Устройство для механической зачистки поверхностей

 

Использование: при механической обработке металлов, в частности для зачистки плоских поверхностей изделий, например печатных плат. Сущность изобретения: устройство содержит механизм перемещения изделий, опорные барабаны для изделий, приводные валы с очистными элементами, механизм прижима очистных элементов к зачищаемой поверхности и механизм осевого перемешения очистных элементов. Последний выполнен в виде соосно расположенных ведущего и ведомого конических зубчатых колес и промежуточного конического зубчатого колеса. Зубья ведущего и ведомого зубчатых колес выполнены на волнистой начальной поверхности. Средство поступательного перемещения промежуточного зубчатого колеса вдоль оси вала очистного элемента содержит ползун, водило и червячную передачу с управляемым червяком. Ползун размещен на водиле. Водило установлено с возможностью поворота вокруг вала очистного элемента и фиксации посредством червячного колеса. Закон циклического осевого перемещения очистного элемента определяется формой волнистой начальной поверхности промежуточного зубчатого колеса и взаимодействующих с ним ведущего и ведомого зубчатых колес. 5 ил.

Изобретение относится к механической обработке металлов, в частности к устройствам для зачистки плоских поверхностей изделий, например печатных плат.

Известно устройство для механической зачистки поверхностей, содержащее установленные на раме валы, несущие приводные очистные элементы, каждый из которых снабжен механизмом прижима его к зачищаемой поверхности, включающим силовой цилиндр.

Однако такое устройство не позволяет обеспечить автоматическую подачу очистного элемента на величину его износа, а следовательно, и качество зачистки поверхностей.

Известно также устройство для механической зачистки поверхностей, содержащее установленные на раме валы, несущие приводные очистные элементы, каждый из которых снабжен механизмом прижима его к зачищаемой поверхности, включающим силовой цилиндр. При этом механизм прижима очистного элемента дополнительно содержит двуплечий рычаг регулировки положения вала очистного элемента, датчики наличия детали, зубчато-реечную передачу и нормально замкнутый тормоз, связанный с датчиками посредством электромагнита, причем рычаг регулировки положения вала очистного элемента соединен одним плечом с валом очистного элемента, а другим посредством шатуна - со штоком силового цилиндра и рейкой зубчато-реечной передачи, зубчатое колесо которой жестко связано с барабаном тормоза.

Указанное техническое решение направлено на повышение качества очистки поверхностей за счет обеспечения автоматической подачи очистного элемента на величину его износа.

В усовершенствованной конструкции устройства для механической зачистки поверхностей с целью повышения качества зачистки механизм прижима дополнительно содержит электромагнитную муфту, соединенную с датчиком наличия детали, причем одна из ее полумуфт установлена на оси, соединяющей рычаг регулировки положения вала очистного элемента с шатуном, а другая соединена с рамой устройства.

К недостаткам данного устройства для механической зачистки поверхностей следует отнести следующее.

Опыт эксплуатации устройства показал, что отсутствие режима угловых колебаний очистного рабочего органа и соответственно амплитудно-частотного характера их движения, отражающих геометрические условия контактирования очистных элементов с поверхностью обрабатываемого изделия, значительно снижает эффективность устройства при выполнении технологической операции зачистки, т.е. из-за отсутствия в приводе механизма очистного рабочего органа узла стабилизации крутильных колебаний по углу поворота щеточных рабочих органов не в полной мере реализуется положительно доминирующий фактор - сдвиговый характер очистных элементов при фиксированных их угловых значениях, и следовательно, геометрические характеристики траектории движения, динамика и направленность силового воздействия рабочего органа зачистки на обрабатываемую поверхность. Это в свою очередь снижает качество зачистки поверхности изделий, и следовательно, производительность устройства.

Кроме того, отсутствие возможности регулирования силового воздействия очистного элемента на обрабатываемую поверхность плоских изделий в зависимости от технологических особенностей выполнения операции зачистки, состояния поверхности, вида обработки, скорости перемещения заготовок, значительно снижает технологические возможности устройства.

Изобретение направлено на повышение качества зачистки путем обеспечения возможности изменения амплитуды и частоты циклического осевого перемещения очистного элемента.

Решение поставленной задачи достигается тем, что устройство для механической зачистки поверхностей содержит раму, на которой размещены механизм перемещения изделий, опорные барабаны для изделий и приводные валы, несущие очистные элементы, каждый из которых снабжен механизмом прижима его к зачищаемой поверхности, включающим силовой цилиндр. Механизм прижима очистного элемента содержит двуплечий рычаг регулировки положения вала очистного элемента, датчики наличия детали, зубчато-реечную передачу и нормально замкнутый тормоз, связанный с датчиками посредством электромагнита. Рычаг регулировки положения вала очистного элемента соединен одним плечом с указанным валом очистного элемента, а другим плечом - со штоком силового цилиндра и рейкой зубчато-реечной передачи, зубчатое колесо которой жестко связано с барабаном тормоза. Двуплечий рычаг в месте шарнирного соединения с рамой содержит электромагнитную муфту, соединенную с датчиком наличия детали, одна из полумуфт которой установлена на оси поворота двуплечего рычага, а другая соединена с рамой устройства. Очистной рабочий орган снабжен механизмом осевого его перемещения, выполненным в виде расположенных соосно ведущего и ведомого конических зубчатых колес, зубья которых выполнены на волнистой начальной поверхности, и дополнительного конического зубчатого колеса. Последнее снабжено средством его поступательного перемещения вдоль оси вала очистного элемента, выполненным в виде ползуна, водила и червячной передачи с регулируемым приводом вращения червяка. Ползун размещен на водиле, установленном с возможностью поворота вокруг вала очистного элемента и фиксации посредством жестко связанного с водилом червячного колеса. При этом дополнительное коническое зубчатое колесо установлено с возможностью взаимодействия с основными коническими зубчатыми колесами.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что предлагаемое устройство отличается тем, что механизм осевого перемещения очистного элемента выполнен в виде соосно расположенных ведущего и ведомого конических зубчатых колес с зубьями, выполненными на волнистой начальной поверхности, и дополнительного конического зубчатого колеса со средством его поступательного перемещения вдоль оси вала очистного элемента, выполненным в виде ползуна, водила и червячной передачи с управляемым червяком, причем ползун размещен на водиле, установленном с возможностью поворота вокруг вала очистного элемента и фиксации посредством жестко связанного с водилом червячного колеса, при этом дополнительное коническое колесо установлено с возможностью взаимодействия с основными коническими зубчатыми колесами.

Предлагаемое конструктивное решение механизма зачистки поверхностей позволяет установить оптимальные значения параметров обработки в зависимости от технологических особенностей выполнения операции зачистки за счет регулировки амплитуды и частоты циклического осевого перемещения рабочего органа очистки и закон его движения. Это повышает качество зачистки и расширяет технологические возможности устройства.

На фиг. 1 изображена кинематическая схема предлагаемого устройства, вид спереди; на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг. 3 - очистной элемент с механизмом осевого его перемещения; на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 3; на фиг. 5 - технологическая схема зачистки изделий.

Устройство содержит расположенный на раме 1 конвейер 2 для перемещения обрабатываемых изделий, поворотные двуплечие рычаги 3 и 4, несущие приводные валы 5 и 6 с очистными элементами 7 и 8, при этом каждый из рычагов установлен осью 9 во втулках 10 и 11 боковин 12 и 13 рамы 1 и через ролик 14 соединен с пазом зубчатой рейки 15, входящей в зацепление с зубчатым колесом 16, с которым жестко связан барабан нормально замкнутого пружиной 17 тормоза 18, установленного на раме 1 и управляемого электромагнитом 19, электрически связанным с датчиком 20 конвейера 2, контактирующим с обрабатываемым изделием 21, находящимся между очистным элементом 7 и опорным барабаном 22 или между очистным элементом 8 и опорным барабаном 23. Кроме того, каждый из двуплечих рычагов 3 и 4 соединен со штоком силового цилиндра 24 пневмосистемы, оборудованной редукционным клапаном 25 и на каждой оси 9, шарнирно установленной на раме 1 и закрепленной на рычаге 3 и 4, установлена подвижная полумуфта 26 электромуфты 27, а на раме 1 соосно с осью поворота рычага - неподвижная полумуфта 28, причем электромуфта 27 электрически связана с датчиком 20. Привод валов 5 и 6 с очистными элементами 7 и 8 осуществляется посредством клиноременной передачи, содержащей ремни 29, вариаторный шкив 30 с пружиной 31 и шкив 32 от электродвигателя 33, установленного на раме 1 устройства. Привод конвейера 2 осуществляется через цепную передачу 34 от электродвигателя 35.

Устройство оборудовано блоком промывки изделий, содержащим распылители 36, ванну 37, фильтр 38, бак 39 и электропривод 40 с насосом, блоком сушки, включающим коллекторы 41, расположенные в камере 42 сушки, нагреватели 43 и вентилятор 44 с приводом, и пультом управления 45. Очистной элемент 7, установленный на поворотном двуплечем рычаге 3, обеспечивает зачистку верхней поверхности изделия, а очистной элемент 8, установленный на поворотном двуплечем рычаге 4, обеспечивает зачистку нижней поверхности изделия. Очистной элемент 7 (8) снабжен механизмом осевого перемещения, который заключен в корпус, установленный на опорном элементе 46. При этом валы 5 и 6 очистных элементов одним концом установлены в подшипниковых опорах корпуса механизма осевого перемещения, а другим - в съемной подшипниковой опоре 47, закрепленной на поворотном двуплечем рычаге 3 и 4. Механизм осевого перемещения очистного элемента выполнен зубчатым двуступенчатым, состоящим из соосно расположенных ведущего 48 и ведомого 49 зубчатых колес с зубьями, выполненными на волнистых конических начальных поверхностях, причем ведущее зубчатое колесо 48 жестко установлено на валу 50, получающем вращательное движение от электродвигателя 33 через клиноременную передачу, а ведомое зубчатое колесо 49 жестко связано с валом 5 (6) очистного элемента 7 (8) и взаимодействует с ведущим зубчатым колесом 48 через промежуточное зубчатое колесо 51, опора которого размещена в ползуне 52, связанном с прямолинейной направляющей 53 водила 54 с возможностью поступательного перемещения вдоль оcи вала 5 (6) очистного элемента 7 (8). Водило 54 установлено в корпусе механизма осевого перемещения с возможностью поворота вокруг оси вала 5 (6) очистного элемента и жестко связано с червячным колесом 55, взаимодействующим с управляемым червяком 5, приводимым во вращение от отдельного электропривода (не показан). Водило 54 может вращаться вокруг оси вала 5 (6) очистного элемента и может быть зафиксировано относительно корпуса привода в любом положении с помощью червячного колеса 55 и червяка 56. Закон циклического осевого перемещения очистного элемента определяется формой волнистой конической начальной поверхности промежуточного зубчатого колеса 51 и взаимодействующих с ним ведущего 48 и ведомого 49 зубчатых колес. Для силового замыкания зубчатых колес 48, 49 и 51 между водилом 54 и зубчатым колесом 49 установлена винтовая пружина 57 сжатия.

Очистной элемент 7 и 8 состоит из зачистных эластичных дисков 58, закрепленных на цилиндрическом корпусе 59 любым из известных способов. Цилиндрический корпус охватывает вал 5 и 6 очистного элемента и соединен с ним посредством коаксиально расположенных разнонаправленных цилиндрических винтовых пружин 60 растяжения-сжатия, наружные концы которых закреплены на втулках 61, установленных на валу 5 (6) посредством скользящего соединения "шпонка-паз". Внутренние концы пружин 60 жестко закреплены на ступицах 62 цилиндрического корпуса 59 очистного элемента. Окна в боковых частях 12 и 13 рамы 1 устройства из рабочей зоны зачистки закрыты манжетами 63 и 64 с гофрированными поверхностями.

Настройка устройства заключается в установке эластичных очистных элементов 7 и 8 на толщину обрабатываемых изделий и осуществляется следующим образом.

Включают на пульте 45 управления электродвигатель привода 33 очистного элемента 7, подачу сжатого воздуха в бесштоковую полость цилиндра 24 и электромагнит 19, который, пересиливая пружину 17, выключает нормально замкнутый тормоз 18, освобождая тем самым рейку 15 и двуплечий рычаг 3. Под действием усилия, создаваемого цилиндром 24 пневмосистемы, рычаг 3 поворачивается, устанавливая очистной элемент 7 в нерабочее положение (на определенном расстоянии от опорного барабана 22). После включают тормоз 18, подачу сжатого воздуха в штоковую полость цилиндра 24 и конвейер 2, на который укладывают обрабатываемое изделие 21, в момент контакта которого с датчиком 20 происходит автоматическое выключение тормоза 18, и освобожденный двуплечий рычаг 3, поворачиваясь под действием усилия, создаваемого цилиндром 24 пневмосистемы, прижимает очистной элемент 7 к обрабатываемому изделию 21. Усилие прижима очистного элемента 7 к обрабатываемому изделию 21 устанавливается в зависимости от материала и ширины обрабатываемого изделия, вида применяемого очистного элемента с помощью редукционного клапана 25 пневмосистемы.

Устройство работает следующим образом.

Обрабатываемое изделие 21 укладывают на конвейер 2, который транспортирует его в зону зачистки. При контакте изделия 21 с датчиком 20 электромагнитом 19 выключаются тормоз 18 и электромуфта 27, освобождающие двуплечий рычаг 3, который под действием силового цилиндра 24 пневмосистемы с определенным усилием прижимает очистной элемент 7 к обрабатываемому изделию 21. По мере износа очистного элемента 7 рычаг 3, поворачиваясь, перемещает его к изделию 21, автоматически компенсируя величину износа и обеспечивая постоянное усилие прижима. Одновременно уменьшается межосевое расстояние между шкивами 30 и 32 (ведущим, установленным на валу 5, и ведомым, установленным на валу электродвигателя 33), и диски шкива 30 под действием усилия пружины 31 сближаются, переводя ремень 29 на больший рабочий диаметр, благодаря чему уменьшается передаточное число привода, сохраняя постоянную скорость обработки. При отсутствии контакта датчика 20 с изделием 21 электрическая схема немедленно включает электромуфту 27, чем обеспечивается точная фиксация рычага 3 и очистного элемента 7 в момент выхода изделия 21 из зоны обработки и в положении, когда рабочий зазор между очистным элементом 7 и опорным барабаном 22 соответствует толщине последнего обработанного изделия 21. Одновременно через электрическую связь датчик 20 обеспечивает электромагнит 19 с некоторым опозданием ввиду влияния неточности исполнения звеньев, их других деформаций, зазоров в шарнирных соединениях, включает тормоз 18, благодаря которому при отключении или временном обесточивании устройства (электромуфта выключена) обеспечивается фиксация эластичного очистного элемента 7 в рабочем состоянии.

В рабочем режиме зачистки поверхности изделий ведущее зубчатое колесо 48 получает вращательное движение с угловой скоростью ω от электродвигателя 33 через клиноременнную передачу и сообщает это вращательное движение через промежуточное зубчатое колесо 51 ведомому зубчатому колесу 49. Кроме того, за счет волнистой начальной поверхности ведущее зубчатое колесо 48 при своем вращении сообщает промежуточному колесу 51 циклическое (возвратно-поступательное) перемещение вдоль оси вала 5 очистного элемента 7. При этом, если форма конической волнистой поверхности ведущего зубчатого колеса 48 обеспечивает перемещение промежуточного зубчатого колеса 51 вдоль оси вала 5 очистного элемента, например, по гармоническому закону S₅₁ = A₄₈ [I - cos (K₄₈ ω₄₈t+ϕ₄₈)], а форма волнистой начальной поверхности ведомого зубчатого колеса 49 обеспечивает его осевое перемещение относительно зубчатого колеса 51 по аналогичному закону S₄₉ = A₄₉ [I - cos (K₄₉ ω₄₉t+ϕ₄₉)], то суммарное перемещение ведомого зубчатого колеса 49, и следовательно, горизонтально расположенного вала 5 с очистным элементом 7 относительно зачищаемой поверхности изделия 21 происходит по зависимости S_49Σ = S₅₁ + S₄₉ = A₄₈ [I - cos (K₄₈ ω₄₈ t + + ϕ₄₈)] + A₄₉ [I - cos (K₄₉ ω₄₉t+ϕ₄₉)], (1) где A₄₈ - амплитуда циклического осевого перемещения промежуточного зубчатого колеса 51 относительно зубчатого колеса 48; A₄₉ - амплитуда циклического осевого перемещения зубчатого колеса 49 относительно промежуточного зубчатого колеса 51; ω₄₈,ω₄₉ - угловые скорости зубчатых колес 48 и 49; K₄₈, K₄₉ - число волн на начальных поверхностях зубчатых колес 48 и 49; t - время; ϕ₄₈ - начальное угловое положение зубчатого колеса 48 относительно корпуса привода;
ϕ₄₉ - начальное угловое положение зубчатого колеса 49 относительно зубчатого колеса 48, причем в начальном положении гребни и впадины волн зубчатых колес 48 и 49 совпадают.

Из формулы (1) следует, что амплитуда суммарного перемещения вала 5 с эластичными зачистными дисками 58 совместно с зубчатым колесом 49 зависит от относительного углового положения зубчатых колес 48 и 49 и может непрерывно регулироваться от нулевого значения в достаточно широком диапазоне.

В частном случае при A₄₈ = A₄₉ = A, K₄₈ = = K₄₉ = K, ω₄₈=ω₄₉ осевые колебания очистного элемента 7 отсутствуют при ϕ₄₉=π и происходят с минимальной амплитудой 2А при ϕ₄₉ = 0.

В результате взаимодействия зубчатых колес 48, 51 и 49 вал 5 с очистным элементом 7 получает циклическое винтовое движение, вследствие чего происходит интенсивное силовое воздействие эластичных зачистных дисков 58 на поверхность обрабатываемого изделия 21. При этом сдвиговый характер движения эластичных зачистных дисков и геометрические условия контактирования эластичных элементов рабочего органа в широком диапазоне амплитудно-частотных и частотно-силовых характеристик ведут к качественному выполнению технологической операции зачистки поверхностей изделий и к существенному сокращению времени на их обработку.

Заданный режим силового воздействия на рабочий инструмент в свою очередь приводит к переменной деформации - возбуждению упругих элементов - пружин 60 как в осевом направлении - вдоль вала 5, так и в угловом - вокруг вала 5, что в конечном счете проявляется в непрерывном автоколебании очистного элемента в осевом - с амплитудой ±Δ , и в угловом - с амплитудой ±α направлениях при одновременном одностороннем непрерывном вращении рабочего инструмента. Такое осциллирующее движение рабочего инструмента очистки дополнительно повышает его активность в зоне контакта с обрабатываемой поверхностью изделий, эластичные элементы более полно охватывают поверхность в зоне контакта без микропропусков, что также способствует более эффективному и качественному выполнению операции зачистки.

Для установки оптимальных параметров движения вала 5 с эластичным элементом 7 амплитуду осевого колебания вала 5 можно регулировать вращением червяка 56. При этом вращение червяка 56 преобразуется во вращение червячного колеса 55 и водила 54 на требуемый угол. В результате регулировки гребни и впадины волнистых начальных поверхностей зубчатых колес 48 и 49 смещаются по фазе на требуемый угол ϕ₄₈-ϕ₄₉ , что обеспечивает в соответствии с формулой (1) изменение амплитуды циклического осевого перемещения зубчатого колеса 49, и следовательно, вала 5 с эластичным очистным элементом 7. Для изменения частоты осевого колебания вала сообщают вращение червяку 56 и обеспечивают условие ω₄₈≠ω₄₉.

Промывка изделия производится под давлением водой через распылители 36, сушка - потоком воздуха в камере 42 сушки.

Устройство работает в автоматическом режиме до максимально допустимого износа рабочего инструмента - очистного элемента.

Механизм очистного элемента 8 для зачистки нижней поверхности изделия регулируются и работают аналогичным образом.

Таким образом, применение предлагаемого устройства для механической зачистки поверхностей изделий по сравнению с прототипом повышает качество зачистки и расширяет технологические возможности устройства, так как конструкция механизма зачистки изделий позволяет установить оптимальные значения параметров обработки в зависимости от технологических особенностей выполнения операции зачистки за счет регулировки амплитуды и частоты циклического осевого перемещения рабочего органа очистки и закон его движения.

Простота конструктивного решения, широкий диапазон регулирования и свойство адаптивности устройства к технологическим режимам и требуемому качеству обработки поверхностей плоских изделий позволяет применить его в гибком производстве.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЗАЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ, содержащее раму, на которой размещены механизм перемещения изделий, опорные барабаны для изделий и валы, несущие приводные очистные элементы, каждый из которых снабжен механизмом прижима его к зачищаемой поверхности, включающим силовой цилиндр, при этом механизм прижима очистного элемента содержит двуплечий рычаг регулировки положения вала очистного элемента, датчики наличия детали, зубчато-реечную передачу и нормально замкнутый тормоз, связанный с датчиками посредством электромагнита, причем рычаг регулировки положения вала очистного элемента соединен одним плечом с валом очистного элемента, а другим плечом - со штоком силового цилиндра и рейкой зубчато-реечной передачи, зубчатое колесо которой жестко связано с барабаном тормоза, в свою очередь, двуплечий рычаг в месте шарнирного соединения с рамой содержит электромагнитную муфту, соединенную с датчиком наличия детали, одна из полумуфт которой установлена на оси поворота двуплечего рычага, а другая соединена с рамой устройства, отличающееся тем, что оно имеет механизм осевого перемещения очистного элемента, содержит расположенное соосно ведущее и ведомое конические зубчатые колеса, зубья которых выполнены на волнистой начальной поверхности, и дополнительное коническое зубчатое колесо со средством его поступательного перемещения вдоль оси вала очистного элемента, выполненным в виде ползуна, водила и червячной передачи с регулируемым приводом вращения червяка, при этом ползун размещен на водиле, установленном с возможностью поворота вокруг вала очистного элемента и фиксации посредством жестко связанного с водилом червячного колеса, причем дополнительное коническое зубчатое колесо установлено с возможностью взаимодействия с основными коническими зубчатыми колесами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5