با پيشرفت صنايع در حوزه هاي نانو و MEMS، نياز به ساخت ماشين هاي ابزار بسيار سريع كه قادر به ماشين كاري در ابعاد ميكرو هستند توسعه يافته است. ميكرو اسپيندل هاي فوق سريع جزء اساسي ماشين هاي ابزار پر سرعت هستند كه در صنايع مختلف نظير صنايع هوا فضا و صنايع الكترونيك كاربرد وسيعي يافته اند. اين ماشين ها به علت سرعت و دقت بالا، قادر به ايجاد ويژگي هايي نظير ماشين كاري ماشين كاري بسيار دقيق، ريز، با كيفيت بالا و با نرخ براده بر داري سريع مي باشند. اين نوع از انواع وسايل داراي ابعاد بسيار كوچكي در حد ميليمتر مي باشد. به علت كوچكي اين ابزار و قطر كم اسپيندل و ابزار،امكان توليد قطعات بسيار كوچك با اين وسيله وجود دارد. هدف از اين پروژه دست يابي به دانش فني طراحي و ساخت يك ميكرو اسپيندل فوق سريع با سرعت هايي در محدوده يكصد هزار دور بر دقيقه مي باشد. در اين راستا پس از تحقيقات انجام شده و بيالن سوابق موضوع در كشورهاي پيشرفته صنعتي، طراحي و ساخت ميكرو اسپيندل انجام پذيرفته است. گشتاور محركه ميكرو اسپيندل از طريق توربين هوا تامين مي شود و محور اسپيندل بر روي ياتاقان هوا تكيه دارد. هواي فشرده از طريق يك سري شبكه سوراخ هاي ريز در درون هوزينگ تامين مي گردد. طراحي ابعاد ياتاقان، سوراخ ها و توربين بر اساس تحليل جريان هوا بر اساس نرم افزار هاي ANSYS, FLUENT, SOLID WORK, MATLAB و AUTO DESK INVENTOR صورت پذيرفته است.

اسپيندل هاي ماشين ابزار معمولا داراي پيش بار ثابت براي ياتاقان ها طراحي مي شوند.اما در اسپيندل هاي پرسرعت، اين موضوع باعث افزايش دماي ياتاقان در سرعت هاي بالا و كاهش عمر آن مي شود و همچنين امكان رسيدن به سرعت هاي بالا را از ياتاقان مي گيرد كه نيازمند تغيير پيش بار ياتاقان مي شوند.در اين اختراع يك سيستم هوشمند براي اعمال پيش بار متغير ارائه شده است كه نسبت به سيستم هاي هيدروليكي و مغناطيسي كه بعضا براي كنترل پيش بار ياتاقان ها استفاده مي شوند بسيار ساده تر بوده و حجم كمتري را اشغال مي كند. اين سيستم مكانيكي نيروي پيش بار ياتاقان را وابسته به سرعت دوراني اسپيندل مي كند. مكانيزم طراحي شده با استفاده از نيروي گريز از مركز در هنگام دوران، نيروي پيش بار را به صورت تابع درجه دومي از سرعت دوراني كاهش مي دهد. براي توليد نيروي گريز از مركز جرم هايي تعبيه شده است كه مقادير آنها تعيين كننده مقدار كاهش پيش بار مي باشد و با تغيير اندازه ي آنها مي توان پيش بار مشخصي به ياتاقان اعمال كرد. با كاهش سرعت دوراني اسپيندل نيروي پيش بار توليدي سيستم افزايش پيدا كرده و به مقادير اوليه مي رسد. با تغيير ابعاد اين سيستم مكانيكي مي توان از آن براي كنترل پيش بار انواع ياتاقان هاي تماس زاويه اي در هر محدوده ي سرعت دوراني استفاده كرد.

توصيف اختراع: نانو سيال ها كلاس جديدي از سيالات هستند كه از تعليق و پراكنده كردن نانوذرات در يك سيال پايه مانند آب، اتيلن گليكول ، روغن و سيالات برشي و ... ايجاد مي شوند. اخيرا مطالعات مهندسي سطحي نشان مي دهد حضور نانوذرات(MoS2, CuO, TiO2, Dimond, etc) در سيالات روغن كاري خواصي همچون افزايش ظرفيت بار و كاهش اصطكاك و سايش را به نمايش مي گذارد. اين ويژگي ها موحب جذابيت نانوسيالات در كاربردهاي خنك كاري و روغن كاري در صنايع مختلف مانند توليد ، حمل و نقل ، انرژي و الكترونيك و... شده است. ماشينكاري با استفاده از حداقل مقدار روانكاري از روشهايي است كه موجب كاهش مصرف سيال و همچنين فزايش توانايي روانكاري سيال مي گردد. در روش حداقل مقدار روانكاري سيال خنك كننده بهمراه فشار هوا به منطقه ماشينكاري پاشيده مي‌شود كه باعث افزايش قدرت تاثيرگذاري و كاهش مصرف سيال مي‌گردد. از طرفي در صورت استفاده از نانوسيال بعنوان سيال خنك كننده در روش فوق، تاثيرات روانكاري و خنك‌كاري افزايش مي يابد. با توجه به اينكه در دستگاه هاي حداقل مقدار روانكاري موجود در بازار امكان استفاده از نانوسيال بنا بدلايلي مقدور نمي باشد، اين دستگاه با هدف ايجاد امكان استفاده از نانوسيال با خودداري از تغيير در تركيب آن و جلوگيري از رسوب آن ساخته شده است. از طرفي در اين دستگاه از مكانيزم شير خلا براي ايجاد افشانه استفاده گرديده است كه از جنبه هاي ديگر نوآوري مي باشد. همچنين اين دستگاه داراي كمپرسور پورتابل بوده كه بدون نياز به خط هواي فشرده و صرفا با انرژي الكتريكي قابل استفاده است و مخزن دستگاه داراي همزن مي باشد كه از ته نشيني نانوسيال جلوگيري مي‌كند. لازم بذكر است اين دستگاه ساخته شده و تست گرديده است. نتايج تست ها حاكي از اثر چشمگير كاهش نيروها در فرايند سنگزني دارد. بطوريكه كاهش 29 درصدي نيروي عمودي و كاهش 51 درصدي نيروي مماسي را در پي دارد.

تغيير مكان گزارش شده بوسيله دستگاه در آزمايش¬هاي استاندارد مكانيك شكست بدليل تغيير شكل الاستيك قيدوبند و لقي در سيستم اعمال بار ماشين (لقي موجود بين پيچ¬ها و كله¬گي دستگاه)، داراي خطا است. براي افزايش دقت اندازه¬گيري تغيير مكان در آزمايش¬هاي استاندارد مكانيك شكست لازم است تغيير مكان بصورت محلي تعيين شود. بدين منظور در اين طرح حسگر اندازه¬گيري تغيير مكان در آزمايش¬هاي استاندارد مكانيك شكست طراحي و ساخت شده است. اين حسگر به اهرم اعمال بار در آزمايش استاندارد مكانيك شكست متصل مي¬شود و تغيير مكان را بصورت محلي و با استفاده از كرنش¬سنج¬ها و قرار گرفتن آن-ها در مدار الكتريكي واتسون تعيين مي¬كند.