close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

PL171656B1

код для вставкиСкачать
R ZE C ZPO SPO L IT A
PO LSK A
(12) OPIS PATENTOWY (19)PL
(21 ) N um er zgłoszenia.
D a ta z g ło s z e n ia
309013
0 5 .0 2 .19 9 3
( 5 1) IntCl6
(86) D ata i num er zgłoszenia m iędzynarodow ego
B24B 1/04
B24B 19/22
05.02.1993, PCT/EP93/00280
U rząd Patentow y
Rzeczypospolitej Polskiej
(11) 171656
(13) B1
(87) D ata i num er publikacji zgłoszenia
m iędzynarodow ego
19.08.1993, WO93/15877,
PCT Gazette nr 20/93
(54)
(30)
(43)
(45)
Szlifierka do szlifowania półwyrobów
Zgłoszenie ogłoszono:
O udzieleniu patentu ogłoszono:
1. Szlifierka do szlifowania półwyrobów
mająca urządzenie do wytwarzania drgającego ruchu półwyrobu w stosunku do ściernicy
w postaci umieszczonego w obudowie przetwornika ultradźwięków połączonego z
przekaźnikiem drgań znajdującym się pomiędzy przetwornikiem ultradźwięków i
półwyrobem, znamienna tym. że w zewnętrznej obudowie (11), co najmniej jednego
urządzenia (20, 30) do wytwarzania drgającego ruchu półwyrobu (23), jest umieszczony co najmniej jeden przetwornik (1) ultradźwięków, który jest połączony z co najmniej
jednym obszarem rezonansowym ( 2 , 4 )
ultradźwięków, do którego jest połączony
przekaźnik drgań (5) w postaci sonotrody
której drugi koniec jest połączony z uchwytem (22) półwyrobu (23).
Uprawniony z patentu:
PPV-VERWALTUNGS-AG, Zurich, CH
(72)
26.06.1995 BUP 13/95
30.05.1997 WUP 05/97
PL 171656 B1
(73)
Pierwszeństwo:
06.02.1992,DE,P4203434.5
Twórca wynalazku:
Günter Poschl, Schwaikheim, DE
(74)
Pełnomocnik:
Stypułkowski Heliodor, HELPAT
Fig. 1
Szlifierka do szlifowania półwyrobów
Zastrzeżenia
patentowe
1. Szlifierka do szlifowania półwyrobów mająca urządzenie do wytwarzania drgającego
ruchu półwyrobu w stosunku do ściernicy w postaci umieszczonego w obudowie przetwornika
ultradźwięków połączonego z przekaźnikiem drgań znajdującym się pomiędzy przetwornikiem
ultradźwięków i półwyrobem, znamienna tym, że w zewnętrznej obudowie (11), co najmniej
jednego urządzenia (20, 30) do wytwarzania drgającego ruchu półwyrobu (23), jest umieszczony
co najmniej jeden przetwornik (1) ultradźwięków, który jest połączony z co najmniej jednym
obszarem rezonansowym (2 , 4) ultradźwięków, do którego jest połączony przekaźnik drgań (5)
w postaci sonotrody której drugi koniec jest połączony z uchwytem (22) półwyrobu (23).
2. Szlifierka według zastrz. 1, znamienna tym, że co najmniej jeden przetwornik (1)
ultradźwięków jest przetwornikiem magnetostrykcyjnym, korzystnie piezoceramicznym.
3. Szlifierka według zastrz. 1, znamienna tym, że pomiędzy co najmniej jednym przetwornikiem (1) ultradźwięków i przekaźnikiem drgań (5) w postaci sonotrody jest umieszczony
pierwszy i drugi obszar rezonansowy (2, 4) ultradźwięków, które są oddzielone od siebie
membraną (3), przy czym pierwszy obszar rezonansowy (2) ultradźwięków jest wypełniony
cieczą, a drugi obszar rezonansowy (4) ultradźwięków - powietrzem, korzystnie gazem.
4. Szlifierka według zastrz. 1, znamienna tym, że w zewnętrznej obudowie (11) jest
umieszczony co najmniej jeden przetwornik (1) ultradźwięków, obszary rezonansowe (2, 4)
ultradźwięków, membrana (3), jak również przekaźnik drgań (5) w postaci sonotrody, przy czym
obudowa (11) ma na swym odwróconym od przekaźnika drgań (5) końcu człon łączy (1 2 , 12')
sprzęgnięty z urządzeniem szlifierskim.
5. Szlifierka według zastrz. 1, znamienna tym, że ma dwa przetworniki (1) ultradźwięków,
umieszczone jeden za drugim w zewnętrznej obudowie (11).
6. Szlifierka według zastrz. 3, znamienna tym, że pierwszy obszar rezonansowy (2)
ultradźwięków jest wypełniony prepolimeryczną cieczą.
7. Szlifierka według zastrz. 3, znamienna tym, ze obszary rezonansowe (2, 4)
ultradźwięków mają kształt obrotowego paraboloidu, którego ognisko znajduje się między
membraną (3) i co najmniej jednym przetwornikiem (1) ultradźwięków.
8. Szlifierka według zastrz. 7, znamienna tym, że paraboliczna ściana pierwszego obszaru
rezonansowego (2) ultradźwięków jest utworzona przez pierwszy odcinek (8b), obudowy
wewnętrznej (8) umieszczonej w zewnętrznej obudowie (11), a paraboliczna ściana 4') drugiego
obszaru rezonansowego (4) jest utworzona przez czołową powierzchnię przekaźnika drgań (5)
w postaci sonotrody.
9. Szlifierka według zastrz. 8, znamienna tym, że przekaźnik drgań (5) w postaci
sonotrody jest umieszczony osiowo w dwóch obrotowych łożyskach (6a, 6b), wewnątrz drugiego odcinka (8a) obudowy wewnętrznej (8), umieszczonej w obudowie zewnętrznej (11).
10. Szlifierka według zastrz. 1, znamienna tym, że co najmniej jedno urządzenie (20) do
wytwarzania drgającego ruchu półwyrobu (23) jest połączone z co najmniej jedną chłodnicą (27)
kanałami chłodniczymi (10) i przewodami (28, 28') doprowadzającymi i odprowadzającymi
ciecz z obszaru rezonansowego (2, 4) ultradźwięków.
11. Szlifierka według zastrz. 1, znamienna tym, że przetwornik drgań (5) w postaci
sonotrody co najmniej jednego urządzenia (20) do wytwarzania drgającego ruchu półwyrobu
(23) ma wystający odcinek końcowy (5'), który jest połączony z podporządkowanym mu
odcinkiem końcowym (2a, 22b) uchwytu (22) półwyrobu (23).
12. Szlifierka do szlifowania półwyrobów mająca urządzenie do wytwarzania drgającego
ruchu półwyrobu w stosunku do ściernicy w postaci umieszczonego w obudowie przetwornika
ultradźwięków połączonego z przekaźnikiem drgań znajdującym się pomiędzy przetwornikiem
ultradźwięków i półwyrobem, znamienna tym, że ma dwa urządzenia (20, 30) do wytwarzania
drgającego ruchu półwyrobu (23) umieszczone osiowo z dwóch przeciwległych stron półwyrobu
171 656
3
(23) z których co najmniej jedno urządzenie (20, 30) ma co najmniej jeden przetwornik (1)
ultradźwięków umieszczony pomiędzy przestrzenią rezonansową (2, 4) ultradźwięków,
przekaźnikiem drgań (5) w postaci sonotrody i półwyrobem (23), przy czym uchwyt (22)
półwyrobu (23), jest połączony z dwóch stron z obydwoma urządzeniami (20, 30) do wytwarzania drgającego ruchu półwyrobu (23) pomiędzy konikiem (21) i wrzeciennikiem (26).
13. Szlifierka według zastrz. 12. znamienny tym, że drugie urządzenie (30) do wytwarzania drgającego ruchu półwyrobu (23) ma do wytwarzania ruchu drgającego tylko obszary
rezonansowe (2, 4) ultradźwięków, które są połączone przewodem (29) z obszarem rezonansowym (2) pierwszego urządzenia (20) do wytwarzania drgającego ruchu półwyrobu (23) i są
osiowo połączone z przekaźnikiem drgań (5).
14. Szlifierka według zastrz. 13, znamienny tym, że długość przewodu łączącego (29)
jest równa opóźnieniu drgań odpowiadającemu względnemu przesunięciu faz ultradźwięków
π przy którym pierwsze i drugie urządzenie (2, 30) wytwarzają synchroniczne ruchy.
15. Szlifierka według zastrzeżenia 12, znamienna tym, że drugie urządzenie (30) do
wytwarzania drgającego ruchu półwyrobu (23) stanowi elektromagnetyczna cewka połączona z
jednej strony z uchwytem (22), a z drugiej strony z wrzeciennikiem (26).
Przedmiotem wynalazku jest szlifierka do szlifowania półwyrobów mająca urządzenie do
wytwarzania ruchu drgającego półwyrobu w stosunku do ściernicy w postaci umieszczonego w
obudowie przetwornika ultradźwięków połączonego z przekaźnikiem drgań znajdującym się
pomiędzy przetwornikiem ultradźwięków i półwyrobem.
Podobne urządzenie zostało opisane w czasopiśmie "Werkstattechnik-Zeitschrif fur industrielle Fertigung" 60 (1970) Nr 10, s. 621 w artykule "Szlifowanie stopów magnetycznych przy
pomocy drgań ultradźwiękowych".
Szlifowanie półwyrobów służy - jak wiadomo - do osiągania pożądanych dokładności
kształtu i wymiarów, jak również do otrzymywania końcowych wyrobów o specjalnie dobrej
jakości. W operacji szlifowania w zależności od kształtu geometrycznego i celu użycia każdorazowego półwyrobu może być wykonywane: szlifowanie wałków, otworów, szlifowanie obwodem ściernicy, szlifowanie płaskiej powierzchni czołowej i inne, podobne.
Aby osiągnąć pożądaną jakość powierzchni, pracuje się przy zastosowaniu stosunkowo
wysokiej szybkości narzędzia szlifierskiego. Nawet przy zastosowaniu diamentowej ściernicy
następuje szybkie jej zużycie, wskutek czego czas obróbki półwyrobów znacznie się przedłuża.
W szczególności zwiększające się technicznie zastosowanie materiałów ceramicznych stawia
podwyższone wymagania urządzeniom do szlifowania tych półwyrobów, ponieważ ich pożądana dokładność kształtu i wymiarów oraz ich jakość powierzchni są szczególnie wysokie.
Podobne specjalne wymagania występują, np. przy obróbce powierzchni ceramicznych
łożysk ślizgowych, a w szczególności tłoków sprężarek.
W tych przypadkach konieczne jest osiągnięcie w procesie szlifowania takiej jakości
powierzchni przy której jest wyjątkowo niskie tarcie.
Z DE-PS 915 769 jest znana obrabiarka, w której półwyrób podczas obróbki jest poddawany działaniu drgań o wysokiej częstotliwości pod wpływem piezoelektrycznego lub magnetostrykcyjnego przetwornika ultradźwięków. Drgania te mogą kształtować się również
poprzecznie w stosunku do kierunku obróbki. Wskutek tego dodatkowego mchu drgającego
półwyrobu, zostaje podwyższony okres trwałości narzędzi, jest skrócony czas obróbki półwyrobu, a także jest podwyższona jakość powierzchni obrabianych w ten sposób półwyrobów.
Ze skrótu JP 63-312 051 A jest znane szlifowanie ceramicznych materiałów, w którym
półwyroby są poddawane drganiom o wysokiej częstotliwości w kierunku posuwu.
W skrócie JP 61-61 759 A przedstawiono urządzenie do szlifowania głowic magnetycznych do magnetowidów, w którym półwyrób jest poddawany drganiom poprzecznie do kierunku
obróbki przy udziale piezoelektrycznego przetwornika ultradźwięków. Ruch piezoelektrycznego
wibratora jest przenoszony na półwyrób przy pomocy dźwigni napędowej. Wada tego znanego
4
171 656
urządzenia polega na tym, że amplituda ruchu oscylacyjnego półwyrobu odpowiada w zasadzie
amplitudzie ruchu drgań piezoelektrycznego wibratora i stosownie do tego jest ona niewielka.
Z wyżej już zacytowanego artykułu "Szlifowanie stopów magnetycznych przy pomocy drgań
ultradźwiękowych" jest znane urządzenie, które ma przetwornik ultradźwięków połączony z
przekaźnikiem drgań umieszczonym pomiędzy przekaźnikiem ultradźwięków i półwyrobem.
Urządzenie to jest stosowane w szczególności do szlifowania stopów magnetycznych. Kierunek
drgań półwyrobu jest wówczas poprzeczny w stosunku do kierunku obróbki. Półwyrób jest
zamocowany do trzpienia, który jest połączony z przetwornikiem ultradźwięków i przenosi
drgania na półwyrób. Również wadą tego urządzenia jest stosunkowo niewielka amplituda ruchu
oscylacyjnego półwyrobu, która zasadniczo nie różni się od amplitudy ruchu oscylacyjnego
przetwornika ultradźwięków.
Celem wynalazku jest szlifierka do szlifowania półwyrobów mająca wyższą sprawność
szlifowania oraz większą odtwarzalną jakość powierzchni szlifowanych półwyrobów.
Cel ten został osiągnięty w szlifierce do szlifowania półwyrobów według wynalazku
mającej urządzenie do wytwarzania drgającego ruchu półwyrobu w stosunku do ściernicy w
postaci umieszczonego w obudowie przetwornika ultradźwięków połączonego z przekaźnikiem
drgań znajdującym się pomiędzy przetwornikiem ultradźwięków i półwyrobem, która charakteryzuje się tym, że w zewnętrznej obudowie co najmniej jednego urządzenia do wytwarzania
ruchu drgającego półwyrobu jest umieszczony co najmniej jeden przetwornik ultradźwięków,
który jest połączony z co najmniej jednym obszarem rezonansowym ultradźwięków, do którego
jest połączony przekaźnik drgań w postaci sonotrody, której drugi koniec jest połączony do
półwyrobu. Przetwornik ultradźwięków jest korzystnie przetwornikiem piezoceramicznym lub
magnetostrykcyjnym. Pomiędzy co najmniej jednym przetwornikiem ultradźwięków i
przekaźnikiem drgań w postaci sonotrody jest korzystnie umieszczony pierwszy i drugi obszar
rezonansowy ultradźwięków, które są oddzielone od siebie membraną, przy czym pierwszy
obszar rezonansowy ultradźwięków jest wypełniony cieczą, a drugi obszar rezonansowy ultradźwięków jest wypełniony powietrzem lub gazem. W zewnętrznej obudowie urządzenia do
wytwarzania drgającego ruchu półwyrobu jest umieszczony co najmniej jeden przetwornik
ultradźwięków, membrana oddzielająca obszary rezonansowe ultradźwięków oraz przekaźnik
drgań w postaci sonotrody, przy czym obudowa ta ma na swym odwróconym od przekaźnika
drgań końcu człon łączący sprzęgnięty z urządzeniem szlifierskim. Szlifierka ma korzystnie dwa
przetworniki ultradźwięków umieszczone jeden za drugim w obudowie urządzenia do wytwarzania drgań. Pierwszy obszar rezonansowy jest korzystnie wypełniony prepolimeryczną cieczą.
Obszary rezonansowe ultradźwięków mają kształt obrotowego paraboloidu, którego ognisko
znajduje się między membraną i co najmniej jednym przetwornikiem ultradźwięków, przy czym
paraboliczna ściana pierwszego obszaru rezonansowego ultradźwięków jest utworzona przez
pierwszy odcinek obudowy wewnętrznej umieszczonej w zewnętrznej obudowie urządzenia, a
paraboliczna ściana drugiego obszaru rezonansowego jest utworzona przez czołową powierzchnię przekaźnika drgań w postaci sonotrody. Przekaźnik drgań w postaci sonotrody jest umieszczony osiowo w dwóch obrotowych łożyskach wewnątrz drugiego odcinka obudowy
wewnętrznej, umieszczonej w obudowie zewnętrznej urządzenia. Conajmniej jedno urządzenie
do wytwarzania ruchu drgającego półwyrobu jest korzystnie połączone z co najmniej jednym
urządzeniem chłodniczym kanałami chłodniczymi i przewodami doprowadzającymi i odprowadzającymi ciecz z obszaru rezonansowego ultradźwięków. Przetwornik drgań w postaci
sonotrody co najmniej jednego urządzenia do wytwarzania ruchu drgającego półwyrobu ma
wystający odcinek końcowy, który jest połączony z podporządkowanym mu odcinkiem końcowym uchwytu półwyrobu.
W wykonaniu alternatywnym szlifierka do szlifowania półwyrobu charakteryzuje się tym,
że ma dwa urządzenia do wytwarzania drgającego ruchu półwyrobu umieszczone osiowo z
dwóch przeciwległych stron półwyrobu z których co najmniej jedno urządzenie ma jeden
przekaźnik drgań umieszczony pomiędzy przestrzenią rezonansową ultradźwięków, przetwornikiem ultradźwięków i półwyrobem, przy czym uchwyt półwyrobu jest połączony z dwóch
stron z obydwoma urządzeniami do wytwarzania drgającego ruchu półwyrobu pomiędzy konikiem i wrzeciennikiem szlifierki. Drugie urządzenie do wytwarzania drgającego ruchu półwy-
171 656
5
robu ma korzystnie tylko obszary rezonansowe ultradźwięków, które są połączone rurociągiem
z obszaru rezonansowym pierwszego urządzenia do wytwarzania drgającego ruchu półwyrobu.
Długość rurociągu łączącego obydwa urządzenia jest korzystnie równa opóźnieniu drgań π przy
którym pierwsze i drugie urządzenie wytwarzają synchroniczne ruchy. Drugie urządzenie do
wytwarzania ruchu drgającego półwyrobu korzystnie stanowi elektromagnetyczna cewka połączona z jednej strony z uchwytem półwyrobu, a z drugiej strony z wrzeciennikiem szlifierki
W obszarze rezonansowym ultradźwięków, umieszczonym zgodnie z wynalazkiem miedzy przenośnikiem drgań a przetwornikiem ultradźwięków, następuje przetwarzanie amplitudy
drgań, wytwarzanych przez przetwornik ultradźwięków i doprowadzenie drgań przez ten obszar
do transformatora drgań. Transformatorem drgań jest sonotroda dzięki czemu uzyskuje się
dodatkową transformację amplitud. Sonotroda z jednej strony podwyższa amplitudę drgań
ultradźwięków, a z drugiej ściśle określa kierunek drgań.
Znane dotąd transformatory drgań, na które natrafiają drgania ultradźwiękowe, drgają nie
tylko w jednym zdefiniowanym kierunku, lecz w wielu kierunkach, co przy szlifowaniu nie jest
wskazane, ponieważ półwyrób powinien zostać wprawiony w drgania wyłącznie poprzecznie w
stosunku do kierunku obróbki. Zgodnie z wynalazkiem półwyrób może w ten sposób zostać
wprawiony w drgania o wysokiej amplitudzie jedynie przy ściśle zdefiniowanym kierunku drgań,
przy czym drgania w wysokiej amplitudzie znacznie podwyższają sprawność szlifowania
urządzenia.
Przy szlifowaniu wałków na przykład ruch drgający występuje prostopadle do tangencjalnej składowej wektora szybkości obracającej się ściernicy i jest równokierunkowy lub przeciwny
w stosunku do kierunku obrotu ściernicy. Osiąga się to przez to, że końcowy krzywoliniowy tor
środka ziarna materiału ściernego jest sinusoidalny, dzięki czemu dochodzi do przegrupowania
sąsiadujących ze sobą szlifujących ziaren tak, że na powierzchni półwyrobu nie mogą się
wykształcić żadne wyraźne, równoległe żłobki i w ten sposób jakość powierzchni szlifowanego
półwyrobu podnosi się do poziomu, nie osiągalnego przy zastosowaniu konwencjonalnych
metod szlifowania.
Kierunek obciążenia pojedynczego szlifującego ziarna nie jest w dalszym ciągu stały i
identyczny z kierunkiem przejścia narzędzia, lecz zmienia się w ciągu okresu trwania drgań,
przesuwając się o z góry zadany kąt obciążenia. Wskutek tego, np. przy wytwarzaniu ceramicznych łożysk ślizgowych okazuje się, że końcowe powierzchnie łożysk ślizgowych uzyskiwane
w obróbce przy pomocy szlifierki według wynalazku wykazują znacznie mniej "trących elementów powierzchniowych", które są zwykle w sposób "wysepkowy" równo rozdzielone na powierzchniach łożysk ślizgowych.
Przy praktycznym zastosowaniu ceramicznych łożysk ślizgowych tworzą się między
poszczególnymi, trącymi o siebie powierzchniami obszary powierzchni typu "poduszek gazowych", które redukują końcowe tarcie powierzchni. Osiągana w pojedynczym przypadku
częstotliwość drgań jest w szczególności zależna od pożądanej struktury profilu powierzchni
półwyrobu, specjalnej charakterystyki tworzywa, szybkości przejścia ściernicy i od innych
podobnych parametrów, przy czym oscylujący ruch obrotowy półwyrobu może zostać przesunięty w stosunku do ściernicy. Amplituda oscylującego ruchu półwyrobu jest z reguły zależna
od wybranej w pojedynczym przypadku szybkości przejścia ściernicy, przy czym amplituda jest
w zasadzie równa połowie posuwu ściernicy.
W korzystnej odmianie wykonania wynalazku urządzenie do wytwarzania drgającego
ruchu półwyrobu ma dwa obszary rezonansowe ultradźwięków, które są połączone z co najmniej
jednym przetwornikiem ultradźwięków, przy czym pierwszy obszar rezonansowy jest wypełniony cieczą, natomiast obszar drugi gazem i obszary te są oddzielone od siebie membraną.
W następnej postaci szlifierki według wynalazku można zastosować piezoceramiczny
przetwornik jako co najmniej jeden przetwornik ultradźwięków. W określonych przypadkach
zastosowań może być korzystne, gdy dla wytwarzania oscylującego ruchu półwyrobu umieści
się dwa - jeden za drugim - przetworniki ultradźwięków wewnątrz zewnętrznej obudowy
urządzenia. Jak to już wyżej wspomniano, pierwszy obszar rezonansowy, umieszczony w
zasadzie bezpośrednio za przetwornikiem jest wypełniony cieczą, przy czym szczególnie korzystne zalety ma ciecz prepolimeryczna. Pod pojęciem cieczy prepolimerycznej rozumie się
6
171 656
powszechnie płyn o makromolekularnej strukturze, który posiada ściśle określone i z góry
zaprogramowane napięcie powierzchniowe. Umieszczona w pierwszym obszarze rezonansowym prepolimeryczna ciecz, służy przede wszystkim do transformacji amplitudy w wybranym
zakresie częstotliwości drgań wytwarzanych przez przetwornik lub przetworniki ultradźwięków.
Jak już wyżej wspomniano, w określonych warunkach może być korzystne połączenie
jeden za drugim - dwóch podobnych przetworników ultradźwięków, zwłaszcza piezoceramicznych lub magnetostrykcyjnych. Takie ustawienie przetworników umożliwia uzyskanie pożądanej podstawowej amplitudy energii ultradźwięków. Poza tym geometryczne ukształtowanie
przetwornika lub przetworników zasadniczo wyznacza wybraną w pojedynczym przypadku
częstotliwość ultradźwięków, która w zależności od danego przypadku zastosowań może mieścić
się w granicach częstotliwości około 50 Hz do 40 MHz.
Pierwszy obszar rezonansowy jest wypełniony cieczą, zaś drugi obszar powietrzem lub
gazem. Oba obszary posiadają kształt paraboloidu obrotowego. Ogniskiem wytworzonego w ten
sposób obszaru parabolicznego jest przede wszystkim membrana, która oddziela od siebie oba
obszary rezonansowe ultradźwięków i leży na płaszczyźnie rozmieszczenia co najmniej jednego
przetwornika ultradźwięków.
W parabolicznej przestrzeni dochodzi w szczególności do parabolicznego przetwarzania
pierwszego obszaru rezonansowego napełnionego cieczą, przez określony odcinek wewnętrznej
obudowy umieszczonej wewnątrz obudowy zewnętrznej, podczas gdy paraboliczne przetwarzanie drugiego obszaru rezonansowego napełnionego powietrzem lub gazem umieszczonego zaraz
za membraną ma miejsce na czołowej powierzchni sonotrody.
W opisanej szlifierce według wynalazku otrzymuje się drgający ruch półwyrobu przez
działanie co najmniej jednego źródła ultradźwięków, którego energia jest wykorzystywana jako
energia aktywująca półwyrób. Celowe jest zastosowanie dwóch następujących po sobie piezoceramicznych przetworników ultradźwięków, wytwarzających fale ultradźwiękowe w cieczy
prepolimerycznej o żądanej częstotliwości, np. 1 MHz. Ciecz ta wypełnia pierwszy obszar
rozonansowy. Ultradźwiękowe fale zostają przeniesione na drugi obszar rezonansowy, wypełniony powietrzem, dzięki membranie, która zostaje wprawiona w odpowiednie drgania. Poduszka powietrzna drugiego rezonansowego przenosi ze swej strony energię ultradźwięków na
przyłączoną bezpośrednio do drugiego obszaru rezonansowego sonotrodę. Sonotroda ma element w kształcie pręta, wykonany z materiału o wysokiej zdolności przewodzenia dźwięku, np.
z materiału ceramicznego lub z zahartowanej stali.
Sonotrodajest zamocowana w dwóch obrotowych łożyskach umieszczonych osiowo jedno
za drugim w których obraca się ona dookoła osi. Pierwsze łożysko jest dociśnięte kołpakową
nakrętką wewnętrznej obudowy w obudowie zewnętrznej, a drugie łożysko jest zamocowane
nakrętką kontrującą, która zabezpiecza przed odkręceniem pierwszą nakrętkę.
Jak wspomniano, końcowy odcinek sonotrody jest sprzęgnięty z przyporządkowanym mu
końcowym odcinkiem uchwytu szlifowanego półwyrobu, a więc energia ultradźwiękowa,
przenoszona przez sonotrodę, zostaje przy określonej częstotliwości ultradźwięków przetworzona na drgające ruchy półwyrobu.
W zasadzie paraboliczne ukształtowanie obu przestrzeni rezonansowych zapewnia wystarczające wzmocnienie amplitudy wytworzonej energii ultradźwięków.
Nadmiar energii ultradźwiękowej, która nie zostanie przekształcona w odpowiednie
mechaniczne drgania i nie zostanie przeniesiona na półwyrób, dzięki paraboloidalnego kształtu
drugiego obszaru rezonansowego, działającego jak lustro paraboliczne, nie zamienia się na
energię cieplną, lecz zastaje odbita w ognisku wewnątrz prepolimerycznej cieczy w pierwszym
obszarze rezonansowym, a następnie zaabsorbowana w tej cieczy, wskutek czego prepolimeryczna ciecz ulega ogrzaniu.
Urządzenie do wytwarzania drgającego ruchu półwyrobu ma co najmniej jedną chłodnicę
połączoną poprzez kanały chłodnicze z przetwornikiem ultradźwięków. Następuje cyrkulacja
prepolimerycznej cieczy w pierwszym obszarze rezonansowym ultradźwięków oraz jej chłodzenie w celu zapewnienia stałej temperatury cieczy. Wynalazek został przedstawiony w przykładzie jego wykonania pokazanym na rysunku na którym: fig. 1 przedstawia uproszczony schemat
szlifierki, fig. 2 - przekrój urządzenia do wytwarzania drgającego ruchu szlifowanego półwyro-
171 656
7
bu; fig. 3 - częściowy przekrój szlifierki w której po obu stronach półwyrobu, umieszczonego
między konikiem i wrzeciennikiem, są dwa urządzenia do wytwarzania drgającego ruchu
półwyrobu według fig. 2.
Na fig. 1 została wyjaśniona zasada szlifowania wałków półwyrobu 23 z materiału
ceramiczngo w szlifierce według wynalazku. Schematycznie przedstawiono ściernicę 24 obracającą się dookoła osi obrotowej A 1w kierunku obrotu zgodnym ze strzałką Pf1. Jako ściernicę
24 stosuje się w szczególności diamentową tarczę szlifierską. Bezpośrednio pod ściernicą 24 jest
umieszczony półwyrób 23, który obraca się dookoła osi A2 równoległej do osi A 1, przy czym
kierunek obrotu wyznacza strzałka Pf2.
Ściernica 24 i półwyrób 23 obracają się podczas obróbki w kierunkach sobie przeciwnych
na podporządkowanych im osiach obrotowych A1 i A2 . Podczas obrotu ściernicy 24 poruszają
się jej geometrycznie nieznaczone zęby z relatywnie wysoką prędkością przejścia narzędzia w
stosunku do szybkości obrotu półwyrobu 23. Ściernica 24 wykonuje również ruch wahadłowy
zaznaczony na fig. 1 strzałką Pf4 oraz strzałką Pf5. Dzięki temu wahadłowemu ruchowi ściernicy
może ona obracając się wykonywać równocześnie ruch posuwisty tam i z powrotem wzdłuż
położonej naprzeciw siebie płaszczyzny szlifowania półwyrobu 23. Naprzeciwko jednej ze stron
czołowych półwyrobu 23 jest umieszczone urządzenie 20 będące praktycznie wytwornikiem
drgań i służące do wytwarzania drgającego ruchu szlifowanego półwyrobu 23 w stosunku do
zębów ściernicy 24. Urządzenie 20 dostarcza praktycznie energię wzbudzania, jak to zaznaczono
na fig. 1 strzałkę E A. Energia wzbudzania pobudza półwyrób 23 do wykonywania drgań w
kierunku podwójnej strzałki Pf3 podczas obróbki szlifowania, to jest w kierunku osiowym tam
i z powrotem. Tego rodzaju oscylujący ruch półwyrobu 23 nakłada się i sprzęga z jego ruchem
obrotowym w stosunku do ściernicy 24. Częstotliwość oscylującego ruchu półwyrobu powinna
być wybrana najkorzystniej z zakresu częstotliwości 40-50 MHz. Amplituda drgającego ruchu
półwyrobu powinna odpowiedzieć mniej więcej połowie posuwu ściernicy 24.
Urządzenie 20 do wytwarzania oscylującego ruchu półwyrobu jest przede wszystkim
źródłem ultradźwięków. Energia ultradźwiękowa jest wykorzystywana jako energia aktywacji
EA, która pobudza półwyrób 23, co będzie jeszcze bliżej wyjaśnione w dalszym ciągu niniejszego
opisu na fig. 2 oraz 3. Fig. 2 przedstawia korzystny przykład wykonania urządzenia 20 do
wytwarzania drgającego ruchu półwyrobu 23 zgodnie z fig. 1.
Urządzenie 20 do wytwarzania oscylującego ruchu półwyrobu 23 ma cylindryczną zewnętrzną obudowę 11 wewnątrz której jest obudowa wewnętrzna 8 w której umieszczone są: dwa
ustawione jeden za drugim przetworniki 1 ultradźwięków, korzystnie przetworniki piezoceramiczne i kolejno połączony z nimi pierwszy obszar rezonansowy ultradźwięków 2, złożony z dwóch
częściowych obszarów rezonansowych 2' 2", następnie połączony z 2" drugi ultradźwiękowy
obszar rezonansowy 4, membrana 3, która dzieli pierwszy obszar rezonansowy 2 od drugiego
obszaru rezonansowego 4 oraz przekaźnik drgań 5. Przekaźnik drgań 5 jest połączony jednym
końcem bezpośrednio z drugim obszarem rezonansowym 4, a drugim końcem z uchwytem 22
półwyrobu 23, przedstawionym na fig. 3. Zewnętrzna obudowa 11 jest połączona z łącznikiem
12 w postaci pręta 12 łączącego urządzenia 20 z konikiem lub wrzeciennikiem maszyny
szlifierskiej.
Wewnątrz zewnętrznej obudowy 11 znajduje się przesuwna wewnętrzna obudowa 8 z
dwoma odcinkami 8a oraz 8b. Membrana 3 jest umocowana praktycznie między tymi dwoma
odcinkami 8a i 8b oraz przyklejona do odcinka 8b. Za dwoma piezoceramicznymi przetwornikami 1 jest pierwszy obszar rezonansowy 2 z częściowymi obszarami rezonansowymi 2' i 2",
wypełniony prepolimeryczną cieczą, podczas gdy za membraną jest umieszczony drugi obszar
rezonansowy 4 zawierający wyłącznie powietrze. Zawarta w pierwszym obszarze rezonansowym 2 prepolimeryczną ciecz jest płynem o makromolekularnej strukturze, który służy do
przetwarzania amplitudy w zakresie częstotliwości ultradźwięków, wytworzonym przez oba
piezoceramiczne przetworniki 1 ultradźwięków. Dzięki specjalnemu geometrycznemu ukształtowaniu obu piezoceramicznych przetworników 1 ultradźwięków uzyskuje się wymaganą w
danym przypadku częstotliwość ultradźwięków, np. 1MHz. Oba piezoceramiczne przetworniki
1 ultradźwięków są, jak to schematycznie przedstawiono na fig. 2 połączone przewodami 40
oraz 41 z elektrycznym źródłem napięcia, przy czym napięcie wynosi 2000 V. W ten sposób
8
171 656
piezoceramiczne przetworniki 1 ultradźwięków zostają pobudzone do wytwarzania drgań w
obszarze ultradźwięków przy ich amplitudzie wynoszącej 0,023 mm na przetwornik.
Jak pokazano na fig. 2, oba umieszczone jeden za drugim pierwsze i drugie rezonansowe
obszary 2 i 4 ultradźwięków mają kształt obrotowego paraboloidu Ognisko końcowego parabolicznego obszaru rezonansowego znajduje się pomiędzy membraną 3 oraz piezoceramicznymi
przetwornikami 1 ultradźwięków. Dzięki temu parabolicznemu ukształtowaniu przestrzeń osiąga się konieczne wzmocnienie amplitudy fal ultradźwiękowych, wytwarzanych przez piezoceramiczne przetworniki 1 ultradźwięków. Podczas, gdy paraboliczne ścianki pierwszego obszaru
rezonansowego 2, a właściwie paraboliczne ścianki częściowego obszaru rezonansowego 2" są
umieszczone w odcinki 8b wewnętrznej obudowy 8, to związane z nimi i przylegające do nich
paraboliczne ścianki 4' drugiego obszaru rezonansowego 4 dotykają sąsiedniej czołowej powierzchni przekaźnika drgań 5.
Przekaźnik drgań 5, w postaci pręta o symetrycznym obrotowym przekroju, jest umieszczony w wewnętrznej obudowie 8 urządzenia 20 w sposób umożliwiający jego obroty. W tym
celu zamontowano wewnątrz odcinka 8a obudowy wewnętrznej 8 dwa łożyska ustawione w
kierunku osiowym jedno za drugim, a mianowicie w kierunku z prawej do lewej według fig. 2,
to jest pierwsze łożysko 6b i drugie łożysko 6a. Te dwa łożyska są od siebie oddzielone w odcinku
8a wewnętrznej obudowy 8 pierścieniem dystansowym względnie uszczelniającym 44. Pierwsze
łożysko 6b jest zamocowane przy pomocy dającej się nakręcić z zewnątrz nakrętki 7 i jest w ten
sposób stale dociskane. Natomiast drugie łożysko 6a jest zamocowane przy pomocy nakrętki
kontrującej 9 nakrętkę zewnętrzną 7. Nakrętka kontrująca 9 jest silnie zakręcona na przekaźniku
drgań 5, a w szczególności na jego końcówce 5', która wychodzi w lewą stronę z urządzenia 20.
Końcowy odcinek 5' przekaźnika drgań 5, jak to jest widoczne na fig. 3, jest połączony z
odpowiednim odcinkiem końcowym 22a uchwytu 22 obrabianego półwyrobu 23, np. w sposób
rozłączalny.
Energia ultradźwiękowa przenoszona przez przekaźnik drgań 5 przy ściśle z góry określonej częstotliwości zostaje przeniesiona na odpowiednie ruchy drgające półwyrobu 23 w kierunku
podwójnej strzałki Pf3. Powstaje pewien nadmiar energii ultradźwiękowej, który poprzez
przekaźnik drgań 5 w postaci sonotrody nie zostaje zamieniony na odpowiednie mechaniczne
drgania oraz nie zostaje przeniesiony na półwyrób 23. Nie zostaje on również zamieniony na
energię cieplną wskutek parabolicznego ukształtowania obu przestrzeni rezonansowych 2 i 4, a
w szczególności paraboidalnego kształtu obszaru rezonansowego 4 wypełnionego powietrzem.
Cały nadmiar energii ultradźwiękowej zostaje odbity w ognisku, np. w ognisku 45 wewnątrz
prepolimerycznej cieczy w pierwszym obszarze rezonansowym 2 oraz zaabsorbowany w tej
cieczy, co powoduje jej ogrzanie.
Ażeby jednak zapewnić stałą temperaturę cieczy, należy ją chłodzić. W tym celu urządzenia 20, jak to jest widoczne również na fig. 3, jest połączone z chłodnicą 27 kanałami
wejściowymi oraz wyjściowymi 10, jak również przewodami łączącymi 28 i 28'. W ten sposób
znajdująca się w pierwszym obszarze rezonansowym 2 ultradźwięków prepolimeryczna ciecz
stale cyrkuluje, bądąc również stale chłodzona (przepływ cieczy wynosi, np. 4 1/min.). Na fig. 3
przedstawiono schematycznie kompletną szlifierkę służącą do szlifowania wałków z materiału
ceramicznego, których powierzchnię oznaczono liczbą 23'. Do szlifowania półwyrobu służy
umieszczona w urządzeniu diamentowa ściernica 24, która obraca się dookoła swojej osi A 1w
kierunku obrotów strzałki Pf1.
Nieokreślone geometrycznie zęby 25 diamentowej ściernicy 24 poruszają się z zadaną
wysoką prędkością przejść, wynoszącą, np. 30 m na sekundę w stosunku do półwyrobu 23.
Równocześnie półwyrób 23, jak to już poprzednio wyjaśniono w oparciu o fig. 1, zostaje
wprawiony podczas szlifowania w drgający ruch w kierunku zgodnym z podwójną strzałką Pf3.
By to umożliwić, konik 21 szlifierki jest połączony w sposób pokazany na fig. 3 z pierwszym
urządzeniem 20 do wytwarzania drgającego ruchu półwyrobu 23. Poza tym uchwyt półwyrobu
22 jest z jednej strony sprzęgnięty z pierwszym urządzeniem 20, a z drugiej strony z drugim
urządzeniem 30.
171 656
9
Oba wspomniane urządzenia 20 i 30 do wytwarzania drgającego ruchu półwyrobu 23
odpowiadająco do ich budowy całkowicie przedstawionemu na fig. 2 i już opisanemu urządzeniu
20. Dlatego wszystkie identyczne elementy obu urządzeń 20 i 30 zostały oznaczone identycznymi liczbami. Oba urządzenia 20 i 30 są umieszczone w szlifierce zgodnie z fig. 3 w ten sposób,
by wychodzący na lewo końcowy odcinek 5' przekaźnika drań 5 pierwszego urządzenia 20 był
na stałe połączony z podporządkowanym mu odcinkiem 22a uchwytu 22 półwyrobu 23.
Równocześnie po przeciwległej stronie uchwytu 22 końcowy odcinek 5' przekaźnika drgań 5
drugiego urządzenia 30 wykonuje synchroniczne drgania łącznie z podporządkowanym mu
końcowym odcinkiem 22b uchwytu 22.
W tym celu w końcowym odcinku 22b uchwytu półwyrobu 22 jest wgłębienie 31, które
umożliwia rotację półwyrobu 23, jak i określone przesunięcia osiowe. Rotacja może następować
na odcinku końcowym 5' przekaźnika drgań 5, natomiast pewne osiowe przesunięcia uchwytu
półwyrobu 22 są możliwe łącznie z półwyrobem 23 w kierunku osi A2. Nie pokazane na fig. 3
elektryczne źródła napięcia powodują pobudzenie zawartych w obu urządzeniach 20 i 30
piezoceramicznych przetworników 1 ultradźwięków. Poprzez odpowiednie podłączenie obwodów winno nastąpić przesunięcie o fazę π dostrojenie obustronnych piezoceramicznych przetworników 1 ultradźwięków w odpowiednich urządzeniach 20 i 30.
W ten sposób cała energia wzbudzania ultradźwięków z odpowiednim przesunięciem faz
zostaje przeniesiona na obustronne przekaźniki drgań 5 urządzeń 20 i 30. Kierunki drgań energii
ultradźwięków w obustronnych, położonych naprzeciw siebie i identycznych względem siebie
urządzeniach 20 i 30 są w tych warunkach całkowicie ze sobą zgodne.
Na fig. 3 przedstawiono poza tym schematycznie, że wrzeciennik 26 szlifierki jest
sprzęgnięty z agregatem napędowym i może on być wprawiony w rotację w kierunku obrotu
pokazanego strzałką Pf2. Zewnętrzna obudowa 11 drugiego urządzenia 30 umieszczonego po
stronie lewej fig. 3 jest natomiast zaopatrzona w łącznik 12', który łączy urządzenie 30 z
wrzeciennikiem 26.
Podobnie po przeciwległej stronie obudowa zewnętrzna 11 pierwszego urządzenia 20 jest
trwale i mocno połączona z konikiem 21 poprzez łącznik 12.
Po lewej stronie uchwytu 22 końcowy odcinek 22b jest połączony za pomocą nie pokazanego na rysunku zabieraka z drugim urządzeniem 30. Do tego celu jest w szczególności
przewidziane nie pokazane na fig. 3 "Obrotowe serce", które umożliwia obrót uchwytu 22 łącznie
z równoczesnym obrotem całej zewnętrznej obudowy 11 drugiego urządzenia 30, gdy wrzeciennik 26 jest odpowiednio wprawiony w rotację. Dzięki rotacyjnemu napędowi wrzeciennika 26
następuje rotacja zewnętrznej obudowy 11 po lewej stronie urządzenia 30 w stosunku do
ułożyskowanego obrotowo w jej wnętrzu przekaźnika drgań 5, rotacja uchwytu 22 razem z
półwyrobem 23, połączonego poprzez "obrotowe serce" z urządzeniem 30, rotacja sonotrody
pierwszego urządzenia 20, połączonego z prawym końcowym odcinkiem 22a uchwytu 22, przy
czym przekaźnik drgań 5 w postaci sonotrody może się w sposób nieskrępowany obracać w
stosunku do podporządkowanej jej zewnętrznej obudowy 11 pierwszego urządzenia 20 w sposób
pokazany na fig. 2.
Zewnętrzna obudowa 11 pierwszego urządzenia 20 jest trwale połączona po prawej stronie
fig. 3 z konikiem 21 urządzeniem szlifierskiego i dzięki temu można łatwo doprowadzać do niej
zasilające kable.
Ciecz zawarta w pierwszym obszarze rezonansowym pierwszego urządzenia 20 jest
chłodzona popatrz kanały 10 oraz odpowiednio podporządkowane przewody łączące 28 i 28',
które są połączone z chłodnicą 27.
Odpowiednie kanały 10' do doprowadzenia i odprowadzenia cieczy są również umieszczone w drugim urządzeniu 30.
W odmianie wykonania szlifierki pokazanej na fig. 3, umieszczone po lewej stronie drugie
urządzenie 30 do wytwarzania drgającego mchu półwyrobu 23 nie ma przetwornika
ultradźwięków 1, a jego obszar rezonansowy 2 jest połączony przewodem 29 z obszarem
rezonansowym 2 pierwszego urządzenia 20.
10
171 656
W ten sposób ciecze rezonansowe w położonych po obu stronach urządzeniach 20 oraz 30
pozostają względem siebie w trwałym związku. Skutkiem tego energia ultradźwiękowa wytworzona w pierwszym urządzeniu 20 zostaje przeniesiona za pośrednictwem cieczy zawartej w
d r u g pi er gz eo wu or zd ąz di ez e2 n9 i ad 3o 0 o. bZs zu awr ua gr ei zn oa n pa rnz se os w
u ne igę oc i 2e
faz
o λ spowodowane tłumieniem drgań wewnątrz cieczy, mierzy się i odpowiednio dostosowuje
długość przewodu łączącego urządzenia 20, 30. Przez opóźnianie czasu przepływu dochodzi się
do uchwycenia względnego przesunięcia faz π w ten sposób, że pierwsze urządzenie 20 i drugie
urządzenie 30 są odpowiednio przesunięte w fazie i można nimi sterować tak, że wykonują
synchronicznie drgające ruchy.
W następnej alternatywnej odmianie wykonania szlifierki zamiast drugiego urządzenia 30
do wytwarzania drgającego ruchu półwyrobu 23 stosuje się elektromagnetyczną cewkę połączoną z jednej strony z uchwytem półwyrobu 22, a z drugiej strony z wrzecienmkiem 26. W odmianie
tej po prawej stronie fig. 3 jest umieszczone urządzenie 20 do wytwarzania drgającego ruchu
półwyrobu 23, jak to jest pokazane na fig. 2.
W pokazanej na fig. 3 szlifierce pierwsze urządzenie 20 i/lub drugie urządzenie 30 do
wytwarzania drgającego ruchu półwyrobu 23 mogą zostać zastąpione przez magnetostrykcyjny
oscylator. W tej odmianie wykonania wynalazku, zgodnie z fig. 3 konik 21 jest połączony z
pierwszym magnetostrykcyjnym oscylatorem, a wrzeciennik 26 z drugim oscylatorem tego
samego typu. Uchwyt półwyrobu 22 jest sprzęgnięty z jednej strony z pierwszym magnetostrykcyjnym oscylatorem, a z drugiej z drugim oscylatorem. Zamocowany w uchwycie 22 półwyrób
23, zostaje wprawiony w drgania w obszarze między konikiem 21 i wrzeciennikiem 26 w sposób
analogiczny, jak to zostało już wyżej wyjaśnione na fig. 1 i 3. Przedstawiony wynalazek może
zostać zastosowany nie tylko do szlifowania wałków, lecz, np. również do szlifowania czół i
powierzchni czołowych przedmiotu lub do szlifowania linearnego, a w szczególności półwyrobów, wykonanych z materiałów ceramicznych.
Fig. 2
Fig.3
171 656
171 656
F ig. 1
D epartam ent W ydawnictw U P RP N akład 90 egz.
Cena 4,00 zł
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
2
Размер файла
922 Кб
Теги
pl171656b1
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа