Шпиндельний вузол верстата

Реферат: Шпиндельний вузол верстата, що містить корпус, привод головного руху шпинделя, розташований всередині пінолю з можливістю безпосередньої передачі крутного моменту від статора електродвигуна обертального руху на ротор, що механічно зв'язаний зі шпинделем, та електропривод подачі, виконаний співвісно зі шпинделем. Для підвищення питомої потужності обертового руху шпинделя і сили подачі різання, а також усунення зайвих механічних передач і втрат привод подачі виконано у вигляді циліндричного електродвигуна поступального руху, а UA 104512 C2 (12) UA 104512 C2 шпиндель механічно і електромагнітно суміщає функцію ротора обертового і вторинного елементів лінійного двигуна, причому статор обертового електродвигуна виконано однообмотковим з двосторонньою активною поверхнею і закріплений до пінолю консольно, з можливістю забезпечення зворотно-поступального руху в межах робочого ходу приводу подачі, а його ротор виконано концентричним, у вигляді зовнішнього і внутрішнього елементарних роторів, що охоплюють двосторонню активну поверхню статора зовні та з середини і розміщених у передній частині шпинделя, а протилежна частина шпинделя виконана у вигляді циліндричного вторинного елемента з постійними магнітами почергової полярності за напрямом подачі. UA 104512 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі верстатобудування і може бути використаний в металорізальних верстатах для обертання і подачі різального інструмента при обробці заготовки чи деталі. Відомий шпиндельний вузол верстата, наприклад, для свердлильних верстатів [1], що містить механізми подачі діамагнітної заготовки, виконаний у вигляді з'єднаного із шпинделем соленоїда з регульованою у функції переміщення тяговою характеристикою. Недоліком цього шпиндельного вузла є відсутність дискретної подачі інструмента, що унеможливлює використання у верстатах з ЧПК і не забезпечує якість обробки деталей. Відомі також шпиндельні вузли з приводом головного руху у вигляді мотор-шпинделя (див., наприклад, модель HF 120.2A32 фірми IBEG [2]), що містить корпус, окремі частини якого з'єднані між собою за допомогою гвинтів, вала, що одночасно є валом електродвигуна і шпинделя з опорами і механізмом затиску інструмента, статора, вмонтованого в корпус моторшпинделя, ротора, котрий напресований. Недоліком мотор-шпинделя є відсутність приводу подачі, що обмежує їх функціональні можливості і потребує додаткового неспіввісного приводу подачі. Найближчим аналогом винаходу вибраний шпиндельний вузол верстата [3], що містить привід головного руху шпинделя всередині пінолю і використовується електропривод подачі співвісно з гвинтовою подачею. Головним недоліком даного шпиндельного вузла є використання обертової електричної машини з односторонньою активною поверхнею індуктора, а також механічна система перетворення обертового руху крокового двигуна в поступальний рух затискного патрона з різальним інструментом шляхом використання гвинтової подачі пінолю. До недоліків обертової електричної машини з одностороннім виконанням належить недостатня питома потужність. До недоліків гвинтової системи належать по-перше, наявність тертя робочих поверхонь системи "гвинт-гайка", що поступово призводить до зменшення точності позиціонування подачі інструмента і зменшення якості обробки; по-друге, поява люфтів, які спричиняють виникнення биття і вібрацій, що в свою чергу зменшує надійність вузла в цілому; по-третє, необхідність використання каналу підведення мастила для зменшення спрацювання гвинтової пари і подовження її строку роботи, що ускладнює конструкцію. В основу винаходу поставлена задача удосконалення шпиндельного вузла шляхом використання електричної машини обертового руху із двосторонньою активною поверхнею та заміни гвинтової подачі індуктором поступального руху, що дозволяє досягнути технічний результат - підвищити питому потужність обертового руху шпинделя і силу подачі різання, а також позбутися зайвих механічних передач і втрат. Розв'язання задачі досягається тим, що у шпиндельному вузлі верстата, що містить корпус, привод головного руху шпинделя, розташований всередині пінолю з можливістю безпосередньої передачі крутного моменту від статора електродвигуна обертального руху на ротор, що механічно зв'язаний зі шпинделем, та електропривод подачі, виконаний співвісно зі шпинделем, , згідно з винаходом, привод подачі виконано у вигляді циліндричного електродвигуна поступального руху, а шпиндель механічно іелектромагнітно суміщає функцію ротора обертового і вторинного елементів лінійного двигуна, причому статор обертового електродвигуна виконано однообмотковим з двосторонньою активною поверхнею, а його ротор виконано концентричним, у вигляді зовнішнього і внутрішнього елементарних роторів, що охоплюють двосторонню активну поверхню статора зовні та з середини і розміщених у передній частині шпинделя, а протилежна частина шпинделя виконана у вигляді циліндричного вторинного елемента з постійними магнітами почергової полярності за напрямом подачі. Статор електродвигуна обертового руху з двосторонньою активною поверхнею закріплений до пінолі консольно, з можливістю забезпечення зворотно-поступального руху в межах робочого ходу приводу подачі. Використання електричної машини обертового руху із двосторонньою активною поверхнею дозволяє збільшити питому потужність головного руху шпинделя. За рахунок використання електричного приводу поступального руху шпинделя виключаються механічні передачі, що дозволяє спростити кінематичну схему та суттєво підвищити частоти обертання шпинделя і швидкості різання. Співвісне виконання індукторів електроприводів основного руху та руху подачі позбавляє від перекосів, дозволяє підвищити сили і подачі різання. Таким чином досягається технічний результат - підвищення питомої потужності обертового руху шпинделя і сили подачі різання, а також позбутися зайвих механічних передач і втрат. Суть винаходу пояснюється кресленням, на якому показана принципова кінематична схема шпиндельного вузла. 1 UA 104512 C2 5 10 15 20 25 30 Шпиндельний вузол містить привод головного руху, що складається зі шпинделя 1 на підшипниках - передньому 2 і задньому 3, індуктора обертового руху 4 з обмоткою 5, індуктора поступального руху 6. На кінці шпинделя 1 розташований затискний патрон або оправка 7 з закріпленим інструментом 8. З правого боку корпуса 9 виконаний перехідний фланець 10, який за допомогою болтів жорстко зв'язаний з корпусом 9. Всередині перехідного фланця 10 розміщений підшипник 3. До корпуса 9 із середини прикріплений привод подачі S у вигляді крокового двигуна з індуктором поступального руху 6 з обмоткою 11 і з постійними магнітами 12. На статорі 4 розміщена трифазна розподілена обмотка 5. Статор 6 закріплений у хвостовій частині корпуса 9. Індуктор обертового руху шпинделя 4 закріплений за допомогою кронштейнів 13, які при повздовжньому переміщенні вздовж осі шпинделя ковзають по внутрішній поверхні корпуса 9. При переміщеннях вздовж осі шпинделя статор 11 утримується від провороту шпонкою 14, що ковзає на підшипниках 15 по повздовжньому пазу "а" в корпусі 9. Обертання шпинделя 1 з частотою n(ω) здійснюється за рахунок електромагнітного поля між статором 4 і шпинделем 1. Для уникнення перекосів між статором 4 та шпинделем 1 між ними встановлено підшипники 16. Корпус 9 може бути виконаний з лапками для закріплення на рухомій частині верстата, наприклад на станині токарного верстата, а замість інструмента в затискному патроні може бути закріплена заготовка, що обробляється. Шпиндельний вузол працює наступним чином. При подачі напруги на обмотку статора 5, виникає магнітне поле, яке взаємодіє із двосторонньою поверхнею шпинделя 1 і таким чином змушує шпиндель 1 обертатися із необхідною частотою обертання n(ω). Для забезпечення подачі шпинделя, подається напруга на обмотку 11 крокового двигуна 6, електромагнітне поле якої взаємодіє з постійними магнітами 12 і забезпечує потрібну подачу S. Джерела інформації: 1. А.с. СССР № 601124 A1. Шпиндельный узел станка / МПК В23 Q 5/22, заяв. 24.04.72, опубл. 05.04.78, Бюл. № 13. 2. Кузнецов Ю.Н., Дмитриев Д.А., Диневич Д.Е. Компоновка станков с механизмами параллельной структуры (под., ред. Ю.Н. Кузнецова. с-сХерсон: ПП Вишемирский B.C., 2010. 417 с. (рис. 7.17, стр. 399-401). 3. Патент України на корисну модель № 65488 U. Шпиндельний вузол верстата. Кузнецов Ю.М., Фіранський В.Б., Шинкаренко В.Ф., Гайдаєнко Ю.В. /МПК В23В 47/00, заявл. 04.05.2010, опубл. 12.122011, Бюл. № 23, 2011 р. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 35 40 45 Шпиндельний вузол верстата, що містить корпус, привод головного руху шпинделя, розташований всередині пінолю з можливістю безпосередньої передачі крутного моменту від статора електродвигуна обертального руху на ротор, що механічно зв'язаний зі шпинделем, та електропривод подачі, виконаний співвісно зі шпинделем, який відрізняється тим, що привод подачі виконано у вигляді циліндричного електродвигуна поступального руху, а шпиндель механічно і електромагнітно суміщає функцію ротора обертового і вторинного елементів лінійного двигуна, причому статор обертового електродвигуна виконано однообмотковим з двосторонньою активною поверхнею і закріплений до пінолю консольно, з можливістю забезпечення зворотно-поступального руху в межах робочого ходу приводу подачі, а його ротор виконано концентричним, у вигляді зовнішнього і внутрішнього елементарних роторів, що охоплюють двосторонню активну поверхню статора зовні та з середини і розміщених у передній частині шпинделя, а протилежна частина шпинделя виконана у вигляді циліндричного вторинного елемента з постійними магнітами почергової полярності за напрямом подачі. 2 UA 104512 C2 Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3