RU2429139C1

RU2429139C1 - Etching device (versions)

Info

Publication number: RU2429139C1
Application number: RU2010111630/05A
Authority: RU
Inventors: Магомед Хабибович Магомедов (RU); Магомед Хабибович Магомедов
Original assignee: Магомед Хабибович Магомедов
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2011-09-20
Also published as: WO2011122994A1

Abstract

FIELD: electricity. ^ SUBSTANCE: device includes vibration exciter and elastic elements. As per the first version, stable angular oscillations of yoke with working piece, which is rigidly connected to shaft of oscillation exciter, are provided with passive magnetic suspensions made as system of constant magnets operating as per differential circuit in mode of repulsive powers, and elements to control the distance between magnets. As per the other version, excitation of yoke oscillations with working piece is performed with active magnetic suspension consisting of motor, constant magnet fixed on end part of motor shaft rotating at specified speed and direction, and magnet rigidly connected to yoke. Passive magnetic suspensions made as system of constant magnets operating as per differential circuit in mode of repulsive powers, and elements to control the distance between magnets, are used as elastic elements. Working piece is brought into additional movement with the second oscillation exciter. ^ EFFECT: invention provides the creation of the device with adjusted position of stable balance of shaft of oscillation exciter and increase of amplitude and frequency of oscillations of working piece; improves reliability, service life of etching device, efficiency and quality of its operation. ^ 9 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области электромеханики и может быть использовано в вибрационных и вибрационно-ударных устройствах для возбуждения управляемых по частоте и амплитуде механических колебаний, а также к области художественно-декоративной обработки твердых материалов, например, для нанесения изображений на твердые материалы путем направленного программно-управляемого разрушения их поверхности ударным или ударно-вращательным методом.The invention relates to the field of electromechanics and can be used in vibration and vibration-shock devices for the excitation of mechanical vibrations controlled by the frequency and amplitude, as well as to the field of artistic and decorative processing of solid materials, for example, for applying images to solid materials by directional program-controlled destruction of their surface by shock or shock-rotational method.

Известно гравировальное устройство ([1] Патент 67926 от 28.05.2007 г.), содержащее 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. Зазор между заготовкой и острием иглы должен быть менее 0,02 мм с возможностью передачи цвета без искажений. Известно устройство для нанесения изображения на твердой поверхности ([2] Патент 2350476 от 13.02.2007 г.), содержащее корпус, первый электродвигатель, второй двигатель, инструмент, выполненный с возможностью вращения вокруг своей оси и соединенный с концом вала второго электродвигателя, коромысло и пружины. Коромысло с рычагами, верхние части которых взаимодействуют с пружинами, установлено на валу первого электродвигателя с возможностью углового колебательного движения относительно точки пересечения продольной оси коромысла и оси вращения вала первого электродвигателя. Пружины соединяют каждую боковую сторону коромысла с поверхностью корпуса.An engraving device is known ([1] Patent 67926 of 05/28/2007) containing a base with a fixed stand, to which a flat spring is attached at one end and the other with one end of an L-shaped yoke of an electromagnet attached to a plate, which is rigidly fixed on the base, a collet is attached to the other end of the L-shaped yoke, in which a percussion instrument in the form of a needle with a diamond tip is mounted. On the base, through the eccentric adjuster, a bearing is mounted, fixed by a screw, with the ability to track the workpiece relief. The gap between the workpiece and the tip of the needle should be less than 0.02 mm with the ability to transmit color without distortion. A device for applying an image on a solid surface ([2] Patent 2350476 of February 13, 2007), comprising a housing, a first electric motor, a second motor, a tool rotatable around its axis and connected to the shaft end of the second electric motor, a beam and springs. The beam with levers, the upper parts of which interact with the springs, is mounted on the shaft of the first electric motor with the possibility of angular oscillatory motion relative to the intersection of the longitudinal axis of the beam and the axis of rotation of the shaft of the first electric motor. Springs connect each side of the beam to the surface of the hull.

Главным недостатком указанных устройств-прототипов является использование в них механических пружин в роли упругих элементов для накопления потенциальной энергии, например, в [1] - это плоская и цилиндрическая пружины, а в [2] - цилиндрические пружины. Это связано с тем, что у механических пружин, работающих длительное время в многократно повторяющихся динамических режимах растяжения-сжатия и ударных нагрузок, с течением времени снижается несущая способность, усталостная прочность, а также выносливость. Кроме того, число колебаний, выдерживаемых пружинами до разрушения, зависит не только от нагрузок, действующих на пружины, но и от амплитуды самих колебаний: чем больше амплитуда колебаний при данном максимальном напряжении, тем меньше число циклов выдерживают пружины. Все это приводит к снижению эффективности, долговечности и эксплуатационного ресурса устройства и, как следствие, качества выгравированного изображения.The main disadvantage of these prototype devices is the use of mechanical springs in them as elastic elements for the accumulation of potential energy, for example, in [1] these are flat and cylindrical springs, and in [2] they are coil springs. This is due to the fact that for mechanical springs operating for a long time in repeatedly repeated dynamic modes of tension-compression and shock loads, the load-bearing ability, fatigue strength, and also endurance decrease over time. In addition, the number of vibrations withstood by the springs before failure depends not only on the loads acting on the springs, but also on the amplitude of the vibrations themselves: the larger the amplitude of vibrations at a given maximum voltage, the less the number of cycles the springs can withstand. All this leads to a decrease in the efficiency, durability and operational life of the device and, as a result, the quality of the engraved image.

Известно устройство - роторный привод ([3] Патент US 4,795,929 «Rotary Actuator» от 03.01.1989 года), имеющий постоянный магнитный якорь с диаметрально противоположными полюсами различной полярности, установленный между парой статорных элементов, по крайней мере, один из которых является электромагнитом, так, что имеет возможность вращаться между первым и вторым положением при создании выбранного распределения потока хотя бы в одном электромагнитном статорном элементе. Электромагнитный статорный элемент создан так, что он создает ассиметричное магнитное поле, которое больше вблизи одного из противоположных полей якоря, чем в другом. Электромагнитный статор состоит из сердцевины из мягкого железного материала и внутренней поверхностью повернут к ротору. Катушка намотана на сердцевину так, чтобы создавать на сердцевине магнитные силовые поля на каждой поверхности сердцевины. Ассиметричное поле потока создается путем предоставления внутренней стороны сердцевины большего сегмента, увеличивающего поле потока и плотность в заданном месте и поля поменьше для остальной части сердцевины. Предпочтительно больший сегмент поверхности сердцевины вытянут наружу и тесно расположен к поверхности якоря для выбранного дугового расстояния.A device is known as a rotary drive ([3] Patent US 4,795,929 "Rotary Actuator" dated 01/03/1989), having a permanent magnetic armature with diametrically opposite poles of different polarity, mounted between a pair of stator elements, at least one of which is an electromagnet, so that it can rotate between the first and second positions when creating the selected flow distribution in at least one electromagnetic stator element. The electromagnetic stator element is designed so that it creates an asymmetric magnetic field that is larger near one of the opposite fields of the armature than in the other. The electromagnetic stator consists of a core of soft iron material and the inner surface is turned towards the rotor. The coil is wound on the core so as to create magnetic force fields on the core on each surface of the core. An asymmetric flow field is created by providing the inside of the core of a larger segment, increasing the flow field and density at a given location and smaller fields for the rest of the core. Preferably, a larger segment of the surface of the core is elongated outward and closely located to the surface of the armature for a selected arc distance.

В частности, привод включает пару электромагнитных статоров, каждый из которых имеет не магнитопроводимое ядро и катушку, взаимодействующих для создания первого и второго полюса. Статоры фиксированно закреплены на расстоянии друг против друга, их полюсы лежат на общей оси намагничивания, и имеют ассиметричную форму для предоставления большего силового поля одной стороне намагничивания, чем другой. Якорь, состоящий из цилиндрического постоянного магнита, имеющего противоположные первый и второй полюсы, лежащие вдоль диаметральной полюсной оси, закреплен с возможностью вращения между противоположными статорами так, что диаметральная полюсная ось изначально идет поперечно оси намагничивания статоров. Электрическая цепь выборочно подает напряжение электромагнитным статорам так, чтобы индуцировать на первом и втором полюсе управляемых статоров, прямо и обратно соответственно, для принуждения силового поля притягивать или отталкивать полюс вышеуказанного цилиндрического магнита, лежащего на той же стороне оси намагничивания, чтобы заставить якорь вращаться.In particular, the drive includes a pair of electromagnetic stators, each of which has a non-magnetically conducting core and coil, interacting to create the first and second poles. The stators are fixedly fixed at a distance against each other, their poles lie on the common axis of magnetization, and have an asymmetric shape to provide a larger force field to one side of the magnetization than the other. An anchor consisting of a cylindrical permanent magnet having opposite first and second poles lying along the diametrical pole axis is rotatably fixed between opposite stators so that the diameter pole axis initially runs transversely to the magnetization axis of the stators. The electric circuit selectively supplies voltage to the electromagnetic stators in such a way as to induce controlled stators on the first and second poles, directly and vice versa, to force the force field to attract or repel the pole of the above cylindrical magnet lying on the same side of the magnetization axis to make the armature rotate.

Также известно устройство - колебательный шаговый двигатель ([4] Патент US 5,126,605 «Oscillating Stepper Motor» от 30.06.1992 г.), включающий:A device is also known - an oscillatory stepper motor ([4] Patent US 5,126,605 "Oscillating Stepper Motor" from 06/30/1992), including:

(а) однофазную кольцевую катушку статора, определяющую центральную цилиндрическую полость, указанная кольцевая катушка статора создает магнитное поле первой полярности, когда электрический ток проходит через нее в первом направлении;(a) a single-phase annular stator coil defining a central cylindrical cavity, said annular stator coil creates a magnetic field of a first polarity when an electric current passes through it in a first direction;

(b) цилиндрический ротор, включающий роторный магнит, расположенный для вращательного движения относительно указанной кольцевой катушки статора в указанной центральной цилиндрической полости и соосно указанной кольцевой катушкой статора; указанный цилиндрический ротор, в зависимости от указанного магнитного поля первой полярности, создаваемого в указанной кольцевой катушке статора, может вращаться меньше чем на 180 градусов от стопорного положения к первому положению, определенному указанным магнитным полем указанной первой полярности; и(b) a cylindrical rotor comprising a rotor magnet located for rotational motion relative to the specified annular stator coil in the specified Central cylindrical cavity and coaxially indicated by the annular stator coil; the specified cylindrical rotor, depending on the specified magnetic field of the first polarity created in the specified annular coil of the stator, can rotate less than 180 degrees from the lock position to the first position determined by the specified magnetic field of the specified first polarity; and

(c) стопорный магнит, фиксирование расположенный с учетом указанной катушки статора в указанной цилиндрической полости, для вращения указанного ротора к указанному стопорному положению, всегда, когда указанная кольцевая катушка статора обесточивается(c) a locking magnet, fixing located in view of said stator coil in said cylindrical cavity to rotate said rotor to said locked position, whenever said stator ring coil is de-energized

В указанных устройствах [3], [4] роль упругих элементов выполняют магнитные составляющие, обеспечивающие поворот ротора из одного фиксированного положения в другое в пределах, ограниченных полюсами статора.In these devices [3], [4], the role of the elastic elements is played by magnetic components, which ensure the rotation of the rotor from one fixed position to another within the range limited by the stator poles.

Недостатком устройств [3], [4] является то, что в них нет возможности настройки положения ротора относительно статора - это устойчивое положение изначально конструктивно задано, определяется взаимным расположением магнитного ротора и элементов статора. Во многих приложениях, например, при гравировании, необходима периодическая настройка начального устойчивого положения коромысла в плоскости колебаний для обеспечения оптимальной амплитуды колебаний.The disadvantage of devices [3], [4] is that they do not have the ability to adjust the position of the rotor relative to the stator - this stable position is initially structurally set, determined by the relative position of the magnetic rotor and stator elements. In many applications, for example, when engraving, it is necessary to periodically adjust the initial stable position of the rocker arm in the plane of oscillation to ensure optimal amplitude of oscillation.

Указанные совместные недостатки прототипов ставят задачу обеспечения периодической настройки устойчивого углового положения вала возбудителя колебаний, повышения надежности и эксплуатационного ресурса гравировального устройства, амплитуды и частоты колебаний рабочего инструмента, производительности, а следовательно, и качества его работы.These joint disadvantages of the prototypes set the task of ensuring periodic adjustment of the stable angular position of the shaft of the exciter, increasing the reliability and operational life of the engraving device, the amplitude and frequency of oscillations of the working tool, productivity, and therefore the quality of its work.

Эта задача решается тем, что в гравировальном устройстве, содержащем возбудитель колебаний, соединительные рычаги, упругие элементы и рабочий инструмент, вместо механических пружин в роли упругих элементов используются пассивные магнитные подвесы, представляющие собой систему из двух постоянных магнитов, расположенных друг к другу одноименными полюсами N-N или S-S, один из магнитов закреплен неподвижно, а другой - подвижно, и регулировочного элемента для настройки оптимального расстояния между магнитами. Не исключается использование электромагнитов вместо постоянных магнитов. Возможно использование в подвесах как аксиальных, так и диаметральных, двух или многополюсных постоянных магнитов.This problem is solved in that in an engraving device containing an exciter of vibrations, connecting levers, elastic elements and a working tool, instead of mechanical springs, passive magnetic suspensions are used as elastic elements, which are a system of two permanent magnets located to each other by the same NN poles or SS, one of the magnets is fixed motionless, and the other is movable, and an adjustment element for setting the optimal distance between the magnets. The use of electromagnets instead of permanent magnets is not ruled out. It is possible to use in suspensions both axial and diametrical, two or multipolar permanent magnets.

На фиг.1 представлена схема гравировального устройства с возбудителем колебаний на базе электродвигателя.Figure 1 presents a diagram of an engraving device with a vibration exciter based on an electric motor.

Предложенное устройство выполнено следующим образом. По первому варианту гравировальное устройство содержит электродвигатель 1, например, шаговый, на обмотки управления которого с блока управления (на фиг.1 не показан) поступают управляющие импульсы 2. На вал 3 электродвигателя 1 установлено коромысло 4, на конце которого установлен рабочий инструмент 15. Электродвигатель 1 с коромыслом 4 расположен внутри неподвижного корпуса 6. Коромысло 4 снабжено рычагом 7, к которому жестко соединены дисковые постоянные магниты 8 и 12. Коромысло 4 вместе с рычагом 7 выполнено с возможностью совершать угловые колебательные движения относительно оси вращения вала 3 электродвигателя 1. Для измерения амплитуды колебаний коромысла 4, а следовательно, и рабочего инструмента 15, используется, если это требует алгоритм управления, датчик углового положения 14, установленный на вал 3 электродвигателя 1. Параллельно магнитам 8 и 12 установлены постоянные магниты 9 и 11, каждый из которых жестко связан с регулировочным элементом 10 и 13, соответственно. В роли регулировочного элемента может выступать, например, передача винт - гайка или ей подобная по действию. Постоянные магниты 8, 9 в совокупности с регулировочным элементом 10 образуют первый пассивный магнитный подвес, а постоянные магниты 11, 12 в совокупности с регулировочным элементом 13 образуют второй пассивный магнитный подвес. Магнитные подвесы могут взаимодействовать с коромыслом 4 через рычаг 7, как показано на фиг.1, при этом оси 17 и 18 всех магнитов проходят вдоль оси 19. Возможен другой вариант расположения магнитных подвесов относительно коромысла 4. При этом магниты 8 и 12 крепятся неподвижно к коромыслу 4 сверху и снизу параллельно его оси 5, а магниты 9 и 11 крепятся параллельно им так, чтобы оси 17 и 18 всех магнитов 8, 9, 11, 12 проходили вдоль вертикальной оси 16. Не исключаются и другие комбинации расположения магнитных подвесов, а также самих постоянных магнитов друг относительно друга.The proposed device is as follows. According to the first embodiment, the engraving device comprises an electric motor 1, for example, a stepper motor, to the control windings of which control pulses 2 are received from the control unit (not shown in Fig. 1). A rocker 4 is mounted on the shaft 3 of the electric motor 1, at the end of which a working tool 15 is installed. An electric motor 1 with a rocker 4 is located inside the fixed housing 6. The beam 4 is equipped with a lever 7, to which the disk permanent magnets 8 and 12 are rigidly connected. The beam 4 together with the lever 7 is configured to make angular oscillatory movements relative to the axis of rotation of the shaft 3 of the electric motor 1. To measure the amplitude of oscillations of the rocker arm 4, and therefore the working tool 15, an angular position sensor 14 mounted on the shaft 3 of the electric motor 1 is used, if required by the control algorithm, in parallel Permanent magnets 9 and 11 are installed, each of which is rigidly connected to the adjusting element 10 and 13, respectively. The role of the adjusting element may be, for example, a screw-to-nut transmission or similar in action. Permanent magnets 8, 9 together with the adjusting element 10 form the first passive magnetic suspension, and permanent magnets 11, 12 in conjunction with the adjusting element 13 form the second passive magnetic suspension. Magnetic suspensions can interact with the beam 4 through the lever 7, as shown in figure 1, while the axes 17 and 18 of all the magnets pass along the axis 19. Another option is the location of the magnetic suspensions relative to the rocker 4. In this case, the magnets 8 and 12 are fixed to the beam 4 above and below parallel to its axis 5, and the magnets 9 and 11 are mounted parallel to them so that the axes 17 and 18 of all magnets 8, 9, 11, 12 extend along the vertical axis 16. Other combinations of the location of the magnetic suspensions are not excluded, but also permanent magnets themselves about relative to a friend.

В роли возбудителя колебаний может выступать любой электродвигатель постоянного или переменного тока. а также двигатель с любым рабочим телом, например, пневмо- или гидродвигатель, а также электромагнитная катушка с сердечником или вибровозбудитель любой конструкции и типа. Постоянные магниты 8, 9, 11, 12 могут быть с аксиальными полюсами, диаметрально расположенными полюсами, двух или многополюсными и т.п.(фиг.4).Any electric motor of direct or alternating current can act as a pathogen of vibrations. as well as an engine with any working fluid, for example, a pneumatic or hydraulic motor, as well as an electromagnetic coil with a core or vibration exciter of any design and type. Permanent magnets 8, 9, 11, 12 can be with axial poles, diametrically positioned poles, two or multipolar, etc. (Fig. 4).

Возможен вариант, когда вместо постоянных магнитов используются электромагниты и/или их комбинации. В роли рабочего инструмента 15 может быть гравировальная игла или другой инструмент как ударного, так и ударно-вращательного действия.It is possible that instead of permanent magnets, electromagnets and / or combinations thereof are used. The role of the working tool 15 may be an engraving needle or other instrument of both impact and rotational impact.

По второму варианту гравировальное устройство содержит двигатель 1, который выступает в роли возбудителя колебаний, на обмотки управления которого поступает сигнал управления 2. В торцевой части вала 6 двигателя 1 неподвижно закреплен постоянный магнит 17, например, дисковой формы с диаметрально расположенными полюсами (фиг.4), который может вращаться вместе с валом 6 двигателя 1. На вал 3 установлено коромысло 4 с рабочим инструментом 15 с возможностью совершать угловые колебательные движения в вертикальной плоскости. На коромысле 4 параллельно магниту 17 неподвижно закреплен постоянный магнит 18 с диаметрально расположенными полюсами, образуя с двигателем 1, магнитом 17 и регулировочным элементом 23 первый, активный, магнитный подвес. С коромыслом 4 также жестко соединены два других постоянных магнита 8 и 12. Параллельно магнитам 8 и 12 установлены постоянные магниты 9 и 11, каждый из которых соединен с регулировочным элементом 10 и 13, соответственно. Постоянные магниты 8, 9 в совокупности с регулировочным элементом 10 образуют второй, пассивный, магнитный подвес, а постоянные магниты 11, 12 в совокупности с регулировочным элементом 13 образуют третий, пассивный, магнитный подвес. Не исключаются и другие комбинации расположения магнитных подвесов относительно коромысла 4. Для измерения амплитуды колебаний коромысла 4, а следовательно, и рабочего инструмента 15, используется, если это требует алгоритм управления, датчик углового положения 14, установленный на вал 3. В роли возбудителя колебаний 1 может выступать любой электродвигатель постоянного или переменного тока, а также двигатель с любым рабочим телом, например пневмодвигатель или гидродвигатель и т.п. Постоянные магниты 8, 9, 11, 12, 17, 18 могут быть с аксиальными полюсами (фиг.3), с диаметральным расположением полюсов, двухполюсные (фиг.4,а) или многополюсные (фиг.4,б). Для регулирования амплитуды колебаний рабочего инструмента в соответствии с параметрами точек гравируемого изображения, гравировальное устройство снабжено вторым возбудителем колебаний, например, электромагнитной катушкой 20 с сердечником 16 и якорем 7, жестко соединенным с коромыслом 4. При поступлении тока в катушку 20 электромагнита коромысло 4 с рабочим инструментом 15 дополнительно перемещается к сердечнику 16 электромагнита. Амплитуда этого перемещения пропорциональна яркости элементарной точки гравируемого изображения. Предложенное устройство работает следующим образом. По первому варианту, на обмотки управления возбудителя колебаний, например, шагового электродвигателя 1 (фиг.1), статор которого представляет собой многополюсное электромеханическое устройство, поступает периодическая последовательность импульсов управления 2 в виде широтно-импульсной модуляции (ШИМ), частотно-импульсной модуляции (ЧИМ), амплитудно-импульсной модуляции (АИМ) или их комбинации с заданными шириной, периодом или амплитудой, соответствующими яркости точек гравируемого изображения. Во время действия импульса управления вал 3 двигателя 1 начинает поворачиваться вокруг своей оси (фиг.1). Вал 3 приводит в движение коромысло 4 и связанные с ним магниты 8 и 12 пассивных магнитных подвесов, которые оказывают динамическое подпружинивание коромысла 4. Угловое движение коромысла 4 относительно оси вращения вала 3 двигателя 1 ограничено действием магнитов 9 и 11, расположенных параллельно магнитам 8 и 12, соответственно, своими одноименными полюсами друг к другу. В случае использования постоянных магнитов с диаметрально расположенными полюсами возможно частичное совмещение их одноименных полюсов, то есть частичное перекрывание магнитных полей полюсов. С помощью регулировочных элементов 10 и 13 настраиваются необходимые зазоры δ₁ и δ₂ между магнитами 8, 9 и 11, 12 магнитных подвесов. Управление элементами 10, 13 может быть выполнено как вручную, используя показания датчика положения 14, так и автоматически, с помощью следящего привода, если это требует алгоритм управления. Магниты 8, 9, 11 и 12 выбирают по величине требуемой магнитной индукции, а расположение магнитных подвесов относительно друг друга и величины зазоров δ₁ и δ₂ настраиваются с помощью элементов 10 и 13 таким образом, чтобы обеспечить оптимальные по амплитуде и частоте колебания коромысла 4, а следовательно, и рабочего инструмента 15. Например, таким оптимальным свойством может быть максимум амплитуды колебаний коромысла, а следовательно, и рабочего инструмента в вертикальной плоскости колебаний. С момента окончания предыдущего и до поступления следующего импульса управления коромысло под действием упругих сил отталкивания магнитов 8, 9 и 11, 12 начинает движение в обратном направлении. Момент времени завершения обратного хода коромысла 4 и подачи следующего рабочего управляющего импульса, соответствующего параметрам точки гравируемого изображения, определяется, если это требует алгоритм управления, с помощью датчика углового положения 14 вала 3 двигателя 1. Таким образом, коромысло 4 вместе с рабочим инструментом 15 начинает совершать колебательные движения в вертикальной плоскости перпендикулярно поверхности заготовки 21, на которую переносится изображение 22. В отличие от механических пружин, упругие силы взаимодействия в которых линейно зависят от величины деформации, например, по закону Гука, силы отталкивания постоянных магнитов нелинейно зависят от расстояния между ними, что дает возможность использования переменного коэффициента динамической упругости, а значит, и более широкого спектра амплитуды и частоты колебаний рабочего инструмента.According to the second embodiment, the engraving device comprises a motor 1, which acts as a vibration exciter, to the control windings of which a control signal 2 is received. A permanent magnet 17, for example, of a disk form with diametrically positioned poles, is fixedly fixed to the end part of the shaft 6 of the motor 1 ), which can rotate together with the shaft 6 of the engine 1. On the shaft 3 there is a rocker 4 with a working tool 15 with the ability to make angular oscillatory movements in a vertical plane. On the beam 4, in parallel with the magnet 17, a permanent magnet 18 with diametrically positioned poles is fixedly fixed, forming with the motor 1, magnet 17 and adjusting element 23 a first, active, magnetic suspension. Two other permanent magnets 8 and 12 are also rigidly connected to the beam 4. In parallel with the magnets 8 and 12, the permanent magnets 9 and 11 are installed, each of which is connected to the adjusting element 10 and 13, respectively. Permanent magnets 8, 9 in conjunction with the adjusting element 10 form a second, passive, magnetic suspension, and permanent magnets 11, 12 in conjunction with the adjusting element 13 form a third, passive, magnetic suspension. Other combinations of the location of the magnetic suspensions relative to the rocker arm are not excluded. 4. To measure the vibration amplitude of the rocker arm 4, and therefore of the working tool 15, the angular position sensor 14 mounted on the shaft 3 is used if this is required by the control algorithm. In the role of the vibration exciter 1 any direct or alternating current electric motor can act, as well as an engine with any working fluid, for example, an air motor or a hydraulic motor, etc. Permanent magnets 8, 9, 11, 12, 17, 18 can be with axial poles (Fig. 3), with a diametrical arrangement of poles, bipolar (Fig. 4, a) or multipolar (Fig. 4, b). To regulate the amplitude of oscillations of the working tool in accordance with the parameters of the points of the engraved image, the engraving device is equipped with a second oscillator, for example, an electromagnetic coil 20 with a core 16 and an armature 7, rigidly connected to the beam 4. When the current enters the coil 20 of the electromagnet, the beam 4 with the working tool 15 additionally moves to the core 16 of the electromagnet. The amplitude of this movement is proportional to the brightness of the elementary point of the engraved image. The proposed device operates as follows. According to the first embodiment, the control windings of the oscillation pathogen, for example, a stepper motor 1 (Fig. 1), the stator of which is a multi-pole electromechanical device, receives a periodic sequence of control pulses 2 in the form of pulse-width modulation (PWM), pulse-frequency modulation ( PFM), amplitude-pulse modulation (AIM), or their combination with a given width, period or amplitude, corresponding to the brightness of the points of the engraved image. During the action of the control pulse, the shaft 3 of the engine 1 starts to rotate around its axis (figure 1). The shaft 3 drives the beam 4 and the associated magnets 8 and 12 of passive magnetic suspensions, which dynamically spring the beam 4. The angular movement of the beam 4 relative to the axis of rotation of the shaft 3 of the engine 1 is limited by the action of magnets 9 and 11 parallel to magnets 8 and 12 , respectively, with their poles of the same name to each other. In the case of using permanent magnets with diametrically positioned poles, it is possible to partially combine their poles of the same name, that is, partially overlap the magnetic fields of the poles. Using the adjusting elements 10 and 13, the necessary gaps δ ₁ and δ ₂ between the magnets 8, 9 and 11, 12 of the magnetic suspensions are adjusted. The control of elements 10, 13 can be performed either manually, using the readings of the position sensor 14, or automatically, using a servo drive, if this requires a control algorithm. The magnets 8, 9, 11 and 12 are selected according to the magnitude of the required magnetic induction, and the location of the magnetic suspensions relative to each other and the gaps δ ₁ and δ _{2 are} adjusted using the elements 10 and 13 in such a way as to ensure optimal amplitude and frequency oscillations of the rocker 4 and, consequently, of the working tool 15. For example, such an optimal property may be the maximum amplitude of the rocker arm vibrations, and consequently, of the working tool in the vertical plane of oscillations. From the moment the previous one ends and the next control pulse arrives, the beam starts to move in the opposite direction under the action of elastic repulsive forces of magnets 8, 9 and 11, 12. The moment of completion of the return stroke of the rocker arm 4 and the supply of the next working control pulse corresponding to the parameters of the point of the engraved image is determined, if the control algorithm requires it, using the angular position sensor 14 of the shaft 3 of the engine 1. Thus, the beam 4 together with the working tool 15 starts to vibrate in a vertical plane perpendicular to the surface of the workpiece 21, which is transferred to the image 22. In contrast to mechanical springs, the elastic forces interact tions which are linearly dependent on the amount of deformation, such as Hooke's law, the repulsive force of the permanent magnets linearly depend on the distance between them, which allows the use of variable dynamic coefficient of elasticity, and hence a wider range of amplitude and frequency of oscillations of the working tool.

Динамика колебательного движения гравировального устройства зависит от геометрического расположения магнитных подвесов относительно коромысла 4, величины зазоров δ₁ и δ₂, величин магнитной индукции постоянных магнитов, которые влияют на качество работы гравировального устройства.The dynamics of the oscillatory movement of the engraving device depends on the geometric arrangement of the magnetic suspensions relative to the rocker arm 4, the gaps δ ₁ and δ ₂ , the magnitude of the magnetic induction of permanent magnets, which affect the quality of the engraving device.

По второму варианту на вход двигателя 1 поступает последовательность управляющих импульсов 2, под действием которых вал 6 двигателя 1 начинает вращаться с заданной скоростью в заданном направлении. Вместе с валом 6 начинает вращаться постоянный дисковый магнит 17, жестко связанный с валом 6 двигателя 1. Когда магнит 17 проходит над магнитом 18, неподвижно установленным на коромысле 4, и их полюса совпадают, например, N-N или S-S, то появляется отталкивающая сила, которая, действуя на коромысло 4, заставляет его вращаться в одну сторону, например, по часовой стрелке, а пассивные магнитные подвесы обеспечивают динамическое подпружинивание коромысла 4. С момента, когда одноименные полюса магнитов 17 и 18 начинают расходиться, и до полного совпадения разноименных полюсов, S-N, коромысло 4 под действием сил притяжения магнитов 17 и 18, а также под действием сил отталкивания магнитов 8, 9, 11, 12 начинает движение в противоположном направлении, например, против часовой стрелки. Так как магниты 8, 9, 11, 12 пассивных магнитных подвесов всегда работают на отталкивание и расположены с противоположных сторон коромысла 4, то силы их взаимного отталкивания не дают магнитам 17 и 18 активного магнитного подвеса прилипнуть друг к другу в процессе взаимодействия. В отличие от первого варианта, где возбудитель колебаний работает в реверсивном режиме, характеризующемся большими затратами времени на разгон, остановку и торможение, во втором варианте колебания коромысла и рабочего инструмента возбуждаются двигателем 1, постоянно вращающимся только в одном направлении с заданной скоростью, что позволяет значительно уменьшить постоянную времени гравировального устройства и увеличить частоту и амплитуду колебаний рабочего инструмента. При отсутствии управляющего импульса между вершиной рабочего инструмента 15 и поверхностью заготовки 21 все время сохраняется постоянный заданный зазор δ₄, то есть инструмент колеблется в вертикальной плоскости, не касаясь вершиной наконечника поверхности заготовки. В случае появления управляющего импульса электромагнитная катушка 20 с сердечником 16 сообщает коромыслу 4 с рабочим инструментом 15 дополнительную энергию на перемещение путем притяжения якоря 7, которая тратится на преодоление рабочего зазора δ₄ и разрушение поверхности с амплитудой, а значит, и силой, пропорциональной яркости точки 22 гравируемого изображения. С помощью регулировочных элементов 10, 13, 23 устанавливаются необходимые зазоры δ₁, δ₂, δ₃ между магнитами 8, 9, 11, 12, 17, 18 всех трех магнитных подвесов. Управление элементами 10, 13, 23 может быть выполнено как вручную, используя показания датчика положения 14, так и автоматически с помощью следящего привода, если это требует алгоритм управления. Датчик положения 14 позволяет обеспечить синфазность обоих движений: колебательного движения рабочего инструмента 15, вызванного активным магнитным подвесом 1, 17, 23, и приращения на удар, вызванного током в катушке 20. Таким образом, разделение движения на две составляющие - колебание рабочего инструмента с заданной частотой и дополнительное перемещение его на удар - позволяет значительно увеличить амплитуду и частоту колебаний рабочего инструмента, быстродействие системы, производительность работы, а также снизить энергозатраты на управление.According to the second variant, a sequence of control pulses 2 enters the input of engine 1, under the action of which the shaft 6 of engine 1 starts to rotate at a given speed in a given direction. Together with the shaft 6, a permanent disk magnet 17 begins to rotate, rigidly connected to the shaft 6 of the engine 1. When the magnet 17 passes over the magnet 18, which is fixedly mounted on the beam 4, and their poles coincide, for example, NN or SS, a repulsive force appears, which acting on the beam 4, makes it rotate in one direction, for example, clockwise, and passive magnetic suspensions provide dynamic springing of the beam 4. From the moment when the same poles of the magnets 17 and 18 begin to diverge, until p of the same name poles, SN, the beam 4 under the action of the attractive forces of the magnets 17 and 18, as well as under the repulsive forces of the magnets 8, 9, 11, 12 begins to move in the opposite direction, for example, counterclockwise. Since the magnets 8, 9, 11, 12 of the passive magnetic suspensions always work on repulsion and are located on opposite sides of the beam 4, the forces of their mutual repulsion prevent the magnets 17 and 18 of the active magnetic suspension from sticking to each other during interaction. Unlike the first option, where the pathogen operates in a reverse mode, which is characterized by a large expenditure of time for acceleration, stopping and braking, in the second embodiment, the rocker arm and the working tool are excited by the engine 1, constantly rotating in only one direction at a given speed, which allows significantly reduce the time constant of the engraving device and increase the frequency and amplitude of oscillations of the working tool. In the absence of a control pulse between the top of the working tool 15 and the surface of the workpiece 21, a constant predetermined gap δ _{4 is} maintained all the time, that is, the tool oscillates in a vertical plane without touching the tip of the tip of the surface of the workpiece. In the case of a control pulse, the electromagnetic coil 20 with the core 16 gives the beam 4 with the working tool 15 additional energy to move by attracting the armature 7, which is spent on overcoming the working gap δ ₄ and destroying the surface with an amplitude, and hence a force proportional to the brightness of the point 22 engraved images. Using the adjusting elements 10, 13, 23, the necessary gaps δ ₁ , δ ₂ , δ _{3 are established} between the magnets 8, 9, 11, 12, 17, 18 of all three magnetic suspensions. The control of elements 10, 13, 23 can be performed either manually, using the readings of the position sensor 14, or automatically using a servo drive, if this requires a control algorithm. The position sensor 14 makes it possible to ensure that both movements are in phase: the oscillatory movement of the working tool 15 caused by the active magnetic suspension 1, 17, 23, and the increment by shock caused by the current in the coil 20. Thus, the separation of the movement into two components is the oscillation of the working tool with a given frequency and additional movement of it to strike - it can significantly increase the amplitude and frequency of oscillations of the working tool, system speed, performance, as well as reduce energy costs for control Eden.

Предлагаемые варианты гравировального устройства, описанные выше, относятся к одному из примеров предпочтительного осуществления изобретения. Также возможны другие варианты конструктивного исполнения гравировального устройства.The proposed engraving device options described above relate to one example of a preferred embodiment of the invention. Other design options for the engraving device are also possible.

Claims

1. Гравировальное устройство, содержащее возбудитель колебаний и упругие элементы, отличающееся тем, что устойчивые угловые колебания коромысла с рабочим инструментом, жестко связанного с валом возбудителя колебаний, обеспечиваются пассивными магнитными подвесами, выполненными как система постоянных магнитов, работающих по дифференциальной схеме в режиме отталкивающих сил, и элементов для регулирования расстояния между магнитами.1. An engraving device containing an oscillator and elastic elements, characterized in that the stable angular oscillations of the rocker arm with a working tool rigidly connected to the shaft of the oscillator, are provided with passive magnetic suspensions made as a system of permanent magnets operating according to a differential circuit in the repulsive forces mode , and elements for regulating the distance between the magnets.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что постоянные магниты магнитного подвеса могут быть с аксиальным и/или диаметральным расположением полюсов.2. The device according to claim 1, characterized in that the permanent magnets of the magnetic suspension can be with an axial and / or diametrical arrangement of the poles.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вместо постоянных магнитов в магнитных подвесах могут использоваться электромагниты.3. The device according to claim 1, characterized in that instead of the permanent magnets in the magnetic suspensions, electromagnets can be used.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что для активного контроля и регулирования положения коромысла с рабочим инструментом относительно поверхности заготовки на валу возбудителя колебаний установлен датчик углового положения.4. The device according to claim 1, characterized in that for active monitoring and regulation of the position of the rocker arm with a working tool relative to the surface of the workpiece on the shaft of the exciter, an angular position sensor is installed.

5. Гравировальное устройство, содержащее возбудитель колебаний и упругие элементы, отличающееся тем, что возбуждение колебаний коромысла с рабочим инструментом осуществляется активным магнитным подвесом, состоящим из двигателя, вращающегося с заданными скоростью и направлением, постоянного магнита, закрепленного на торцевой части вала двигателя, и магнита, жестко соединенного с коромыслом, а в качестве упругих элементов используются пассивные магнитные подвесы, выполненные как система постоянных магнитов, работающих по дифференциальной схеме в режиме отталкивающих сил, и элементов для регулирования расстояния между магнитами, а дополнительное перемещение рабочему инструменту сообщается вторым возбудителем колебаний.5. An engraving device containing an oscillator and elastic elements, characterized in that the vibration of the rocker arm with the working tool is carried out by an active magnetic suspension, consisting of an engine rotating with a given speed and direction, a permanent magnet fixed to the end of the motor shaft, and a magnet rigidly connected to the beam, and passive magnetic suspensions are used as elastic elements, made as a system of permanent magnets operating on a differential hydrochloric circuit mode repulsive forces, and elements for adjusting the distance between the magnets, and the additional displacement working tool communicates the second vibration exciter.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что в роли второго возбудителя колебаний может выступать электромагнитная катушка с сердечником или любой другой возбудитель механических колебаний.6. The device according to claim 5, characterized in that the role of the second pathogen may be an electromagnetic coil with a core or any other causative agent of mechanical vibrations.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что постоянные магниты магнитного подвеса могут быть с аксиальным и/или диаметральным расположением полюсов, а также многополюсные.7. The device according to claim 5, characterized in that the permanent magnets of the magnetic suspension can be with an axial and / or diametrical arrangement of the poles, as well as multipolar.

8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что вместо постоянных магнитов в магнитных подвесах могут использоваться электромагниты.8. The device according to claim 5, characterized in that instead of the permanent magnets in the magnetic suspensions, electromagnets can be used.

9. Устройство по п.5, отличающееся тем, что для активного контроля и регулирования положения коромысла с рабочим инструментом относительно поверхности заготовки на валу возбудителя колебаний установлен датчик углового положения. 9. The device according to claim 5, characterized in that for active control and regulation of the position of the rocker arm with a working tool relative to the surface of the workpiece on the shaft of the exciter, an angular position sensor is installed.