Шпиндельний вузол верстата

Реферат: Шпиндельний вузол верстата містить корпус, ротор та статор, шпиндель з цангою, привод головного руху шпинделя, розташований всередині корпуса з можливістю передачі крутного моменту за допомогою електромагнітного поля, гвинтову передачу, гвинт якої зв'язаний з цангою в передній частині шпинделя. Шпиндельний вузол додатково обладнаний валом приводу затиску, що встановлений на опорах в додатковому корпусі з можливістю силової взаємодії з гайкою-валом через з'єднувальну ланку та півмуфти. UA 112324 U (12) UA 112324 U UA 112324 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі верстатобудування і може бути використана в металорізальних верстатах для затиску заготовок типу тіл обертання та різального інструменту з циліндричним хвостовиком. Відомий шпиндельний вузол [Патент України № 98583, кл. В23В 17/00; В23В 19/00, 2015 р.], що містить привод головного руху, високомоментний двигун і самоцентруючий трикулачковий патрон. При цьому високомоментний двигун розміщений в корпусі трикулачкового патрона, з одного боку жорстко зв'язаний з корпусом патрона, що розташований перед передньою опорою шпинделя, а з другого через гнучку муфту з механізмом затиску трикулачкового патрона, що працює за принципом спіралі Архімеда. Завдяки жорсткому зв'язку, за допомогою гнучкої муфти, високомоментного двигуна та механізму затиску трикулачкового патрона і додаткового електромагнітного поля, що виникає між ротором і статором виникає крутний момент регульованої величини. Він приводить в дію, через гнучку муфту, механізм затиску трикулачкового патрона, завдяки чому досягається автоматичне регулювання затиску-розтиску заготовки і забезпечення необхідного зусилля затиску, пропорційного крутному моменту на приводі затиску. Недоліком такого шпиндельного вузла є необхідність підведення струму великої потужності до обертового елемента механізму затиску, що ускладнює конструкцію, а також значне збільшення габаритів та мас, що розташовані на консольному вильоті шпинделя зі сторони закріплення заготовки, при необхідності забезпечення великих зусиль затиску. Відомий також шпиндельний вузол [Патент України № 95295, кл. В23В 19/00; В23В 47/00, 2014 р.], що складається з корпуса з рухомим шпинделем і затискним пристроєм попереду. Конструкція шпинделя містить піноль, розташований в передній частині корпуса, статор обертової електричної машини головного руху шпинделя з розподіленою обмоткою, який закріплений всередині пінолі, ротор жорстко сполучений зі шпинделем і електропривод подачі, рухомий елемент якого розташований співвісно зі шпинделем і гвинтовою передачею. При цьому шпиндель виконаний у вигляді вала, на передньому кінці має засіб для кріплення інструмента, а на протилежному - виконану гвинтову поверхню, при цьому всередині корпусу, за піноллю, змонтований статор електроприводу подачі з обмоткою, а ротор електроприводу подачі жорстко сполучений із гайкою, яка має внутрішню гвинтову поверхню. Осі роторів головного руху та руху подачі і, відповідно, шпинделя та гайки співпадають, а гвинтова поверхня шпинделя сполучена із гвинтовою поверхнею гайки, утворюючи з нею рухоме з'єднання типу гвинт-гайка. З вихідним торцем шпинделя та з торцем гайки сполучені датчики кутів поворотів, які у свою чергу, підключені до системи керування і контролюють кути повороту шпинделя та гайки, а система керування сполучена вихідними ланцюгами із клемами обмоток статорів приводів головного руху та руху подачі. Недоліком такого шпиндельного вузла є відсутність можливості механізованого затиску об'єкта закріплення. Найближчим аналогом обрано шпиндельний вузол верстата [Патент України № 91163, кл. В23В 17/00; В23В 19/00], що містить корпус, шпиндель з затискним патроном з цангою, привод головного руху шпинделя, розташований всередині корпуса з можливістю передачі крутного моменту за допомогою електромагнітного поля. При цьому гвинт гвинтової передачі з одного боку зв'язаний через різьбове з'єднання з цангою в передній частині шпинделя, а з іншого боку по різьбі з гайкою, яка зв'язана з ротором додаткової електромеханічної системи і розташована на опорах кочення в додатковому корпусі, з'єднаним жорстко з корпусом шпиндельного вузла. Завдяки різьбовому зв'язку гвинта гвинтової передачі з ротором-гайкою і додаткового електромагнітного поля між цим ротором і статором виникає крутний момент регульованої величини, що обертає гайку, вгвинчує в неї гвинт і переміщує його в повздовжньому напрямку. Недоліком найближчого аналога є наявність значних обертових мас, що входять до складу привода затиску і розташовані на консольному вильоті шпинделя. Це значно погіршує динамічні характеристики шпиндельного вузла, що обмежує його максимальні частоти обертання, а отже і продуктивність та якість обробки. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення шпиндельного вузла шляхом встановлення додаткових елементів, що забезпечують роз'єднання кінематичного зв'язку привода затиску з іншою частиною затискного механізму, що дозволяє досягнути технічний результат - покращення динамічних характеристик шпиндельного вузла та підвищення продуктивності і якості обробки. Поставлена задача вирішується тим, що вал привода затиску з'єднується з іншими елементами затискного механізму шляхом з'єднання півмуфт. При цьому з'єднання півмуфт забезпечує кінематичний зв'язок привода затиску та шпиндельного вузла лише на період затиску або розтиску об'єкта закріплення, а під час обробки елементи привода затиску не 1 UA 112324 U 5 10 15 20 25 30 35 40 обертаються разом із шпинделем. Таким чином досягається зменшення рухомих мас, що обертаються разом з шпинделем, і зокрема тих, що розташовані на консольному вильоті шпинделя. Це сприяє покращенню динамічних властивостей шпиндельного вузла і підвищенню максимальних частот обертання, що впливає на якість та продуктивність обробки. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де зображений повздовжній переріз шпиндельного вузла. Шпиндельний вузол містить привід головного руху, що складається з шпинделя 1 на опорах 2 і 3 у вигляді радіально-упорних шарикопідшипників, що встановлені в корпус 4. На шпинделі 1 розташований ротор 5 головного руху, а в корпусі 4 статор 6, між якими, при подачі електричного струму на обмотки статора 6, виникає електромагнітна взаємодія у вигляді крутного моменту. Передній кінець корпуса 4 закритий фланцем 7. Поза задньою опорою 2 шпинделя 1 розташовано модуль-фланець 8 з електромеханічною муфтою, в якому розміщена гайка-вал 9 півмуфти 10 на опорі 11 у вигляді радіально-упорного підшипника. Інша півмуфта 12 розташована на опорі 13, що також встановлена в модуль-фланець 8 і має можливість силової взаємодії з валом 14 привода затиску з'єднувальну ланку 15. При цьому, вал 14 з розташованим на ньому ротором 16 розміщений на опорах 17 в додатковому корпусі 18, що виконаний у формі модуля з торцевим фланцевим кріпленням і кріпиться до модуль-фланця 8. Інший торець додаткового корпуса 18 закритий кришкою 19 з розташованими на ній роз'ємами для підведення електричної енергії та сигналів керування. Статор 20, що разом з ротором 16 є додатковою електромеханічною системою, жорстко закріплений у додатковому корпусі 18, що жорстко з'єднаний з корпусом 4. Гайка-вал 9 по різьбі зв'язана з гвинтом 21, що базується в осьовому отворі шпинделя 1 та з'єднаний з цангою 22, що утримується від провертання відносно шпинделя 1 штопорним гвинтом 23. Шпиндельний вузол працює наступним чином. При нерухомому шпинделі 1 і розтиснутій цанзі 22 в її отвір вводиться об'єкт затиску (на кресленні не показано). При подачі струму на обмотку статора 20 виникає електромагнітне поле, яке взаємодіє з обмотками ротора 16 і призводить до появи крутного моменту, що передається через вал 14, з'єднувальну ланку 15 і кінематично замкнуті півмуфти 12 та 10 до гайки-вала 9. Обертання гайки-вала 9 призводить до переміщення гвинта 21 вліво і затягування цанги 22, що забезпечує затиск об'єкта фіксації. Після завершення процесу затиску ланцюг кінематичного зв'язку вала 14 привода затиску з гайкою-валом 9 роз'єднується шляхом роз'єднання півмуфт 12 та 10. Внаслідок подачі струму на обмотки статора 6 виникає електромагнітне поле, що взаємодіє з обмотками ротора 5 і змушує шпиндель 1 обертатися з необхідною частотою. При цьому підтримка зусилля затиску відбувається за рахунок самогальмування в різьбовому з'єднанні гвинта 21 та вала-гайки 9. Керування шпиндельним вузлом з механізмом затиску здійснюється від системи числового програмного керування, а узгодження обертання шпинделя 1 і електромеханічної системи затиску відбувається за допомогою датчиків (не показані), встановлених на шпинделі 1 і гайці-валу 9. Зупинка шпинделя 1 здійснюється внаслідок припинення подачі струму до обмоток статора 6, а розтиск об'єкта затиску (не зображено) - при замиканні кінематичного зв'язку між півмуфтами 12 та 10 і зміні полюсів на обмотці статора 20, що змушує ротор 16 і гайку-вал 9 обертатися в зворотному напрямку та переміщає гвинт 21 і цангу 22 вправо. Таким чином відбувається розтиск. Саморозтиск затискної цанги 22 здійснюється за рахунок пружності її пелюсток. 45 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 Шпиндельний вузол верстата, що містить корпус, ротор та статор, шпиндель з цангою, привод головного руху шпинделя, розташований всередині корпуса з можливістю передачі крутного моменту за допомогою електромагнітного поля, гвинтову передачу, гвинт якої зв'язаний з цангою в передній частині шпинделя, який відрізняється тим, що шпиндельний вузол додатково обладнаний валом приводу затиску, що встановлений на опорах в додатковому корпусі з можливістю силової взаємодії з гайкою-валом через з'єднувальну ланку та півмуфти. 2 UA 112324 U Комп’ютерна верстка О. Гергіль Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3