Шпиндельний вузол верстата

Реферат: Шпиндельний вузол верстата містить привод головного руху шпинделя, розташований всередині з можливістю передачі крутного моменту за допомогою електромагнітного поля, гвинтову передачу і цанговий затискний патрон для ріжучого інструмента або заготовки. Гайка гвинтової передачі з одного боку, зв'язана з ротором електромеханічної системи, розміщеним співвісно з шпинделем з можливістю обертання і повздовжнього поля різного напрямку, а з другого боку через тіла кочення з вхідним плунжером малого діаметра, який розташований співвісно в нерухомій конусній розподільчій втулці і створюючий в замкненій гідравлічній системі тиск рідини, який діє на співвісно розташований вихідний плунжер більшого діаметра з можливістю передачі зусилля на підпружинену рухому конусну втулку цангового затискного патрона. UA 80481 U (54) ШПИНДЕЛЬНИЙ ВУЗОЛ ВЕРСТАТА UA 80481 U UA 80481 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-розтиску ріжучого інструмента або заготовки, що обертається при обробці. Відомий шпиндельний вузол силової головки з приводом головного руху і подачі [1], виконаним у вигляді гідравлічної пари, поршень якої з'єднаний з інструментом, а гідроциліндр виконаний обертовим. Недоліком такого шпиндельного вузла є необхідність додаткового використання гідростанції з баком для рідини, що призводить до збільшення габаритів і маси верстата. Відомі також шпиндельний вузол з приводом головного руху у вигляді мотор-шпинделя (див. наприклад модель HF 120. 2А32 фірми IBAG) [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 механізованого приводу затиску ріжучого інструмента, що обмежує його функціональні можливості і потребує втручання людини для затиску-розтиску інструмента. Найближчим аналогом, прийнятим за прототип, вибраний шпиндельний вузол верстата [3], що містить привод головного руху шпинделя, розташований всередині з можливістю передачі крутного моменту за допомогою електромагнітного поля, гвинтову передачу і цанговий затискний патрон для ріжучого інструмента або заготовки. До недоліків прототипу належать, по-перше, відсутність механізованого приводу затиску інструмента або заготовки; по-друге, неможливість автоматичного регулювання сили затиску у верстатах з ЧПК; по-третє, непристосованість шпиндельного вузла до автоматичного затискурозтиску і автоматичної зміни об'єкта затиску, що не дозволяє вбудовувати верстат в автоматичну верстатну систему, в тому числі в умовах гнучкого автоматизованого виробництва. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення шпиндельного вузла шляхом введення додаткової електромеханічної і гідравлічної систем для затиску-розтиску інструмента або заготовки, що дозволяє досягнути технічного-результату - розширення функціональних можливостей верстата. Поставлена задача вирішується тим, що в шпиндельному вузлі верстата, який містить привод головного руху, гвинтову передачу і затискний патрон, згідно з корисною моделлю, гайка гвинтової передачі з одного боку жорстко зв'язана з ротором електромеханічної системи, розміщеним співвісно з шпинделем з можливістю обертання і поздовжнього переміщення за рахунок поля різного напрямку, а з другого боку через тіло кочення з вихідними плунжерами малого діаметра, розташованими співвісно в нерухомій конусній розподільчій втулці і створюючими в замкненій гідравлічній системі тиск рідини, який діє на вихідні плунжери більшого діаметра, що передають зусилля на підпружинену рухому втулку цангового затискного патрона. Завдяки жорсткому зв'язку гайки гвинтової передачі з ротором і додаткового електромагнітного поля між цим ротором і статором виникає крутний момент регульованої величини, що обертає гайку і переміщує її в повздовжньому напрямку, завдяки чому досягається автоматичне регулювання сили затиску-розтиску інструмента або заготовки і забезпечення необхідного зусилля затиску, пропорційного тиску в замкненій гідравлічній системі між вхідними плунжерами малого діаметра і вихідними плунжерами більшого діаметра. Можливість механізованого затиску-розтиску з автоматичним керуванням від системи ЧПК дозволяє досягнути технічний результат - розширення функціональних можливостей верстата. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де зображено на: фіг. 1 - повздовжній переріз шпиндельного вузла; фіг. 2 - фрагмент зв'язку плунжера більшого діаметра з торцем рухомої конусної втулки, фіг. 1. Шпиндельний вузол містить привод головного руху, що складається з шпинделя 1 (фіг. 1) на опорах 2 і 3 у вигляді радіально-упорних шарикопідшипників. На шпинделі розташований ротор 4 головного руху, а в корпусі 5 статор 6, між якими при подачі електричного струму виникає електромагнітне поле. Поза задньою опорою 2 шпинделя 1 на різьбі розташована гайка 7 гвинтової передачі, яка з одного боку зв'язана з ротором 8 електромеханічної системи, а з другого боку через тіло кочення (наприклад два упорних шарикопідшипники 9) з вхідним плунжером 10 (фіг. 1, 2) малого діаметра d, розташованими співвісно в порожнині шпинделя 1. Два шарикопідшипника 9 притягнуті до гайки 7 упорною гайкою 11 через виступ 12 (фіг. 1). З ротором 8 через електромагнітне поле різного напрямку взаємодіє статор 13, жорстко розташований за задньою опорою 2 в корпусі 5. 1 UA 80481 U 5 10 15 20 В передній частині шпинделя 1 розташований цанговий затискний патрон для закріплення (ріжучого інструмента наприклад кінцевої фрези, або заготовки), який складається з затискної цанги 14 натискного типу, яка по конусу "а" взаємодіє з нерухомою конусною втулкою 15, що жорстко зв'язана з шпинделем 1 за допомогою різьби. Затискна гайка 4 по торцю взаємодіє з плунжером 16 більшого діаметра (фіг. 2). Між плунжерами 10 і 16 знаходиться замкнена гідравлічна система, що заповнена рідиною (мастилом) або плинним середовищем (гідропластом) в осьовому отворі шпинделя 1. Об'єктом затиску 17 може бути ріжучий інструмент з циліндричним хвостовиком (свердло, фреза зенкер, тощо) або циліндрична заготовка. В отворі плунжера 16 розташована пружина 18 для його переміщення вправо. Для створення замкненого простору в гідравлічній системі і запобігання витікання рідини або плинного середовища в циліндричних проточках плунжерів 10 і 16 встановлені ущільнення відповідно 19 і 20. Шпиндельний вузол працює наступним чином. При нерухомому шпинделі 1 (фіг. 1) і розтиснутій цанзі 14 в її отвір вводиться об'єкт затиску 17. При подачі струму на обмотку статора 13 виникає електромагнітне поле, яке взаємодіє з обмотками ротора 8, зв'язаного жорстко з гайкою 7. Виникає крутний момент Мз, який обертає ротор 8 з гайкою 7, що переміщується вздовж шпинделя 1 по різьбі діаметром dp з кутом підйому αр. Крутний момент Мз викликає окружну силу Pокр  2  М , яка створює осьову силу Q, що діє через упорні dp підшипники 9 та співвісно розташований плунжер 10 і дорівнює   Q  Pокр  ctg p      2М  ctg p   , dp де  - кут тертя. 25 В замкненій гідравлічній системі виникає тиск р, який дорівнює 4  Q (де z d - діаметр d2 малого плунжера 10) і передається на вихідний плунжер 16 більшого діаметра D . Завдяки його більшому діаметру D створюється вихідна осьова сила S , яка дорівнює S D2 p 4 30 і стає більше за вхідну силу Q , пропорційну квадрату відношення діаметрів, тобто 2 D S  Q  . d 35 40 Наприклад D=2d S=4Q, а якщо D=4d, то S=16Qi т. д. Після затиску струм подається на обмотку статора 6 (фіг. 1), виникає електромагнітне поле, що взаємодіє з обмоткою ротора 4 і тому змушує шпиндель 1 обертатися з необхідною частотою. Керування шпиндельного вузла з механізмом затиску здійснюється від системи ЧПК. Зупинка шпинделя 1 здійснюється при знятті струму в обмотці статора 4, а розтиск об'єкта 17 при зміні полюсів на обмотці статора 13, що змушує ротор 8 і гайку 7 обертатися в зворотному напрямку, пересуваючи гайку 7 у вихідне положення і знімаючи тиск рідини в замкненій гідравлічній системі. За допомогою пружини 18 плунжер 16 відходить назад, плунжер 10 повертається у вихідне положення. Саморозтиск затискної цанги 14 здійснюється за рахунок пружності її пелюсток. 45 50 Джерела інформації: 1. А. с. СРСР 3515626. Силовая головка. МПК B23Q 37/00, заявл. 09.11.72, опубл. 30.05.76, Бюл. № 20. 2. Кузнецов Ю.Н., Дмитриев Д.А., Диневич Г.Е. Компоновка станков с механизмами паралельной структуры (под ред. Ю.Н. Кузнецов. - Херсон: ПП Вишемирський, 2010.-417 с. (рис. 7.17, стр. 399-401). 2 UA 80481 U 3. Патент Української на корисну модель № 65488. Шпиндельний вузол верстата. МПК В23В 47/00, В23В 19/00, заявл. 04.05.2011, опубл. 12.12.2011, Бюл. № 23. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 Шпиндельний вузол верстата, що містить привод головного руху шпинделя, розташований всередині з можливістю передачі крутного моменту за допомогою електромагнітного поля, гвинтову передачу і цанговий затискний патрон для ріжучого інструмента або заготовки, який відрізняється тим, що гайка гвинтової передачі з одного боку, зв'язана з ротором електромеханічної системи, розміщеним співвісно з шпинделем з можливістю обертання і повздовжнього поля різного напрямку, а з другого боку через тіла кочення з вхідним плунжером малого діаметра, який розташований співвісно в нерухомій конусній розподільчій втулці і створюючий в замкненій гідравлічній системі тиск рідини, який діє на співвісно розташований вихідний плунжер більшого діаметра з можливістю передачі зусилля на підпружинену рухому конусну втулку цангового затискного патрона. Комп’ютерна верстка М. Мацело 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