ДВУХПОВОРОТНАЯ ШПИНДЕЛЬНАЯ ГОЛОВКА ДЛЯ СТАНКОВ Российский патент 2006 года по МПК B23Q1/54 

Настоящее изобретение относится к двухповоротной шпиндельной головке для станков.

Двухповоротные шпиндельные головки для станков известны. Они разделяются в основном на двухповоротные головки с перпендикулярными осями и двухповоротные головки с неперпендикулярными осями. Оба типа содержат первую половину головки, присоединенную к конструкции станка с возможностью поворота относительно нее вокруг первой оси, и вторую половину головки, присоединенную к первой половине головки с возможностью поворота относительно нее вокруг второй оси. Однако, в то время как в двухповоротных головках первого типа две оси поворота взаимно перпендикулярны, в станках второго типа две оси поворота не взаимно перпендикулярны.

Двухповоротные головки первого типа, которым часто присущи серьезные ограничения с точки зрения их способности обеспечения подвода инструмента к поверхности обрабатываемой детали и, в особенности, обеспечения проникновения в полость в обрабатываемой детали, как правило, не создают трудностей при ориентировании оси инструмента в заданном направлении в пространстве, поскольку они обеспечивают возможность достижения данного ориентированного положения путем поворота указанной оси вокруг одной или обеих взаимосвязанных осей станка.

Двухповоротные головки второго типа являются более предпочтительными по сравнению с двухповоротными головками первого типа с точки зрения подвода их инструмента к поверхности обрабатываемой детали, но в то же время они являются более сложными с точки зрения программирования их перемещений и точности их работы. В частности, в данном отношении, даже несмотря на то, что изменения ориентированного положения оси инструмента можно рассматривать как повороты вокруг физической оси, фактически они достигаются за счет поворота вокруг виртуальной оси в результате нескольких одновременных перемещений узлов станка по нескольким координатам, которые могут полностью или частично включать в себя перемещения по трем линейным осям X, Y и Z и повороты вокруг двух осей поворота.

По указанным причинам двухповоротные головки с неперпендикулярными осями по существу должны быть более точными по сравнению с двухповоротными головками с перпендикулярными осями, при этом данная точность, как правило, достигается за счет создания этих головок главным образом для точной установки при повороте в заданную позицию, которая достигается, как правило, с помощью прецизионного плоскозубчатого зацепления, как описано, например, в Европейском патенте 0513716.

Однако зубчатые кольца с плоскозубчатым зацеплением, которые являются точными и практически не имеют люфта, обеспечивают возможность достижения только дискретных положений. Это означает, что угловые положения, в которые может быть установлен инструмент, зависят от сочетания дискретных углов поворота и, следовательно, невозможно их плавное варьирование.

Техническим результатом настоящего изобретения является создание двухповоротной шпиндельной головки с неперпендикулярными осями, предназначенной для станков и обеспечивающей плавную непрерывную ориентацию оси инструмента в любом направлении в пространстве с высокой точностью позиционирования и при устранении зазора и трения между элементами, перемещающимися друг относительно друга, установку инструмента точно вблизи поверхности обрабатываемой детали, хорошее проникновения инструмента и его шпинделя в любые полости в обрабатываемой детали и механическую обработку поднутрений.

Этот технический результат достигается тем, что двухповоротная шпиндельная головка с неперпендикулярными осями, предназначенная для станков, содержит первую половину головки, присоединенную к конструкции станка посредством соединительного элемента с возможностью поворота относительно него вокруг первой оси, и вторую половину, предназначенную для создания опоры для инструментального шпинделя, присоединенную к первой половине головки по плоской поверхности и установленную с возможностью поворота относительно первой половины головки вокруг второй оси, перпендикулярной к плоской поверхности, первый электродвигатель для непосредственной передачи вращения, предназначенный для обеспечения поворота первой половины головки относительно соединительного элемента, статор которого неподвижно прикреплен к соединительному элементу, а ротор которого неподвижно прикреплен к первой половине головки, и второй электродвигатель для непосредственной передачи вращения, предназначенный для обеспечения поворота второй половины головки относительно первой половины головки, статор которого неподвижно прикреплен к первой половине головки, а ротор которого неподвижно прикреплен ко второй половине головки.

Двухповоротная головка может содержать первый датчик для контроля углового положения первой половины головки относительно соединительного элемента и второй датчик для контроля углового положения второй половины головки относительно первой половины головки.

Указанная плоская поверхность образует с первой осью угол, который составляет менее 45° и предпочтительно составляет от 35° до 40°.

Предпочтительный вариант осуществления изобретения подробно описан ниже со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых изображено следующее:

фиг.1 представляет вид сбоку двухповоротной головки согласно изобретению в положении, при котором ось инструмента параллельна первой оси;

фиг.2 представляет вертикальное сечение двухповоротной головки согласно изобретению в том же положении, что и на фиг.1;

фиг.3 представляет вид сбоку двухповоротной головки согласно изобретению в положении, при котором ось инструмента находится под углом 110° к первой оси;

фиг.4 представляет вертикальное сечение двухповоротной головки по изобретению в том же положении, что и на фиг.3.

Как изображено на чертежах, двухповоротная головка согласно изобретению содержит первую половину 2 головки, традиционным образом присоединенную к конструкции станка (не показанной на чертежах) посредством соединительного элемента 4, и вторую половину 6 головки, служащую опорой инструментальному шпинделю 8. Первая половина 2 головки выполнена с возможностью поворота относительно конструкции станка и, следовательно, относительно соединительного элемента 4 вокруг первой оси 10 за счет наличия направляющих 12, присоединенных к соединительному элементу 4 и входящих в окружную канавку 14, выполненную в корпусе первой половины 2 головки.

Поворот первой половины 2 головки относительно соединительного элемента 4 и конструкции станка осуществляется посредством электродвигателя для непосредственной передачи вращения, статор 16 которого неподвижно прикреплен к соединительному элементу 4 и ротор 18 которого неподвижно прикреплен к первой половине 2 головки.

Вторая половина 6 головки и первая половина 2 головки соединены друг с другом по плоской поверхности, которая в плоскости чертежа показана линией 20. Эта поверхность образует угол 35° с первой осью 10.

Вторая половина 6 головки может поворачиваться относительно первой половины 2 головки вокруг второй оси 22 за счет наличия направляющих 24, присоединенных к первой половине 2 головки и входящих в окружную канавку 26, выполненную в корпусе второй половины 6 головки.

Поворот второй половины 6 головки относительно первой половины 2 головки осуществляется посредством электродвигателя для непосредственной передачи вращения, статор 28 которого неподвижно прикреплен к первой половине 2 головки и ротор 30 которого неподвижно прикреплен ко второй половине 6 головки.

Оба электродвигателя для непосредственной передачи вращения, то есть тот электродвигатель, который расположен между соединительным элементом 4 и первой половиной 2 головки, и тот электродвигатель, который расположен между первой половиной 2 головки и второй половиной 6 головки, могут представлять собой или синхронные электродвигатели с постоянными магнитами, или асинхронные электродвигатели. Контроль углового положения первой половины 2 головки относительно соединительного элемента 4 и углового положения второй половины 6 головки относительно первой половины 2 головки осуществляется посредством соответствующих датчиков 32, 34 положения.

В процессе работы, когда в результате вращения электродвигателя для непосредственной передачи вращения, расположенного между соединительным элементом 4 и первой половиной 2 головки, обеспечивается поворот обеих половин 6 и 2 головки вокруг первой оси 10 и, следовательно, ось инструмента описывает коническую поверхность, которая становится цилиндрической, когда две оси параллельны, в результате поворота электродвигателя для непосредственной передачи вращения, расположенного между первой половиной 2 головки и второй половиной 6 головки, обеспечивается поворот данной второй половины 6 головки вокруг второй оси 22, что тем самым приводит к изменению угла между первой осью 10 и осью шпинделя.

Более конкретно, этот угол может изменяться от 0° до 110° и принимать все промежуточные значения между этими двумя конечными значениями.

Следовательно, путем соответствующего управления двумя электродвигателями для непосредственной передачи вращения можно заставить ось шпинделя принять любое направленное положение в пространстве в пределах конуса, имеющего угол при вершине, составляющий 220°.

Из вышеизложенного очевидно, что двухповоротная головка по изобретению особенно предпочтительна по сравнению с традиционными двухповоротными головками, и в частности она обеспечивает возможность плавного непрерывного ориентирования оси инструмента в любом направлении в пространстве с высокой точностью позиционирования и при устранении зазора и трения между элементами, перемещающимися друг относительно друга, возможность установки инструмента точно вблизи поверхности обрабатываемой детали, возможность хорошего проникновения инструмента и его шпинделя в любые полости в обрабатываемой детали, возможность механической обработки поднутрений.

Изобретение относится к области станкостроения, а именно к двухповоротным шпиндельным головкам для станков. Сущность изобретения заключается в том, что головка содержит первый электродвигатель для непосредственной передачи вращения, предназначенный для обеспечения поворота первой половины головки относительно соединительного элемента, и второй электродвигатель для непосредственной передачи вращения, предназначенный для обеспечения поворота второй половины головки относительно первой половины головки. Статор первого электродвигателя неподвижно прикреплен к соединительному элементу, а ротор - к первой половине головки. Статор второго электродвигателя неподвижно прикреплен к первой половине головки, а ротор - к ее второй половине. Кроме того, она содержит первый и второй датчики для контроля углового положения первой половины головки относительно соединительного элемента и второй половины головки относительно первой половины соответственно. Технический результат изобретения состоит в обеспечении плавного непрерывного ориентирования оси инструмента в любом направлении в пространстве с высокой точностью позиционирования и при устранении зазора и трения между элементами, установки инструмента точно вблизи поверхности обрабатываемой детали, а также хорошего проникновения инструмента и его шпинделя в любые полости обрабатываемой детали и обработки поднутрений. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Двухповоротная шпиндельная головка с неперпендикулярными осями, предназначенная для станков, содержащая первую половину головки, присоединенную к конструкции станка посредством соединительного элемента с возможностью поворота относительно него вокруг первой оси, вторую половину, предназначенную для создания опоры для инструментального шпинделя, присоединенную к первой половине головки по плоской поверхности и установленную с возможностью поворота относительно первой половины головки вокруг второй оси, перпендикулярной к указанной плоской поверхности, отличающаяся тем, что она содержит первый электродвигатель для непосредственной передачи вращения, предназначенный для обеспечения поворота первой половины головки относительно соединительного элемента, статор которого неподвижно прикреплен к соединительному элементу, а ротор которого неподвижно прикреплен к первой половине головки, и второй электродвигатель для непосредственной передачи вращения, предназначенный для обеспечения поворота второй половины головки относительно первой половины головки, статор которого неподвижно прикреплен к первой половине головки, а ротор которого неподвижно прикреплен ко второй половине головки.2. Двухповоротная головка по п.1, отличающаяся тем, что она содержит первый датчик для контроля углового положения первой половины головки относительно соединительного элемента и второй датчик для контроля углового положения второй половины головки относительно первой половины головки.3. Двухповоротная головка по п.1, отличающаяся тем, что указанная плоская поверхность образует с первой осью угол, который составляет менее 45° и предпочтительно составляет от 35 до 40°.