Шпиндельний вузол верстата

Реферат: Шпиндельний вузол верстата містить корпус, індикатор головного руху шпинделя, розташований всередині пінолі з можливістю безпосередньої передачі крутного моменту на ротор, що механічно зв'язаний зі шпинделем, та електропривод подачі, виконаний співвісно зі шпинделем. Привод подачі виконано у вигляді циліндричного електродвигуна поступального руху, а шпиндель механічно і електромагнітно суміщує функцію ротора обертового і вторинного елемента лінійного двигуна. При цьому індуктор обертового руху виконано однообмотковим з двосторонньою активною поверхнею, а ротор виконано концентричним, у вигляді зовнішнього і внутрішнього елементарних роторів, що охоплюють двосторонню активну поверхню статора зовні та зсередини 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 82880 U (12) UA 82880 U UA 82880 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 обертання і подачі різального інструменту 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, окрім 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 подач. Найближчим аналогом, прийнятим за прототип, вибраний шпиндельний вузол верстата [3], що містить привід головного руху шпинделя всередині пінолі 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 пінолі. До недоліків обертової електричної машини з одностороннім виконанням належить недостатня питома потужність. До недоліків гвинтової системи належить по-перше, наявність тертя робочих поверхонь системи "гвинт-гайка", що поступово призводить до зменшення точності позиціонування подачі інструменту 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 корисної моделі 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. Поставлена задача вирішується тим, що у шпиндельному вузлі верстата, що містить корпус, індуктор обертового руху шпинделя, розташований всередині пінолі з можливістю безпосередньої передачі крутного моменту на ротор, що механічно зв'язаний зі шпинделем, та електропривод подачі, виконаний співвісно зі шпинделем, згідно з корисною моделлю, привод подачі виконано у вигляді циліндричного електродвигуна поступального руху, а шпиндель механічно і електромагнітно суміщує функцію ротора обертового і вторинного елемента лінійного двигуна, причому індуктор обертового руху виконано однообмотковим з двосторонньою активною поверхнею, а ротор виконано концентричним, у вигляді зовнішнього і внутрішнього елементарних роторів, що охоплюють двосторонню активну поверхню індуктора обертового руху зовні та зсередини і розміщених у передній частині шпинделя, а протилежна частина шпинделя виконана у вигляді циліндричного вторинного елемента з постійними магнітами почергової полярності за напрямом подачі. Індуктор обертового руху з двосторонньою активною поверхнею закріплений до пінолі консольно, з можливістю забезпечення зворотно-поступального руху в межах робочого ходу приводу подачі. Використання індуктора обертового руху із двосторонньою активною поверхнею дозволяє збільшити питому потужність головного руху шпинделя. За рахунок використання індуктора 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 корисної моделі пояснюється кресленням, на якому показана принципова кінематична схема шпиндельного вузла. 1 UA 82880 U 5 10 15 20 25 30 35 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 корпусу 9 виконаний перехідний фланець 10, який за допомогою болтів жорстко зв'язаний з корпусом 9. Всередині перехідного фланця 10 розміщений підшипник 3. До корпусу 9 ізсередини прикріплений привод подачі S у вигляді індуктора поступального руху 6 з обмоткою 11 і вторинного елемента з постійними магнітами 12. На індукторі обертового руху 4 розміщена трифазна розподілена обмотка 5. Індуктор поступального руху 6 закріплений у хвостовій частині корпусу 9. Індуктор обертового руху 4 закріплений за допомогою кронштейнів 13, які при повздовжньому переміщенні вздовж осі шпинделя ковзають по внутрішній поверхні корпусу 9. При переміщеннях вздовж осі шпинделя індуктора обертового руху 4 утримується від прокручування шпонкою 14, що ковзає на підшипниках 15 по повздовжньому пазу "а" в корпусі 9. Обертання шпинделя 1 з частотою n(  ) здійснюється за рахунок електромагнітного поля між індуктором обертового руху 4 і шпинделем 1. Для уникнення перекосів між індуктором обертового руху 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 інструменту в затискному патроні може бути закріплена заготовка, що обробляється. Шпиндельний вузол працює наступним чином. При подачі напруги на обмотку 5 індуктора обертового руху 4, виникає магнітне поле, яке взаємодіє із двосторонньою поверхнею шпинделя 1 і таким чином змушує шпиндель 1 обертатися із необхідною частотою обертання n(  ). Для забезпечення подачі шпинделя, подається напруга на обмотку 11 індуктора поступального руху 6, електромагнітне поле якої взаємодіє з вторинним елементом із постійними магнітами 12 і забезпечує потрібну подачу S. Джерела інформації: 1. А.с. СССР № 601124. 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 механізмами параллельной структуры / под., ред. Ю.Н. Кузнецова. - с-сХерсон: ПП Вишемирский B.C., 2010. 417 с. (рис.7.17, C. 399-401). 3. Патент України на корисну модель № 65488. Шпиндельний вузол верстата. Кузнецов Ю.М., Фіранський В.Б., Шинкаренко В.Ф., Гайдаєнко Ю.В. / МПК В23В 47/00, заявл. 04.052010, опубл. 12.12.2011, Бюл. № 23, 2011 р. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 Шпиндельний вузол верстата, що містить корпус, індикатор головного руху шпинделя, розташований всередині пінолі з можливістю безпосередньої передачі крутного моменту 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 суміщує функцію ротора обертового і вторинного елемента лінійного двигуна, причому індуктор обертового руху виконано однообмотковим з двосторонньою активною поверхнею, а ротор виконано концентричним, у вигляді зовнішнього і внутрішнього елементарних роторів, що охоплюють двосторонню активну поверхню статора зовні та зсередини 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 82880 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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