PL224421B1 - Urządzenie do wykrawania - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie służące do wykrawania z użyciem wykrojnika ukształtowanych elementów z płyty lub taśmy materiału, na przykład papieru, kartonu, tektury, tkaniny, filcu, skóry, tworzywa sztucznego, metalu, materiału kompozytowego, laminatu itp.

Urządzenia do wykrawania najczęściej wykorzystują do napędu młota siłowniki hydrauliczne i takie rozwiązania znane są z wielu dokumentów, np. ze wzoru użytkowego CN201405388 (Y) czy z opisu patentowego GB1162568 (A).

W znanych hydraulicznych urządzeniach do wykrawania dociskanie wykrojnika do materiału r ealizowane jest przez siłowniki, które m.in. z uwagi na użyte medium nie pozwalają na dokładne osiąganie właściwej pozycji. Wszelkiego rodzaju mechaniczne rozwiązania poprawiające parametry pracy wymuszały stosowanie precyzyjnych i bardzo drogich podzespołów, a wymagany efekt był osiągalny tylko na początku użytkowania i - co bardzo ważne w przypadku używania do produkcji masowej szybko się pogarszał wraz ze zużyciem tych podzespołów.

Znane są też urządzenia do wykrawania, w których napęd młota jest realizowany za pomocą dźwigni jednostronnej, rzadziej dźwigni dwustronnej. Jeżeli wymagane są duże naciski, to w takich konstrukcjach albo wymiary powierzchni roboczej muszą być małe, albo rozmiary części napędowej bardzo duże. To ogranicza zakres zastosowań tych urządzeń.

Znane jest również wykorzystywanie napędu śrubowego do przesuwania noża tnącego w wykrawarkach liniowych, np. ze zgłoszenia wzoru użytkowego CN201824409 (U), zgłoszenia patentowego JP9300297, albo do pozycjonowania wykrawanego materiału, np. ze wzoru użytkowego CN201405388 (Y).

Urządzenie do wykrawania według wynalazku charakteryzuje się tym, że w jego podstawie znajdują się cztery mechanizmy przesuwu śrubowego, a każdy z nich zawiera silnik napędzający poprzez sprzęgło i przekładnię odpowiednią śrubę napędową. Te śruby są ustawione pionowo i ułożyskowane w narożach podstawy. Na śrubach napędowych zawieszony jest młot ruchomy za pomocą nakrętek zamocowanych na stałe w narożach młota ruchomego i współpracujących ze śrubami napędowymi w ten sposób, że obrót śruby napędowej o zadany kąt powoduje przesunięcie nakrętki zam ocowanej do młota w górę lub w dół. Położenie każdej śruby napędowej i/lub nakrętki jest monitorowane za pomocą właściwego enkodera. Enkoder może być zamontowany przy śrubie napędowej tak, żeby mierzył kąt jej obrotu lub spowodowane obrotem przesunięcie pionowe. Enkoder może też być zamontowany przy nakrętce na młocie ruchomym, mierząc kąt obrotu śruby napędowej lub pionowe przesunięcie nakrętki wywołane obrotem śruby napędowej. Możliwe jest zamontowanie enkoderów zarówno przy śrubie napędowej jak i przy nakrętce w celu zwiększenia dokładności metody pomiarowej.

W preferowanym wariancie urządzenia enkoder jest wyposażony w czujnik kątowy, korzystnie czujnik kątowy absolutny. Przy zastosowaniu czujników kątowych inkrementalnych mierzone są zmi any kątów względem wartości początkowej, co wymaga przeprowadzania procedury zerowania przy każdym uruchomieniu urządzenia. Ta procedura jest niezbędna dla zsynchronizowania ze sobą śrub napędowych, tak żeby dolna powierzchnia młota była cały czas ustawiona poziomo - równolegle do stołu roboczego, czyli powierzchni roboczej podstawy. Podczas procedury synchronizacji śrub roboczych maksymalny kąt obrotu jednej śruby jest ograniczony, np. do 0,1 stopnia. Z kolei wykorzystanie czujników kątowych absolutnych umożliwia pominięcie procedury zerowania, ponieważ czujniki absolutne są wyposażone w układy podtrzymujące, umożliwiające zachowanie aktualnych wartości położenia.

Pożądane jest, żeby dokładność pomiaru za pomocą czujnika kątowego, korzystnie czujnika kątowego absolutnego, była nie mniejsza niż 0,005 stopnia.

W innym, szczególnie zalecanym wariancie urządzenia enkoder jest wyposażony w czujnik liniowy, korzystnie czujnik liniowy absolutny. Analogicznie jak w przypadku czujników kątowych, zastosowanie czujników liniowych inkrementalnych wymaga przeprowadzania procedury zerowania przy każdym włączeniu urządzenia, podczas gdy zastosowanie czujników liniowych absolutnych umożliwia pominięcie procedury zerowania.

W przypadku wykorzystania czujników liniowych wskazane jest, żeby dokładność pomiaru za pomocą czujnika liniowego, korzystnie czujnika liniowego absolutnego, była nie mniejsza niż 10 mikrometrów, korzystnie nie mniejsza niż 1 mikrometr.

PL 224 421 B1

W zalecanym wariancie urządzenia do wykrawania sprzęgło jest osłonięte osłoną sprzęgła, enkoder jest przymocowany do kołnierza enkodera i połączony ze śrubą napędową za pomocą sprzęgła kłowego bezluzowego, a każda śruba napędowa wraz z nakrętką są osłonięte osłoną śruby.

W urządzeniu według wynalazku enkodery są przyłączone do układu sterującego, w szczególności do programowalnego sterownika logicznego (układ PLC). Układ sterujący może być również specjalizowanym komputerem zarządzającym dodatkowo np. procesem podawania i odbierania materiału.

W najbardziej zalecanej odmianie urządzenia wykrawającego układ sterujący jest czterokanałowy i pobiera dane z enkoderów z częstotliwością nie mniejszą niż 0,4 MHz, a korzystnie nie mniejszą niż 2 MHz. Każdy kanał układu sterującego jest połączony na wejściu z enkoderem i na wyjściu z odpowiednim silnikiem. Im większa jest częstotliwość pobierania danych z enkoderów przez układ sterujący tym większa jest dokładność pomiaru położenia młota względem podstawy urządzenia. Układ sterujący jest przyłączony do każdego silnika. Za pomocą układu sterującego są ustawiane i kontrolowane w czasie takie parametry jak prędkość opuszczania i prędkość podnoszenia młota ruchomego, maksymalna dopuszczalna siła nacisku młota, wysokość podnoszenia, wysokość opuszczania (wykrawania), czas doprasowywania i inne.

W zalecanej wersji urządzenia według wynalazku silnik jest silnikiem synchronicznym z magnesem trwałym o mocy P rzędu 10 kW, momencie bezwładności J rzędu 0,001 kg*m i dokładności kąta obrotu rzędu 0,005 stopnia. Zaleca się stosowanie silników o małym momencie bezwładności i dużej dokładności kąta obrotu, oraz o mocy dobranej do pożądanej prędkości opadania i zadanej siły nacisku młota ruchomego.

Zastosowane w urządzeniu wykrawającym przekładnie muszą być podzespołami o precyzji wykonania zapewniającej luz kątowy przekładni nie większy niż 5 sekund kątowych.

W korzystnym wariancie wykonania urządzenia maksymalna siła nacisku młota ruchomego wynosi 1 MN, korzystnie 2 MN, a dokładność ustawienia młota wynosi 5 mikrometrów lub poniżej 5 m ikrometrów.

Prędkość przesuwu młota ruchomego wynosi w zalecanym rozwiązaniu 20-60 mm/s, korzystnie 40-50 mm/s, a szczególnie korzystnie 48 mm/s.

Urządzenie zawiera luzowniki elektromagnetyczne służące do blokowania ruchu młota ruchomego. Funkcje kontroli bezpieczeństwa są realizowane za pomocą czujników i/lub wyłączników krańcowych na osłonach, kurtyn świetlnych i innych podzespołów, które przesyłają do układu sterowania odpowiedni sygnał, jeżeli warunki bezpieczeństwa są zachowane. Gdy układ sterowania posiada odpowiednie sygnały od wszystkich układów bezpieczeństwa, wówczas można uruchomić tryb pracy urządzenia. Pominięcie procedur bezpieczeństwa jest możliwe wyłącznie w trybie serwisowym.

Materiał może być wykrawany od dołu albo od góry. W jednym wariancie urządzenia do wykrawania na podstawie jest umieszczony stół roboczy do umieszczania wykrojnika, a do dolnej powierzchni młota ruchomego jest przymocowana płyta wykrojcza. W drugim wariancie wykonania urządzenie ma na podstawie stół roboczy do umieszczania płyty wykrojczej, natomiast do dolnej powierzchni młota ruchomego jest przymocowany wykrojnik. Możliwe jest także jednoczesne zamocowanie wykrojników i płyt wykrojczych do obu powierzchni, gdy materiał jest formowany z obu stron.

W korzystnej realizacji urządzenia według wynalazku jest ono wyposażone w stół podawczy, korzystnie wyposażony w podajniki i/lub jest wyposażone w stół odbiorczy, również korzystnie wyp osażony w odbieraki.

Uruchomienie urządzenia do wykrawania jest możliwe gdy układy bezpieczeństwa działają poprawnie oraz spełnione są warunki bezpiecznej pracy czyli np. są założone osłony i nie są wciśnięte wyłączniki bezpieczeństwa. Jeżeli powyższe warunki są spełnione, rozpoczyna się synchronizacja śrub napędowych, polegająca na obracaniu nimi w celu uzyskania wymaganej równoległości dolnej powierzchni młota ruchomego do podstawy, przy czym kąt obrotu którejkolwiek śruby napędowej nie jest większy od 0,1 stopnia. Przed pierwszym uruchomieniem lub po zmianie oprzyrządowania należy wprowadzić parametry pracy takie jak prędkość przesuwu i maksymalna siła nacisku młota ruchomego, wysokości podnoszenia i opuszczania, itd. Gdy parametry pracy są prawidłowo wprowadzone, można rozpocząć wykrawanie. Uruchomienie procesu wykrawania rozpoczyna się po naciśnięciu dwóch przycisków i wówczas młot ruchomy maszyny zostaje za pomocą śrub napędowych opuszczony do zadanej wysokości, po czym z powrotem podniesiony na pierwotną wysokość i w tym stanie oczekuje na następny cykl pracy.

Urządzenie do wykrawania według wynalazku może znaleźć zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu np. motoryzacyjnego, poligraficznego, opakowań, produkcji uszczelek, przetwórstwa two4

PL 224 421 B1 rzyw sztucznych, folii, papierniczego i wielu innych. Szczególnie przydatne jest przy powtarzalnym wycinaniu elementów gdy potrzebna jest duża siła wycinająca rzędu meganiutonów, wysoka precyzja rzędu jednego mikrometra i duża szybkość pracy zapewniająca wysoką wydajność. Innowacyjna konstrukcja z wykorzystaniem zaawansowanych technologii pozwoliła na opracowanie nowoczesnej m aszyny i uzyskanie parametrów nieosiągalnych przy użyciu hydraulicznych urządzeń do wykrawania.

Przykład wykonania urządzenia do wykrawania został przedstawiony na rysunku, na którym Fig. 1 ukazuje widok z przodu urządzenia ze zdjętą osłoną przednią podstawy dla uwidocznienia mechanizmów napędu śrubowego, Fig. 2 pokazuje widok urządzenia z boku z założoną osłoną boczną podstawy, a Fig. 3 - widok z góry, ze zdjętą jedną osłoną śruby dla uwidocznienia nakrętki. Na Fig. 4 zostało pokazane urządzenie w widoku z przodu jak na Fig. 1, z założoną osłoną przednią i pokazanym wykrojnikiem wraz z ostrzami, wykrawanym materiałem i płytą wykrojczą.

W przykładowym wykonaniu urządzenia do wykrawania w podstawie (1) znajdują się cztery mechanizmy przesuwu śrubowego, każdy zawierający silnik (8) napędzający poprzez sprzęgło (9) i przekładnię (6) odpowiednią śrubę napędową (5) ustawioną pionowo i ułożyskowaną w narożu podstawy (1), przy czym na śrubach napędowych (5) zawieszony jest młot ruchomy (2) za pomocą nakrętek (4) zamocowanych na stałe w narożach młota ruchomego (2) i współpracujących ze śrubami napędowymi (5), a położenie każdej śruby napędowej (5) i/lub nakrętki (4) jest monitorowane za pomocą właściwego enkodera (11).

W jednym wariancie enkoder (11) jest wyposażony w czujnik kątowy, korzystnie czujnik kątowy absolutny, przy czym dokładność pomiaru za pomocą czujnika kątowego, korzystnie czujnika kątowego absolutnego, jest nie mniejsza niż 0,005 stopnia.

W drugim wariancie enkoder (11) jest wyposażony w czujnik liniowy, korzystnie czujnik liniowy absolutny, a dokładność pomiaru za pomocą czujnika liniowego, korzystnie czujnika liniowego absolutnego, jest nie mniejsza niż 10 mikrometrów, korzystnie nie mniejsza niż 1 mikrometr.

Sprzęgło (9) jest osłonięte osłoną sprzęgła (10), enkoder (11) jest przymocowany do kołnierza enkodera (7) i połączony ze śrubą napędową (5) za pomocą sprzęgła kłowego bezluzowego, a każda śruba napędowa (5) wraz z nakrętką (4) są osłonięte osłoną śruby (3). Dla zobrazowania nakrętki (4), na Fig. 3 pokazany został widok młota ruchomego (2) z góry ze zdjętą jedną osłoną śruby napędowej (5). Dzięki temu widoczna jest sama nakrętka (4) oraz śruby (M12 x 100) mocujące ją do korpusu młota ruchomego (2). Nakrętka (4) jest nakrętką kulową. Należy jednak podkreślić, że podczas normalnej eksploatacji urządzenia na wszystkie śruby napędowe (5) powinny być założone osłony śruby (3), ze względu na konieczną ochronę ruchomych podzespołów o dużej precyzji wykonania oraz ze względów bezpieczeństwa.

Enkodery (11) są przyłączone do czterokanałowego układu sterującego, który pobiera dane z enkoderów (11) z częstotliwością nie mniejszą niż 0,4 MHz, korzystnie nie mniejszą niż 2 MHz. Układ sterujący jest przyłączony do każdego silnika (8), który jest (8) jest silnikiem synchronicznym z magnesem trwałym o mocy P rzędu 10 kW, na przykład o mocy chwilowej równej 9 kW i momencie bezwładności J rzędu 0,001 kg*m , na przykład o momencie bezwładności J wynoszącym 0,005 ₂ kg*m , oraz o dokładności kąta obrotu wynoszącej 0,005 stopnia.

W urządzeniu zastosowano przekładnię (6) o luzie ką towym nie większym niż 5 sekund kątowych.

W proponowanym urządzeniu wyposażono układ sterujący w panel dotykowy, umożliwiający komunikowanie się urządzenia z osobą obsługującą. Na Fig. 4 zaznaczono symbolicznie cztery kontrolowane parametry: N1 (grubość całego wykrojnika tj. płyty wykrojnika wraz z nożami, nazywana wysokością dolnego punktu, w mm), N2 (wysokość podnoszenia młota ruchomego ponad powierzc hnię stołu roboczego, nazywana wysokością górnego punktu, w mm), N3 (prędkość opuszczania młota ruchomego, nazywana prędkością przesuwu, w mm/s), N4 (maksymalna siła nacisku młota ruchomego, w N). Maksymalna siła nacisku N4 młota ruchomego (2) zależy od mocy znamionowej silników (8) zadanych parametrów pracy, i wynosi 1 MN, a w innym korzystnym wariancie urządzenia wynosi

MN. Dokładność ustawienia młota wynosi 5 mikrometrów. Z kolei prędkość przesuwu N3 młota ruchomego (2) może wynosić, zależnie od ustawionych warunków pracy, 20-60 mm/s, korzystniej 40-50 mm/s. Bardzo dobre rezultaty otrzymano przy prędkości o wartości 48 mm/s, aczkolwiek wartość tej prędkości może zależeć od właściwości wykrawanego materiału (14), np. jego twardości, gr ubości, struktury itd., i powinna być dobrana w serii prób, podobnie jak siła nacisku.

PL 224 421 B1

Urządzenie zawiera luzowniki elektromagnetyczne służące do blokowania ruchu młota ruchomego (2), np. w razie awarii lub przerwania obwodów bezpieczeństwa. W takim przypadku maszyna zostania zablokowana, ażeby nie powodowała zagrożenia dla ludzi oraz żeby nie uległa uszkodzeniu.

W jednym wariancie urządzenie ma na podstawie (1) stół roboczy do umieszczania wykrojnika (13), a do dolnej powierzchni młota ruchomego (2) jest przymocowana płyta wykrojcza (12).

W drugim wariancie urządzenie ma na podstawie (1) stół roboczy do umieszczania płyty w ykrojczej (12), a do dolnej powierzchni młota ruchomego (2) jest przymocowany wykrojnik (13).

Urządzenie może być wyposażone w stół podawczy, zależnie od potrzeb z podajnikami lub bez podajników. Może też być wyposażone w stół odbiorczy, z odbierakami lub bez nich.

Wymiary zewnętrzne urządzenia pokazanego na rysunku wynoszą a = 2400 mm, b = 1050 mm, h = 1910 mm, należy jednak podkreślić, że podane wymiary w żaden sposób nie ograniczają ro związania.

Claims (17)

1. Urządzenie do wykrawania, znamienne tym, że w podstawie (1) znajdują się cztery mechanizmy przesuwu śrubowego, każdy zawierający silnik (8) napędzający poprzez sprzęgło (9) i przekładnię (6) odpowiednią śrubę napędową (5) ustawioną pionowo i ułożyskowaną w narożu podstawy (1), przy czym na śrubach napędowych (5) zawieszony jest młot ruchomy (2) za pomocą nakrętek (4) zamocowanych na stałe w narożach młota ruchomego (2) i współpracujących ze śrubami napędowymi (5), a położenie każdej śruby napędowej (5) i/lub nakrętki (4) jest monitorowane za pomocą właściwego enkodera (11).

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że enkoder (11) jest wyposażony w czujnik kątowy, korzystnie czujnik kątowy absolutny.

3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że dokładność pomiaru za pomocą czujnika kątowego, korzystnie czujnika kątowego absolutnego, jest nie mniejsza niż 0,005 stopnia.

4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że enkoder (11) jest wyposażony w czujnik liniowy, korzystnie czujnik liniowy absolutny.

5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że dokładność pomiaru za pomocą czujnika liniowego, korzystnie czujnika liniowego absolutnego, jest nie mniejsza niż 10 mikrometrów, korzystnie niemniejsza niż 1 mikrometr.

6. Urządzenie według jednego z poprzednich zastrz., znamienne tym, że sprzęgło (9) jest osłonięte osłoną sprzęgła (10), enkoder (11) jest przymocowany do kołnierza enkodera (7) i połączony ze śrubą napędową (5) za pomocą sprzęgła kłowego bezluzowego, a każda śruba napędowa (5) wraz z nakrętką (4) są osłonięte osłoną śruby (3).

7. Urządzenie według jednego z poprzednich zastrz., znamienne tym, że enkodery (11) są przyłączone do układu sterującego.

8. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że układ sterujący jest czterokanałowy i pobiera dane z enkoderów (11) z częstotliwością niemniejszą niż 0,4 MHz, korzystnie nie mniejszą niż 2 MHz.

9. Urządzenie według zastrz. 7 albo 8, znamienne tym, że układ sterujący jest przyłączony do każdego silnika (8).

10. Urządzenie według jednego z poprzednich zastrz., znamienne tym, że silnik (8) jest silnikiem synchronicznym z magnesem trwałym o mocy P rzędu 10 kW, momencie bezwładności J rzędu 0,001 kg*m i dokładności kąta obrotu rzędu 0,005 stopnia.

11. Urządzenie według jednego z poprzednich zastrz., znamienne tym, że luz kątowy przekładni (6) jest nie większy niż 5 sekund kątowych.

12. Urządzenie według jednego z poprzednich zastrz., znamienne tym, że maksymalna siła nacisku młota ruchomego (2) wynosi 1 MN, korzystnie 2 MN, a dokładność ustawienia młota wyno si 5 mikrometrów.

13. Urządzenie według jednego z poprzednich zastrz., znamienne tym, że prędkość przesuwu młota ruchomego (2) wynosi 20-60 mm/s, korzystnie 48 mm/s.

14. Urządzenie według jednego z poprzednich zastrz., znamienne tym, że zawiera luzowniki elektromagnetyczne służące do blokowania ruchu młota ruchomego (2).

PL 224 421 B1

15. Urządzenie według jednego z poprzednich zastrz., znamienne tym, że na podstawie (1) ma stół roboczy do umieszczania wykrojnika, a do dolnej powierzchni młota ruchomego (2) jest przym ocowana płyta wykrojcza.

16. Urządzenie według jednego z zastrz., od 1 do 14, znamienne tym, że na podstawie (1) ma stół roboczy do umieszczania płyty wykrojczej, a do dolnej powierzchni młota ruchomego (2) jest przymocowany wykrojnik.

17. Urządzenie według jednego z poprzednich zastrz., znamienne tym, że jest wyposażone w stół podawczy, korzystnie wyposażony w podajniki i/lub jest wyposażone w stół odbiorczy, korzystnie wyposażony w odbieraki.