Шпиндельний вузол верстата

Реферат: Шпиндельний вузол верстата містить привод головного руху шпинделя, розташований всередині з можливістю передачі крутного моменту за допомогою електромагнітного поля, цанговий затискний патрон, замкнену гідравлічну систему, яка утворена між вхідними плунжерами малого діаметра і вихідним співвісно розташованим відносно шпинделя плунжером або плунжерами більшого діаметра з можливістю передачі переміщення і зусилля на цанговий затискний патрон. Вхідні плунжери малого діаметра розташовані рівномірно по колу в корпусі гідроциліндра, що жорстко зв'язаний із шпинделем, а їх осі перпендикулярні осі шпинделя. UA 114781 U (54) ШПИНДЕЛЬНИЙ ВУЗОЛ ВЕРСТАТА UA 114781 U UA 114781 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі машинобудування і може бути використана в токарних автоматах і верстатах з ЧПК для затиску пруткового матеріалу і штучних заготовок. Відомий шпиндельний вузол с приводом головного руху у вигляді мотор-шпинделя (див., наприклад, модель HF 120. 2А32 фірми IBAG [1], 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. Відомий також шпиндельний вузол [2], що містить привод головного руху шпинделя, розташований всередині з можливістю передачі крутного моменту за допомогою електромагнітного поля, цанговий затискний патрон, гвинтову передачу, гайка якої 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. Недоліком шпиндельного вузла є неможливість отримання високого коефіцієнта підсилення при передачі тиску від вхідного плунжера малого діаметру до вихідного плунжера більшого діаметру при їх співвісному розташуванні вздовж осі шпинделя внаслідок обмеженого співвідношення їх діаметрів. 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, цанговий затискний патрон, замкнену гідравлічну систему, яка утворена між вхідними плунжерами малого діаметра і вихідним співвісно розташованим відносно шпинделя плунжером більшого діаметра з можливістю передачі переміщення і зусилля на цанговий затискний патрон. До недоліків найближчого аналога належать, по-перше, підвищення діаметральних габаритів шпинделя при виконанні довгих наскрізних отворів для вхідних плунжерів малого діаметра; по-друге, неможливість реалізації модульного принципу складання шпиндельного вузла з окремого приводу затиску; по-третє, зниження сили затиску на високих частотах обертання шпинделя при відсутності автоматичної компенсації відцентрових сил, що діють на не зрівноваженні затискні елементи цангового затискного патрона, а саме, губки і пелюстки затискної цанги. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення шпиндельного вузла верстата шляхом того, що вхідні плунжери малого діаметра розташовані рівномірно по колу в корпусі гідроциліндра, жорстко зв'язаного із шпинделем, а їх осі перпендикулярні осі шпинделя, що дозволяє досягнути технічний результат - підвищення надійності роботи при високошвидкісній обробці деталей. Поставлена задача вирішується тим, що в шпиндельному вузлі верстата, який містить привод головного руху шпинделя, розташований всередині з можливістю передачі крутного моменту за допомогою електромагнітного поля, цанговий затискний патрон, замкнену гідравлічну систему, яка утворена між вхідними плунжерами малого діаметра і вихідним співвісно розташованим відносно шпинделя плунжером або плунжерами більшого діаметра з можливістю передачі переміщення і зусилля на цанговий затискний патрон, згідно з корисною моделлю, вхідні плунжери малого діаметра розташовані рівномірно по колу в корпусі гідроциліндра, жорстко зв'язаного із шпинделем, а їх осі перпендикулярні осі шпинделя. Завдяки виконанню вхідних плунжерів малого діаметра в площині, перпендикулярній осі шпинделя і їх розташуванню на відстані від осі обертання шпинделя, виникають відцентрові сили, що створюють тиск в замкненій гідравлічній системі і осьову силу затиску, яка діє на вихідний плунжер. Причому чим більше частота обертання шпинделя, тим більші відцентрові сили, що діють на вхідні плунжери малого діаметра, які врівноважують або навіть перевищують негативні відцентрові сили неврівноважених затискних елементів цангового затискного патрона. Внаслідок чого не втрачається або підвищується сила затиску пруткового матеріалу і забезпечується надійність роботи шпиндельного вузла верстата при високошвидкісній обробці деталей. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де зображено на: фіг. 1 - повздовжній переріз запропонованого шпиндельного вузла; 1 UA 114781 U 5 10 15 20 25 фіг. 2 - поперечний переріз А-А в місці розташування вхідних плунжерів малого діаметра, фіг. 1. Шпиндельний вузол містить привод головного руху, що складається з шпинделя 1 (фіг. 1) на опорах 2 і 3, які сприймають радіальне та осьове навантаження. На шпинделі 1 розташований ротор 4 головного руху, а в корпусі 5 шпиндельної бабки верстата статор 6, між якими при подачі електричного струму виникає електромагнітне поле. Поза задньою опорою 3 шпинделя 1 встановлений гідроциліндр 7, в корпусі якого виконана замкнена гідравлічна система з порожнинами "а", "b", "с". Корпус гідроциліндра 7 жорстко зв'язаний із шпинделем 1 за допомогою шпонки 8, завдяки якої обертається разом із шпинделем 1. В корпусі гідроциліндра 7 перпендикулярно до осі шпинделя 1 і рівномірно по колу (фіг. 2) виконані глухі отвори, в яких розташовані вхідні плунжери 9 малого діаметра d 1 з центром мас mП (фіг. 1) на відстані-радіусі R від осі шпинделя 1. З однієї сторони плунжерів 9 знаходяться порожнини "а" із заглушками-пробками 10, а з другої - пружини 11. Всередині корпусу гідроциліндра 7 співвісно зі шпинделем 1 розміщений вихідний плунжер 12 з зовнішнім діаметром D і внутрішнім d 2 з ущільненням 13 і 14, до якого притягнута гайка 15, розташована на затискній трубі 16 із згвинченою з нею затискною цангою 17, яка по зовнішньому конусу взаємодіє із шпинделем 1, а по внутрішній циліндричній поверхні губок з центром мас mЦ на відстані-радіусу RЦ з прутком 18. Від повороту відносно шпинделя 1 цанга утримується штифтом-шпонкою 19. До корпуса 7 кріпиться кришка 20, а між нею і плунжером 12 розміщена пружина 21. Шпиндельний вузол працює наступним чином. При нерухомому шпинделі 1 (фіг. 1) і напіврозтиснутій цанзі 17 за рахунок дії пружин 14, які натискають на вхідні плунжери 9 малого діаметра довгомірний пруток 18 (або штучна циліндрична заготовка) знаходиться в отворі цанги 17 (або вводиться в її отвір). При подачі струму на обмотку статора 6 виникає електромагнітне поле, яке взаємодіє з обмотками ротора 4, зв'язаного жорстко із шпинделем 1. Виникає крутний момент, який обертає ротор 4 і шпиндель 1. При цьому на плунжери 9 діє відцентрова сила FC2  mп 2 R , 30 яка пропорційна квадрату кутової швидкості системі p 4 FC2 d12  2 і створює тиск в замкненій гідравлічній . Завдяки тиску p , який однаковий у всіх порожнинах "а", "b", "с" на вихідний плунжер 12 діє осьова сила затиску Fa1  p  35  D 2  d 22  4   2 FC2 D 2  d 2 2 1 . d Ця сила компенсує відцентрову силу FC1  mц 2 Rц і забезпечує радіальну силу затиску Fr2 , необхідну при високошвидкісній обробці деталей. 40 45 Необхідна працездатність шпиндельного вузла і можливість надійного затиску-розтиску прутка 18 залежить від правильного підбору конструктивних параметрів плунжерів 9 і 12. Такий шпиндельний вузол доцільно використовувати в токарних автоматах і верстатах з ЧПК, побудованих на модульному принципі з окремим гідравлічним відцентровим модулем приводу. Джерела інформації: 1. Кузнецов Ю.Н., Дмитриев Д.Α., Диневич Г.Е. Компоновка станков с механізмами паралельной структуры (под. Ред. Ю.Н. Кузнецов. - Херсон: ПП Вишемирський, 2010. - 417 с. (рис. 7.17, стр. 399-401). 2. Патент України на корисну модель № 80481. Шпиндельний вузол верстата МПК В23В 19/00, В23В 17/00, заявл. 10.01.2013 р., опубл. 27.05.2013 р., Бюл. № 10. 3. Патент України на корисну модель № 79495. Шпиндельний вузол верстата МПК В23В 19/00, В23В 17/00, B23Q 3/00 заявл. 15.10.2012р., опубл. 25.04.2013р., Бюл. №10. 50 2 UA 114781 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Шпиндельний вузол верстата, що містить привод головного руху шпинделя, розташований всередині з можливістю передачі крутного моменту за допомогою електромагнітного поля, цанговий затискний патрон, замкнену гідравлічну систему, яка утворена між вхідними плунжерами малого діаметра і вихідним співвісно розташованим відносно шпинделя плунжером або плунжерами більшого діаметра з можливістю передачі переміщення і зусилля на цанговий затискний патрон, який відрізняється тим, що вхідні плунжери малого діаметра розташовані рівномірно по колу в корпусі гідроциліндра, що жорстко зв'язаний із шпинделем, а їх осі перпендикулярні осі шпинделя. 3 UA 114781 U Комп’ютерна верстка О. Рябко 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 4