Введение к работе
Актуальность работы. Одной из новых технологий является компьютерное станочное гравирование плоских художественных изделий на поверхностях хрупких материалов, таких как металл, камень, керамика, стекло, и тд При этом изготавливаются копии рисунков на гравюрах, ювелирных украшениях, орнаментах, матрицах и мемориальных плитах, обязательным условием является обеспечением факсимильное изображения
Проведенные работы показали, что художественные образы должны воспроизводиться гравированием заготовки на факсимильно-i равировальных станках, оснащенных компьютерными устройствами числового программного управления (CNC)
Характерными особенностями этих станков являются высокая производительность и высокое качество (в том числе факсимильность) гравирования
Если учесть, что потребность строительной индустрии в перечисленных выше изделиях составляет около 4,5 млн долларов США в год, то становится очевидной экономическая значимость проблемы и, как следствие, актуальность работы, направленной на ее решение
Художественные образы воспроизводятся растровым гравированием заготовки на факсимильно-копировальных станках, оснащенных компьютерными устройствами числового программного управления Исходное изображение сканируется и превращается в памяти компьютера в массив пикселей (первичная дискретизация) В дальнейшем эти пиксели при растрировании превращаются в токовую импульсную последовательность, учитывающую оптическую плотность точек изображения (вторичная дискретизация) Значения токовых импульсов автоматически устанавливаются системой управления с учетом скорости строчной подачи и превращаются в силовые ударные импульсы посредством электромеханического преобразователя, который своим инструментом наносит на изделие лунки при построчном проходе всей обрабатываемой поверхности в автоматическом цикле
Шаг растрирования, с учетом скорости подачи по строке, задается периодом повторения силовых ударных импульсов и, в общем случае, он может соответствовать нескольким дискретам шага строчной подачи При этом, частота строчной шаговой подачи (скорость) должна быть регулируемой и обеспечивать прохождение необходимого числа шагов по строке за время одного максимального периода растрирования
Поверхность гравюры содержит 50 - 60 % темных полутонов Таким образом, при регулировании частоты строчной шаговой подачи
(многократное увеличение ее при редких растровых силовых ударных импульсах) происходит резкое (не менее чем в 2-а раза) уменьшение времени гравирования, при этом величина интегральной оптической плотности не изменяется, т к остается постоянной дискрета шага строчной подачи
Кроме того, используемый однокатушечный преобразователь реализует вынужденные колебания - силовые ударные импульсы (от электромагнита) и свободные колебания - возврат долбяка в исходное состояние (от пружины) Его функционирование определяется амплитудно - частотными характеристиками узла катушки, магнитной и механической систем При этом, вынужденные колебания для системы управления являются регулируемыми, а свободные, включая время переходного процесса, - не регулируемыми Это приводит к тому, что с ростом частоты, если не принимать мер, амплитуда свободных колебаний становится меньше амплитуды регулируемых вынужденных и якорь-долбяк «проседает», а технологический зазор между острием долбяка и поверхностью заготовки уменьшается В свою очередь, энергия импульса удара, определяемая величиной электромагнитного усилия, его длительностью и величиной технологического зазора, также уменьшается Для того чтобы исключить влияние частоты на величину энергии импульса в рабочем диапазоне, необходимо принудительно регулировать величины технологического зазора, электромагнитного усилия и его длительности Эти меры приводят к увеличению рабочего диапазона частот электромеханического преобразователя на 20-30 % и повышение на эту величину качества гравирования
Дшіее, для разрушения при гравировании материала заготовки с высоким значением критической энергии (например, обсидиана или яшмы) требуется создание такого технологического режима, при котором даже при минимальном внедрении создается высокая величина энергии (при соблюдении заданного значения интегральной оптической плотности) Такой технологический режим обеспечивается при компьютерном растрировании и расширяет область гравируемых хрупких материалов
Актуальность работы состоит в том, что при технологическом процессе станочного компьютерного гравирования, для обеспечения повышения производительности, качества гравирования и расширения области гравируемых хрупких материалов, необходимо обеспечить следующее
і автоматическое регулирование величины скорости строчной подачи,
автоматическое регулирование величины технологического зазора,
создание технологического режима компьютерного растрирования
Целью работы является
1 Повышение производительности и качества при факсимильном растровом механическом гравировании полутоновых изображений на плоских поверхностях материалов за счет учета и коррекции динамических характеристик станка
2. Расширение области машинного гравирования материалов с высоким значением критической энергии посредством компьютерного растрирования и регулирования величины технологического зазора
Для выполнения поставленной цели требуется решение следующих задач
Разработка математических закономерностей, обеспечивающих теоретическое обоснование деформирования материала микро долблением посредством пропорционального злектромеханическої о преобразователя ЭМП, включая математическое моделирование энергетических передаточных характеристик материала и моделирование узлов ЭМП в динамике
Создание математических закономерностей и программного пакета, обеспечивающих повышение производительности при высоком качестве растрового гравирования материалов применением двух моделей а) при контроллерном растрировании - программным вычислением шага растрирования; б) при компьютерном растрировании - программным введением оптического «зерна»
Создание автоматической системы регулирования технологического зазора посредством следящей головки и математической модели, позволяющей определить необходимую для создания заданной величины кинетической энергии величину технологического зазора.
Научные положении, разработанные лично диссертантом.
1 Математические закономерности, обеспечивающие теоретическое
обоснование деформирования материала микро долблением посредством
пропорционального электромеханического преобразователя,
представленные графически в виде семейства номограмм и
обеспечивающие определение усредненной величины стабилизированного
технологического зазора, необходимого для создания заданной величины
кинетической энергии при амплитудно-временном регулировании
силового импульса
2 Принципы растрирования, включающие применение двух моделей
а) при контроллерном растрировании - программное вычисление шага
растрирования, обеспечивающее высокое качество при частичной потере
производительности, б) при компьютерном растрировании - программное
введение оптического «зерна», обеспечивающее при высокой
производительности частичное снижение качества
3 Математические закономерности, представленные графически в виде семейства номограмм, обеспечивающие оптимизацию диапазона величин регулируемого технологического зазора, необходимого для создания заданной величины кинетической энергии при амплитудно-временном регулировании силового импульса и устанавливаемого автоматически посредством следящей головки Научная новизна
Дано теоретическое обоснование влияния технологического зазора, амплитуды и длительности токового импульса на амплитудное значение ударного импульса
Предложена и исследована математическая модель для определения глубин амплитудно-частотной модуляции и строчной скорости
Предложен и реализован технологический метод гравировки для материалов с высоким значением критической энергии путем введения компьютерного растрирования, позволяющий наносить изображение растровым способом на поверхность этих материалов
Обоснованость и достоверность научных положений выводов и рекомендаций базируется на использовании теории растрирования, теории передачи факсимильных изображений, теории анализа и синтеза дискретных и цифровых систем автоматического регулиравания, теории колебаний, электромагнитной техники Промышленное использование факсимильно-копиравальных станков и цифровых систем управления для них потверждает результаты теоретических исследовании и экспериментальных рафаботок
Значение работы заключается:
в разработке технологии компьютерного растрирования для факсимильного гравирования поверхности материала с высоким значением критической энергии,
в изготовлении и опытной эксплуатации серии следящих растровых головок, оснащенных приводом подач "винт-гайка" и однокатушечными пропорциональными электромеханическими преобразователями
Реализация выводов и рекомендации работы На основании разработанного в диссертации метода компьютерного растрирования, позволяющего гравировать материалы с высоким критическим значением энергии, созданы конструкции следящих растровых головок и с их применением конструкция факсимильно - копировального станка, которая прошла опытную эксплуатацию Результатом работы является дальнейшее развитие станка модели «Полутон» (ТУ N 3816-001-09804102-97, дата его введения 0105 1998г, дата регистрации 05 111997г, регистр N 200\016463
1 Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждены на следующих конференциях
1 МГГУ, „Неделя горняка" в 2003г - 2006г,
2 Umversitatea din Petrosani, Lucranle Stnntifice ale Simpozionului
International, Петрошане, Румыния, 2003 г
3 Advanced Manufacturing Technologies University of Rousse "Angei
Kanchev" Proceedings Rousse Bulgaria 2005
Публикации. По теме работы опубликовано 10 печатных работы (статьи)
Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав и заключения, изложенных на 144 листах машинописного текста, содержит 70 рисунков и 4 таблицы, библиографический список использованной литературы из 96 наименований
