Шпиндель металлорежущего станка

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2 1) 20441 51 /08 (22) 16.07.74 (46) 07.04.88. Бюл. Ф 13 (71) Институт проблем надежности и долговечности машин AH БССР (72) Н.Т.Иинченя, Ю.В.Скорынин, В.М.Кошель и А.Н.Заболоцкий (53) 62-503.53(088.8) (56) Спришевский А.И. Подшипники качения. — И., 1969, с.457-465.

Авторское свидетельство СССР

Ф 132098, кл. В 24 В 41/04, 1966. (54) (57) 1. ШПИНДЕЛЬ ИЕТАЛЛОРЕЖУЦЕГО

СТАНКА, например, электрошпиндель, имеющий переднюю и заднюю опоры, выполненные из радиально-упорных шарикоподшипников,внутренние кольца которых жестко укреплены на валу шпинделя, наружное кольцо передней опо;ры жестко закреплено в корпусе, а наружное кольцо задней опоры выполнено плавающим и снабжено упругим элементом, создающим предварительный осевой натяг, о т л и ч а ю щ и й—

„„SU„„ t 386416 А 1 (51)4 В 23 Я 5/20, В 24 В 41/04 с я тем, что, с целью повышения долговечности и точности устройства, шпиндель снабжен датчиком радиального смещения вала, сравнивающим и выпрямляющим устройствами, самоустанавливающимся элементом и жестко закрепленным на заднем торце корпуса электромагнитным нагружающим устройством, выполненным в виде электромагнита, якорь которого посредством упругого и самоустанавливающегося элементов взаимодействует с наружным кольцом подшипника задней опоры,причем обмотка электромагнита через выпрямляющее и сравнивающее устройство связана с датчиком радиального смещения, установленным концентрично с валом в крышке передней опоры.

2. Шпиндель по п.1, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью осуществления контроля величины осевого натяга, он снабжен дополнительным индуктивным датчиком, установленным соосно с валом шпинделя внутри упругого элемента.

1386416

Изобретение относится к станкостроению и может быть использовано в прецизионных шлифовальных станках.

Известны электрошпиндели, содержащие корпус с обмоткой статора,вал5 ротор, радиально-упорные шарикоподшипники в левой и правой опорах, жесткие или упругие элементы для создания предварительного осевого Hdтяга, устанавливаемые в корпусе электрошпинделя f13.

Жесткость радиально-упорных шарикоподшипников электрошпинделя оказывает определяющее влияние на качество обрабатываемой детали, так как от жесткости подшипников зависит уровень вибрации шпинделя, величина упругих деформаций системы станок — приспособление — инструмент, точность вра- g0 щения вала-ротора электрошпинделя.

Она определяется величиной предварительного осевого натяга; который в известных конструкциях осуществляется с помощью жестких или упругих эле-25 ментов, устанавливаемых в корпусе электрошпинделя.

Недостатки указанных электрошпинделей заключаются в том, что регулировка осевого предварительного на- З0 тяга и контроль его величины по мере износа радиально-упорных шарикоподшипников, а также автоматическая регулировка его в зависимости от режимов обработки в известных электрошпинделях отсутствует °

Известен также электрошпиндель, имеющий корпус, в котором расположен статор электродвигателя, вал, несущий шлифовальный круг, ротор и вен40 тилятор, переднюю и заднюю опоры, выполненные из подшипников качения. Посадочные места для внутренних колец передней и средней опор выполнены одинакового диаметра, большего, чем диаметр части вала между ними. В корпусе помещен подпружиненный подвижный упор, создающий натяг в задней опоре, внутреннее кольцо которой жестко закреплено на валу, а наружное кольцо выполнено плавающим f23. 50

Недостатки известного электрошпинделя в том, что невозможно контролировать величину предварительного осевого натяга,в процессе эксплуатации и исключается возможность 55 диагностики точной поднастройки электрошлинделя. Устанавливаемая величина предварительного осевого натяга рассчитывается на усредненные режимы работы электрошпинделя и не регулируется в процессе работы в зависимости от режимов резания. Хроме того, недостатками являются завышенная величина предварительного осевого натяга (с учетом спектра жестких режимов работы), его неуправляемое изменение в зависимости от температурного режима работы подшипников и износа их элементов. При этом увеличение температуры подшипника в зависимости от режимов и продолжительности работы приводит к увеличению натяга, а это ускоряет износ, т.е. уменьшает долговечность электрошпинделя.

Цель изобретения — повышение долговечности и точности вращения валаротора электрошпинделя и обеспечение контролируемого предварительного натяга.

Указанная цель достигается тем что в электрошпинделе, имеющем корпус с обмоткой статора, вал-ротор, несущий шлифовальный круг, жестко насаженные на него внутренние кольца шарикоподшипников передней и задней опоры, наружные. кольца задней опоры выполнены плавающими, а передней — жестко закреплены в корпусе, начальный оптимальный предварительный осевой натяг создают с помощью: регулировочного винта, передающего усилие через промежуточные элементы в виде цилиндрической спиральной пружины, якоря электромагнита и цилиндрической прорезной пружины, снабженной встроенным внутрь ее индуктивным датчиком, соединенным с усилителем и указателем, предназначенными для преобразования величины усилия в электрический. сигнал и для его контроля, через шарик и стакан на наружное кольцо шарикоподшипника, причем для осуществления более плавной регулировки оптимального предварительного натяга цилиндрическая спиральная пружина имеет жесткость,значительно меньшую, чем прорезная, ав= томатическое регулирование предварительного осевого натяга в зависимости от величины упругих перемещений вала-ротора электрошпинделя относительно корпуса осуществлено посредством установки бесконтактного индуктивного датчика у передней опоры со стороны шлифовального круга, соединенного с электронной схемой, 1386416 предназначенной для преобразования величины радиального смещения валаротора в электрический сигнал, управляющий усилием электромагнита.

Этим обеспечивается оптимальная величина натяга для различных режимов резания, которая обуславливает заданную точность обработки деталей на этих режимах. Система автоматиче- 10 ской регулировки исключает влияние на жесткость подшипников износа их элементов и температурных деформаций шпиндельного узла.

На чертеже показана конструкция электрошпинделя.

Электрошпиндель включает корпус

1, в котором закреплена обмотка статора 2, вал-ротор 3, несущий шлифовальный круг 4 и жестко насаженные на него внутренние кольца шарикоподшипников 5 и 6, наружное кольцо 7 установлено в корпус 1 плавающими, кольцо 8 жестко укреплено в корпусе °

Торец кольца 7 опирается на стакан

9, который установлен в корпус 1 также с гарантированным зазором.На оси

;стакана 9 закреплен шарик 10, воспринимающий осевую нагрузку {предварительный натяг) от электромагнитного нагружающего устройства 11, которое посредством удлиненного фланца 12 жестко закреплено на торце корпуса

1 концентрично со стаканом 9.

Электромагнитное нагружающее устройство 11 включает удлиненный фла35 нец 12, с которым жестко соединен электромагнит 13 с якорем 14 имеющим возможность перемещаться в осевом направлении жестко закрепленную соосЭ

40 но с ним цилиндр иче с кую прорез ную пружину 15 с плоским закаленным торцом 16, передающим усилие через шарик 10 на стакан 9, а от него — на наружное кольцо 7, индуктивный дат45 чик 17, жестко закрепленный внутри прорезной пружины 15 и соединенный с усилителем 18 и указателем 19 величины осевого усилия, которые преобразуют осевое усилие в электрический сигнал, пружину 20 меньшей жест-50 кости, чем цилиндрическая прорезная пружина 15, втулку 21 с шариком 22, имеющую возможность перемещаться внутри якоря 14 электромагнита под воздействием регулировочного винта 55

23, предназначенного для установки начального предварительного осевого натяга, и помещенного в резьбе 24 крьппки 25, жестко соединенной с удлиненным фланцем 12.

Со стороны шлифовального круга

4 концентрично с валом-ротором 3 закреплена крышка 26, в которую встроен бесконтактный индуктивный датчик 27, соединенный с электронным устройством, включающим усилитель

28, сравнивающее устройство 29, задающее устройство 30, усилитель 31 мощности, выпрямляющее устройство

32, которое соединено с обмоткой 33 электромагнита 13, управляющего величинЬй предварительного осевого натяга в зависимости от радиального смещения вала-ротора 3.

Электрошпиндель работает следую. щим образом.

Путем перемещения винта 23, который воздействует через шарик 22, втулку 21, пружину 20, якорь 14 электромагнита, цилиндрическую прорезную пружину 15, шарик 10 и стакан 9 на наружное кольцо 7 шарикоподшипника, создают оптимальную для данного типа шарикоподшипников величину предварительного осевого натяга, для контроля величины которого служат индуктивный датчик 17, встроенный в цилиндрическую прорезную пружину 15, и электронное устройство, включающее усилитель 18 с указателем 19. Под воздействием этого натяга цилиндрическая прорезная пружина 15 сжима ется. Деформация этой пружины с помощью индуктивного датчика 17, встроенного в нее, преобразуется в элек— трический сигнал, усиливаемый с помощью усилителя 18 и.регистрируемый с помощью указателя 19, шкала кото,рого протарирована в килограмм-силах.

При вращении вала-ротора 3 бесконтактный индуктивный датчик 27, встроенный в крьппку 26, преобразует его радиальные смещения под воздействием сил в электрический сигнал, который подают на усилитель 28, от него на сравнивающее устройство 29. На выходе сравнивающего устройства 29 устанавливают нулевой сигнал, который соответствует режиму работы, при котором точность вращения вала-ротора электрошпинделя находится в требуемых пределах и точность обрабатываемых деталей наивысшая. При смещениях вала-ротора электрошпинделя от

13864 16

10 долговечность при сохранении точности вращения.

Составитель Т. Юдакина

TexÐeÀ Л.Сердюкова Корректор Л. Пилипенко

Редактор В.Петраш

Заказ 1457/19 Тираж 921 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб. ° д. 4/S

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. ПроевT«зя, 4 нулевой настройки при износе шарикоиодшипников и в зависимости от режимов обработки возникает сигнал рассогласования, который со сравнивающего устройства 29 поступает на усилитель 31, откуда усиленный на несущей частоте до требуемой мощности сигнал подается на выпрямляющее устройство 32, на выходе которого включена обмотка 33 электромагнита 13. В зависимости от величины сигнала рассогласования, а она зависит от величины радиального смещения вала-ротора электрошпинделя элекУ 15 тромагнит 13 с большим .или меньшим усилием притягивает якорь 14, который передает усилие на цилиндрическую прорезную пружину 15, деформация которой преобразуется с помощью индуктивного датчика 17 и усилителя 18 в электрический сигнал, контролируемый с помощью указателя 19. От пружины

15 усилие передается через шарик 10 и стакан 9 на наружное кольцо подшипника 7.

Изобретение позволяет автоматически поддерживать точность вращения вала-роТора электрошпинделя при износе шарикоподшипников и колебаниях радиальной составляющей нагрузки при различных режимах резания, что дает возможность значительно повысить