PL216963B1 - Układ do wychłodzenia przedmiotu na wrzecionie obrabiarki umieszczonym w komorze próżniowej - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ do wychłodzenia przedmiotu na wrzecionie obrabiarki umieszczonym w komorze próżniowej. Taki układ jest stosowany w obrabiarce do mikroskrawania albo wygładzania ściernego w próżni, zapewniającej uzyskania specyficznych warunków mikroobróbki.

Znane są układy wychłodzenia przedmiotu umieszczonego na obrotowym wrzecionie w atmosferze otoczenia. Należą do nich układy chłodzenia przedmiotów obrabianych na obrabiarkach z użyciem płynów obróbkowych, którymi są ciecze i gazy podawane w strefy obróbki z dużymi prędkościami, albo z dużymi ciśnieniami. Po wykonaniu swojej funkcji chłodzenia ciecze spływają do zbiorników osadczych, a gazy ulatniają się do otoczenia. Temperatura przedmiotu obrabianego jest zwykle większa od zera stopni w skali Celsjusza. Zastosowanie do chłodzenia par powstałych z ciekłego azotu powoduje znaczne obniżenie temperatury w strefie obróbki, nawet poniżej minus 100 stopni Celsjusza. Występująca w atmosferze otoczenia woda ulega zamrożeniu i na powierzchni przedmiotu pojawia się warstewka lodu. Zjawisko to może być tolerowane w procesach, podczas których usuwane są duże grubości materiału obrabianego, natomiast w precyzyjnej obróbce wykończeniowej jest ono bardzo niekorzystne, gdyż zwykle zagłębienia narzędzi w materiał są bardzo małe i wtedy może dochodzić do zupełnie niepotrzebnej obróbki warstwy lodu, albo lodu i materiału przedmiotu.

Zalodzenie powierzchni przedmiotu nie występuje po umieszczeniu układu obróbkowego w próżni i wychładzaniu go od wewnątrz, albo od wewnątrz uchwytów o dużym współczynniku przewodności cieplnej. Wymaga to zastosowania układów doprowadzenia par azotu do obrotowych uchwytów w bezpośredniej bliskości przedmiotów obrabianych i jednoczesnego zapewnienia próżnioszczelności komory roboczej i izolacji termicznej wrzecion, łożysk, uszczelnień wykonanych z elastomerów i innych elementów układu obróbkowego.

Układ według wynalazku, ma poza komorą próżniową stacjonarny podzespół związany z ramą stanowiska próżniowego, zawierający stacjonarny łącznik, tuleję, wkładkę termoizolacyjną, łożysko toczne współpracujące z obrotową tuleją zamocowaną na tylnej końcówce wrzeciona. Do wnętrza obrotowego wrzeciona wprowadzono nieobrotową, długą rurkę znajdującą się w rurce o większej średnicy, stanowiącej termoizolujący płaszcz próżniowy zewnętrzny i doprowadzającą pary powstające z ciekłego azotu do wnętrza trzpienia, na którym zamocowano przedmioty wychładzane. Wrzeciono i trzpień mają osadzone w centralnym, przelotowym otworze elementy termoizolacyjne. Ponadto układ ma rurkę wyjścia do pompy próżniowej z zaworem próżniowym, oraz rurkę wyprowadzającą pary azotu do atmosfery, która wychodzi poprzez wkładkę termoizolacyjną, tuleję i łącznik. W otworach elementów termoizolacyjnych umieszczona jest rurka cienkościenna, a przestrzeń utworzona między tą rurką i płaszczem rurki doprowadzającej, połączona jest z rurką wyprowadzającą do atmosfery pary azotu.

Przepływające przez wewnętrzną przestrzeń w trzpieniu mocującym, pary azotu wychładzają ścianki trzpienia i przedmioty obrabiane, będące dobrymi przewodnikami cieplnymi. Temperaturę wychładzanych powierzchni przedmiotów umieszczonych w próżni można zmierzyć za pomocą termopary.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku - fig. 1, który przedstawia schemat układu do wychłodzenia przedmiotu, fig. 2 - przekrój pionowy przez dolną część układu z doprowadzeniem i odprowadzeniem par azotu, w powiększeniu, a fig. 3 - przekrój pionowy przez górną część układu z przedmiotami wychładzanymi, w powiększeniu.

Układ ma poza komorą próżniową stacjonarny podzespół związany z ramą stanowiska próżniowego 12, zawierający łącznik 13, śrubę 41 i podkładkę 42, tuleję 9, wkładkę termoizolacyjną 45, pierścień uszczelniający 11, łożysko toczne 8 współpracujące z obrotową tuleją 7 zamocowaną na tylnej końcówce wrzeciona 4 i zakontrowaną wkrętką 47. Do wnętrza obrotowego wrzeciona 4 wprowadzono nieobrotową, długą rurkę 29 doprowadzającą pary azotu, znajdującą się w rurce 30 o większej średnicy, stanowiącej termoizolujący płaszcz próżniowy zewnętrzny i doprowadzającą pary powstające z ciekłego azotu do wnętrza trzpienia 18, przy czym wrzeciono 4 i trzpień 18 mają osadzone tuleje termoizolacyjne 6 i 20. Ponadto układ ma rurkę 32 wyjścia do pompy próżniowej 31 z zaworem próżniowym 33, oraz rurkę 34 stanowiącą wyjście par azotu do otoczenia 35, która wychodzi poprzez wkładkę termoizolacyjną 45, tuleję 9 i łącznik 13. W otworach elementów termoizolacyjnych 6 i 20 umieszczona jest rurka cienkościenna 44, a przestrzeń utworzona między rurką 44 i płaszczem 30 rurki doprowadzającej oraz przestrzeń 39 z wychodzącymi parami azotu, połączona jest z rurką 34 wyprowadzającą do atmosfery pary azotu. Wyjście par azotu z wnętrza trzpienia 37 następuje przez szczelinę 38.

PL 216 963 B1

Układ jest zintegrowany z obrabiarką do mikroskrawania albo wygładzania ściernego przedmiotów umieszczonych w próżni, która jest opisana niżej.

Do centralnego otworu w korpusie 1 włożony jest zespół wrzeciona 2 i przymocowany śrubami 43 do tylnej części korpusu 1, znajdującej się poza komorą próżniową. W stałej tulei 3 ułożyskowane jest obrotowe wrzeciono 4 za pomocą zespołu dwóch łożysk kulkowych skośnych 28 i uszczelnione dwoma pierścieniami uszczelniającymi 14 do uszczelnień obrotowych, których powierzchnie robocze współpracują z gładkim pierścieniem metalowym 10 przyklejonym do wrzeciona 4 poprzez próżnioszczelną izolację termiczną 5. Dwustopniowe napędzane koło pasowe 16 umieszczone na tylnej końcówce umożliwia nadawanie ruchu obrotowego i przeniesienie momentu obrotowego na wrzeciono 4. W komorze próżniowej, na stożkowej, samohamownej końcówce wrzeciona 4 znajduje się obsada 17, uszczelniona pierścieniem 15, do której zamocowano trzpień 18 śrubami 21 poprzez pierścień termoizolacyjny próżnioszczelny 19 i które związano z wrzecionem 4 za pomocą nakrętki wrzeciona 22 poprzez podkładkę metalową 23. Na trzpień 18 nasadzono suwliwie pierścień oporowy 24, pierścień dystansowy 25, przedmioty obrabiane 46, pierścienie dociskowe 26 i dociśnięto je nakrętką 27.

We wnętrzu trzpienia 37 znajduje się wejście par azotu 36, które wychładzają cienkie ścianki trzpienia oraz znajdujące się na nim przedmioty obrabiane 46, których powierzchnie zewnętrzne poddawane są obróbce. Nakrętka 40 pozwala na ściągniecie połączonego podzespołu obsady 17, trzpienia 18, przedmiotów obrabianych 46 i innych elementów podzespołu z końcówki wrzeciona 4.

Przedmioty obrabiane 46 wychładzane są przez przepływające pary azotu przez czas umożliwiający uzyskanie zakładanej temperatury ich powierzchni, nawet do - 140°C. Temperaturę powierzchni przedmiotów umieszczonych w próżni można zmierzyć za pomocą termopary wprowadzonej do komory próżniowej przez próżnioszczelny przepust próżniowy, a dosuwanie jej do przedmiotu odbywa się za pomocą ręcznego manipulatora, spoza komory. Po osiągnięciu odpowiedniej temperatury przedmiotu obrabianego, odsuwa się od powierzchni przedmiotu termoparę, włącza obroty wrzeciona oraz posuw narzędzia i wykonuje precyzyjną obróbkę jego powierzchni. Obróbka powierzchni przedmiotów w niskich temperaturach i w próżni pozwala na mikroskrawanie z bardzo małymi głębokościami, uzyskanie bardzo wysokich gładkości oraz fizycznej i chemicznej czystości powierzchni obrobionych.

Lista oznaczeń na rysunkach

1. korpus

2. zespół wrzeciona

3. tuleja wrzeciona

4. wrzeciono

5. próżnioszczelna izolacja termiczna

6. tuleja termoizolacyjna

7. tuleja

8. łożysko toczne

9. tuleja

10. pierścień metalowy

11. pierścień uszczelniający

12. rama stanowiska próżniowego

13. łącznik

14. pierścienie uszczelniające

15. pierścień

16. koła pasowe

17. obsada

18. trzpień

19. pierścień termoizolacyjny próżnioszczelny

20. tuleja termoizolacyjna

21. śruba

22. nakrętka wrzeciona

23. podkładka metalowa

24. pierścień oporowy

25. pierścień dystansowy

26. pierścień dociskowy

PL 216 963 B1

27. nakrętka

28. łożysko kulkowe skośne

29. rurka

30. rurka

31. wyjście do pompy próżniowej

32. rurka

33. zawór próżniowy

34. rurka

35. wyjście par azotu do otoczenia

36. wejście par azotu

37. wnętrze trzpienia

38. szczelina

39. przestrzeń

40. nakrętka

41. śruba

42. podkładka

43. śruba

44. rurka cienkościenna

45. wkładka termoizolacyjna

46. przedmioty obrabiane

47. wkrętka.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ do wychłodzenia przedmiotu na wrzecionie obrabiarki umieszczonym w komorze próżniowej, znamienny tym, że poza komorą próżniową, na tylnej części wrzeciona (4), ma stacjonarny podzespół związany z ramą stanowiska próżniowego (12), zawierający stacjonarny łącznik (13), tuleję (9), wkładkę termoizolacyjną (45), łożysko toczne (8) współpracujące z obrotową tuleją (7) zamocowaną na tylnej końcówce wrzeciona (4), w którym umieszczono nieobrotową, długą rurkę (29) znajdującą się w rurce (30) o większej średnicy, stanowiącej termoizolujący płaszcz próżniowy zewnętrzny wprowadzony do wnętrza obrotowego wrzeciona (4) i doprowadzającą pary powstające z ciekłego azotu do wnętrza trzpienia (18), przy czym wrzeciono (4) i trzpień (18) mają osadzone elementy termoizolacyjne (6) i (20), a ponadto ma rurkę (32) wyjścia do pompy próżniowej z zaworem próżniowym (33), oraz rurkę (34) wyprowadzającą pary azotu do atmosfery, która wychodzi poprzez wkładkę termoizolacyjną (45), tuleję (9) i łącznik (13).
2. 2. Układ do wychłodzenia przedmiotu wg zastrzeżenia 1, znamienny tym, że w otworach elementów termoizolacyjnych (6) i (20) umieszczona jest rurka cienkościenna (44), a przestrzeń utworzona między rurką (44) i płaszczem (30) rurki doprowadzającej oraz przestrzeń (39), połączona jest z wyprowadzającą do atmosfery rurką (34).