Электрошпиндель

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в прецизионных станках и для создания станков с управляемым натягом в опорах шпинделей. Электрошпиндель содержит корпус, статор с обмоткой, вал-ротор, переднюю и заднюю опоры вал-ротора с радиально-упорными шарикоподшипниками, жесткие и упругие элементы, предназначенные для создания предварительного осевого натяга. При этом обмотка статора смещена в осевом направлении относительно вал-ротора в сторону передней опоры последнего. Такое конструктивное исполнение повышает жесткость и долговечность устройства за счет обеспечения требуемого натяга радиально-упорных подшипников в процессе работы электрошпинделя. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к станкостроению, предназначено для использования в прецизионных станках и может быть использовано для создания станков с управляемым натягом в опорах шпинделей.

Известен электрошпиндель, содержащий корпус, статор с обмоткой, вал-ротор, переднюю и заднюю опоры вала-ротора с радиально-упорными шарикоподшипниками и узел предварительного осевого натяга подшипников [1]. Особенностью конструкции данного электрошпинделя является выполнение передней опоры в виде радиально-упорных шарикоподшипников с разными номинальными углами контакта тел качения. Недостатками данного электрошпинделя являются ограничения допустимых частот вращения (так как подшипники с разными номинальными углами контакта тел качения обладают разной предельной быстроходностью), а также отсутствие возможности регулирования натяга в процессе работы электрошпинделя.

Известен электрошпиндель, содержащий корпус, статор с обмоткой, вал-ротор, переднюю и заднюю опоры вала-ротора с радиально-упорными шарикоподшипниками и жесткие и упругие элементы, предназначенные для создания предварительного осевого натяга [2]. Данный электрошпиндель является наиболее близким к заявленному изобретению и принят в качестве прототипа.

Недостаток известного электрошпинделя состоит в том, что устанавливаемая величина осевого натяга рассчитывается на усредненные режимы работы электрошпинделя и не регулируется в процессе работы.

Техническим результатом изобретения является повышение жесткости и долговечности устройства за счет обеспечения требуемого натяга радиально-упорных шарикоподшипников в процессе работы электрошпинделя.

Указанный результат достигается тем, что в электрошпинделе, содержащем корпус, статор с обмоткой, вал-ротор, переднюю и заднюю опоры вала-ротора с радиально-упорными шарикоподшипниками и жесткие и упругие элементы, предназначенные для создания предварительного осевого натяга, обмотка статора смещена в осевом направлении относительно вала-ротора в сторону передней опоры последнего.

Это обеспечивает сохранение требуемого натяга в радиально-упорных шарикоподшипниках в широком диапазоне изменения внешней осевой нагрузки за счет регулирования напряжения в обмотке статора и появления дополнительной осевой силы, компенсирующей внешнюю осевую нагрузку.

Так как внешняя осевая нагрузка может иметь знакопеременный характер (например, в электрошпинделях, используемых в металлорежущих станках), то для более точного регулирования статор может быть выполнен из одной основной и одной дополнительной параллельных и соосных обмоток, одна из которых смещена в осевом направлении относительно другой в сторону передней опоры вала-ротора.

На фиг.1 показана конструкция электрошпинделя со смещенной обмоткой статора.

Электрошпиндель содержит статор 1, который вмонтирован в корпус 2, вал-ротор 3, 4, установленный в радиально-упорных подшипниках 5, 6 (передняя опора) и 7 (задняя опора). Обмотка статора 8 смещена в осевом направлении относительно вала-ротора 3 в сторону передней опоры. Подшипники 5 передней опоры ориентированы навстречу внешней ожидаемой нагрузке от осевой составляющей силы резания. Подшипник 6 предназначен для восприятия противоположной по знаку осевой нагрузки. Задняя опора 7 выполнена “плавающей” для компенсации температурных деформаций, поэтому вся внешняя осевая нагрузка приложена только к передней опоре. Для создания предварительного осевого натяга в радиально-упорных шарикоподшипниках 5 и 7 предусмотрен упругий элемент, например прорезная пружина 9.

Статор 1 может быть выполнен в виде основной обмотки 8 и дополнительной обмотки 10, расположенных параллельно и соосно друг другу (фиг.2). При этом одна из обмоток смещена в осевом направлении относительно другой в сторону передней опоры вала-ротора.

Электрошпиндель работает следующим образом.

При включении обмотки 8 статора 1 (фиг.1), вследствие несимметричного расположения этой обмотки относительно вала-ротора 3 в аксиальном направлении под действием высоких гармоник появляется сила, направленная в сторону передней опоры 5. Регулированием напряжения в обмотке 8 создается аксиальная сила такой величины, которая направлена навстречу внешней нагрузке и необходима для поддержания требуемого натяга в шарикоподшипниках передней опоры.

Для более точного управления натягом в электрошпинделе может быть выполнена дополнительная статорная обмотка 10 (фиг.2). Это позволяет управлять как крутящим моментом, так и осевой силой путем раздельного регулирования напряжения в основной и дополнительной обмотках статора.

Источники информации

1. А.С. СССР № 1784407 А1, кл. В 23 В 19/02 // В 24 В 41/04, 30.12.92.

2. А.С. СССР № 132098, кл. В 24 В 41/04, 05.11.60.

Формула изобретения

1. Электрошпиндель, содержащий корпус, статор с обмоткой, вал-ротор, переднюю и заднюю опоры вал-ротора с радиально-упорными шарикоподшипниками и жесткие и упругие элементы, предназначенные для создания предварительного осевого натяга, отличающийся тем, что обмотка статора смещена в осевом направлении относительно вал-ротора в сторону передней опоры последнего.

2. Электрошпиндель по п.1, отличающийся тем, что статор выполнен из одной основной и одной дополнительной обмоток, расположенных параллельно и соосно друг другу, одна из которых смещена в осевом направлении относительно другой в сторону передней опоры вала-ротора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2