Шпиндельный узел

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<1>766755 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 090878 (21) 2652811/25-08 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 3009.80. Бюллетень ¹ 36 (51)PA. Кл.

В 23 В 19/02

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (53) УДК 62-233 (088. 8) Дата опубликования описания 300980 (72) Авторы изобретения

M.A,Øèìàíoâè÷, Ф.С.Лслибекян, И.Н.Наумов и В.Н.Панин (71) Заявитель (54) ШПИНДЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ

Изобретение относится к области станкостроения и может найти применение для обработки в центрах на станках, например в токарных и шлифовальных.

Известен шпиндельный узел задней бабки, в которой центр вращается в радиально-упорных гидрастатических подшипниках и смонтирован в невращающейся пинали.

Пиноль установлена в гидростатических опорах, выполненных в корпусе, и снабжена отдельным приводом ее осевого перемещения (1) .

Наличие двух пар радиальных гид- 15 ростатических опор снижает жесткость вращающегося вала, необходимость в отдельном приводе осевого перемещенИя усложняет конструкцию и увеличивает габарит узла. 20

Известен также шпиндельный узел с осевым перемещением шпинделя, выполненного в виде одноштокового поршня, расположенного в подшипниках скольжения, например гидростатических, наружный торец заднего из которых оснащен полым колпаком, полость которого соединена с источником давления через устройство уПравления (21.

Недостатком этого устройства является то, что оно имеет ограниченные конструктивные технологические и эксплуатационные качества, чта ограничивает его использование, например, в качестве вращающегося центра универсального высокоточного токарного станка.

Целью изобретения является повышение конструктивных, технологических и эксплуатационных качеств шпиндельного узла.

Цель достигается тем, что шток установлен в подшипниках одинакового диаметра, а полость осевого гидропривода разделена поршнем на две части, сообщенные между собой через гидравлическое сопротивление, образованное зазором между наружной лейкой поршня и внутренней поверхностью колпака, причем величина этого зазора больше зазора в подшипниках. для упрощения управления гидраприводам целесообразна штаковую полость гидропривада соединить c,èñòî÷íèêoì давления через регулятор давления, а поршневую полость гидрапривада-через кран са сливам.Кроме того, целесообразно штакавую полость гидрапривада подкюпочить через обратный клапан с источником низкого давления.

766755

Для повышения надежности и упрощения конструкции следует между задним шпин-1 дельным подшипником и полостью гидропривода выполнить дренажную кольцевую полость, соединенную со сливом и отделенную от нее гидравлическим сопротивлением в виде кольцевой щели между задней шейкой шпинделя и корпусом шпиндельного узла.

Целесообразно также регулятор давI ления B штокОВОЙ пОлОсти гидрОприво» )Q ,да выполнить в виде гидравлического потенциометра,образованного двумя по следовательно включенными гидравличес. кими сопротивлениями: регулируемым дросселем между источником давления и штоковой полостью гидропривода и 5 кольцевой щелью между штоковой полос. тью гидропривода и кольцевой дренажНой полостью.

Для предотвращения аварийных ситуаций на штоковом торце поршня и на 2О сопрягающемся с ним в крайнем переднем положении шпинделя торце корпуса шпиндельного узла могут быть выполнены соосно оси шпинделя кольцевые эквидистантные поверхности, образующие гидравлическое сопротивление в виде кольцевой щели, а кольцевая полость между этой щелью и кольцевой щелью между задней шейкой шпинделя и корпусом шпиндельного узла соединена с реле давления блокировки вращения шпинделя.

На фиг. 1 схематично изображено шпиндельный. узел, выполненный в виде вращающегося заднего центра задней бабки токарного станка в рабочем положении, разрез; на фиг. 2 — то же, в положении, когда центр несколько не дошел до зажимаемой детаЛИ.

В шпиндельном узле, выполненном согласно изобретению, шпиндель 1 (в 4О данной конструкции пиноль задней бабки токарного станка установлена в корпусе 2 с зазором,h в соответствующих переднем 3 и заднем 4 подшипниках скольжения одинакового диаметра„ в данном случае гидростатических с взаимообратным дросселированием. Ипиндель

1 несет центр 5, поджимающий иэделие 6, обрабатываемое резцом 7..На заднем конце шпинцеля 1 выполнен поршень 8, расположенный в колпаке 9, установлен. ном на корпусе 2 со стороны заднего торца заднего шпиндельного подшипника 4, так что шток шпинделя 1 поршня расположен в переднем 3 и заднем 4 шпиндельных подшипниках. Наружная цилиндрическая поверхность поршня 8 и внутренняя цилиндрическая поверхность колпака 9 сопряжена с зазором Н, превышающим зазор h в шпиндельных.подшипниках, например H = 2h. Зазор Н ® разделяет полость колпака 9 на две части, образующие полости осевого гидропривода шпинделя 1-штоковую полость

10 и поршневую полость 11.Одновременно коЛьцевая щель с зазором Нужду порш- @ нем 8 и колпаком 9 служит гидравлическим сопротивлением между полостями

10 и 11, Для осуществления осевого движения шпинделя 1 можно применять различные гидросхемы. Наиболее целесообразное йсполнение показано на чертеже.

Штоковая полость 10 гидропривода соединена через регулятор давления с источником высоко1.О>.давления Р, а порш-невая полость 11 через кран 12 со спивом. При этом полость 10 через обратный клапан 13 может быть соединена с: источником низкого давления P.

Между собственно задним шпиндельным подшипником 4 и штоковой полостью

10 гидропривода может быть выполнена дренажная кольцевая полость 14, соединенная со сливом и отделенная от по- лости 10 гидравлическим сопротивле-, нием в виде кольцевой щели 15 между задней шейкой шпинделя 1 и корпусом шпиндельного узла, в данном случае продолжением втулки подшипника 4. Эта щель может выполнять ряд функций.

Регулятор давления в полости 10 может быть любым. В описываемом варианте он выполнен в виде гидравлического потенциометра образованного двумя последовательно включенными гидравлическими сопротивлениями регулируемым дросселем 16 между источником давления Рэ и полостью 10 гидропривода и сопротивлением кольцевой щели 15 между полостью 10 гидропривода и кольцевой дренажной полостью 14. На переднем (штоковом) торце поршня 8 и на сопрягающемся с ним в крайнем переднем положении шпинделя

1 торце корпуса, в данном случае заднем торце втулки подшипника 4, могут быть выполнены (как показано на чертеже) соосно Оси шпинделя 1 кольцевые эквидистантные поверхности (в данном случае плоские), образующие в крайнем переднем положении шпинделя 1, а точнее даже не доходя нескольких сотых долей миллиметра до этого положения (фиг. 2) гидравлическое сопротивление в виде кольцевой щели 17 высотой S, а кольцевая полость 18 между кольцевыми щелями 17 и 15 соединена-с реле давления 19. Соединенные последовательно полостью 18 сопротивления: переменное-щели 17 (зависит от осевого положения шпинделя 1) и постоянное-щели 15 тоже образуют гидравлический потенциометр.

Полость 20 между подшипниками 3 и

4 соединена с источником давления Р> смазки гидростатических подшипников.

Полость 10 привода соединена с манометром 21.

Шпиндельный узел работает следующим образом, При включении давления

Р„. смазки масло из полости 20 через дросселирующие щели поступает в несущие карманы подшипников 3 и 4. Тонкий слой масла, вытекающего из перед766755 наго подшипника 3 во фланец уплотнения и из заднего подшипника 4 в дренажную полость 14 жестко центрирует апиндель во втулках подшипников 3 и

4 с радиальным зазс)ром h, например

h = 20 мкм. При этом поршень 8 устанавливается в колпаке 9 концентрично с радиальным зазором Н (например

Н = 40 мкм) между цилиндрическими поверхностями поршня 8 и колпака 9; и шпиндель 1 может беспрепятственно вращаться и перемещаться вдоль оси 10 в подшипниках 3 и 4 на тонком, высотой h, слое масла, преодолевая при этом лишь силы жидкостного трения.При включении высокого давления Рэ масла (например, P =P = 20 кгс/см ) и низ2 кого Р, (например Рд = 4 кгс/см ) проходящее через дроссель 16 и обратный клапан 13 масло поступает в полость

10 гидропривода. Если кран 12 закрыт, то поршень 8 со шпинделем 1 качнут пе-; ремещаться вперед (на чертеже налево) под действием разности сил давления масла в полостях 10 и 11 на поршень

8, так как эффективная площадь поршня 8 со стороны полости ll значительно больше эффективной площади со стороны полости 10.При этом передний ко:нец шпинделя 1 с центром 5 выдвигается вперед в центровое отверстие заготовки б с тем большей скоростью,чем ,больше давление Рн и @atop H.Íåçíà÷è- 30

J гельная часть масла из полости 10 через щель 15 будет дросселироваться в дренажную полость 14. Когда центр 5 войдет в центровое отверстие и упрется в заготовку 6, т.е. остановится,35 давление в полостях 10 и 11 выравняются и начнут увеличиваться. Когда они превысят давление Р, закроется обратный клапан 13 и перекроет магистраль низкого давления Р„ . После че- 4О

ro в полостях 10 и 11 установится дав-ление, зависящее от на„стройки сопротивления дросселя 16 и от соотношения .этого сопротивления и гидравлического сопротивления щели 15,например, при равенстве этих сопротивлений давление 4> в полостях 10 и 11 будет равно 0,5

Рэ .Сила сжатия центров равна произведению давления в полостях 10 и 11 на площадь штока,т.е.на площадь сечения шпинделя 1 и может тонко настра- 5() иваться дросселем 16 и наблюдаться по манометру 21,на который может быть установлена шкала, протарированная в единицах силы сжатия центров. После остановки осевого движения шпинделя 55

1 масло под давлением Р течет по тракту дроссель 1 б — полость 10 — щель 15дренажная полость. 14 — слив.

Формула изобретения

2. Узел по и. 1, о тл и ч аю шийся тем, что, с целью упрощения гидроприводом, штоковая полость гидропривода соединена с источником давления через регулятор давления, а поршневая — через кран со сливом.

При вращении изделия б оно силами трения между поверхностями центрового 60 отверстия и центра увлекает за собой шпиндель 1, который вращается, преодолевая лишь силы жидкостного трения в подшипниках и в полостях колпака 9.

Резец 7 обрабатывает изделие 6. Если 65 шпиндель не уперся в изделие (его нет, или оно короче, или слишком глубокое центровое отверстие) или даже если уперся, но передний торец поршня 8 лишь опасно приблизился к заднему тор; цу подшипника 4, например S <0,05 мм (фиг. 2), то давление в полости 18 упадет, и реле давления 19 блокирует вращение заготовки 6 и шпинделя 1.

Например, если сопротивление щелей

17 и 15 будут равны, то давление в полости 18 будет в два раза меньше давления в полости 10. В крайнем переднем (левом) положении. дальнейшее движение поршня 8 и шпинделя 1 ограничивает задний торец втулки.

Если кран 12 открыт, то полость 11 соединена со сливом: и давление в ней, падает. Давление в полости 10 тоже снижается из-эа утечек через щель Н.

Когда оно станет меньше Рц, обратный клапан 13 откроет магистраль низкого давления Рн . Йо давление в полости ll сократится на достаточном из-за соп- ротивления щели Н уровне, чтобы поршень 8 со шпинделем 1 быстро вернулся назад (на чертеже направо) до упора в дно колпака 9. Если кран 12 снова закрыт при движении шпинделя назад или после его остановки на упоре, шпиндель начнет выдвигаться вперед из корпуса и т.д., как это было уже описано выше.

В качестве рабочих сред смазки и привода можно использовать масла, воду газы и другие, а также их комбинации.

1. Шпиндельный узел с осевым перемещением шпинделя, установленного в подшипниках скольжения, например гидростатических, и выполненного в виде штока с поршнем, входящим в полость осевого гидронривода, образованную в установленном на торце заднего подшипника колпаке и соединенную с источником давления через устройство управления, отличающийся тем, что, с целью повышения конструктивных,технологиче "ких и эксплуатационных качеств узла, шток установлен в подшипниках равного диаметра,а полость осевого гицропривода разделена поршнем на две части, сообщенные между собой через гидравлическое сопротивление, образованное зазором между наружной шейкой поршня и внутренней поверхностью колпака, причем величина этого зазора больше зазора в подшипниках.

766755

ВНИИПИ Заказ 7095/8 Тираж 1160 Подписное

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

3. Узел по пп. 1и2, о т л и .ч а ю шийся. тем, что, с целью упрощения управления гидроприводом, штоковая полость гидропривода подключена через обратный клапан к источнику низкого давления.

4". Узел по пп. 1-3, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения надежности узла, между задним шпиндельным подшипником и штоковой полостью гидропривода выполнена дренажная кольцевая полость, отделенная от штоковой полости гидропривода гидравлическим сопротивлением в виде кольцевой щели

Между задней шейкой шпинделя и корпусом шпиндельного узла.

5. Узел по пп. 1-4, о т л и

Ч а ю шийся тем, что -,регулятор давления в штоковой полости гидропривода выполнен в виде гидравлического

Петенциометра, образованного двумя

Последовательно включенными гидрав лическими сопротивлениями: регулируемым дросселем между источником дав ления и штоковой полостью гидропривода и кольцевой щелью между штоковой полостью гидропривода и кольцевой дренажной полостью.

6, узел по пп. 1-5, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью предотвращения аварийных ситуаций, на штоковом торце поршня и на сопрягающемся с ним s крайнем переднем положении шпинделя торце корпуса шпиндельного.узла выполнены соосно оси шпинделя кольцевые эквидистантные поверхности, образующие гидравлическое сопротивление в виде кольцевой щели, а кольцевая полость между этой щелью и кольцевой щелью между задней шейкой шпинделя и корпусом шпиндельного узла соединена с реле давления (блокировки вращения шпинделя) .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Щ 1. Патент C2IA P 3533316, кл. 82-2, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 584974, кл, В 23 В 19/02, 1976.