Шпиндельний вузол верстата

Реферат: 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. Для покращення динамічних властивостей шпиндельного вузла та підвищення продуктивності і якості обробки 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 116050 C2 (12) UA 116050 C2 UA 116050 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 затиску заготовок типу тіл обертання та різального інструменту з циліндричним хвостовиком. Відомий шпиндельний вузол [Патент України № 98583, кл. В23В 17/00; В23В 19/00, 2015р.], 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 трьох кулачкового 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 трьох кулачкового патрона, завдяки чому досягається автоматичне регулювання затискурозтиску 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, 2014р.], 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 пінолем, 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 винаходу 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. Розв'язання поставленої задачі досягається 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 116050 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 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 винаходу пояснюється кресленням, де зображений повздовжній переріз шпиндельного вузла. Шпиндельний вузол містить привод 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 модулі-фланці 8 і має можливість силової взаємодії з валом 14 привода затиску через 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 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 гайки-вала 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. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 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 116050 C2 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3