ШПИНДЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ Российский патент 2001 года по МПК B23B19/02 B23Q11/14 

Изобретение относится к станкостроению и может быть использовано в быстроходных шпиндельных узлах металлорежущих станков.

Известен резец-холодильник (см. А.С. 286453, МПК В 23 Q 11/12. Бюл. 34, 1970) с подводом и циркуляцией охлажденного агента через камеру, в которой выполнена дополнительная полость со спиральной внутренней поверхностью, и в корпусе установлены регулируемый дроссель и прокладки.

Недостатком системы охлаждения является необходимость поддержания высокого давления сжатого воздуха для обеспечения его термодинамического расслоения на холодный (внутренний) и теплый (внешний) потоки, что резко снижает эксплуатационную надежность охлаждаемого элемента, т.е. резца-холодильника.

Известен шпиндельный узел (см. А.С. 1459895 МКИ В 23 Q 11/14. Бюл. 7, 1999), содержащий корпус с установленным в нем с возможностью вращения на подшипниковых опорах шпинделем, в котором выполнены равномерно расположенные по окружности наклонные и параллельные горизонтальной оси каналы, соединенные с цилиндрической полостью, образованной стаканом, закрепленным на заднем торце шпинделя.

Недостатком является неполное охлаждение отдельных участков поверхности шпинделя, что ограничивает увеличение быстроходности шпинделя и соответственно производительности станка, возникающее за счет образования застойных зон в системе циркуляции теплоносителя в местах контакта наклонных и горизонтальных каналов и особенно при соединении горизонтальных каналов с цилиндрической полостью стакана.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение производительности путем увеличения быстроходности шпинделя за счет устранения застойных зон процесса охлаждения при циркуляции теплоносителя, что обеспечивает равномерность теплообмена по всей поверхности охлаждаемых элементов системы.

Технический результат достигается тем, что шпиндельный узел, содержащий корпус с установленным в нем с возможностью вращения на подшипниковых опорах шпинделем, в котором выполнены равномерно расположенные по окружности наклонные и параллельные горизонтальной оси каналы, соединенные с цилиндрической полостью, образованной стаканом, закрепленным на заднем торце шпинделя. В наклонных и параллельно расположенных к горизонтальной оси каналах шпинделя выполнены продольные винтообразные канавки, а в цилиндрической полости, образованной стаканом на торце шпинделя, выполнены поперечные винтообразные канавки.

На фиг.1 изображен продольный разрез элемента шпиндельного узла со схемой циркуляции теплоносителя; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - сечение В-В на фиг. 1.

Шпиндельный узел содержит корпус (не показан), в котором установлен шпиндель 1. Последний установлен с возможностью вращения на подшипниковых опорах 2 и 3, соответственно на задней и передней. Шпиндель 1 снабжен герметичным устройством для стабилизации температуры, которое состоит из выполненных в шпинделе 1 равномерно по окружности наклонно к горизонтальной оси шпинделя каналов 4 с продольными винтообразными канавками 5 и параллельно к горизонтальной оси каналов 6 с продольными винтообразными канавками 7, а также стаканом 8 с цилиндрической полостью 9, на поверхности которой выполнены поперечные винтообразные канавки 10.

Продольные винтообразные канавки 5 каналов 4 совмещены с продольными винтообразными канавками 7 каналов 6, что обеспечивает поддержание турбулизационного течения в пограничном слое по всему пути движения теплоносителя в системе охлаждения,
Шпиндельный узел работает следующим образом.

При вращении шпинделя 1 теплоноситель под действием центробежных сил заполняет часть поперечных сечений, обращенных к наружной поверхности шпинделя 1, а наклонные каналы 4 заполняются теплоносителем практически полностью. Центробежные силы, действующие при вращении шпинделя 1 на теплоноситель, заставляют более холодную часть теплоносителя двигаться по наклонным каналам 4 в направлении по оси вращения к переднему торцу шпинделя 1, охлаждая его и вытесняя к заднему торцу нагретую часть теплоносителя и его пары, которые попадают в полость 9 стакана 8.

Движущийся теплоноситель и его пары, перемещаясь по продольным винтообразным канавкам 5 и 7, образуют завихрения у поверхности каналов, преобразуя ламинарное движение теплоносителя в пограничном слое в турбулентное. В результате турбулизации пограничнного слоя его толщина уменьшается, что приводит к интенсификации теплообмена между теплоносителем и материалом шпинделя (см. , например, стр. 324-338. Теплопередача. Исаченко И.П. и др. М.Л. Энергия. 1965. 424 с.), а это, как известно, улучшает процесс охлаждения шпинделя.

В полости 9 за счет скачкообразного увеличения площади поперечного сечения, занимаемого парами, последние конденсируются и, перемещаясь по поперечным винтообразным канавкам 10, завихряются, термодинамически расслаиваясь на периферийный и осевые потоки, дополнительно снижая температуру охлаждаемого теплоносителя, возвращаемого к передней опоре 3. В результате происходит круговая циркуляция теплоносителя с активным теплоотводом от опор и термостабилизацией шпиндельного узла по всей его внутренней поверхности герметичного устройства для стабилизации температуры.

Оригинальность технического решения заключается в том, что осуществлена интенсификация процесса охлаждения шпиндельного узла путем устранения застойных зон теплообмена по пути движения теплоносителя в герметичном устройстве за счет выполнения на его поверхности продольных винтообразных канавок, а в полости стакана поперечных винтообразных канавок.

Изобретение относится к станкостроению и может быть использовано в быстроходных шпиндельных узлах металлорежущих станков. Шпиндельный узел содержит корпус с установленным в нем с возможностью вращения на подшипниковых опорах шпинделем, имеющим равномерно расположенные по окружности наклонные и параллельные оси шпинделя каналы, соединенные с цилиндрической полостью в стакане, закрепленном на заднем торце шпинделя. Для повышения производительности путем увеличения быстроходности шпинделя за счет устранения застойных зон процесса охлаждения при циркуляции теплоносителя в указанных каналах шпинделя выполнены продольные винтообразные канавки, а на поверхности цилиндрической полости стакана - поперечные винтообразные канавки. При этом винтообразные канавки в наклонных и параллельных оси шпинделя каналах совмещены. 4 ил.

Шпиндельный узел, содержащий корпус с установленным в нем с возможностью вращения на подшипниковых опорах шпинделем, имеющим равномерно расположенные по окружности наклонные и параллельные оси шпинделя каналы, соединенные с цилиндрической полостью в стакане, закрепленном на заднем торце шпинделя, отличающийся тем, что в наклонных и параллельных оси шпинделя каналах выполнены продольные винтообразные канавки, а на поверхности цилиндрической полости стакана - поперечные винтообразные канавки, при этом винтообразные канавки в наклонных и параллельных оси шпинделя каналах совмещены.