УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕЗКИ ВОЛОКОННОГО СВЕТОВОДА

Полезная модель относится к технике оптической связи, предназначено для резки, скалывания концевых участков оптического волокна и может быть использована для технологической обработки волоконного световода лазерных излучателей, в частности, медицинского назначения.
Уровень данной области техники характеризует устройство для скалывания волоконных световодов, описанное в изобретении SU №850626, С03В 37/10, 1981 г., которое содержит установленные на основании зажимной механизм, надрубающее приспособление и ручной привод изгиба волоконного световода относительно сформированного надруба на его поверхности, концентратора напряжений.
Недостатком этого устройства является произвольный поперечный скол обрабатываемого световода и большие отходы на его зажим для изгибания при разломе по надрубу.
Более совершенным является устройство для скалывания волоконных световодов по изобретению SU №1317846, С03В 37/16, 1996 г., содержащее основание, зажим и два диаметрально расположенных ножа, один из которых смонтирован с возможностью относительного перемещения. На эксцентрике ручного привода подвижного ножа закреплен рычажный толкатель для изгиба отрезаемого конца волоконного световода.
Недостатком описанного устройства является то, что при формировании надрезов волокно сминается между ножами и рабочий торец волоконного световода на разломе имеет неправильную форму, что ухудшает качество излучения при эксплуатации по назначению.
Отмеченный недостаток устранен в устройстве по патенту US №4203539, В26F 3/00, 1980 г., которое по числу совпадающих признаков выбрано в качестве наиболее близкого аналога предложенному.
Известное устройство для кольцевого резания поверхности волоконного световода и последующего автоматического разламывания изгибом волокна содержит соосно смонтированные в корпусе направляющую трубку с коническим заходом, механизм зажима, циркульный кольцевой нож и шпиндель, оснащенный центробежным держателем отрезаемой части световода.
Недостатком известного устройства является формирование кольцевого надреза поверхности овальной формы при движении по спирали центробежного держателя вращающегося шпинделя.
По этой причине волоконный световод скалывается по наклонной плоскости, которая в работе искажает пятно излучаемого светового пучка.
Другим недостатком является относительно большой отход дорогостоящего волоконного световода при используемой схеме нагружения изгибанием световода относительно режущей кромки циркульного кольцевого ножа.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель,
является формирование плоскости реза поверхности световода перпендикулярной его продольной оси для получения торца скола правильной формы круга, необходимой для излучения без искажений, при минимизации отходов волокна.
Требуемый технический результат достигается тем, что в известном устройстве для резки волоконных световодов, содержащем смонтированные на основании продольную направляющую с механизмом зажима, циркульный нож и шпиндель, по предложению авторов, на имеющем центральный канал под обрабатываемый световод шпинделе, который установлен в стойках основания и зафиксирован винтовыми штифтами, закреплена направляющая втулка поперечного перемещения ползуна, несущего дисковый нож, примыкающий к опорной втулке под отрезаемую часть световода, жестко связанной с торцевым винтом шпинделя, а механизм зажима выполнен в виде цанги, при этом ползун оснащен ходовым винтом, гайка которого совмещена с направляющей втулкой, снабженной стопором для геометрического замыкания ходового винта в рабочем положении дискового ножа.
Отличительные признаки обеспечили повышение точности радиального реза поверхности волоконных световодов для получения торца скола нормальным продольной оси, что необходимо для повышения эффективности ввода энергии лазерного излучения при формировании компактного пучка правильной формы. При этом минимизированы отрезаемые отходы дорогостоящего световода.
Выполнение центрального канала в шпинделе позволяет жестко устанавливать волоконный световод относительно режущей кромки дискового ножа.
Фиксирование шпинделя в стойках основания посредством винтовых штифтов необходимо для точной настройки инструментального узла, поперечной подачи дискового ножа к обрабатываемому волоконному световоду.
Размещение в торцах стоек основания винтовых штифтов позволяет зафиксировать шпиндель неподвижно в положении настройки инструментального узла в рабочее положение, для точной установки дискового ножа относительно обрабатываемого волоконного световода. В вывернутом положении штифтов, которые не препятствуют свободному повороту шпинделя относительно посадочных отверстий стоек, осуществляется обкатка дискового ножа вокруг световода с формированием симметричного реза заданной глубины.
Инструментальный узел включает дисковый нож, ось которого установлена в ползуне, смонтированного в направляющей втулки, закрепленной на шпинделе, с возможностью поперечных относительных возвратно-поступательных перемещений.
Выполнение циркульного ножа в форме диска позволяет монтировать его подвижно в поперечном направлении относительно шпинделя, что необходимо для повышения качества реза за счет более точной кольцевой обкатки световода. При этом технологически просто осуществляется настройка,
подача и симметричное резание посредством жесткой кинематической связи структурных элементов инструментального узла.
Ползун оснащен ходовым винтом, гайка которого совмещена с направляющей втулкой его относительного движения подачи-отведения дискового ножа. Для фиксирования рабочего положения режущей кромки дискового ножа используется стопор, подвижно установленный в направляющей втулке.
Стопор в направляющей втулке инструментального узла обеспечивает геометрическое замыкание механизма подачи дискового ножа.
Крепление опорной втулки, где базируется отрезаемый конец световода, на торцевом винте шпинделя, который служит упором для обрабатываемого световода, позволяет продольно ее перемещать, точно позиционируя относительно плоскости реза.
Примыкание дискового ножа к опорной втулке, внутри которой расположен отрезаемый конец световода, зафиксированного в центральном канале шпинделя, практически исключает прогиб волоконного световода при поперечной подаче к его поверхности режущей кромки ножа.
Выполнение механизма зажима в виде цанги обеспечивает фиксирование световода без смещения от продольной оси инструментального узла, за счет равномерного обжима, и без его сминания, что дает симметричный кольцевой рез и, следовательно, перпендикулярный рабочий торец световода. Это позволяет формировать правильный круг светового пятна лазерного луча и повышает эффективность ввода его энергии.
Регулируемый упор шпинделя, оснащенный базирующей торцевой втулкой, позволяет точно выставить минимальную длину отрезаемого участка световода при базировании его в рабочей зоне на две опоры (стойки основания), практически исключающих деформационный изгиб при односторонней нагрузке, то есть плоскость реза не искажается.
Установка оси дискового ножа в ползуне, пространственное положение которого ограничено направляющей втулкой, жестко закрепленной в шпинделе, обеспечивает высокую угловую точность плоскости реза относительно продольной оси зафиксированного волоконного световода, торец которого при изломе формируется по нормальной плоскости между соосными надрезами, образующими концентраторы напряжений, то есть формирует плоскость сдвига наименьшего сопротивления.
Размещение в торцах стоек основания винтовых штифтов позволяет зафиксировать шпиндель неподвижно в положении настройки инструментального узла в рабочее положение, для точной настройки дискового ножа относительно обрабатываемого волоконного световода. В вывернутом положении штифтов, которые не препятствуют свободному повороту шпинделя относительно посадочных отверстий стоек, осуществляется обкатка дискового ножа вокруг световода с формированием симметричного реза заданной глубины.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность
в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая задача решается не суммой эффектов, а эффектом суммы признаков.
Проведенный сопоставительный анализ предложенной конструкции с выявленными аналогами уровня техники, из которого полезная модель явным образом не следует для технолога машиностроителя, показал, что она не известна, а с учетом возможности серийного изготовления устройства для резки волоконных световодов, можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где изображены:
на фиг.1 - предложенное устройство;
на фйг.2 - вид по стрелке А (условно без нажимной гайки цанги).
Предложенное устройство для резки волоконных световодов 1 включает смонтированные на основании 2 несущие стойки 3, на которых горизонтально установлен шпиндель 4, оснащенный регулируемым упором 5, выполненным в виде продольного винта с опорной торцевой втулкой 6 для размещения отрезаемой части световода 1.
Шпиндель 4 посредством штифтов 7 фиксируется в посадочных отверстиях стоек 3 (при работе служащих подшипниками качения).
С противной стороны шпинделя 4 на стойке 3, соосно с центральным каналом шпинделя 4, закреплена планшайба 8 с заходной конической воронкой 9 (продольная направляющая для установки световода 1 в устройство для обработки).
Внутри планшайбы 8 коаксиально укреплена разрезная втулка 10 (неподвижно, внутри), сверху которой, с возможностью относительного продольного перемещения, установлена гайка 11, совокупно формирующие зажимную цангу для фиксирования положения световода 1 при обработке.
В шпинделе 4 поперек укреплена направляющая втулка 12, внутри которой по ходовой посадке установлен цилиндрический ползун 13, несущий дисковый нож 14.
Нож 14 в ползуне 13 смонтирован посредством оси 15 таким образом, чтобы режущая кромка располагалась в рабочей зоне шпинделя 4, образованной в его глухом пазу 16 опорной торцевой втулкой 6 винтового регулируемого упора 5, посредством которого осуществляют установку требуемой длины отрезаемого участка световода 1.
Ползун 13 связан с ходовым винтом 17 ручной подачи дискового ножа 14, в качестве гайки которого используется направляющая втулка 12, жестко закрепленная на шпинделе 4.
Рабочее положение дискового ножа 14 фиксируется посредством штифтов 18 в направляющей втулке 12, который геометрически замыкает винт 17.
Работает устройство следующим образом.
В исходном положении шпиндель 4 прижат штифтами 7 к стойкам 3,
нож 14 находится в крайнем верхнем положении на поднятом ползуне 13, посредством винта 17 при вывернутом штифте 18.
Вращением регулировочного винта 5 устанавливается заданное положение опорной втулки 6 под отрезаемую часть световода 1.
Гайка 11 при этом выкручена влево по чертежу, вследствие чего упругие лепестки разрезной втулки 10 разжимаются, увеличивая проходное сечение зажимной цанги 10-11.
После этого волоконный световод 1 последовательно пропускают через гайку 11, втулку 10, заходный конус 9 планшайбы 8, шпиндель 4 и опорную втулку 6 до упора в торцевой винт 5 шпинделя 4.
Затем гайку 11 наворачивают на разрезную втулку 10 до зажима ее упругими лепестками обрабатываемый световод 1.
Далее вращением винта 17 тарированно опускают ползун 13 до контакта режущей кромки дискового ножа 14 со световодом 1, проникая в его поверхность на заданную глубину. Это положение фиксируется штифтом 18, который стопорит винт 17, удерживая нож 14 в контакте со световодом 1 без его деформирования на узком участке, свободном от опор с обеих сторон от режущей кромки дискового ножа 14.
Устройство готово для функционирования по назначению. Штифты 7 выворачивают, освобождая шпиндель 4, который за винт 17 поворачивают относительно стоек 3, обкатывая дисковым ножом 14 поверхность неподвижного световода 1.
При этом режущая кромка дискового ножа 14 формирует кольцевой надрез на поверхности световода 1, глубиной, определяемой упругой деформацией его коаксиальных трубчатых составляющих, которые работают как рессора, где возникают знакопеременные нагрузки растяжения и сжатия.
Пространственное положение плоскости реза дисковым ножом 14 при вращении шпинделя 4 остается неизменным, что требуется для формирования торца отрезаемого световода 1 нормальным его продольной оси.
Далее в обратном порядке действий штифтами 7 фиксируют исходное положение винта 17 с поднятым ножом 14 и отворачивают гайку 11 зажимной цанги, лепестки разрезной втулки 10 которой раскрываются, освобождая обработанный световод 1.
Надрезанный световод 1 свободно извлекают из устройства и затем вручную, изгибая его относительно поперечного кольцевого реза, скалывают конец. Торец скола световода 1 образуется идеально перпендикулярным его оси, что формирует в работе компактное пятно лазерного излучения правильной формы с концентрированной энергией.
Простая конструкция предложенного устройства, технологичного в эксплуатации, позволяет изготавливать его на обычном машиностроительном предприятии.