка. Вращение ручки регулятора вынуждает ярмо смещения вдоль оси устройства, а взаимодействия боковых стержней ярма прямоугольного сечения с соответствующими пазами на внутренней поверхности корпуса позволяет исключить вращение якоря вокруг оси устройства. Так, благодаря смещению ярма относительно сердечника якоря изменяется рабочий зазор, а с ним регулируется амплитуда колебаний якоря и наконечника.

Для улучшения условий труда снижен шум, создаваемый при работе устройством, за счет исключения соударения деталей устройства друг о друга.

Все вышесказанное может быть достигнуто с помощью гравировального электромолотка предлагаемой конструкции.

Гравировальный электромолоток содержит корпус с расположенным внутри вибровозбудителем, через тягу соединенным с наружным бойком, и регулятором амплитуды колебаний якоря. При этом вибровозбудитель снабжен подковообразным ярмом с обмоткой возбуждения и подпружиненным якорем, сердечник которого соединен с тягой. В регуляторе амплитуды колебаний якоря имеется ручка и отжимная пружина. Таковы сходные общие существенные признаки прототипа и предлагаемого решения.

К сходным частотным признакам предлагаемого изобретения и прототипа можно отнести выполнение корпуса грушевидной формы таким образом, что продолговатая часть корпуса, имеющая меньший диаметр, служит рукояткой, а расширяющаяся часть корпуса большего диаметра служит для размещения вибровозбудителя. замещения вибровозбудителя.

К отличительным признакам предлагаемого технического решения следует отнести наличие дополнительных корпусной и опорной втулок и опорной шайбы, выполнение ярма с дополнительным центральным стержнем, что превращает его из подковообразного в Ш-образное, и дополнительным центральным хвостовиком, расположенным оппозитно дополнительному центральному стержню по другую сторону соединительного стержня ярма и размещение ярма в корпусе таким образом, что обеспечивает возможность взаимодействия боковых стержней с продольными пазами на внутренней поверхности корпуса, выполнение подпружинения якоря посредством двух пружин, которые размещены на тяге по обе стороны корпусной втулки между этой втулкой и опорной шайбой и опорной втулкой, выполнение регулятора амплитуды колебаний якоря таким образом, что ручка регулятора соединена резьбой с хвостовиком ярма, а отжимная пружина установлена на хвостовике между корпусом и ярмом.

Таковы общие отличительные признаки предлагаемого технического решения.

К отличительным признакам предлагаемого изобретения следует также отнести выполнение стержней ярма прямоугольниками в сечении и выполнение сердечника якоря в виде прямоугольного параллелепипеда, а также установка последнего в пазу рукоятки корпуса.

Имеется следующая причинно-следственная связь между существенными признаками изобретения и достигаемым техническим результатом.

Повышение надежности обеспечивается, во-первых, за счет исключения соударений, т.е. благодаря непосредственной жесткой связи сердечника якоря через тягу с бойком, фиксации сердечника якоря в нейтральном положении двумя пружинами, размещении этих пружин на тяге по обе стороны корпусной втулки между этой втулкой и опорной шайбой и опорной втулкой. Введение вышеперечисленных признаков также снижает шум, создаваемый при работе устройства, что улучшает условия труда.

Во-вторых, повышение надежности работы устройства обеспечивается за счет исключения возможного влияния перекосов и заеданий благодаря внешнему (по отношению к катушке возбуждения) размещению сердечника якоря, подвесу тяги через две пружины, которые взаимно компенсируют свое действие и позволяют исключить трение тяги о корпусную втулку, а также за счет наличия единственного узла трения тяги о концевую втулку.

Расширение возможностей устройства по глубине обработки обеспечивается увеличением амплитуды и мощности удара за счет симметричного подвеса якоря в нейтральном положении посредством двух пружин, корпусной и опорной втулок и опорной шайбы, а также благодаря введению дополнительного центрального хвостовика, соединяемого резьбой с ручкой регулятора, и служащего элементом крепления отжимной пружины, и размещению ярма в корпусе с возможностью взаимодействия боковых стержней с продольными пазами на внутренней поверхности корпуса.

Упрощение конструкции устройства обеспечивается за счет нижеперечисленных существенных признаков предлагаемого технического решения. Такими признаками являются выполнение ярма с дополнительным центральным стержнем, выполнение стержней ярма прямоугольными в сечении и выполнение сердечника якоря в виде прямоугольного параллелепипеда, установленного в пазу рукоятки корпуса с зазором, а также предлагается конструкция регулятора амплитуды колебаний якоря.

При этом предлагаемое Ш-образное выполнение ярма позволяет применить односекционную катушку возбуждения в отличие от прототипа, где требуется специальная двухсекционная катушка с идентичными параметрами секций, ибо в противном случае асимметрия магнитной цепи послужит причиной снижения надежности работы из-за перекосов и заеданий и снижения амплитуды удара в процессе работы из-за слабейшего в сравнении с расчетным притяжением якоря. Выполнение регулятора амплитуды колебаний якоря отличается простотой за счет того, что ручка свободно скользит относительно корпуса (а не связана с ним резьбой, как в прототипе). Резьбой снабжена лишь шпилька ручки, которая является технологически простым в изготовлении узлом.

На фиг. 1 представлена конструкция гравировального электромолотка в продольном сечении фронтальной плоскостью; на фиг. 2 -лен поперечный разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 поперечный разрез Б-Б на фиг. 1.

Гравировальный электромолоток снабжен корпусом 1, служащим для размещения в нем элементов конструкции и защиты их от внешних воздействий. В пазах 2 прямоугольного сечения корпуса 1 с зазором для уменьшения заеданий и трения размещены боковые прямоугольные стержни 3 ярма вибровозбудителя. Наличие пазов 2 обеспечивает необходимую ориентацию боковых стержней 3 при их перемещении в процессе регулировки амплитуды удара. На центральном прямоугольном стержне 4 ярма установлена катушка возбуждения 5. На ярме имеется также хвостовик 6. Ручка регулятора амплитуды колебаний якоря состоит из таких элементов как шпилька 7, винт 8 и рукоятка 9, причем шпилька 7 с помощью резьбового соединения закреплена в хвостовике 6 ярма, а рукоятка 9 закреплена на шпильке 7 с помощью винта 8. Между задней стенкой корпуса 1 и ярмом на шпильке 7 и хвостовике 6 ярма установлена отжимная пружина 10, входящая в состав регулятора амплитуды колебаний якоря. Винты 11 крепят в корпусе 1 корпусную рукоятку 12, оканчивающуюся концевой втулкой 13, поддерживающей наряду с двумя (первой и второй) якорными пружинами 15 и 14 тягу 16 якоря. Входящая в состав корпуса 1 корпусная рукоятка 12 служит для удерживания в руке гравировального электромолотка при работе, а концевая втулка 13 является направляющей для создания возвратно-поступательного движения тяги 16 якоря и выполняется из материала, обеспечивающего возможно меньшее трение, так как является элементом единственной пары трения "якорь-корпус" всего механизма. Первая якорная пружина 15 установлена между опорной шайбой 17 и корпусной втулкой 18, а вторая якорная пружина 14 между корпусной втулкой 18 и опорной втулкой 19. Корпусная втулка 18 жестко закреплена в рукоятке 12 с помощью винтов 20, а опорная втулка 19 жестко закреплена на тяге 16 якоря шплинтом 21. Сердечник 22 якоря жестко закреплен на тяге 16 якоря, в которую вставлен наконечник 23 (боек), удерживаемый с помощью фиксатора 24, в качестве которого может быть применен цанговый зажим или резьбовая пробка с соответствующими отверстиями, что обеспечивает при необходимости легкую замену наконечника 23. Катушка возбуждения 5 снабжена электрошнуром 25 для подсоединения к сети переменного тока. Предпочтительно применение в электропроводке электромолотка однополупериодного выпрямителя (например, в виде диода, установленного в выключателе электромолотка), что существенно повышает ударную силу электромолотка.

Рукоятка 9 регулятора амплитуды колебаний якоря может быть проградуирована в линейных мерах величины зазора между сердечником 22 и взаимодействующими с ним торцами стержней 3 и 4 ярма или в условных единицах. Для этого по окружности рукоятки 9 могут быть нанесены деления для отсчета относительно неподвижной метки на корпусе 1.

Необходимо отметить ряд конструктивных особенностей предложенной конструкции. Отжимная пружина 10 с одной стороны отжимает ярмо от задней стенки корпуса 1 при выворачивании шпильки 7, а с другой стороны предотвращает самопроизвольное вывертывание шпильки 7 из хвостовика 6. Опорная шайба 17, корпусная втулка 18 и опорная втулка 19 обеспечивают фиксацию якорных пружин 14 и 15 таким образом, что тяга 16 ни при каких обстоятельствах не соприкасается с внутренней поверхностью корпусной втулки 18, благодаря чему исключается возможное трение и заедание в этом узле. Сердечник 22 якоря выполнен в виде технологичности простого в изготовлении прямоугольного параллелепипеда и установлен в полости соответствующей формы корпусной рукоятки 12 с зазором, что обеспечивает необходимую ориентацию этого сердечника относительно ярма и малую вероятность заеданий и трения его с корпусом 1.

Гравировальный электромолоток работает следующим образом.

При подключении электрошнура 25 к сети переменного тока в катушке возбуждения 5 генерируется магнитное поле, которое распределяясь по стержням 3 и 4 ярма замыкается на сердечнике 22 якоря, благодаря чему сердечник 22 притягивается к катушке возбуждения 5, преодолевая результирующую упругую силу якорных пружин 14 и 15. При уменьшении мгновенной величины тока под действием результирующей силы от сжатых пружин 14 и 15 якорь движется в обратном направлении. Описанный процесс повторяется за каждый полупериод изменения питающего переменного тока, т.е. 100 колебаний в одну секунду при частоте тока 50 Гц.

В случае, если питание электромолотка осуществляется однополупериодно выпрямляемым током, то работа устройства осуществляется сходным образом, но число колебаний бойка составляет 50 в секунду при частоте тока в сети 50 Гц. В этом случае, увеличение тока в катушке возбуждения 5 вызывает увеличение магнитного поля как в стержнях якоря, так и в сердечнике 22 якоря, благодаря чему якорь притягивается к ярму. Требуемое направление движения сердечника 22 якоря задается ориентирующим воздействием паза, в котором сердечник 22 якоря размещен в рукоятке 12 корпуса 1. Вследствие жесткой связи всех элементом якоря вместе с сердечником 22 движется тяга 16, увлекая наконечник 23. При этом сжимается первая якорная пружина 15. Движение тяги 16 продолжается до тех пор, пока сила притяжения сердечника 22 якоря к свободным концам стержней 3 и 4 ярма не сравняется с результирующей силой упругости двух якорных пружин 14 и 15 (если пренебречь инерционной массой якоря и затратам на трение).

Максимальное сближение сердечника 22 якоря со свободными концами стержней 3 и 4 ярма, т. е. минимальный зазор при данном положении ярма) осуществляется при амплитудном значении тока в катушке возбуждения 5. В дальнейшем при уменьшении силы тока в этой катушке от амплитудного до нулевого значения происходит соответственно уменьшение силы притяжения сердечника 22 якоря к ярму, в результате чего сердечник 22, тяга 16 и наконечник 23 под действием результирующей силы упругости пружин 14 и 15 движутся в направлении к обрабатываемому материалу до столкновения последнего с наконечником 23. При этом распрямление первой якорной пружины 15 сопровождается процессом одновременного сжатия якорной пружины 14. В этот полупериод тока, когда ток отсутствует, якорь движется по инерции.

Предлагаемый гравировальный электромолоток обладает такими преимуществами, как повышенная надежность, большие возможности по глубине обработки и производительности, лучшие условия труда обслуживающего персонала, простота конструкции.

Использование: конструкции гравировального электромолотка. Сущность изобретения: ярмо снабжено дополнительными центральными стержнем и хвостовиком и установлено с возможностью взаимодействия боковых стержней с продольными пазами на внутренней поверхности корпуса, сердечник якоря выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда и установлен в пазу рукоятки, а якорь подпружинен двумя пружинами. 3 ил.

Гравировальный электромолоток, содержащий корпус с расположенными внутри вибровозбудителем, снабженным подковообразным ярмом с обмоткой возбуждения и подпружиненным якорем, сердечник которого соединен через тягу с бойком, и регулятор амплитуды колебаний якоря, снабженный ручкой и отжимной пружиной, отличающийся тем, что ярмо снабжено дополнительными центральными стержнем и хвостовиком и установлено с возможностью взаимодействия боковых стержней с продольными пазами на внутренней поверхности корпуса, сердечник якоря выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда и установлен в пазу рукоятки, якорь подпружинен двумя пружинами, размещенными на тяге по обе стороны корпусной втулки между опорной шайбой и опорной втулкой, ручка регулятора амплитуды колебания якоря соединена резьбой с хвостовиком ярма, на котором между корпусом и ярмом установлена отжимная пружина.