Устройство автоматической балансировки шпиндельных узлов



Устройство автоматической балансировки шпиндельных узлов
Устройство автоматической балансировки шпиндельных узлов
Устройство автоматической балансировки шпиндельных узлов

 


Владельцы патента RU 2467836:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") (RU)

Устройство содержит корректирующий диск, со средствами дисбаланса, расположенный соосно со шпинделем и жестко закрепленный на нем, крышку и гидравлическую систему, обеспечивающую подвод жидкофазной среды к корректирующему диску. Для повышения надежности работы за счет увеличения эффективности уравновешивания дисбаланса оно дополнительно снабжено системой измерения прогиба шпинделя, выполненной в виде бесконтактного датчика перемещения, усилителя, средства обработки и передачи информации и гидронасоса с узлом подачи масла. При этом бесконтактный датчик перемещения расположен в зоне боковой поверхности шпинделя, корректирующий диск оснащен соосно установленным с ним дисковым дисбалансным золотником, а средства дисбаланса выполнены в виде по меньшей мере четырех эластичных резервуаров, расположенных равномерно по окружности в кольцевой канавке, выполненной на боковой поверхности корректирующего диска. Узел подачи масла может быть выполнен в виде кольца с проточкой на внутренней поверхности, установленного с возможностью охвата поверхности шпинделя. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к металлообрабатывающей промышленности, в частности к токарным станкам, и может быть использовано для автоматической балансировки шпиндельных узлов.

Из уровня техники известно устройство для автоматической балансировки роторов, содержащее кольцевую балансировочную камеру, полностью заполненную легкоплавкими материалами, обладающими способностью расплавляться при разогреве опоры и отвердевать за счет естественного отвода теплоты в результате теплообмена между опорой и окружающей средой (Патент РФ №2241213, G01М 1/32,2003 г.).

Недостатком технического решения является то, что устройство может работать только в том случае, когда вал вращается со скоростью выше критической.

Наиболее близким решением из уровня техники по технической сущности является устройство для автоматической балансировки, содержащее корректирующие диски, предназначенные для размещения на шпинделе с возможностью поворота, механизм фиксации корректирующих дисков относительно шпинделя, а так же гидравлический узел торможения корригирующих дисков (Авторское свидетельство СССР №1779464, В23В 19/02,1992 г.).

К недостаткам известного технического решения следует отнести тот факт, что в известном техническом решении устройство торможения выполнено в виде гидростатических опор, работа которых в условиях вибраций нестабильная.

Технической задачей является повышение надежности работы шпиндельного узла на токарных станках за счет повышения эффективности уравновешивания дисбаланса в процессе работы.

Поставленный технический результат достигается за счет того, что устройство автоматической балансировки шпиндельных узлов, содержащее соосно расположенные и жестко закрепленные между собой шпиндель и корректирующий диск, со средствами дисбаланса и гидравлическую систему, обеспечивающую подвод жидкофазной среды к последним, согласно изобретению, дополнительно снабжено системой измерения прогиба шпинделя, выполненной в виде бесконтактного датчика перемещения, усилителя, средства обработки и передачи информации и гидронасоса с узлом подачи масла, при этом бесконтактный датчик перемещения расположен в зоне боковой поверхности шпинделя, корректирующий диск оснащен соосно установленным с ним дисковым дисбалансным золотником, а средства дисбаланса выполнены в виде, по меньшей мере, из четырех эластичных резервуаров, расположенных равномерно по окружности в кольцевой канавке, выполненной на боковой поверхности корректирующего диска.

Оптимально узел подачи масла выполнен в виде кольца с проточкой на внутренней поверхности, установленного с возможностью охвата поверхности шпинделя.

Устройство автоматической балансировки шпиндельных узлов поясняется графическими материалами, где:

на фиг.1 схематично изображен продольный разрез устройства автоматической балансировки шпиндельных узлов;

на фиг.2 изображен разрез по А-А по фиг.1;

на фиг.3 изображен разрез по В-В по фиг.1.

Устройство автоматической балансировки шпиндельных узлов жестко закреплено между шпинделем 1 и патроном 2 токарного станка и состоит из корпуса 3 и крышки 4. В корпусе 3 выполнена кольцевая полость 5, в которой равномерно по окружности расположены эластичные резервуары 6. Количество резервуаров 6 должно быть не менее 4. На шип 7 корпуса 3 надевается дисковый золотник 8, который свободно вращается относительно корпуса 3. Дисковый золотник 8 прижимается к зеркалу 9 корпуса 3 пружиной 10, установленной между дисковым золотником 8 и крышкой 4. Золотник 8 выполнен со смещенным в сторону периферии центром тяжести, например, посредством его оснащения дисбалансным элементом 11, который позволяет осуществлять поворот золотника 8 в процессе работы относительно корпуса 3 в зависимости от направления вектора дисбаланса системы шпиндель-патрон-деталь.

На корпусе шпиндельной бабки токарного станка (на чертеже не показана) устанавливается бесконтактный датчик 12 перемещения, который взаимодействует с боковой поверхностью фланца шпинделя 1, который измеряет биение шпинделя и подает управляющий сигнал на усилитель 13, который соединен со средством 14 обработки и передачи информации. Средство 14 обработки и передачи информации соединено с гидронасосом 15, который подает масло под давлением с помощью узла 16 подачи масла во внутреннюю полость резервуаров 6. Узел 16 подачи масла охватывает шпиндель 1 и закреплен на корпусе шпиндельной бабки (на чертеже не показано), при этом он имеет кольцевую канавку 17, которая всегда заполнена маслом под давлением. Узел 16 подачи масла установлен таким образом, что исключает возможность вытекания из зазоров между узлом 16 и шпинделем 1 посредством, например, наличия уплотняющих колец (на чертеже не показаны).

В шпинделе 1 имеется радиальное отверстие 18, которое соединяется как с кольцевой канавкой 17, так и с осевым отверстием 19, выполненным в шпинделе 1. Осевое отверстие 19 соединяется с отверстием 20 в корпусе 3. На зеркале 9 корпуса 3 выполнена кольцевая канавка 21, а в золотнике 8 - фигурный канал 22, который соединяет кольцевую канавку 21 с резервуарами 6.

Устройство автоматической балансировки для токарных станков работает следующим образом.

При вращении шпинделя токарного станка система шпиндель-патрон-заготовка, имеющая дисбаланс, вызывает возникновение центробежной силы, которая действует на шпиндель и вызывает его изгиб. Величина изгиба прямо пропорциональна величине действующей центробежной силы или величине дисбаланса системы шпиндель-патрон-заготовка. Изгиб шпинделя фиксируется бесконтактным датчиком 12 перемещения, который подает сигнал на усилитель 13. Усилитель 13 усиленный сигнал подает на средство 14 обработки и передачи информации, где вырабатывается управляющий сигнал, который в свою очередь подается на гидронасос 15. Гидронасос 15 осуществляет подачу масла под давлением через узел 16 подачи масла во внутреннюю полость шпинделя 1 в радиальное отверстие 18. Далее масло подается в осевое отверстие 19 шпинделя 1, затем в осевое отверстие 20 корпуса 3, а оттуда оно попадает в кольцевую канавку 21 на поверхности зеркала 9 корпуса 3. При вращении шпинделя золотник 8 также вращается, при этом на дисбалансный элемент 11 будет действовать центробежная сила, которая будет поворачивать золотник 8, пока он не займет положение, соответствующее положению вектора дисбаланса системы шпиндель-патрон-заготовка (незакрепленная масса при вращении стремится занять положение с наибольшим радиусом). При этом золотник 8 соединяет кольцевую канавку 21 с одним или несколькими резервуарами 6 посредством фигурного канала 22. Масло от гидронасоса 15 через узел 16 подачи масла, радиальное отверстие 18, осевые отверстия 19 и 20, кольцевую канавку 21 поступает через фигурный канал 22 в емкости 6 и заполняет их, что приводит к тому, что возникает центробежная сила, действующая в противоположном направлении, чем центробежная сила от дисбаланса системы шпиндель-патрон-заготовка. Процесс уравновешивания протекает до полного уравновешивания системы шпиндель-патрон-заготовка. В результате уравновешивания величина действующей центробежной силы на систему шпиндель-патрон-заготовка уменьшится, что приведет к уменьшению биения шпинделя. В этом случае датчик 12 перемещения будет выдавать сигнал меньшей величины и средство 14 обработки и передачи информации произведет отключение гидронасоса 15.

Таким образом, при изменении дисбаланса заготовки, что всегда происходит при ее обработке, система автоматически реагирует на эти изменения и производит коррекцию дисбаланса. При изменении направления вектора дисбаланса системы шпиндель-патрон-заготовка происходит поворот золотника 8, что приводит к заполнению резервуаров 6, противолежащих вектору дисбаланса системы шпиндель - патрон-заготовка, а при изменении величины дисбаланса происходит изменение величины давления масла подаваемого в резервуары 6, что изменяет их массу, а следовательно, изменяется и величина силы действующей против вектора дисбаланса системы шпиндель-патрон-заготовка.

Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.

Свойства, регламентированные в заявленном соединении отдельными признаками, общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении может найти применение для снижения величины центробежной силы, вызванной дисбалансом системы шпиндель-патрон-заготовка в процессе обработки изделий на токарных станках при высокоточном производстве;

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленный объект соответствуют требованиям условию патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству и может быть классифицирован как объект интеллектуальной собственности - «изобретение».

1. Устройство для автоматической балансировки шпиндельного узла, содержащее корректирующий диск со средствами дисбаланса, расположенный соосно со шпинделем и жестко закрепленный на нем, крышку и гидравлическую систему, обеспечивающую подвод жидкофазной среды к корректирующему диску, отличающееся тем, что оно снабжено системой измерения прогиба шпинделя, выполненной в виде бесконтактного датчика перемещения, усилителя, средства обработки и передачи информации и гидронасоса с узлом подачи масла, при этом бесконтактный датчик перемещения расположен в зоне боковой поверхности шпинделя, корректирующий диск оснащен соосно установленным с ним дисковым дисбалансным золотником, а средства дисбаланса выполнены в виде по меньшей мере четырех эластичных резервуаров, расположенных равномерно по окружности в кольцевой канавке, выполненной на боковой поверхности корректирующего диска.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что узел подачи масла выполнен в виде кольца с проточкой на внутренней поверхности, установленного с возможностью охвата поверхности шпинделя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к шпиндельным узлам. .

Изобретение относится к области станкостроения, в частности к элементам металлообрабатывающих станков. .

Изобретение относится к станкостроению, а именно к быстроходным токарным станкам с полым шпинделем, на которых возможна обработка длинных цилиндрических деталей небольшого диаметра, например труб, валов, осей, при их подаче в зону обработки через полый шпиндель.

Изобретение относится к области станкостроения и может быть использовано в металлорежущих станках сверлильно-фрезерно-расточной группы для выполнения сверлильно-фрезерно-расточных и токарных операций на вращающемся столе.

Шпиндель // 2370344
Изобретение относится к машиностроению, а именно к шпинделям со встроенным электродвигателем и магнитными подшипниками вала, и может быть использовано для оснащения обрабатывающих станков, в центрифугах и различных центробежных установках.

Изобретение относится к области деревообрабатывающей промышленности, шпинделям фрезерных станков. .

Изобретение относится к области машиностроения, балансировки шпиндельных узлов с технологическим дисбалансом. .

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

Изобретение относится к области металлорежущего оборудования, к обработке деталей с высокой точностью на токарных станках. .

Изобретение относится к области машиностроения, станкостроения, станкам для круглого фрезерования деталей, например коленчатых и распределительных валов, ободьев колес и валов-шестерен.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к шпинделям высокоскоростных обрабатывающих станков

Способ включает установку шпинделя внутри корпуса шпиндельного узла станка и закрепление посредством фланца с возможностью вращения в передних и задних подшипниковых опорах. При этом в корпусе и во фланце выполняют каналы для охлаждения элементов шпиндельного узла. Для повышения ресурса работы дополнительно осуществляют контроль температуры с помощью датчиков температуры, которые устанавливают вблизи наружных колец подшипников, контроль уровня вибраций с помощью вибродатчика, который устанавливают в корпусе вблизи передней опоры шпинделя, и контроль осевого смещения шпинделя с помощью датчика, установленного на его переднем конце, по совокупности показаний которых осуществляют своевременное отключение электродвигателя при превышении допустимой нагрузки. 4 ил., 1 табл.

Передача содержит вал электродвигателя, выполненный с возможностью передачи движения на шпиндельный узел станка со шпинделем, при этом вал электродвигателя выполнен со сквозным отверстием, в котором установлен шпиндель с возможностью движения вдоль его оси. Для упрощения передачи движения от вала электродвигателя на шпиндель она снабжена шпонками, фиксирующими шпиндель от проворота относительно вала электродвигателя, и удерживающей их втулкой, установленной на валу электродвигателя и зафиксированной наружным концентрическим кольцом. 1 ил.

Заявляемое изобретение может быть использовано в машиностроении, например для высокоскоростного шлифования отверстий шлифовальными кругами с нанесенным монослоем сверхтвердого абразива. Технической задачей заявляемого изобретения является достижение осевой осцилляции инструмента с частотой 3÷4 кГц и более при амплитуде не менее 10÷20 мкм за счет генерации собственных продольных волн шпинделя и резонансной концентрации их локальной амплитуды на переднем конце шпинделя. Для достижения поставленной задачи предлагаются варианты шпиндельного узла, содержащего корпус, шпиндель, гидростатическую опору, привод вращения и привод осевой осцилляции шпинделя, состоящий из генератора частоты собственных продольных волн шпинделя и резонансного концентратора их локальной амплитуды. 4 н.п. ф-лы, 4 ил.

Устройство блокирования шпинделя предназначено для установки в корпусе шпиндельной бабки между шпиндельным узлом и силовым цилиндром. Плиту устанавливают на корпусе шпиндельной бабки, с закрепленной на ней направляющей, по которой перемещается каретка со шпиндельным стопором, выполненным в виде Г-образного кронштейна. Ориентированный к реборде шкива конец длинной части Г-образного кронштейна соединен с фиксатором. Фиксатор имеет канал для обдувания сжатым воздухом инструментального конуса, горизонтальную поверхность для отжима инструмента и выступы, выполненные для перемещения в сквозных проходных прорезях реборды и имеющие возможность взаимодействия с остановочными пазами реборды. Технический результат: упрощение конструкции и расширение технологических возможностей. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в конструкциях шпиндельных узлов. Шпиндельный узел содержит полый шпиндель, соосно расположенный внутри подшипниковых узлов, один из которых выполнен в виде упорного шарикового подшипника с устройством его предварительного натяга для компенсации износа деталей шпиндельного узла, а другой - в виде радиально-упорного роликового подшипника, внутреннее кольцо которого контактирует с конической поверхностью шпинделя и поджимается с одной стороны посредством гаек через соосно расположенную шпинделю втулку, а с другой стороны - крышкой с уплотнением, расположенной перпендикулярно оси шпинделя. Уплотнение содержит корпус и камеру с отверстиями для входа и выхода охлаждающей жидкости, при этом вход камеры связан с теплообменником, а выход - через манометр с пневмогидроаккумулятором, теплообменник через запорную арматуру и фильтр соединен с пневмогидроаккумулятором, который соединен с баком, имеющим воронку и соединенным через байпас с запорной арматурой и через манометр с пневмогидроаккумулятором. Применение изобретения позволяет повысить надежность и долговечность шпиндельного узла.5 ил.

Изобретение относится к области станкостроения. Мотор-шпиндель содержит корпус, шпиндель, установленный в корпусе с возможностью вращения в подшипниковых опорах и имеющий установленный внутри него со стороны передней подшипниковой опоры механизм зажима оправки с инструментом, электродвигатель, ротор которого расположен на валу шпинделя, а статор - в корпусе, систему охлаждения статора и подшипниковых опор, выполненную с возможностью подключения к станции для подачи хладагента, вибродатчик, установленный в корпусе, и датчики температуры, установленные на подшипниковых опорах. При этом он снабжен дополнительным датчиком температуры, установленным на статоре, и цифровым управляющим устройством, а система охлаждения выполнена раздельной для статора и подшипниковых опор и снабжена регуляторами интенсивности охлаждения каждого из них. Вибродатчик выполнен с возможностью измерения вибрационного ускорения. Цифровое управляющее устройство соединены с датчиками температуры и вибродатчиком, а также со станцией для подачи хладагента и с регуляторами интенсивности охлаждения статора и подшипниковых опор. Использование изобретения позволяет повысить эффективность и ресурс работы мотор-шпинделя. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.
Наверх