УНИВЕРСАЛЬНАЯ МАШИНА ТЕПЛОВОЙ РЕЗКИ И ЗАЧИСТНОЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ НЕЕ Российский патент 2016 года по МПК B23K7/00 B23K10/00 B23K5/00 

Изобретение относится к термической (тепловой) резке металлов, а более конкретно к конструкции универсальной малогабаритной машины тепловой резки, и может быть использовано в машиностроении, судостроении и других отраслях промышленности.

Известна спроектированная в ОАО «ЦТСС» (г. Санкт-Петербург) универсальная машина тепловой резки типа «Ритм-М» (УМТР «Ритм-М»), принятая за аналог (Вестник технологии судостроения, 2003, №10, с. 48-51). Эта машина построена по модульному принципу, предусматривающему возможность установки на одном портале различных комбинаций из плазменного, кислородных (газовых) и лазерного специализированных суппортов. Так, на чертеже в указанной журнальной статье представлен вариант УМТР с двумя газовыми и одним плазменным специализированными суппортами.

Однако такие универсальные машины тепловой резки являются сугубо стационарными, достаточно тяжелыми и дорогостоящими. Они рентабельны только при больших объемах резки металлических листов и постоянной загрузке. В настоящее время на рынке наблюдается спрос на универсальные облегченные дешевые машины тепловой резки, например консольные или портальные с односторонним приводом, с расширенными технологическими возможностями, которые способны производить не только газовую или плазменную резку сменными резаками, но также выполнять маркировку вырезаемых деталей красящим составом и зачистку грунта в необходимых местах обрабатываемого металлического листа, используя дополнительные виды сменного рабочего инструмента - маркирующего и зачистного.

Известна машина тепловой резки и вихретоковый датчик для машины тепловой резки по патенту на полезную модель №94890, принятую за прототип машины. Однако универсальность устройства-прототипа ограничена двумя видами сменного рабочего инструмента - газовым резаком и плазмотроном, защищенными от деформации и поломок с помощью вихретокового датчика при наезде на неровности разрезаемого листа или кромки вырезанных деталей.

Известна машина зачистная по заявке на полезную модель №97106597/20 от 17.04.1998 г., принятая за прототип зачистного инструмента. Однако это устройство может быть использовано для удаления лакокрасочных покрытий и продуктов коррозии только с плоских поверхностей. При зачистке металлических листов с выпучинами и вмятинами оно не будет обеспечивать требуемую чистоту поверхности из-за отсутствия в конструкции зачистной машины технических решений, обеспечивающих стабильное позиционирование инструмента и его усилие нажатия.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является разработка конструкции облегченной машины тепловой резки с расширенными технологическими возможностями, используемой как для газовой и плазменной резки сменным инструментом - плазматроном или газовым резаком, так и для маркировки вырезаемых деталей красящим составом и зачистки защитного грунта на обрабатываемом металлическом листе в местах сварки с установочными деталями.

Технический результат, обеспечиваемый изобретением, заключается в универсализации и расширении технологической возможности машины тепловой резки, которая должна быть снабжена дополнительными видами сменного рабочего инструмента - маркирующей головкой и зачистным устройством совместно с индивидуальными вихретоковыми датчиками, обеспечивающими поддержание заданного рабочего зазора инструмента и защиту его от аварийной ситуации при наезде на препятствия.

Указанный результат достигается в техническом решении машины тепловой резки, содержащей вертикальный электропривод с редуктором, устройство ЧПУ и выполненный в виде консоли суппорт, содержащий узел держателя сменного рабочего инструмента, выполненного в виде газового или плазменного резака, упорную планку и подпятник, в который упирается штанга электропривода. При этом в суппорте установлены параллельно оси инструмента два датчика расстояния инструмента до металлической поверхности, один из которых индуктивный, а другой - вихретоковый. Узел держателя инструмента присоединен к подпятнику двумя плоскими пружинами с жестко закрепленными концами, расположенными с зазором параллельно друг другу и поперечно вертикальной оси инструмента, и прижат ими к упорной планке, а в корпусе машины выполнены гнезда для хранения сменного инструмента.

Для задачи расширения технологических возможностей и степени универсальности машина дополнительно снабжена маркирующим и зачистным инструментами и индивидуальными по конфигурации и размерам одновитковыми антеннами для автоматического позиционирования соответствующего инструмента относительно обрабатываемого металлического листа, при этом на срезе держателя инструмента рядом с корпусом вихретокового датчика образован разъемный узел крепления сменного инструмента с двумя присоединительными элементами, закрепленными на держателе и на каждом рабочем инструменте, а в корпусе вихретокового датчика образован разъемный узел крепления сменных одновитковых антенн, выполненный в виде двух электроизолированных гнезд под выводы антенны с зажимными винтами, причем диаметр витка индивидуальной антенны для каждого соответствующего инструмента больше диаметра его наконечника, расположенного внутри витка, на величину не менее 35 мм, а наконечник инструмента выступает за пределы плоскости витка на величину не менее 12 мм.

Указанный результат достигается также за счет технического решения зачистного инструмента, содержащего рабочий орган, привод для его перемещения, корпус с размещенным в нем штоком, на одном конце которого выполнен узел крепления рабочего органа, которым является металлическая торцевая щетка. Кроме того, с целью обеспечения стабильного усилия нажатия щетки на обрабатываемую поверхность при отслеживании профиля листа суппортом машины с помощью вихретокового датчика, корпус выполнен в виде стакана, соосного со штоком и закрепленного на нем, в дно стакана упирается спиральная пружина, окружающая шток, противоположный конец которой прижат к направляющей с навинченной щеткой, скользящей по штоку, перемещение направляющей ограничено штифтом штока, входящим в прорезь стенки направляющей, положение которого относительно границ прорези связано со степенью сжатия пружины.

Заявленное техническое решение поясняется чертежами (фиг. 1, 2, 3, 4), на которых представлена конструкция предложенной машины тепловой резки, и фотографиями суппорта опытного образца машины с установленными на нем различными типами сменного инструмента (фиг. 5, 6, 7).

Машина тепловой резки (фиг. 1) содержит электропривод с редуктором 1, вертикальную штангу 2 и суппорт, состоящий из подпятника 3, упорной планки 4, узла держателя инструмента 5 с хомутом 6 для закрепления газового или плазменного резака. На срезе держателя 5 образован разъемный узел крепления сменного рабочего инструмента 15 с двумя присоединительными элементами - пластинами с болтовыми отверстиями, закрепленными на держателе и на корпусе рабочего инструмента. Узел держателя инструмента присоединен к подпятнику через систему плоских пружин 7.

Узел держателя инструмента снабжен двумя датчиками расстояния до металлической поверхности, один из которых - индуктивный 8 с настроечным элементом 9, служащий для автоматической установки исходного положения плазмотрона по вертикальной оси в момент его касания с разрезаемым листом 10. Другой датчик - вихретоковый 11, предназначенный для автоматической стабилизации рабочего зазора газового резака 13. Этот датчик имеет чувствительный элемент - антенну 12, которая также служит для защиты газового 13 или плазменного 14 резаков от наездов на неровности разрезаемого листа или кромки вырезанных деталей раскроя. Чувствительный элемент 12 вихретокового датчика 11 выполнен в виде сменной одновитковой антенны, охватывающей наконечник резака, изготовленной из жаропрочной немагнитной проволоки диаметром порядка 4 мм, например из нихрома или нержавеющей стали, с диаметром витка 60 мм и длиной выводов от витка 120 мм.

В корпусе вихретокового датчика 11 образован электрический разъемный узел 16 для крепления сменных одновитковых антенн, выполненный в виде двух электроизолированных гнезд под выводы антенны с зажимными винтами.

Суппорт УМТР с установленным маркирующим инструментом представлен на фигуре 2, где корпус 17 маркирующей головки, наносящей красящим составом надписи на вырезанных деталях, с помощью консоли 18 закреплен на переходной пластине с болтовыми отверстиями разъемного узла крепления 15. При этом индивидуальная сменная антенна 12 через электрический разъемный узел 16 присоединена к корпусу вихретокового датчика 11.

Суппорт УМТР с установленным зачистным инструментом представлен на фигуре 3, где инструмент с электроприводом 19 также закреплен на переходной пластине с болтовыми отверстиями разъемного узла крепления 15.

С электроприводом 19 через специальную пружинную оправку 20 связана торцевая металлическая щетка 21, производящая зачистку грунта обрабатываемого металлического листа в местах сварки с установочными деталями, например секционного судового набора. Оправка 20 предназначена для обеспечения стабильного усилия нажатия щетки на обрабатываемую поверхность при отслеживании профиля листа с помощью вихретокового датчика 11 с индивидуальной антенной 12.

Устройство зачистного инструмента, предназначенного для выполнения операций зачистки грунта обрабатываемого металлического листа в местах сварки с установочными деталями, например секционного набора, представлено на фигуре 4. На штоке 22, установленном в шпинделе 23 электродвигателя 24 с редуктором, закреплен корпус 25, в который упирается спиральная пружина 26.

Противоположный торец пружины прижат к направляющей 27 с навинченной щеткой 21, скользящей по штоку 22. Перемещение направляющей 27 ограничено штифтом 28, входящим в прорезь стенки направляющей. При этом упругие свойства пружины предварительно подобраны таким образом, что бы среднее положение штифта в прорези соответствовало оптимальному усилию нажатия стальной щетки на лист 10. Индивидуальная антенна 12 вихретокового датчика предназначена для стабилизации по высоте положения зачистного инструмента при отслеживании неровностей обрабатываемого металлического листа.

Заявленное устройство, снабженное дополнительным маркирующим и зачистным инструментом, работает следующим образом.

Маркирующая головка (фиг. 2) через разъемный узел 15 присоединяется к держателю 5. Индивидуальная антенна 12 через электрический разъемный узел 16 присоединяется к вихретоковому датчику 11 таким образом, чтобы нижний торец корпуса головки выступал на 12 мм за пределы плоскости витка антенны. С помощью устройства ЧПУ машины тепловой резки, не показанного на чертеже, электропривод с редуктором 1 в ручном режиме опускает штангу 2 и останавливает ее движение в момент достижения заданного рабочего зазора 5 мм между листом 10 и нижним торцом корпуса головки. Величина заданного рабочего зазора проверяется щупом из неэлектропроводящего материала. Рукояткой «Установка высоты» в электронном блоке, не показанном на чертеже, вихретокового датчика 11, аналогом которого может служить, например, ДВТ60 производства ООО «Эталрос», г. Ростов-на-Дону, устанавливается нулевое значение выходного сигнала датчика. Головка маркирующая включается, начинается процесс маркировки при движении суппорта по программе, заложенной в УЧПУ. Электропривод с редуктором 1, управляемый выходным сигналом вихретокового датчика 11, поддерживает постоянство рабочего зазора, при котором выходной сигнал равен 0 вольт. При наезде витка антенны 12 на металлическое препятствие в виде торчащей кромки выпавшей вырезанной детали электронный блок датчика вырабатывает аварийный сигнал на остановку движения машины тепловой резки. Индуктивный датчик 8 с настроечным элементом 9 при маркировке в работе не участвуют.

Зачистной инструмент (фиг. 3) через разъемный узел 15 присоединяется к держателю 5. Индивидуальная антенна 12 через электрический разъемный узел 16 присоединяется к вихретоковому датчику 11 таким образом, чтобы нижний торец щетки выступал на 12 мм за пределы плоскости витка антенны.

С помощью устройства ЧПУ машины тепловой резки, не показанного на чертеже, электропривод 19 в ручном режиме опускает штангу 2 и останавливает ее движение в момент достижения штифтом 28 (фиг. 4) среднего положения в прорези стенки направляющей. Рукояткой «Установка высоты» в электронном блоке, не показанном на чертеже, вихретокового датчика 11 устанавливается нулевое значение выходного сигнала датчика. Зачистное устройство включается, начинается процесс зачистки при движении суппорта по программе, заложенной в УЧПУ. Электропривод с редуктором 1, управляемый выходным сигналом вихретокового датчика 11, поддерживает постоянство рабочего зазора, при котором выходной сигнал равен 0 вольт. При наезде витка антенны 12 на металлическое препятствие в виде торчащей кромки выпавшей вырезанной детали электронный блок датчика вырабатывает аварийный сигнал на остановку движения машины тепловой резки. Индуктивный датчик 8 с настроечным элементом 9 при зачистке в работе не участвуют.

Изобретение может быть использовано для термической резки металлов с помощью малогабаритной машины тепловой резки со сменными резаками для газовой и плазменной резки, обеспечивающей также зачистку и маркировку поверхности вырезаемых деталей красящим составом с помощью сменных инструментов. В суппорте машины установлены параллельно оси резака два датчика расстояния до металлической поверхности, один из которых индуктивный, а другой - вихретоковый. Узел держателя резака присоединен к подпятнику двумя плоскими пружинами с жестко закрепленными концами, расположенными с зазором параллельно друг другу и поперечно вертикальной оси рабочего резака, и прижат ими к упорной планке. В корпусе машины имеются гнезда для хранения сменного зачистного и маркирующего инструмента. Зачистной инструмент с рабочим органом в виде металлической торцевой щетки обеспечивает зачистку защитного грунта на обрабатываемом металлическом листе в местах сварки с установочными деталями. На одном конце размещенного в корпусе штока выполнен узел крепления рабочего органа. Индивидуальные вихретоковые датчики обеспечивают поддержание заданного рабочего зазора инструмента и защиту его от аварийной ситуации при наезде на препятствия. Машина является универсальной и обладает широкими технологическими возможностями. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

1. Машина тепловой резки, содержащая вертикальный электропривод с редуктором, устройство ЧПУ и выполненный в виде консоли суппорт, содержащий узел держателя сменного инструмента, выполненного в виде газового или плазменного резака, упорную планку и подпятник, в который упирается штанга электропривода, при этом в суппорте установлены параллельно оси инструмента два датчика расстояния инструмента до металлической поверхности, один из которых индуктивный, а другой - вихретоковый, причем узел держателя инструмента присоединен к подпятнику двумя плоскими пружинами с жестко закрепленными концами, расположенными с зазором параллельно друг другу и поперечно вертикальной оси инструмента, и прижат ими к упорной планке, а в корпусе машины выполнены гнезда для хранения сменного инструмента, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена сменными маркирующим и зачистным инструментами и индивидуальными по конфигурации и размерам одновитковыми антеннами для автоматического позиционирования соответствующего инструмента относительно обрабатываемого металлического листа, при этом на срезе держателя инструмента рядом с корпусом вихретокового датчика образован разъемный узел крепления сменного инструмента с двумя присоединительными элементами, закрепленными на держателе и на каждом инструменте, а в корпусе вихретокового датчика образован разъемный узел крепления сменных одновитковых антенн, выполненный в виде двух электроизолированных гнезд под выводы антенны с зажимными винтами, причем диаметр витка индивидуальной антенны для каждого соответствующего инструмента больше диаметра его наконечника, расположенного внутри витка, на величину не менее 35 мм, а наконечник выступает за пределы плоскости витка на величину не менее 12 мм.

2. Зачистной инструмент для машины тепловой резки по п. 1, содержащий рабочий орган, привод его перемещения, корпус с размещенным в нем штоком, на одном конце которого расположен узел крепления рабочего органа зачистного инструмента в виде металлической торцевой щетки, при этом корпус выполнен в виде стакана, соосного со штоком и закрепленного на нем, в дно стакана установлена с упором спиральная пружина, окружающая шток, противоположный конец которой прижат к направляющей с навинченной торцевой щеткой, скользящей по штоку, перемещение направляющей ограничено штифтом штока, входящим в прорезь стенки направляющей, положение которого относительно границ прорези связано со степенью сжатия пружины.