Шпиндельный узел сверлильного станка

 

ШПИНДЕЛБНЫЙ УЗЕЛ СВЕРЛИЛБНОГО СТАНКА, в корпусе которого размещен шпиндель, имеющий на одном участке винтовую нарезку, а на другом - щпоночные пазы, зубчатое колесо со ступицей , установленное на участке шпинделя с винтовой нарезкой, и зубчатое колесо, установленное на участке шпинделя со шпоночными пазами, кинематически связанное с предохранительной муфтой, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и надежности узла, последний снабжен установленной с возможностью взаимодействия с винтовой нарезкой шпинделя гайкой, выполненной в виде двух частей со шпоночными выступами, размещенными в шпоночных пазах, которые вы.полнены в ступице, подпружиненными клиньями, установленными в шпоночных пазах с возможностью перемещения вдоль оси шпинделя, и связанным с корпусом резьбовым элементом , расположенным с возможностью взаимодействия с винтовой нарезкой шпинделя , причем наружная поверхность шпоночных выступов гайки выполнена наклонной для взаимодействия с клиньями.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3498097/25-08 (22) 04.10.82 (46) 23.05.84. Бюл. № 19 (72) С. Б. Гавриленко и В. В. Вашковец (53) 621.9.112-229.29 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 914233, кл. В 23 В 47/24, 1980 (прототип) . (54) (57) ШПИНДЕЛЬНЫИ" УЗЕЛ СВЕРЛИЛЬНОГО СТАНКА, в корпусе которого размещен шпиндель, имеющий на одном участке винтовую нарезку, а на другом— шпоночные пазы, зубчатое колесо со ступицей, установленное на участке шпинделя с винтовой нарезкой, и зубчатое колесо, установленное на участке шпинделя со шпоночными пазами, кинематически связанное

„„SU„.1093427 дц В 23 В 47/24//В 23 В 47/00 с предохранительной муфтой, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и надежности узла, последний снабжен установленной с возможностью взаимодействия с винтовой нарезкой шпинделя гайкой, выполненной в виде двух частей со шпоночными выступами, размещенными в шпоночных пазах, которые выполнены в ступице, подпружиненными клиньями, установленными в шпоночных пазах с возможностью перемещения вдоль оси шпинделя, и связанным с корпусом резьбовым элементом, расположенным с возможностью взаимодействия с винтовой нарезкой шпинделя, причем наружная поверхность шпоночных выступов гайки выполнена наклонной для взаимодействия с клиньями.

1093427

Изобретение относится к обработке металлов резанием, в частности касается устройств, предназначенных для предохранения инструмента от поломок, и может быть использовано как для сверления, так и для нарезания резьбы.

Известен шпиндельный узел сверлильного станка, в корпусе которого размещен шпиндель, имеющий на одном участке винтовую нарезку, а на другом шпоночные пазы, зубчатое колесо со ступицей, установленное на участке шпинделя с винтовой нарезкой, и зубчатое колесо, установленное на участке шпинделя со шпоночными пазами, кинематически связанное с предохранительной муфтой (!) .

Недостатками известного узла являются его низкие производительность и надежность из-за отсутствия автоматического регулирования подачи шпинделя, а также из-за повышенных рабочих нагрузок в цепях вращения зубчатых колес.

Цель изобретения — повышение производительности и надежности узла.

Эта цель достигается тем, что шпиндельный узел сверлильного станка, в корпусе которого размещен шпиндель, имеющий на одном участке винтовую нарезку, а на другом — шпоночные пазы, зубчатое колесо со ступицей, установленное на участке шпинделя с винтовой нарезкой, и зубчатое колесо, установленное на участке шпинделя со шпоночными лазами, кинематически связанное с предохранительной муфтой, дополнительно снабжен установленной с возможностью взаимодействия с винтовой нарезкой шпинделя гайкой, выполненной в виде двух частей со шпоночными выступами, размещенными в шпоночных пазах, которые выполнены в ступице, подпружиненными клиньями, установленными в шпоночных пазах с возможностью перемещения вдоль оси шпинделя, и связанным с корпусом резьбовым элементом, расположенным с возможностью взаимодействия с винтовой нарезкой шпинделя, причем наружная поверхность шпоночных выступов гайки выполнена наклонной для взаимодействия с клиньями.

На фиг. 1 представлена кинематическая схема шпиндельного узла сверлильного станка; на фиг. 2 — гайка, разрез; на фиг. 3— разрез А-А на фиг. 2.

Шпиндельный узел сверлильного станка содержит шпиндель I, на наружной поверхности которого выполнены правая винтовая самотормозящаяся нарезка а и левые винтовые шпоночные лазы в, угол подъема которых меньше прямого угла на величину, превышающую угол трения, зубчатое колесо 2 со ступицей, установленное на винтовой нарезке а и зубчатое колесо 3, установленное на винтовых шпоночных пазах в, при этом зубчатые колеса 2 и 3 установлены на подшипниках 4 в корпусе 5 станка. Зубча5 !

О

55

В корпусе 5 в осевом направлении размешен резьбовый элемент 32, который вводится в зацепление с винтовой нарезкой а винтом ЗЗ, установленным в корпусе 5, через пружину 34.

Гайка, выполненная из двух частей (не обозначена), установлена в ступице колеса 2, в которой имеются диаметрально противоположные шпоночные пазы 35, сопрягаемые со шпоночными выступами 36, выполненными на обеих частях 37 и 38 гайки, которые имеют винтовую нарезку, сопрягаемую с винтовой нарезкой а на шпинделе 1.

Симметрично расположенные части 37 и 38 гайки не создают радиальных нагрузок, изгибающих шпиндель l. Шпоночные выступы 36 имеют на наружной поверхности наклонные плоскости, сопрягаемые с клиньями 39, установленным в шпоночных пазах

35 с возможностью перемещения .вдоль оси шпинделя и подпружиненными в этом направлении набором тарельчатых пружин 40.

Угол клиньев 39 превышает угол трейия, при этом они образуют со шпоночными выступами 36 несамотормозящиеся клиновые пары, позволяющие обеим частям 37 и 38 гайки перемещаться в радиальном направлении. Профиль нарезки а на шпинделе 1 имеет угол, превышающий угол трения в натое колесо 3 входит в зацепление через шестерню 6, установленную на подшипниках 7 в корпусе 5, с шестерней 8, установ..енной на подшипниках 9 и жестко соединенной с корпусом 10 дисковой фрикционной муфты (не обозначена). С корпусом 10 подвижно в осевом направлении соединены фрикционные диски 11, между которыми установлены фрикционные диски 12, соединенные с шестерней 13, установленной в корпусе 5 на подшипниках 14. Шестерня 13 входит в зацепление через шестерню 15, установленную на подшипниках 16, с зубчатым колесом 2.

Число зубьев колес 3, 8, 13 и 2 выбирается таким, что передаточное отношение между зубчатым колесом 3 и зубчатым колесом 2 больше единицы. Шестерня 13 жестко соединена с водилом 17 двухскоростного планетарного редуктора (не обозначен), содержащего зубчатые венцы 18 и 19 поочередно, соединяемые с помощью рукоятки 20 через кулачковую муфту 21 с корпусом 5. Венцы 18 и 19 входят в зацепление через двухйенцовые сателлиты 22, установленные на подшипниках 23, с солнечной шестерней 24, соединенной с реверсивным двигателем 25.

Дисковая фрикционная муфта имеет толкатель 26, который через подшипник 27 соединен с винтом 28, установленным в корпусе 5, и тарельчатую пружину 29, установленную в корпусе 10, подпружинивающую диски 11.

На корпусе 10 фрикционной муфты установлен тормоз 30, замыкаемый винтом 31, установленным в корпусе 5.

-1093427

t13.ii (tikt4) ) П1

/ где п„п„пз, а частоты вращения шпинделя колесами

2 и 3 двигателя соответственно; шаг винтовых шпоночных пазов в и. шаг винтовой нарезки а; передаточные числа пар зубчатых колес 3 и 8, 2 и 13 и коробки скоростей соответственно; частота вращения дисков !1 относительно дисков 12. 1, 4

1„1„1р резке а, что обеспечивает создание от осевой силы на шпинделе 1 усилий, перемещающих обе части 37 и,38 гайки в радиальном направлении. При этом величина перемещений частей 37 и 38 — гайки определяется значениями осевой силы на шпинделе и силы сжатия пружин 40. Усилие на пружинах 40 создается вращением винта 41, установленного в ступице.

Шпиндельный узел работает следующим образом.

При высверливании отверстий в высокопрочных материалах устанавливается максимальное передаточное число планетарной коробки скоростей. Для этого рукояткой 20 через кулачковую муфту 21 зубчатый венец 19 соединяется с корпусом 5. Вращением винта 33 резьбовый элемент 32 выводится из зацепления с винтовой нарезкой а.

Вращением винта 41 сжимается набор тарельчатых пружин 40, усилие которых через клинья 39 вводит части 37 и 38 гайки в зацепление с нарезкой а, тем самым гайка настраивается на передачу необходимого осевого усилия.

Вращением винта 28 через подшипник 27 и толкатель 26 фрикционные диски 11 и 12 прижимаются друг к другу, дисковая фрикционная муфта настраивается на передачу определенного крутящего момента в зависимости от прочности материала и диаметра сверла, при этом тормоз 30 размыкается вращением винта 31.

При включении реверсивного двигателя

25 правое вращение передается через шестерню 24 и сателлиты 22 водилу 17 вместе с шестерней 13, с которой соединены фрикционные диски 12. За счет прижатия дисков

11 к дискам 12 и сил трения между ними вращение передается дискам 11 и корпусу

10 фрикционной муфты вместе с шестерней 8.

Далее правое вращение передается через промежуточную шестерню 6 зубчатому колесу 3 вместе со шпинделем 1. От шестерни 13 правое вращение передается через шестерню 15 зубчатому колесу 2 вместе с сомкнутой гайкой.

3а счет того, что передаточное отноше. ние между зубчатыми колесами 3 и 2 больше единицы, зубчатое колесо 3 вращается с большей частотой, чем колесо 2.

Разница в частотах вращения зубчатых колес 3 и 2, установленных на левых винтовых шпоночных пазах в и правой винтовой нарезке а соответственно, вызывает осевое перемещение и вращение шпинделя 1 относительно зубчатых колес 2 и 3. Кроме того, разница в частотах вращения колес 3 и 2 зависит от частоты проскальзывания дисков

ll относительно дисков 12, которое возникает под действием усилий резания, создающих крутящий момент на фрикционной муфте, превышающий, установленный с помощью

10 !

1

55 винта 28 момент трения. При этом частота вращения шпинделя 1 и подача на оборот определяются из выражений: из tz +op.t< Ф 12 (n - ь И) 1п 444+ tZ 1р.11 ° iZ (t<+tZ)

При отсутствии проскальзывания дисков 11 относительно дисков 12 разница в частотах вращения колес 3 и 2 максимальная, что обуславливает максимальные подачу на оборот и частоту вращения шпинделя l.

С максимальной подачей на оборот происходит быстрый подвод шпинделя 1 к обрабатываемому изделию. По мере врезания инструмента силы резания возрастают, увеличивая крутящий момент на колесе 3, который не может быть больше величины, оп- ределяемой заданным на фрйкционной муфте моментом трения. При достижении крутящим моментом на колесе 3 величины, определяемой моментом трения дисковой фрик-ционной муфты, в последней возникает проскальзывание дисков 11 относительно дисков 12, которое под действием сил резания приводит к уменьшению частоты вращения колеса 3 со шпинделем 1, что сокращает. разницу в частотах вращения колес 3 и 2 и приводит к уменьшению подачи на оборот шпинделя 1. Таким образом, в зависимости от устанавливаемой величины момента трения дисковой фрикционной муфты и величины изменяющихся сил резания происходят изменение частоты проскальзывания дисков 11 относительно дисков 12 и самоустановка величины подачи и частоты вращения шпинделя 1.

Влияние величины проскальзывания дисков 11 относительно дисков 12 на величину подачи на оборот и частоту вращения шпинделя 1 обуславливает зависимость между величиной подани на оборот и частотой вращения шпинделя -l.

S = tR(1 " .. ), г4. 1, ° i,p

1093427 где tz — шаг винтовой нарезки а;

n,, n> — частота вращения шпинделя 1 и двигателя 25 соответственно;

Cz,2 1, — передаточные числа пары колеса 2, шестерни 13 и редуктора.

При отсутствии проскальзывания дисков

11 относительно дисков 12 осуществляются максимальные подача на оборот и частота вращения шпинделя I. При уменьшении частоты вращения шпинделя 1 под действием сил резания происходит уменьшение подачи до нуля, при этом частоты вращения колес 2 и 3 одинаковы. Если же при подаче, равной нулю, крутящий момент от сил резания не уменьшается, что может возникнуть в условиях предшествующих заеданию, и происходит снижение частоты вращения шпинделя 1 меньше частоты вращения колеса 2, то автоматически устанавливается обратная подача, которая осуществляется до тех пор, пока частоты вращения шпинделя 1 и колеса 2 не сравняются, при этом исключается 20 заедание сверла.

Отвод шпинделя 1 осуществляется предварительным снижением усилия прижатия дисков 11 и 12 вращением винта 28 до прекращения прямой подачи, после чего вращением винта 31 включается тормоз 30, подтормаживающий корпус 10 фрикционной муфты и связанное с ним колесо 3 со шпинделем 1. Частота вращения шпинделя I становится меньше частоты вращения колеса 2, что приводит к осуществлению обратной подачи.

Самоустановка величины подачи и частоты вращения шпинделя 1 под действием сил резания и устранение заклинивания инструмента уменьшают рабочие нагрузки на станок. 35

Уменьшение усилий в целях вра щения колес 2 и 3 на шпинделе 1 также достигается выполнением винтовой нарезки а с углом наклона меньше угла трения. При этом усилия на колесах 2 и 3 снижаются на одина- 4 ковую величину, так как колесо 3 вращается с частотой, большей, чем колесо 2 и, являясь ведущим, передает сумму крутящих мо-ментов на вращение сверла и колеса 2.

Кроме этого, в предлагаемом станке при затуплении сверла и росте осевой силы боль-45 ше величины, установленной предварительным сжатием пружин 40, происходит выдавливание профилем нарезки а частей 37 и 38 гайки, что приводит к смещению несамотормозящихся клиньев 39 и дополнительному сжатию пружин 40. При этом обе части 37 и 38 гайки, выходят из зацепления с винтовой нарезкой а, предохраняя цепь вращения колеса 2 от перегрузок.

Уменьшение рабочих нагрузок в цепях вращения колес 2 и 3 и предохранение их от перегрузок позволяет сократить габариты и массу всех шестерен, валов и корпуса станка.

Подготовка станка к резьбонарезанию производится следующим образом. Рукояткой 20 переключения скоростей устанавливается требуемое передаточное число коробки скоростей, вращением винта 28 фрикционная дисковая муфта настраивается на передачу требуемого момента резания, . вращением винта 41 снимается нагрузка с пружин 40.

При включении реверсивного двигателя

25 правое вращение передается колесам 2 и 3 со шпинделем !. Вращением винта 33 резьбовый элемент 32 вводится в зацепление с винтовой нарезкой а, при этом шпиндель I с подачей на оборот, равный шагу нарезки а, перемещается к обрабатываемому отверстию, незаклиненные части 37 и 38 гайки выходят из зацепления с нарезкой а.

С подачей, равной шагу нарезки а, происходит врезание метчика. После врезания вращением винта 33 резьбовый элемент 32 выводится из зацепления с нарезкой а, и дальнейшее нареза ние резьбы происходит самозатягиванием метчика. Винтовые шпоночные пазы в при передаче крутящего момента создают осевую силу, компенсирующую осевую силу от сил трения в сопряжениях шпинделя 1, препятствующую самозатягиванию метчика и подрезанию витков резьбы. При обработке (глухих) отверстий и упоре метчика, а также заедании метчика происходит проскальзывание дисков 11 и 12 фрикционной муфты, предохраняющее станок от перегрузок максимальным моментом двигателя. Отвод шпинделя 1 и выкручивание метчика осуществляется при левом вращении двигателя 25.

Таким образом, использование предложенного шпиндельного узла сверлильного станка позволяет повысить его надежность и производительность обработки.

1093427

Фиг.7

1093427

Редактор С. Саенко

Заказ 3346/9

Составитель Г. Си ротовска я

Техред И. Верес Корректор А. Дзятко

Тираж 1037 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», r.. Ужгород, ул. Проектная, 4