ОДНОШПИНДЕЛЬНАЯ СИЛОВАЯ ГОЛОВКА Российский патент 1997 года по МПК B23Q37/00 

Изобретение относится к станкостроению, в частности к конструкции сомодействующих электромеханических силовых головок, используемых в технологических линиях как самостоятельное оборудование или в составе агрегатных станков для сверления, торцевания, зенкования или выполнения других операций в процессе обработки изделий, в том числе для торцевой обработки труб (одиночных или в плавниковых панелях), при изготовлении теплообменного оборудования, и направлено на расширение возможностей регулировки, упрощения обслуживания в эксплуатации, повышения производительности и качества работ, снижения энергозатрат.

Самодействующие механические головки различных типов в технике известны.

Наиболее близкой к заявляемой по техническому существу является силовая головка пинольного типа, содержащая корпус, в котором размещена несущая шпиндель пиноль, и двигатель, кинематически связанный со шпинделем и пинолью для обеспечения вращения, рабочей и ускоренной подач инструмента. В этой головке ходовой винт механизма привода подач совмещен со шпинделем, а гайка связана с приводом шпинделя через обгонную муфту, муфту управления скоростью подачи и настроечную муфту. Вал шпинделя с ведущим валом связан через муфту предельного момента, срабатывание которой при увеличении крутящего момента на шпинделе уменьшает скорость вращения шпинделя и снижает величину минутной рабочей подачи головки, но величина подачи на 1 оборот шпинделя сохраняется постоянной.

При относительной простоте кинематических связей элементов этой головки она обладает рядом существенных недостатков:
отсутствует регулировка величины рабочей подачи шпинделя, которую можно осуществлять только заменой шестерен в гитаре;
отсутствует ручное управление величиной подач (рабочей, подвода и отвода), а установка ручного привода подач приведет к существенному усложнению всей конструкции головки;
невозможна работа по "жестким упорам", т.к. муфта предельного момента при перегрузках уменьшает обороты шпинделя, что на "жестком упоре" может привести к поломке механизма или инструмента;
относительно большие энергозатраты на работу механизма подач, т.к. обычная пара "винт-гайка" имеет весьма низкий КПД.

Эти недостатки не позволяют быстро и плавно регулировать в достаточных пределах режимы обработки изделий, особенно необходимые при смене материала обрабатываемых изделий, усложняют обслуживание в эксплуатации, требуют дополнительных энергозатрат.

Изобретение имеет целью практически полностью исключить указанные недостатки прототипа и повысить эффективность работы силовых головок такого типа.

Поставленные цели достигаются тем, что в одношпиндельной силовой головке, содержащей корпус, в котором размещена несущая шпиндель пиноль, и двигатель, кинематически связанный со шпинделем и пинолью для обеспечения вращения, рабочей и ускоренной подач инструмента, в соответствии с изобретением пиноль установлена с возможностью вращения и зафиксирована в осевом направлении, а шпиндель установлен с возможностью осевого перемещения, причем кинематическая цепь привода подач выполнена в виде дифференциала, выходная полуось которого жестко связана с винтом роликорезьбового механизма, соединенного с хвостовиком шпинделя, а входная полуось дифференциала связана с ведущим валом посредством цепи нейтрали подач и управляемого вариатора величины рабочей подачи, между которыми установлена управляемая муфта для обеспечения их раздельного замыкания, при этом водило дифференциала связано с регулируемым тормозом, а двигатель соединен с ведущим валом посредством вариатора.

Действительно, предлагаемое выполнение головки и, в частности, привода рабочей подачи обеспечивает перемещение в процессе обработки изделий только шпинделя с инструментом, при осуществлении плавной регулировки величины подач и скорости вращения инструмента со шпинделем, позволяет быстро и плавно изменять режим обработки изделий без отключения головки и смены комплекта шестерен в соответствующих цепях привода, что повышает производительность головки, упрощает ее эксплуатацию и обслуживание, расширяет технологические возможности, повышает качество (чистоту) обработки, уменьшает энергозатраты на работу главного привода и металлоемкость головки. Одновременно упрощается привод ускоренной подачи, уменьшается его мощность, упрощается перевод головки на работу в автоматическом режиме установкой соответствующих датчиков и исполнительных устройств, упрощается обеспечение заданного усилия подачи и обеспечивается возможность работы по "жестким упорам".

Сущность изобретения поясняет приводимый ниже пример осуществления, что не исключает других вариантов использования изобретения в пределах заявляемой формулы.

На фиг.1 изображена заявляемая силовая головка в продольном осевом разрезе, поясняющая конструкцию головки и кинематическую связь ее основных компонентов и узлов; на фиг. 2 разрез А-А на фиг.1, поясняющий связь привода ускоренной подачи с дифференциалом привода рабочих подач.

Силовая головка содержит (см. фиг.1) корпус 1 с крышкой 2, на которой установлен с возможностью регулировки положения главный привод - электродвигатель 3. Внутри корпуса 1 смонтирован на подшипниковых опорах ведущий вал 4, один конец которого выведен наружу через заднюю торцевую стенку 5 корпуса 1 и на нем закреплен раздвижной шкив 6 вариатора главного привода 3, связанный ременной передачей с вторым шкивом 7 этого вариатора, закрепленным на валу главного привода. Подвижная часть шкива 6 (полушкив) вариатора главного привода связана с маховиком 8 ручного управления передаточным отношением вариатора, т.е. числом оборотов ведущего вала 4. Одной из основных особенностей предлагаемой силовой головки является выполнение выходного вала в виде пиноли 9, установленной шарнирно во втулке 10 с фланцем, прикрепленным к передней торцевой стенке 11 корпуса 1 с фиксацией в осевом направлении на корпус. Шпиндель 12 размещен в пиноли 9 с возможностью необходимого осевого перемещения и связан с нею шлицевым или шпоночным соединением. Пиноль 9 снабжена зубчатым колесом 13, входящим в зацепление с шестерней 14 на ведущем валу 4. Другой особенностью предлагаемой силовой головки является выполнение привода рабочей подачи шпинделя 12. Этот привод включает смонтированный в корпусе 1 соосно со шпинделем 12 дифференциал 15, выходная полуось 16 которого жестко соединена, например, с помощью муфты 17 с винтом 18 роликорезьбового механизма 19, при этом роликорезбовой механизм соединен с хвостовиком шпинделя 12 на резьбе (3). На входной полуоси 20 дифференциала 15 смонтированы шестерня 21, связанная через промежуточную шестерню 22 с шестерней 23 нейтрали подач на ведущем валу 4, и раздвижной шкив 24 вариатора привода рабочей подачи, соединенный жестким металлическим кольцом 25 с вторым раздвижным шкивом 26 этого вариатора на валу дифференциала 15. Шестерня 23 нейтрали подач и раздвижной шкив 24 вариатора привода рабочей подачи на ведущем валу 4 установлены свободно с возможностью независимого относительного вращения, а их раздельное кинематическое замыкание на ведущий вал 4 обеспечивается установленной между ними муфтой 27, связанной с ведущим валом 4 шлицевыми или шпоночным соединением и снабженной вилкой переключения, выведенной из корпуса 1 наружу и управляемой вручную или от электромагнита (не показаны). Подвижные части раздвижных шкивов 24 и 26 вариатора привода рабочей подачи жестко соединены между собой (через их подшипниковые узлы) управляемой тягой 28 регулировки величины рабочей подачи. Рычаг управления тягой 28 выведен из корпуса 1 наружу и снабжен шкалой величины подач (не показаны). Для работы привода рабочей подачи шпинделя 12 водило дифференциала 15 в предлагаемой конструкции это корпус дифференциала должно быть заторможено. С этой целью на корпусе дифференциала 15 закреплено (или выполнено за одно целрое с ним) по крайней мере одно зубчатое колесо 29, входящее в зацепление с шестерней 30 на валу 31, установленном в корпусе 1 перпендикулярно оси дифференциала 15 (см.фиг.2). В данном случае более рационально винтозубое зацепление колеса 29 и шестерни 30. Один конец вала 31 выведен из корпуса 1 и соединен с регулируемым управляемым электротормозом 32 и с маховичком 33 ручного привода подачи. Электротормоз 32 обеспечивает необходимое (регулируемое) ограничение усилия рабочей подачи, т.е. возможность работы по "жестким упорам", и полное растормаживание дифференциала 15 при пользовании приводом ускоренной подачи, в качестве которого может быть использован и электродвигатель. При выполнении силовой головки с ручным и электрическим (комбинированным) приводами за счет вращения водила (корпуса) дифференциала 15 целесообразно предусмотреть передачу такого вращения от различных передач. Для этого на корпусе дифференциала 15 необходимо предусмотреть еще одно зубчатое колесо 34, входящее в зацепление с шестерней 35 на валу 36, конец которого выведен из корпуса 1 и соединен с электродвигателем 37. Передаточное отношение этой зубчатой пары должно соответствовать допустимой величине ускоренной подачи (см.фиг.2).

Для осуществления контроля за относительным расположением инструмента и обрабатываемого изделия на крышке 2 корпуса 1 головки может быть установлен лимб 38 со шкалой, ось вращения которого входит в зацепление с рейкой на штанге 39, подвижно установленной в корпусе 1 параллельно оси шпинделя 12 и связанной с его хвостовиком кронштейном 40 с подшипниковым узлом.

Для обеспечения работы силовой головки в автоматическом режиме лимб 38 может быть оборудован датчиками положения шпинделя 12, включенными в цепи управления соответствующих приводов или исполнительных устройств по известным схемам.

Работа предлагаемой силовой установки заключается в следующем.

В рабочем конусе шпинделя 12 устанавливают необходимый для обработки изделия инструмент, маховиком 8 устанавливают необходимое передаточное отношение вариатора главного привода 3 для обеспечения заданной скорости вращения инструмента. Вилкой переключателя муфты 27 осуществляют замыкание на ведущей вал 4 шестерни 23 нейтрали подач, рычагом управления тягой 28 устанавливают необходимое передаточное отношение вариатора привода рабочей подачи. При включении главного привода электродвигателя 3 вращение его вала через вариатор привода будет передано ведущему валу 4, а от него одновременно пиноли 9 через шестерню 14 и зубчатое колесо 13 и входной полуоси 20 дифференциала 15 через шестерню нейтрали подач 23, промежуточную шестерню 22 и шестерню 21. При заторможенном водиле (корпусе) дифференциала 15 его выходная полуось 16 вместе с винтом 18 роликорезьбового механизма 19 и пиноль 9 со шпинделем 12 будут вращаться в одну сторону с одинаковой скоростью, а значит шпиндель 12 не получит осевого перемещения. При отпускании электротормоза 32 и вращении маховичка 33 ручного привода подачи в соответствующую сторону или при соответствующем включении электродвигателя 35 привода ускоренной подачи начнет вращение водило (корпус) дифференциала 15 через соответствующее зацепление, изменится скорость вращения выходной полуоси 16 дифференциала 15 и связанного с нею винта 18 роликорезьбового механизма 19, что приведет к выдвижению шпинделя 12 из пиноли 9 в зону резания инструмента. После необходимой подачи шпинделя 12 с инструментом прекращают работу привода подачи (ручного или электрического) и включают электротормоз 32, останавливая вращение водила (корпуса) дифференциала 15. Прекратится и перемещение шпинделя 12 с инструментом. Затем вилкой переключения муфты 27 освобождают шестерню 23 нейтрали подач и осуществляют кинематическое замыкание на ведущий вал 4 шкива 24 вариатора привода рабочей подачи. При этом через жесткое металлическое кольцо 25 вращение шкива 24 на ведущем валу 4 будет передано шкиву 26 на входной полуоси 20 дифференциала 15, и его выходная полуось 16 начнет вращаться с определенной скоростью, обеспечивая установленную величину рабочей подачи для обработки изделия. Если в процессе обработки изделия усилие резания превысит величину, установленную регулировкой электротормоза 32, последний обеспечит проскальзывание вала 31 и вращение водила (корпуса) дифференциала 15, снижая установленную величину подачи и усилие резания на инструменте до заданного значения (по величине крутящего момента). Окончание процесса обработки изделия контролируется визуально по показаниям лимба 36, соответствующим выполняемому перемещению шпинделя 12, или автоматически при установке соответствующих датчиков. Отвод инструмента из зоны резания (обработки изделия) осуществляется соответственно вручную -маховиком 33 или переключателем привода рабочей подачи -электродвигателем 35.

При необходимости изменения режимов обработки изделий скорости вращения шпинделя 12 с инструментом или величины рабочей подачи соответствующие регулировки осуществляются изменением передаточных отношений вариаторов главного привода электродвигателя 3 с помощью маховичка 8 или вариатора привода рабочей подачи с помощью рычага управления тягой 28.

Таким образом, предлагаемая силовая головка обеспечивает плавную регулировку скорости вращения шпинделя и величины рабочей подачи без ее отключения и необходимости смены комплектов шестерен в соответствующих цепях, остается неподвижной в процессе обработки изделий, а КПД привода рабочей подачи (вариатор дифференциал роликорезьбовой механизм) вдвое выше КПД винтовой передачи, что дополнительно снижает энергозатраты на работу головки.

Использование: изобретение относится к санкостроению, в частности к конструкции электромеханических силовых головок, и может быть использовано в технологических линиях как самостоятельное оборудование или в составе агрегатных станков для различных видов механической обработки изделий. Сущность изобретения: в корпусе головки 1 размещена пиноль 9, зафиксированная в осевом направлении на корпус и входящая в зацепление с размещенным в ней шпинделем 12 и с ведущим валом 4. Привод рабочей подачи содержит дифференциал 15, выходная полуось 16 которого жесткого связана с винтом 18 роликорезьбового механизма 19, соединенного с хвостовиком шпинделя 12. Входная полуось 20 дифференциала 15 кинематически связана с ведущим валом 4 цепью нейтрали подач и управляемым вариатором величины рабочей подачи, раздельное замыкание которых на ведущий вал 4 обеспечивается управляемой муфтой 27. Водило дифференциала 15 связано с регулируемым тормозом 32, а двигатель 3 соединен с ведущим валом 4 посредством вариатора. 2 ил.

Одношпиндельная силовая головка, содержащая корпус, в котором размещена несущая шпиндель пиноль, и двигатель, кинематически связанный со шпинделем и пинолью для обеспечения вращения, рабочей и ускоренной подач инструмента, отличающаяся тем, что пиноль установлена с возможностью вращения и зафиксирована в осевом направлении, а шпиндель установлен с возможностью осевого перемещения, причем кинематическая цепь привода подач выполнена в виде дифференциала, выходная полуось которого жестко связана с винтом роликорезьбового механизма, соединенного с хвостовиком шпинделя, а входная полуось дифференциала связана с ведущим валом посредством цепи нейтрали подач и управляемого вариатора величины рабочей подачи, между которыми установлена управляемая муфта для обеспечения их раздельного замыкания, при этом водило дифференциала связано с регулируемым тормозом, а двигатель соединен с ведущим валом посредством вариатора.