Шпиндельный узел

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. с присоединением заявки № (23) Приоритет

В 23 В 19/02

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий

Опубликовано 070482.Бюллетень ¹ 13

Дата опубликования описания 070482 (33) УДК 621. 9. . 0 2-229 (088. 8) (72) Автор изобретени, М.A. Шиманович и (71) заявитель (54) ШПИНДЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ

Изобретение относится к области станкостроения и может найти примене ние в станках,где используется высокоскоростной шпиндель, например во внутришлифовальных или прецизионных фрезерных.

Известен шпиндельный узел, содержащий корпус, в котором установлены

1статор электродвигателя привода вращения шпинделя и гидростатические шпиндельные подшипники, содержащие упорный или радиально-упорный. подшипник, открытый в осевом направлении и снабженный устройством силового замыкания, в которых расположены шпиндель с ротором электродвигателя. Устройство силового замыкания, выполнено в виде пары плунжер-цилиндр, образованной задним подшипником и шейкой шпинделя (1) .

Это заставляет выполнять поверхности скольжения упорного или радиально-упорного подшипника сравнительно большого радиуса (больше радиуса вйходящрй из узла шейки шпинделя), иметь рабочую полость плунжерной пары и ее уплотнения, что усложняет конструкцию.

Целью изобретения является упрощение конструкции узла.

Эта цель дости1ается тем, что устройство силового замыкания выполнено электромагнитным и образовано парой статор-ротор электрошпинделя. Центр магнитной симметрии статора смещен вдоль оси электрошпинделя относительно центра магнитной симметрии ротора в направлении подшипника односторон» него осевого действия. Ротор и статор могут быть выполнены коническими, причем меньший диаметр конуса ротора должен быть расположен со стороны подшипника одностороннего осевого действия.

На фиг. 1 показан электрошпиндель с передним гидростатическим радиально-упорным подшипником; на фиг. 2— шпиндельный узел .с задним радиальноупорным гидростатическим подшипником.

В корпусе 1 установлены статор 2 электродвигателя привода вращения шпинделя 3 и шпиндельные гидростатические передний радиально-упорный конический подшипник 4, открытый в осевом направлении, и задний радиальный цилиндрический подшипник 5.

В статоре 2 и подшипниках 4 и 5 рас« положен с зазором электрошпиндель с ротором б. Несущие карманы подшипниЗО ков с источником давления смазки че(61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 280880 (21) 2978063/25-08 (31) М. КП.

917930

30 рез дроссели 7. Статор 2 и ротор 6 образуют устройство силового замыкания подшипника 4 в осевом направлении, в данном случае пару цилиндр-поршень пневмоцилиндра, рабочие полости 8 и

9 которого разделены уплотняющим 5 воздушным зазором (например, диаметРальным зазором 0,1 мм) между статотором и ротором и соединены через дроссели 10 и 11 соответственно с окружающей средой и источником сжа- )0 того воздуха.

Шпиндельный узел работает следующим образом.

При подаче н несущие карманы через дроссели 7 смазки под давлением )5 шпиндель 3 всплывает и жестко центрируется слоем смазки в радиальных направлениях н пределах зазоров в подшипниках 4 и 5 и статора 2. При этом осевая составляющая давления в карманах подшипника 4 стремится сместить шпиндель 3 направо, но разность давлений н полостях 8 и 9 пневмоцилиндра, действующая на роторпоршень 6, уравновешивает осевую составляющую. Давления в полостях

8 и 9 и их разность можно настраивать с помощью дросселей 10 и 11 и таким образом управлять зазором в переднем коническом подшипнике 4.

При включении питания электрошпиндель 3 начинает вращаться. При этом воздух, п затекающий под действием разности давлений в полостях

8 и 9 через воздушный зазор между статором и ротором 6 электроднига- 35 теля„ охлаждают их. Малое давление в полости 8, зависящее от настройки дросселя 10, можно использовать для питания потребителей низкого давления в шпиндельном узле, напри- 40 мер бесконтактных пневмоуплотнений гидростатических подшипников. На образующих воздушный зазор электродвигателя цилиндрических поверхностях ротора 6 (как показано иа Фиг. 1) 45 и/или статора 2 могут быть выполнены канавки воздушного нагнетателя, глубина которых соизмерима с высотой упомянутого зазора (в данном случае винтовые спиральные) i направ ленные в сторону относительного вращения сопряженной поверхности (в данном случае статора 2) иэ полости всасывания 8 в полость нагнетания

9. При высокой окружной скорости(до

2ОО м/сек) и малом зазоре (0,1 мм) такой нагиетатель качает воздух из полости 8 н полость 9 и может обеспечить высокие производительность и разность давлений в полостях 8 и 9.. 60

При наличии внешнего источника сжатого воздуха для создания разности давлений в полостях пневмоцилиндра (как показано на фиг. 1) нагнетатель увеличивает сопротивление, 65 воздушного зазора, уменьшая расход воздуха через него . При наличии такого нагнетателя можно обойтись без внешнего источника сжатого воздуха.

При отсутствии внешнего источника нагнетатель качает воздух из полости

8, соединенной с окружающей средой без дросселя 10(этого соединения может и не быть), в полость 9, которая в этом случае может быть глухой (сопротивление дросселя ll равно бесконечности,т.е.его канал перекрыт), создавая между полостями 9 и 8 разность давлений, уравновешивающую осевую силу подшипника 4,т.е.осуществляющую в осевом направлении его силовое замыкание.

В дополнение к образованному статором 2 и ротором 6 пневмоцилиндру силового замыкания упорного подшипника или взамен него ротор 2 и, статор 6 Могут образовать осевой электромагнит силового замыкания подшипника. В показанном на фиг. 1 варианте осевой электромагнит образонан эа счет смещения вдоль оси направо центра магнитной симметрии ротора

6 относительно центра магнитной симметрии статора 2 (ротор 6 длинее статора 2 и выступает из него справа больше, чем слева). В этом случае статор 2 стремится втянуть в себя ротор .6, чтобы их смещенные центры магнитной симметрии совместились.

Таким образом,на подшипник 4 налево через шпиндель 3 со стороны ротора действует осевая сила замыкания этого подшипника.

На фиг. 2 показан вариант выполнения узла. В корпусе 1 расположен статор 2 электродвигателя и шпиндельные гидроста ические подшипники передний Радиальный 4 и задний радиально-упорный 5, содержащий радиальный цилиндрический и открытый упорный, образованный на заднем КоНце шпинделя 3. В подшипниках 4 и 5 и в статоре 2 с зазором расположены шпиндель 3 с ротором 6.Воздушный зазор между ротором 6 и статором 2 образован их коническими поверхностями, расширяющимися в сторону переднего подшипника 4. Из-за этого центр магнитной симметрии ротора 6 смещен налево (к переднему подшипнику) относительно центра магнитной симметрии статора 2.

Несущий карман 12 упорного подшипника ограничен кольцевыми зазорами 13 снаружи между цилиндрическими поверхностями шейки шпинделя 3 и отверстием заднего подшипника 5 и зазора 14 внутри между торцом шпинделя 3 и торцом корпуса узла (н данном случае торцом .вставленного в дно подшипника 5 штифта 15, сквозное отверстие которого соединено со сливом). Несущие карманы подшипников.917930 соединены с источником давления смазки через дроссели 7, а карман 12 через дросель 16.

Шпиндельный узел работает следующим образом.

Под действием подводимой под давлением через дроссели 7 и 16 смазки шпиндель 3 всплывает и центрируется слоем смазки в радиальных направлениях в подшипниках 4 и 5 в пределах зазоров. Давление смазки в кармане g

12, действуя на торец шпинделя 3, стремится сместить его налево (вперед), а силы электромагнитного взаимодействия между статором 2 и рото» ром 6 благодаря конической форме воздушного зазора между ними (относительно смещены их центры магнитной симметрии) стремятся втянуть ротор 6 в статор 2 и,таким образом, уравновешивают силы давления в кармане 12. При этом высота зазора 14 между торцами 20 шпинделя 3 и штифта 15, через который (зазор 14) смазка дросселируется в отверстие штифта 15 и через него сливается в бак, устанавливается такой, что зависящее от зазора 14 давление 25 в кармане 12 уравновешивает осевую силу, развиваемую осевым электромагнитом, образованным вышеизложенным образом. Таким образом, осуществляется силовое замыкание открытого упор.- )g ного гидростатического подшипника, а между статором и ротором и между рабочими торцами упорного подшипника, о другой стороны, устанавливаются оптимальные зазоры. 35

И в этом варианте действие осевого электромагнита может быть дополнительно или заменено пневмоцилиндром с рабочими полостями 8 и 9, разделенными воздушным зазором между, статором 2 и ротором 6, образующим пару цилинд — поршень. При этом . необходимая для силового замыкания открытого упорного подшипника раз» ность давлений в полостях 8 и 9 образуется за счет внешнего источника 45 сжатого воздуха и/или воздушным нагнетателем, образованным статором и ротором.

Таким образом, упрощается конструкция шпиндельного узла и повыааются его эксплуатационные. качества: не требуется специальное устройство силового замыкания, до минимума снижаются потери на жидкостное трение в узле из-за того, что в устройстве силового замыкания может быть только воздушное трение, причем это воздушное трение в уже имевшемся электродвигателе привода вращения шпинделя, улучшается охлаждение электродвигателя, может быть освобожден =.àäíèé конец шпинделя, например, для подвода смазочно-охлаждающей жидкости в зону резания, расширяются возможности ком« поновки и управления узлом.

Формула изобретения

1. Шпиндельный узел, в корпусе которого установлены статор и электрошпиндель с ротором, расположенный на гидро-статических опорах, содержащих подшипник одностороннего осевого действия, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью упрощения конструкции, устройство силового замыкания выполнено электромагнитным и образовано ротором и статором электрошпинделя, причем центр магнитной симметрии статора смещен вдоль оси электрошпинделя относительно центра магнитной симметрии ротора в направлении подшипника одностороннего осевого действия»

2. Узел по п.2, о т л и ч а юшийся тем, что ротор и статор выполнены коническими, причем меньший диаметр конуса ротора располо- жен со стороны подшипника одностороннего осевого действия.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 685443, кл. В 23 В 19/02, 1979 (прототип).

9179 30

Az. I у

Ф

1Z

m2

Составитель В.урвачев

Редактор Л.утехина Техред И. Гайду Корректор IO.Ìàêàðåíêî

Заказ 1974/11 Тираж 1151 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11ЗО35,Москва,X-35,Раушская наб.,д.4/5

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4