Шпиндельний вузол верстата

Реферат: Шпиндельний вузол верстата містить привод головного руху шпинделя, гвинтову передачу і цанговий затискний патрон для ріжучого інструменту або заготовки. При цьому гайка гвинтової передачі з одного боку зв'язана з ротором електромеханічної системи, а з другого боку через тіло кочення з вхідними плунжерами малого діаметра, розташованими в нерухомій конусній розподільчій втулці, що передають зусилля на підпружинену рухому конусну втулку цангового затискного патрона. UA 79495 U (12) UA 79495 U UA 79495 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі верстатобудування і може бути використана в металорізальних верстатах для затиску і обертання ріжучого інструменту або заготовки 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 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 інструменту або заготовки. До недоліків найближчого аналога 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 затиску-розтиску 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 системи 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, що обертає гайку і переміщує її в повздовжньому напрямку, досягається автоматичне регулювання циклу затискрозтиск 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 досягти технічного результату - розширення технологічних 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; фіг. 3 - фрагмент розташування плунжера малого діаметра в конусній розподільчій втулці, фіг. 1; фіг. 4 - переріз А-А з розташуванням плунжерів більшого діаметра, фіг. 1; фіг. 5 - переріз Б-Б з отворами в конусній розподільчій втулці і шпинделі, фіг. 1; фіг. 6 - переріз В-В з варіантом виконання отворів в конусній розподільчій втулці і одним центральним отвором вздовж осі шпинделя, фіг. 3; фіг. 7 - розрахункова схема передачі крутного моменту на гайку гвинтової передачі; фіг. 8 - розрахункова схема передачі зусилля від вхідного плунжера малого діаметра до вихідного плунжера більшого діаметра через рідинне середовище. 1 UA 79495 U 5 10 15 20 25 Шпиндельний вузол містить привод головного руху, що складається з шпинделя 1 (фіг. 1) на опорах 2 у вигляді радіально-упорних шарикопідшипників. На шпинделі розташований ротор 3 головного руху, а в корпусі 4 статор 5, між якими при подачі електричного струму виникає електромагнітне поле. Поза задньою опорою шпинделя 1 на різьбі розташована гайка 6 гвинтової передачі, яка з одного боку зв'язана з ротором 7 електромеханічної системи, а з другого боку через тіло кочення - упорний шарикопідшипник 8 з вхідними плунжерами 9 (фіг. 1, 3) малого діаметра d , розташованими співвісно в нерухомій конусній розподільчій втулці 10, натягнутій на конус шпинделя 1 гайкою 11 (фіг. 1). В роторі через електромагнітне поле різного напрямку взаємодіє статор 12, розташований за задньою опорою 2 в конусі 4. В передній частині шпинделя 1 розташований цанговий затискний патрон для закріплення 13 (ріжучого інструменту, наприклад, кінцевої фрези, або заготовки). Цанговий затискний патрон складається з нерухомої затискної цанги 14, жорстко зв'язаної з шпинделем 1 за допомогою різьби, і рухомої конусної втулки 15, яка по торцю зв'язана з плунжерами 16 більшого діаметра D (фіг. 2). Між плунжерами 9 і 16 знаходиться з рідиною або гідропластом замкнена гідравлічна система, утворена отворами і заглушками на периферії і торці шпинделя 1 і конусної розподільчої втулки 10 (фіг. 5, 6). Для повернення конусної втулки 15 у вихідне положення при розтиску об'єкта 13 передбачені між упорним диском 18 і конусною втулкою 15. Зв'язок між плунжерами 9 і 16 можливий як через співвісні отвори в шпинделі 1 (фіг. 1, 5), так і через центральний отвір вздовж осі шпинделя 1 (фіг. 6). Шпиндельний вузол працює наступним чином. При подачі струму на обмотку статора 12 (фіг. 7) виникає електромагнітне поле, яке взаємодіє з обмотками ротора 7, зв'язаного жорстко з гайкою 6. Виникає крутний момент Mз , який обертає ротор 7 з гайкою 6, що переміщується вздовж шпинделя 1 по різьбі діаметром dp з кутом підйому  p (на фіг. 7 показаний). Крутний момент Mз викликає окружну силу Pокр  2 M , яка створює осьову силу Q , що діє через упорний підшипник 8 (фіг. 1) на співосно dp розташовані плунжери 9 і дорівнює   Q  Pокр  ctg p    30   2 M  ctg  p   , dp де  - кут тертя. В замкненій гідравлічній системі виникає тиск p , який дорівнює 4  Q (де z - кількість z  d2 плунжерів малого діаметра d ) і передається на вихідні плунжери 16 більшого діаметра D . Завдяки цьому виникає вихідна осьова сила S , яка дорівнює 35 S  z D2 p 4 і стає більше за вхідну силу Q , пропорційну квадрату відношення діаметрів, тобто 2 40 45 50 D S  Q  . d Наприклад, D  2d S  4Q , а якщо D  4d , то S  16Q і т. д. Після затиску струм подається на обмотку статора 5 (фіг. 1), виникає електромагнітне поле, що взаємодіє з обмоткою ротора 3 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 5, а розтиск об'єкта 13 при зміні полюсів на обмотці статора 12, що змушує ротор 7 і гайку 6 обертатися в зворотному напрямку, пересуваючи гайку 6 у вихідне положення і знімаючи тиск рідини в замкненій гідравлічній системі. За допомогою пружин 17 конуса втулка 15, плунжера 16 і 9 повертаються у вихідне положення. 2 UA 79495 U 5 10 15 20 Джерела інформації: 1. А. с. СССР 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). 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 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 інструменту 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 тіло кочення з вхідними плунжерами малого діаметра, розташованими співвісно в нерухомій конусній розподільчій втулці і створюючи в замкненій гідравлічній системі тиск рідини, який діє на співвісно розташовані вихідні плунжери більшого діаметра, що передають зусилля на підпружинену рухому конусну втулку цангового затискного патрона. 3 UA 79495 U 4 UA 79495 U 5 UA 79495 U 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 6