PL 217376 B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 217376 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 393211 (51) Int.Cl. B23B 3/02 (2006.01) B25J 21/00 (2006.01) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 10.12.2010 (54) Obrabiarka do mikroskrawania albo wygładzania ściernego w komorze próżniowej (43) Zgłoszenie ogłoszono: 18.06.2012 BUP 13/12 (73) Uprawniony z patentu: POLITECHNIKA KOSZALIŃSKA, Koszalin, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.07.2014 WUP 07/14 (72) Twórca(y) wynalazku: RYSZARD ŚCIEGIENKA, Koszalin, PL RYSZARD LEWKOWICZ, Koszalin, PL WOJCIECH KACALAK, Koszalin, PL STANISŁAW BOKIEJ, Koszalin, PL
2 PL 217 376 B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest obrabiarka do mikroskrawania albo wygładzania ściernego w komorze próżniowej. Znane są układy mechaniczne pracujące w komorach próżniowych. Należą do nich planetarne napędy przedmiotów, których powierzchnie są napylane cienkowarstwowo na przykład azotkami metali w napylarkach próżniowych. Głównym ich zadaniem jest realizacja obrotów przedmiotów napylanych względem osi komory oraz względem osi przedmiotów. Ruchy te powinny mieć jednostajny charakter, ale nie wymaga się od nich geometrycznej precyzji. Znane są także manipulatory pracujące w komorach próżniowych. Mogą być napędzane ręcznie lub mechanicznie z zastosowaniem odpowiedniego sterowania. Służą najczęściej do przemieszczanie przesłon stosowanych podczas obróbki jonowej części powierzchni przedmiotu, albo do przemieszczania czujników w komorach próżniowych urządzeń technologicznych. Wspólną cechą tych urządzeń jest wprowadzenie elementów mechanicznych przenoszących ruch do komory próżniowej poprzez obrotowe przepusty próżniowe. Urządzenia napędowe pozostają zwykle poza komorami próżniowymi. Ponadto wymagane jest zachowanie wysokiej próżnioszczelności przepustów i tylko niskiej lub średniej poprawności w geometrycznej dokładności jego realizacji. Obrabiarka według wynalazku, mająca układ napędu przedmiotu obrabianego o pionowej osi oraz układ napędu posuwu narzędzia o pionowych prowadnicach, przy czym zespół napędu wrzeciona oraz zespół napędu posuwu znajdują się poza komorą próżniową, ma wymienny uchwyt technologiczny złożony z obsady ze stożkiem wewnętrznym, uszczelnionej na powierzchni stożkowej pierścieniem i połączonej z trzpieniem poprzez termoizolacyjny pierścień. Na trzpieniu znajdują się przedmioty obrabiane, zamocowane nakrętką, pomiędzy pierścieniami dystansowymi. Cały wymienny uchwyt technologiczny mocowany jest nakrętką do wrzeciona. Na wrzecionie znajduje się przepust próżniowy w postaci podwójnych pierścieni uszczelniających usytuowanych w komorze próżniowej, powyżej górnego łożyska i podpartych pokrywką i pierścieniem, przy czym uszczelnienie wrzeciona odbywa się na metalowym pierścieniu zewnętrznym scalonym szczelnie z wewnętrznym termoizolacyjnym pierścieniem szczelnie złączonym z wrzecionem. Zespół suportu narzędziowego z czterema pionowymi, liniowymi, bezluzowymi prowadnicami tocznymi, przemieszczany jest za pomocą śruby pociągowej i nakrętki w oprawie wahliwej, która w górnej części jest mocowana do płyty suportu narzędziowego śrubami poprzez sprężyny naciskowe i kulkę. Walcowa część śruby pociągowej uszczelniona jest co najmniej jednym pierścieniem uszczelniającym, usytuowanym w komorze próżniowej, powyżej górnego łożyska. Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia schemat kinematyczny obrabiarki w widoku z przodu, a fig. 2 - schemat kinematyczny obrabiarki w widoku z boku, a fig. 3 - przekrój pionowy przez końcówkę wrzeciona w powiększeniu. Obrabiarka jest precyzyjną tokarką o pionowej osi wrzeciona, której ruchy robocze - obrotowy przedmiotu obrabianego i posuwy narzędzia odbywają się w komorze próżniowej i są do niej wprowadzone przez obrotowe przepusty próżniowe. Napędy obu ruchów' roboczych znajdują się poza komorą próżniową. Do ramy 1 przymocowany jest płaski talerz 2, na którym spoczywa klosz komory próżniowej 3, a obszar styku uszczelnia pierścień gumowy typu O. Do talerza 2 zamocowany jest korpus obrabiarki 4 za pomocą dwóch śrub 5 i nakrętek 6. Dolna część tulei korpusu wyprowadzona jest przez otwór w talerzu poza komorę. Wszystkie trzy wejścia są uszczelnione pierścieniami gumowymi typu O do uszczelnień spoczynkowych. W otwór tulei korpusu 4 wmontowane i przymocowane jest śrubami od dołu precyzyjne wrzeciono szlifierskie, złożone z tulei 7, wrzeciona 8 ułoży skowanego w tulei wrzeciona dwoma łożyskami kulkowymi skośnymi o podwyższonej dokładności 16. Wrzeciono otrzymuje napęd od zespołu napędu wrzeciona 11 złożonego z silnika trójfazowego E V i reduktora zębatego R V, poprzez dwustopniową przekładnię pasową 13, 14 i 15. Do bezstopniowej regulacji obrotów w zakresie 40-400 obr/min zastosowano przetwornicę częstotliwości. Pomiaru obrotów dokonuje się przez bezstykowy układ magnetyczny 34. Zespół suportu narzędziowego 27 uzyskuje ruch posuwowy od zespołu napędu posuwu 18 (silnika prądu stałego Ep, reduktora Rp), poprzez sprzęgło S, śrubę pociągową 19 i nakrętkę 20, kulkę K i sprężyny SP dociskane śrubami SR. Suport ma cztery bezluzowe prowadnice toczne 23 współpracujące z precyzyjnymi kolumnami mocowanymi od góry płytą 24, nakrętkami 25 i podkładkami 26.
PL 217 376 B1 3 Prowadnice 23 są osłonięte osłonami 29 przed strumieniem jonów argonu wychodzących ze źródła jonów 30. Obrabiarka ma wymienny uchwyt technologiczny złożony z obsady 37 ze stożkiem wewnętrznym, uszczelnionej na powierzchni stożkowej pierścieniem 40 i połączonej śrubami 38 z trzpieniem 10 poprzez termoizolacyjny pierścień 39. Na trzpieniu znajdują się przedmioty obrabiane 35, zamocowane nakrętką 53, pomiędzy pierścieniami dystansowymi 50, 51, dociskanymi przez pierścień 52 i opartymi na pierścieniu 49. Cały wymienny uchwyt technologiczny mocowany jest nakrętką 9 do wrzeciona 8 poprzez podkładkę miedzianą 48. Na wrzecionie 8 znajduje się przepust próżniowy w postaci podwójnych pierścieni uszczelniających 17 usytuowanych w komorze próżniowej, powyżej górnego łożyska 16, z których górny jest podparty pokrywką 47 zamocowaną do korpusu 4 śrubami 54, a dolny jest podparty pierścieniem 55, przy czym uszczelnienie wrzeciona 8 odbywa się na metalowym pierścieniu zewnętrznym 42 scalonym szczelnie z wewnętrznym termoizolacyjnym pierścieniem 41 szczelnie złączonym z wrzecionem 8. Zespół suportu narzędziowego 27 z czterema pionowymi, liniowymi, bezluzowymi prowadnicami tocznymi 23, przemieszczany jest za pomocą śruby pociągowej 19 i nakrętki 20 w oprawie wahliwej, która w górnej części jest mocowana do płyty suportu narzędziowego 27 śrubami SR poprzez sprężyny naciskowe SP i kulkę K. Walcowa część śruby pociągowej 19 uszczelniona jest co najmniej jednym pierścieniem uszczelniającym 22, usytuowanym w komorze próżniowej, powyżej górnego łożyska 21. Prędkość posuwu regulowana jest bezstopniowo przez zasilacz i regulator napięcia. Mikrowyłączniki dolny i górny 28 współpracujące ze zderzakami umieszczonymi na listwie sterującej LS umożliwiają tzw. pracę do zderzaka, a przy sterowaniu automatycznym, ruch posuwisto-zwrotny suportu w cyklu automatycznym. W płytę suportu narzędziowego 27 wprowadzony jest suwliwie korpus, do którego można mocować wiele różnorodnych narzędzi jak nóż tokarski, osełka ścierna ceramiczna i elastyczna, ziarno ścierne diamentowe w oprawce, tarcza docierająca oraz część roboczą przyrządu do mikrowygładzania foliami ściernymi w próżni. Narzędzia mogą być mocowane w belkach sztywnych lub podatnych z napięciem wstępnym lub bez. Dosuw narzędzia do powierzchni próbki realizowany jest po odmocowaniu czterech śrub. Obrót śrubą pociągową powoduje przesuw suportu narzędziowego. Pomiar dosuwu ostrza realizowany jest przy pomocy czujnika indukcyjnego. Czujnik zamocowany jest do płyty suportu przy pomocy uchwytu. Końcówkę czujnika dostawia się do powierzchni czołowej płytki pomiarowej, którą można ustawić i zamocować do korpusu wkrętami. Po uzyskaniu kontaktu ostrza z powierzchnią próbki opuszcza się korpus tak, aby ostrze znajdowało się poniżej dolnej krawędzi próbki i dosuwa go z ostrzem o zakładaną wartość oraz mocuje go do płyty suportowej czterema śrubami. Proces mikroobróbki można obserwować przez wziernik 31. Króciec z zapinaczem 32 umożliwia wprowadzenie do komory próżniowej dodatkowych elementów manipulatorów, czujników lub oświetlenia. Do podnoszenia klosza po zapowietrzeniu komory służy układ podnoszenia klosza 33. Przedmiot obrabiany 35 otrzymuje ruch obrotowy z prędkością n p od wrzeciona tokarki. Narzędzie otrzymuje ruch posuwowy dwustronny z prędkością p od suportu narzędziowego obrabiarki. Na skutek złożenia ruchów przedmiotu, i narzędzia na powierzchni obrabianej uzyskuje się śrubowy tor ruchu narzędzia. Zmiana zwrotu posuwu p powoduje zmianę kierunku linii śrubowej i korzystne przecinanie się śladów obróbki. Obrabiarka umożliwia obróbkę zewnętrznych powierzchni walcowych, stożkowych, kształtowych i powierzchni czołowych elementów obrotowych umieszczonych na wrzecionie w próżni.
4 PL 217 376 B1 Lista oznaczeń na rysunkach 1. rama 2. talerz 3. klosz komory próżniowej 4. korpus 5. śruba 6. nakrętka 7. tuleja 8. wrzeciono 9. nakrętka wrzeciona 10. trzpień 11. zespół napędu wrzeciona 12. regulator naciągu pasa 13. koła pasowe napędowe 14. koła pasowe napędzane 15. pas klinowy 16. łożysko kulkowe skośne 17. pierścienie uszczelniające 18. zespół napędu posuwu 19. śruba pociągowa 20. nakrętka w oprawie wahliwej 21. łożysko kulkowe skośne 22. pierścienie uszczelniające 23. prowadnice toczne 24. płyta górna 25. nakrętka 26. podkładka 27. zespół suportu narzędziowego 28. mikro wyłączniki 29. osłony 30. źródło jonów 31. wziernik 32. króciec z zapinaczem 33. układ podnoszenia klosza 34. układ bezstykowego pomiaru prędkości obrotowej wrzeciona 35. przedmiot obrabiany 36. ściągacz 37. obsada 38. śruba 39. pierścień termoizolacyjny próżnioszczelny 40. pierścień uszczelniający typu O 41. pierścień termoizolacyjny próżnioszczelny 42. pierścień metalowy zewnętrzny 43. pierścień oporowy 44. pierścień dystansowy 45. osłonka elastyczna 46. pierścień oporowy 47. pokrywka 48. podkładka miedziana 49. pierścień oporowy 50. pierścień dystansowy 51. pierścień dystansowy 52. pierścień dociskowy 53. nakrętka 54. śruba 55. pierścień podporowy wewnętrzny
PL 217 376 B1 5 Zastrzeżenie patentowe 1. Obrabiarka do mikroskrawania albo wygładzania ściernego w komorze próżniowej, mająca układ napędu przedmiotu obrabianego o pionowej osi oraz układ napędu posuwu narzędzia o pionowych prowadnicach, przy czym zespół napędu wrzeciona (11) oraz zespół napędu posuwu (18) znajdują się poza komorą próżniową, znamienna tym, że ma wymienny uchwyt technologiczny złożony z obsady (37) ze stożkiem wewnętrznym, uszczelnionej na powierzchni stożkowej pierścieniem (40) i połączonej z trzpieniem (10) poprzez termoizolacyjny pierścień (39), a na trzpieniu znajdują się przedmioty obrabiane (35), zamocowane nakrętką (53), korzystnie pomiędzy pierścieniami dystansowymi (50, 51), przy czym cały wymienny uchwyt technologiczny mocowany jest nakrętką (9) do wrzeciona (8). 2. Obrabiarka wg zastrz. 1, znamienna tym, że na wrzecionie (8) znajduje się przepust próżniowy w postaci podwójnych pierścieni uszczelniających (17) usytuowanych w komorze próżniowej, powyżej górnego łożyska (16) i podpartych pokrywką (47) i pierścieniem (55), przy czym uszczelnienie wrzeciona (8) odbywa się na metalowym pierścieniu zewnętrznym (42) scalonym szczelnie z wewnętrznym termoizolacyjnym pierścieniem (41) szczelnie złączonym z wrzecionem (8). 3. Obrabiarka do mikroskrawania albo wygładzania ściernego w komorze próżniowej, mająca układ napędu przedmiotu obrabianego o pionowej osi oraz układ napędu posuwu narzędzia o pionowych prowadnicach, przy czym zespół napędu wrzeciona (11) oraz zespół napędu posuwu (18) znajdują się poza komorą próżniową, znamienna tym, że ma zespół suportu narzędziowego (27) z czterema pionowymi, liniowymi, bezluzowymi prowadnicami tocznymi (23), przemieszczany za pomocą śruby pociągowej (19) i nakrętki (20) w oprawie wahliwej, która w górnej części jest mocowana do płyty suportu narzędziowego (27) śrubami (SR) poprzez sprężyny naciskowe (SP) i kulkę (K). 4. Obrabiarka wg zastrz. 3, znamienna tym, że walcowa część śruby pociągowej (19) uszczelniona jest co najmniej jednym pierścieniem uszczelniającym (22), usytuowanym w komorze próżniowej, powyżej górnego łożyska (21).
6 PL 217 376 B1 Rysunki
PL 217 376 B1 7
8 PL 217 376 B1 Departament Wydawnictw UPRP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)