ШПИНДЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ Российский патент 1994 года по МПК F16C32/06 

Изобретение относится к станкостроению и может быть использовано в шпиндельных узлах металлорежущих станков, имеющих упорные гидростатические подшипники. Особое значение данное изобретение имеет в шпинделях станков, имеющих большие осевые внецентренные нагрузки и высокие требования к точности. Таким является шпиндельный узел фрезерного станка для торцового фрезерования и, в частности, для эльборового фрезерования.

Известен шпиндельный узел, содержащий шпиндель, установленный в корпусе в радиальных опорах и упорном подшипнике жидкостного трения, и дополнительное устройство восприятия осевой нагрузки.

Дополнительное устройство восприятия осевой нагрузки образовано системой приемных камер, через которые зоны давления упорного подшипника (в данном случае - несущие карманы) соединены с внешним источником давления.

Недостатком этого узла является то, что жесткость и несущая способность ограничена площадью упорного подшипника и давлением источника смазки. Конструкции шпиндельных узлов и источников давления не позволяют увеличить габариты подшипника и давление настолько, чтобы обеспечивалось резкое повышение воспринимаемых осевых внецентренных нагрузок.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является шпиндельный узел, содержащий шпиндель, установленный в корпусе в радиальных опорах и упорном подшипнике жидкостного трения, имеющем зоны давления, подключенные к внешнему источнику давления, и дополнительное устройство восприятия осевых нагрузок, выполненное в виде гидроцилиндра, соединенного с внешним источником давления посредством введенного в устройство гидравлического регулятора давления, имеющего управляющие полости, которые соединены с зонами давления упорного подшипника.

Этот узел приемлем в основном для шпинделей токарных станков и имеет низкую осевую жесткость из-за ограниченного диаметра цилиндра дополнительного устройства восприятия осевой нагрузки и давления внешнего источника.

Изобретение направлено на увеличение жесткости шпиндельного узла путем стабилизации зазора в упорном подшипнике.

Это достигается тем, что в предлагаемом шпиндельном узле шпиндель выполнен разъемным из двух частей в виде диска и полумуфты со штифтами для передачи вращения на диск, с центральной со стороны диска камерой и расположенным в ней плунжером со штоком, зафиксированным в диске, причем упорный подшипник жидкостного трения снабжен по меньшей мере одним дополнительным выходным щелевым дросселем, смонтированным в зоне давления упорного подшипника и сообщающимся с полостью под упомянутым плунжером и с регулятором давления.

На фиг.1 изображен шпиндельный узел, поперечный разрез; на фиг.2 - щелевой дроссель; на фиг. 3 - гидравлическая схема регулировки шпиндельного узла.

В корпусе 1 с радиальным подшипником 2 качения и двумя упорными, один из которых - подшипник 3 качения, а другой - подшипник жидкостного трения с внешним источником давления (в данном случае - гидростатический) расположен шпиндель, состоящий из полумуфты 4 и диска 5. Подшипник жидкостного трения представляет собой сопряжение двух деталей - корпуса 1 и диска 5. В месте соединения двух деталей (полумуфты 4 и диска 5) установлен подшипник качения 2 так, что образован шарнир, позволяющий диску 5 покачиваться на определенный угол от оси симметрии в пределах отклонения от перпендикулярности образующей упорного подшипника жидкостного трения к оси симметрии шпинделя.

Гидравлический цилиндр, связывающий две составные части шпинделя, представляет собой следующее: центральную со стороны диска камеру 6, выполненную в полумуфте 4, шток 7, ввернутый в диск 5 и законтрогаенный гайкой 8, на другом конце которого крепится плунжер 9.

Рабочий зазор в подшипнике жидкостного трения находится между корпусом 1 и диском 5. Величина зазора Δ (фиг.2) зависит от положения плунжера 9 в камере 6 полумуфты 4. В полумуфте 4 имеется канал 10 для соединения с подпоршневой полостью 11. Камера 6 связана со сливной магистралью 12.

Для предотвращения самопроизвольного рассоединения деталей 5 и 4 служит резьбовая втулка 13. Подпоршневая полость 11 связана с внешним источником давления посредством дополнительного выходного щелевого дросселя (фиг.2), состоящего из втулки 14, запрессованной в корпус 1, подводящего 15 и отводящего 16 каналов. К диску 5 винтами 17 крепится кольцевая фреза 18. Крутящий момент в шпинделе передается посредством штифтов 19.

Гидравлическая схема регулировки шпиндельного узла (фиг.3) содержит насос 20, редукционный клапан 21, манометр 22, фильтр 23 тонкой очистки, обратный клапан 24, гидроаккумулятор 25 и регулятор 26 давления.

Шпиндельный узел работает следующим образом.

Крутящий момент передается от электродвигателя через полумуфту посредством эластичных пальцев к полумуфте 4, далее через штифты 19 - к диску 5, на котором крепится фреза 18.

Работа гидросистемы узла. Масло, попадая в подводящий канал 15, проходит через дополнительный выходной щелевой дроссель (фиг.2), образованный диском 5 и втулкой 14, а далее попадает в развилку: часть масла идет к регулятору 26 давления (фиг.3), представляющему собой дроссель с ручной регулировкой расхода масла, а часть масла - в подпоршневую полость 11 по каналу 16. Причем регулятор давления настроен на определенный расход. Тогда при увеличении зазора Δ в подшипнике жидкостного трения выше оптимального происходит увеличение расхода масла выходным щелевым дросселем, излишек которого будет создавать больший подпор маслом плунжера 9, что повлечет за собой его перемещение вверх, а также перемещение диска 5 и в конечном счете - уменьшение зазора Δ в подшипнике жидкостного трения. Это будет происходить до тех пор, пока расход регулятора давления не нормализуется, т.е. пока расход выходного щелевого дросселя не станет больше расхода регулятора давления 26.

В случае, если зазор Δ будет меньше необходимого, расход выходного щелевого дросселя уменьшится, а следовательно, уменьшится и подпор плунжера 9, что приведет к его перемещению вниз и увеличению зазора Δ . Далее процесс повторится до полной стабилизации зазора Δ .

Таким образом, регулируя расход регулятора давления, изменяют толщину масляного слоя в подшипнике жидкостного трения и стабилизируют жесткость шпиндельного узла.

Использование: в области станкостроения для шпиндельных узлов металлорежущих станков с упорными гидростатическими подшипниками. Сущность изобретения: в корпусе 1 с радиальным подшипником /П/ качения 2 и двумя упорными, один из которых - П качения 3, а другой - П жидкостного трения, расположен шпиндель. Шпиндель выполнен разъемным из двух частей: полумуфты 4 и диска /Д/ 5, связанных между собой гидравлическим цилиндром. На опорной поверхности П жидкостного трения, представляющей собой сопряжение двух деталей: корпуса 1 и Д 5, расположен по меньшей мере один дополнительный выходной щелевой дроссель. Гидроцилиндр, связывающий две составные части шпинделя, представляет собой центрльную со стороны диска камеру 6, выполненную в полумуфте 4, шток 7, ввернутый в Д 5 и законтрогаенный гайкой 8, на втором конце которого крепится плунжер 9. В полумуфте 4 имеется канал 10 для соединения с подпоршневой полостью 11, которая в свою очередь связана с внешним источником давления посредством выходного щелевого дросселя. Камера 6 связана со сливной магистралью 12. К Д 5 винтами 17 крепится фреза 18. 3 ил.

ШПИНДЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ, содержащий корпус и шпиндель, установленный в корпусе на радиальных опорах и упорном подшипнике жидкостного трения с зонами давления, подключенными к источнику подачи смазки под давлением посредством регулятора давления, отличающийся тем, что, с целью увеличения жесткости путем стабилизации зазора в упорном подшипнике, шпиндель выполнен разъемным из двух частей в виде диска и полумуфты со штифтами для передачи вращения на диск с центральной со стороны диска камерой и расположенным в ней плунжером со штоком, зафиксированным в диске, причем упорный подшипник жидкостного трения снабжен по меньшей мере одним дополнительным выходным щелевым дросселем, смонтированным в зоне давления упорного подшипника и сообщающимся с полостью под плунжером и с регулятором давления.