Электрошпиндель

 

Изобретение относится к высокоскоростным шпинпельным узлам металлорежущих станков и может быть использовано для одновременной механической обработки близкорасположенных отверстий малого диаметра. Цель изобретея - повышение надежности за счет устранения сложной внешней системы авто матического регулирования осевого зазора и распшрение технологичес15их воз можностей за счет возможности использования s многошпиндельных станках с мальш шагом расположения обрабатьгоаемых отверстий. В электрошпинделе в качестве опорного узла вала злектрошпинделя.применена конусная газомагнитная опора. При этом вал электрошпинделя одновременно является ротором электродвигателя и шипом газомагнитной опоры, причем на конусной поверхности вала нанесены продольные микроканавки. Корпус электрошпинделя выполнен за одно целое со статором электродвигателя так, что наружная цилиндрическая поверхность спинки статора является в то же время наружной поверхностью корпуса электрошпинделя . Статор электродвигателя выполнен наборным из шихтованных трапециевидных полюсных магнитопроводов с полюсными катушкйми, которые расположены со стороны большего основания трапеции. При этом полюсные магнитопроводы могут быть двух длин и при сборке располагаться в шахматном порядке. Со стороны полюсных катушек на магнитопроводы напрессован шихтованный цилиндрический стакан, служащий спинкой статора, а с противоположной стороны полюсные магнитопроводы фиксируются цилиндрической немагнитной втулкой. 1 з.п. ф-лы, 3 ил о с s (Л С 4 Ю оэ Од ел со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51)4 В 24 В 41 04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н д ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4141534/25-08 (22) 03. 11. 86 (46) 15.09.88. Бюл. 9 34 (7,2) И.Г.Кисель, М.Д.Стретович, А.Г.Шнайдер и В.Ç.Шнайдер (53) 621.941(088.8) (56) Автоматические линии и металлорежущие станки. ЭИ ВИНИТИ, N. 1981, У 22, с. 12, рис. 1. (54) ЭЛЕКТРОШПИНДЕЛЬ (57) Изобретение относится к высокоскоростным шпинпельным узлам металлорежущих станков и может быть использовано для одновременной механической обработки блиэкорасположенных отверсб тий малого диаметра. Цель изобрете„ния -повышение надежности за счет устранения сложной внешней системы авто матического регулирования осевого за, зора и расширение технологических воз-. можностей засчет возможностииспользования в многошпиндельных станках с малым шагом расположения обрабатываемых отверстий. В электрошпинделе в качестве опорного узла вала электрошпинделя применена конусная газомаг„„Я0„„1423359 А 1

Ф нитная опора. При этом вал электрошпинделя одновременно является ротором электродвигателя и "шипом" газомагнитной опоры, причем на конусной поверхности вала нанесены продольные микроканавки. Корпус электрошпинделя выполнен за одно целое со статором электродвигателя так, что наружная цилиндрическая поверхность "спинки" статора является в то же время наружной поверхностью корпуса электрошпинделя. Статор электродвигателя выполнен наборным из шихтованных трапециевидных полюсных магнитопроводов с полюсными катушками, которые расположены со стороны большего осно- д вания трапеции. При этом полюсные магнитопроводы могут быть двух длин и при сборке располагаться в шахматном порядке. Со стороны полюсных катушек на магнитопроводы иапрессован шихтованный цилиндрический стакан, 2 служащий "спинкой" статора, а с противоположной стороны полюсные магнитолроводы фиксируются цилиндрической немагнитной втулкой. 1 s.ï. Ь-лы, Ю

3 ил. („ (423359

Изобретение относится к высокоско( ростным шпиндельным узлам металлорежущих станков и может быть использовано в многошпиндельяых агрегатных, ь сверлильных, фрезерных, расточных и шлифовальных станках с малым шагом расположения шпиядельных узлов для одновременной механической обработки блиэкорасположенных отверстий Малого диаметра.

Цель изобретения — повышение на дежности эа счет устранения сложной внешней системы автоматического регулирования осевого "àçîðà, отказа от специальной системы охлаждения электродвигателя, упрошеяия конструкции ! и технологии изготовления электрошпинделя, облегчения условий экснлуа1 тации и ремонта узла а также расши рениее технологических возможностей за счет значительного уменьшения на-! ружяого диаметра электрошлинделя при неизменной мощности что позволит нс пользовать его в многошпиядельяых ! станках с малым шагом расположения

,шпинделей для одновременной механи-!

Ф чп-..скОЙ обрабОтки близкорасположеяяых отверстий малого диаметра.

На Фиг-. 1 изображен электрошпия30 дель, общий вид," на фиг. 2 — разрез

А е на фига 1 на фигъ 3 — разрез Б-с яа сдвиг.

Электрошпиндель cодержнт вал являющийся одновременно ротором электродвигателя, фланец 2 с аварийным

45, подшипником "- с.-::-.Опьжеи я и статор электродвигателя представляющий собой набор из полюсяых трапециевидных, шихтованяых магнитопровадов 4 с по".

40 люсными катушками 5, расположенными со стороны основания грапеции. При этом полюсяые магнитопроводы 4 aoryI быть выполнены двух длин и при с6орКР располагаться в шахматном порядке. ,4 5

Это дает возможность варьировать гeo- метрическими разы рами мало"..B6àII;Hòí:-;-ro электрошпинделя (нару-.кяым диамет= ром и длиной) в зависимости or требований реальной конструкции. Так, если к конструкции малогабаритного электрошпинделя не предъявлчется жестких требований к наружному диаметру его верхней части (на уровне расположения полюсных катушек 5), то за счет увеличения на i0-15 мм диаметра этой 55 части электрошпинделя нолюсные катушки 5 можно разместить на магнитопроводах 4 одинаковой длйны, Если к конструкцяи малогабаритного электрошпинделя предъявляются жесткие требования по наружному диаметру, но допускается увеличение общей длины электрошпянделя, то магнитопроводы 4 также будут одной длины, а полюсные катушки 5, в таком случае, будут вытянуты вдоль продольной оси электрошпинделя. Наконец, если к конструкции узла предъявляются жесткие требования как к наружному диаметру, так и по общей длине электрошпинделя, то магнитопроводы 4 выполняются двух длин и при сборке располагаются в шахматном порядке, причем полюсные катушки 5 яа магнитопроводах 4 также располагаются в шахматном порядке.

1на полюсные магяитопроводы 4 яа"прессована цилиндрическая втулка 6 из немагяитяого металла. Со стороныполюсяых катушек S намагнитопроводы 4 наНрессоааН.шихтованяый стакан 7, являющийся "спинкой" còàòopÿ. Ширина h магяятопроводов 4 (фяг. 2) и их высота L выбраны так, что после установ" ки втулки 6 между магнитопроводами образуется механический контакт, обес печивающий жесткость всего магяито" провода статора., Оставшиеся воздуш" яые промежутки между полюсными магии †. топроводами 4 и немагяитной втулкой -.

6 заполняются компаундом 8 с образо" ванием на конусной поверхности магни-топровода 4 немагяитнаго слоя 9. Такая конструкция статора позволяет использовать его непосредственно в качестве корпуса малогабаритного электрошпинделя„ а применение терми-чески обработанного немагнитного сплава обеспечивает стабильность ра"-, мера наружного диаметра, служащего установочной базой при креплении электрошпинделя на станке.

После проточки пемагнитного слоя до величины 0,2-0,3 мм и растачивания IIQBBpxE!ocTH В HR 1 5-2 мм для удаления механического контакта между магнитопроводами 4 на поверхности В нарезается резьба под штуцер 10. Через штуцер 10„ канал 11 и кольцевую расточк) 12 газ, испОльзjBMbRR в качестве смазочного слоя, подается под давлением в зазор между валом 1 и не" магнитным слоем 9. Отвод газа из ра" бочего зазора газомагнитной опоры

1423359 осуществляется через отверстия 13 во втулках Ь и 14. Винты 15 крепят фланец 2 и аварийный подшипник 3 скольжения к втулке 14.

Злектрошпиндель работает следую5 щим образом. о

После подвода газовой смазки в рабочий зазор между валом 1 и полюсными магнитопроводами 4 и подачи напря- 10 жения на обмотки полюсных катушек 5 вал 1 (ротор электродвигателя) начинает вращаться. Осевая и радиальная стабилизация вала 1 осуществляется взаимодействием осевой и радиальной составляющих подъемной силы слоя газовой смазки и электромагнитных сил притяжения ротора электродвигателя (вала 1) к полюсным магнитопроводам 4.

Устойчивость газомагнитного подве- 2 са вала 1 обеспечивается разделением по величине магнитного зазора на воздушный и немагнитный 9 слои. Оптимальный магнитный зазор в газомагнитной опоре между валом 1 (ротором 25 электродвигателя) и полюсными магнитопроводами 4 статора величиной

0,25-0,35 мм складывается из немагнитного слоя 9 толщиной 0,2-0,3 мм и воздушного зазора в газовом подшип- ЗО нике величиной 0,02-0,03 мм.

Применение газомагнитнэй опоры в малогабаритном электрошпинделе позволяет получить только один рабочий зазор между ротором и статором электродвигателя, который одновременно является зазором в газомагнитном .подшипнике. Зазор между валом 1 и аварийным подшипником 3. скольжения можно не принимать во внимание, так как он выполняется равным 1-2 мм, что почти на два порядка превышает величину оптимального зазора в газовых подшипниках и поэтому не накладывает жестких ограничений на изгоДЯ товление узла, Наличие только одного рабочего зазора позволяет резко упростить и удешевить изготовление и сборку деталей малогабаритного электрошпинделя, а также упростить обслуживание и ремонт узла при его эксплуатации, снизить их трудоемкость.

Применение газомагнитной опоры в малогабаритном электрошпинделе позволяет отказаться от специальной системы охлаждения электродвигателя, так как газ, подаваемый под давлением в зазор газомагнитной опоры, являющийся в то же время зазором между ротором и статором электродвигателя, одновременно с образованием несущего газового слоя охлаждает электродвигатель. Кроме того, подача газа в зазор газомагнитной опоры производится по каналам в магнитопроводе статора, что также способствует его охлаждению.

Выполнение магнитопровода статора с разнесенными по длине полюсами и обмоткой позволяют уменьшить габаритные размеры электрошпинделя, в частности наружный диаметр, с ЬО-100 до 30-42 мм. Зто позволяет использовать данную конструкцию в многошпиндельных станках с малым шагом распо-. ложения шпинделей для одновременной механической обработки близкорасположенцых отверстий малого диаметра.

Не менее важным достоинством конструкции электрошпинделя является адаптивность газомагнитного подвеса к изменениям внешней нагрузки на вал.

При увеличении (уменьшении) нагрузки на вал увеличивается (уменьшается) ток, потребляемый статором, и, как следствие, увеличивается (уменьшается) радиальная и осевая составляющие электромагнитных сил притяжения ротора к статору, что приводит к уменьшению (увелнчению) зазора между ротором и статором. Уменьшение (увеличение) зазора между ротором и статором приводит к увеличению (уменьшению) несущей способности и жесткости слоя газовой смазки, которые компенсируют изменение внешней нагрузки на вал. Это свойство газомагнитной опоры обеспечивает повышение надежности работы малогабаритного электрошпинделя и позволяет отказаться от сложной внешней системы автоматического регулирования осевого зазора, свойственной магнитным опорам.

Формула изобретения

1. Злектрошпиндель, содержащий статор и ротор в газомагнитной опоре, отличающийся тем, что, с целью повьппения надежности, статор электродвигателя выполнен наборным из трапециевидных шихтованных полюсных магнитопроводов с полюснымн катушками, причем на внутреннюю коническую расточку статора нанесен слой немагнитного неэлектропроводного матушек расположены внутри шихтованного стакана, являющегося замыкающей частью магнитопровода статора.

2. Электрошпиндель по и. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей, катушки двух смежных магнитопроводов статора смещены в осевом направлении на расстояние, соот= ветствующее осевому размеру катушки.

1423359 териала; в теле статора выполнены кана лы для подвода rasa в рабочий зазор га зомагнитной опоры, совмещенный с р бо"-шм зазором электродвигателя, р тор электродвигателя выполнен в зи-де усеченного конуса, большим основан. м совпадающего с одним краем статс а, а полюсные катушки смещень! вд ль продольной оси злектрошпинделя

10 в торону второго края статора, а полю ные магннтопроводы со стороны каа

1423359

А-А

Составитель А.Семенова

Техред Л.Сердюкова Корректор 0,)(равцова

Редактор М.Келемеш

Тираж 678 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий.

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 4475/18

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4