Шпиндельный узел станка

 

Назначение: шпиндельный узел предназначен для использования в металлорежущих станках, оснащенных системами автоматической диагностики и адаптивного управления процессом обработки. Сущность изобретения: узел состоит из корпуса 1, в котором на гидростатических подшипниках 2 и 3 установлен шпиндель 4. Регуляторы расхода смазки через несущие карманы 5 и 6 образованы соплами 7 и за рн г .:/-..слонками , роль которых выполняют торцы пакетов пьезопластин, установленных в кольцевом корпусе 10. Пьезопластины 8, являющиеся датчиками нагрузки, синфазно подключены к входу устройства управления 11, а пьезопластины 9, выполняющие функции привода заслонки, - к его выходу. Устройство управления 11 состоит из программируемого логического блока 14, аналого-цйфрового .12 и цифроаналогового 13 преобразователей и усилителя 15. Кроме того, шпиндельный узел оснащен датчиками 16 и 17 частоты вращения шпинделя и температуры вытекающей смазки, которые. связаны с устройством управления 11. Последнее имеет выходные 18 и входные 19 каналы связи с дополнительными датчиками и приводами станка, например датчиком несоосностй или приводом подач. 1 ил. ел С

СОН33 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 23 В 19/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ flATEHTHOE

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4884092/08 (22) 20.10,90 (46) 23.02.93. Бюл. N 7 (71) Красноярский политехнический институт и Саратовский научно-исследовательский технологический институт (72).С.Н.Шатохин, С.А.Яроше нко и Д,Н.Твервской (54) ШПИНДЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ СТАНКА (57) Назначение: шпиндельный узел предназначен для использования в металлорежущих станках, оснащенных системами автоматической диагностики и адаптивного уп ра влен ия процессом обработки, Сущность изобретения: узел состоит из корпуса

1, в котором на гидростатических подшипниках 2 и 3 установлен шпиндель 4, Регуляторы расхода смазки через несущие карма fbi 5 и 6 образованы соплами 7 и заz

„„Я „„ l796343 А1 слонками; роль которых выполняют торцы пакетов пьезопластин, установленных в кольцевом корпусе 10. Пьезопластины 8, являющиеся датчиками нагрузки, синфазно подключены к входу устройства управления.

11, а пьезопластины 9, выполняющие функции привода заслонки, — к е-;о выходу, Устройство управления 11 состоит из программируемого логйческого блока 14, аналого-цифрового 12 и цифроаналогового

13 преобразователей и усилителя 15. Кроме того, шпиндельный узел оснащен датчиками 16 и 17 частоты вращения шпинделя и температуры вытекающей смазки, которые. связаны с устройством управления 11. Последнее имеет выходные 18 и входные 19 каналы связи с дополнительными датчиками и приводами станка, например датчиком несоосности или приводом подач. 1 ил, 1796343

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано, например, в металлорежущих станках, оснащенных системами автоматической диагностики и адаптивного управления процессом обработки.

Целью изобретенйя является уменьшение габаритов, улучшение динамических характеристик и расширение функциональных возможностей шпиндельного узла.

На чертеже показана схема шпиндельного узла, В корйусе 1 шпиндельного узла на гидростатических подшипниках 2 и 3 установлен шпиндель 4, Несущие радиальные 5 и осевые 6 карманы подшипников связаны с соплами 7 регуляторов расхода смазки, выполненных на торцах подшипников 2 и 3.

Заслонки регуляторов образованы торцами пакетов пьеэопластин 8 и 9, которые расположены соосно шпинделю 4 в кольцевом корпусе 10, состыкованном с торцем подшипника, на котором расположены сопла? регуляторов расхода смазки, Пьезопластины 8 синфазно г«одкл«оче««ь«к входу системы управления 11, а пьезопластины 9 — к его выходу. В состав системы управления 11 входит аналого-цифровой (АЦП) 12 и цифроаналоговый (ЦАП) 13 преобразователи; программируемый логический блок 14 и . усилитель 15. Кроме того, система управления 11 связана с датчиками 16 и 17 частоты враще««ия шпинделя и температуры смазки, вытекающей из подшипников, а также имеет каналы связи 18 и 19 с датчиками и приводами станка. Пьезопластины 8 выполня«от роль датчика нагрузки, который вырабатывает электрический сигнал обратной связи, пропорциональный давлению смазки в несущих карманах подшипника. Пьезоп. ластины 9 выполня«от функции привода заслонки регулятора.

При работе устройства смазка от источника давления Рн (не показан) подается в корпус 10 и через дросселирующий зазор между торцами сопл 7 и пьезопластин 8 поступает в радиальные 5 и осевые 6 несущие карманы гидростатических подшипников 2 и 3. Отклонение шпинделя 4 от центрального положения под действием приложенной нагрузки f приводит к изменению давлений в несущих карманах 5 подшипников и, следовательно, к изменению осевых усилий на пакеты пьезопластин 8 и

9. Электрический сигнал, вызваннь«й изменением усилил от пьезопластин 8, поступает в аналого-цифровой преобразователь 12, затем и программируемый логический блок

14, где в соответствии с заложенным алгоритмом вырабатывается цифровой управля«ощий сигнал, -который поступает в цифроаналоговый преобразователь 13 и далее на выход усилителя 15, Высокое напряжение с выхода последнего подается на пьезопластины 9, которые, изменяя свою толщину, изменяют дросселирующие зазоры регуляторов расхода смазки, В результа10 те расход смазки через оппоэитные пары радиальных 5 и осевых 6 карманов изменяется так, что шпиндель 4 смещается в направлении, обратном направлению действующей нагрузки, В зависимости от

15 заданного алгоритма логического блока 13 можно получить любую, в том числе нулевую и даже отрицательную, податливость на переднем конце шпинделя. В последнем случае можно компенсировать упругие

20 перемещения базовых элементов станка и получить нулевую технологическую податливость в зоне обработки, При изменении частоты вращения шпинделя его положение может измениться

25 из-за влияния гидродинамического эффекта, а также из-за падения давления в несущих карманах, вызванного нагревом смазки и уменьшением ее вязкости. Чтобы нейтрализовать действие этих факторов, програм30 ма работы логического блока предусматривает учет сигналов, поступающих от датчиков 16 и 17. В соответствии с заданным программой алгоритмов происходит соответствующая коррекция напряже35 ния, поступающего на пьезопластины 9, чтобы сохранить требуемое положение оси шпинделя.

Выходной канал связи 18 позволяет использовать информацию об изменении на"0 грузки на подшипники для циклового или адаптивного управления приводами подачи ипи приводом главного движения станка.

Входной канал связи 19 позволяет производить коррекцию положения оси шпинделя по сигналам других датчиков станка, чтобы, например, обеспечить соосность двух оппозитных шпинделей, параллельность шпинделя направляющим станка и др.

Предложенная компоновка шпиндель50 ного узла компактна и технологична, так как регуляторы расхода расположены в межопорном пространстве, которое обычно является свободным. При использовании пьезокерамики необходимая длина столба

55 пьзопластин будет соответствовать 40-70 мм, что затрудняет их радиальное расположение, использованное в аналоге, Непосредственная стыковка корпуса регуляторов с подшипником исключает использование большого числа соединительных трубопро1796343

Составитель С. Шатохин

Редактор С. Козлова ТехредМЛоргентал. Корректор Н. Милюкова

Заказ 615 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 водов, являющихся потенциальным источником загрязнений, увеличения обьема смазки в междроссельных полостях и накопления в местах изгибов пузырьков воздуха, что неизменно приводит к ухудшению надежности и динамического качества узла, Введение программируемого логического блока в систему управления значительно расширило функциональные возможности узла, так как позволяет реализовать достаточно сложные алгоритмы управления полоФормула изобретения

Ш пиндельный узел станка, содержащий шпиндель, установленный в гидростатических или аэростатических подшипниках с рабочими камерами, систему управления, состоящую из датчика положения шпинделя, преобразователей, логического блока, усилителя и регуляторов расхода смазки типа сопло-заслонка, активным элементом которых являются пакеты, синфазно соединенных пьезопластин, размещенных в корпусах и подключенных к входу и выходу системы управления, отличающийся тем, что, с целью уменьшения габаритов, жением шпинделя, учитывающие не только действие внешней нагрузки, но изменение частоты вращения, температуры смазки и др. Кроме того, возможен учет дополнительной информации от других датчиков

5 станка, а также использование данных об изменении нагрузки на подшипники шпиндельного узла для циклового или адаптивного управления привода подач станка, Все зто позволит повысить точность обработки

10 в1.5-2 раза и более. улучшения динамических характеристик и расширения функциональных возможностей узла, сопла регуляторов расхода смазки выполнены на торцах подшипников, пакеты пьезопластин расположены аксиально шпинделю в корпусах, выполненных кольцевыми и состыкованных с указанными торцами подшипников, и ри этом логический блок выполнен программируемым и связан с введенными датчиками температуры смазки и частоты вращения шпинделя, а также предназначен для связи с другими датчиками и приводами станка,