ИНСТРУМЕНТАЛЬНАЯ ГОЛОВКА С СЕРВОДВИГАТЕЛЕМ Российский патент 2010 года по МПК B23B29/34 

Изобретение относится к инструментальной головке для использования в станках, включающей основной корпус, по меньшей мере, одни перемещаемые относительно основного корпуса рабочие салазки и установленный в основном корпусе серводвигатель, воздействующий через редуктор на рабочие салазки, причем серводвигатель, выполненный в виде электродвигателя, содержит установленный в основном корпусе статор и вращающийся в статоре ротор, несущий выходной вал и покоящийся в двух вращающихся опорах, установленных на расстоянии друг от друга, причем одна из вращающихся опор наружным кольцом установлена в корпусе статора, жестко закрепленном в основном корпусе, а внутренним кольцом непосредственно или опосредованно - на выходном валу.

Известна инструментальная головка вышеназванного типа (ЕР-1 222 983 В1), в которой серводвигатель со своим по существу цилиндрическим корпусом установлен в основном корпусе по центру в аксиальном направлении и в которой корпус статора содержит стакан, охватывающий статор снаружи в аксиальном направлении соединенный с ним и без возможности проворачивания и сдвига, а также торцевую часть, закрывающую этот стакан со стороны, противоположной редуктору, и несущую наружное кольцо второй вращающейся опоры. Эта конструкция требует наличия места разъединения между узлами привода и редуктора, которое, в свою очередь, требует соответствующих больших затрат на монтаж.

Исходя из этого, в основу изобретения положена задача усовершенствования известной инструментальной головки вышеназванного типа в части сокращения затрат на монтаж инструментальной головки, а также в части уменьшения ее монтажной длины.

Для решения этой задачи предлагается комбинация признаков, приведенная в пункте 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления и усовершенствованные варианты изобретения раскрываются в зависимых пунктах формулы изобретения.

Решение согласно изобретению прежде всего заключается в том, что корпус статора содержит стакан, частично охватывающий статор снаружи в аксиальном направлении и соединенный со статором без возможности проворачивания и сдвига, а также крышку подшипника, закрывающую этот стакан со стороны редуктора и несущую на себе наружное кольцо первой вращающейся опоры. При этом выходной вал предпочтительно установлен коаксиально оси вращения основного корпуса.

Предпочтительный вариант осуществления изобретения предусматривает, чтобы вторая вращающаяся опора устанавливалась в отдельном центрирующем кольце, зафиксированном со стороны, противоположной крышке подшипника корпуса статора, на внутренней стороне статора. В отличие от уровня техники центрирующее кольцо не связано с корпусом статора непосредственно. Более того, между стаканом и центрирующим кольцом в корпусе имеется зазор, перекрываемый стенкой основного корпуса. Контур указанной стенки основного корпуса на перекрытом участке соответствует внешнему контуру статора. Предпочтительно, чтобы вторая вращающаяся опора своим наружным кольцом фиксировалась на центрирующем кольце, а своим внутренним кольцом - на роторе. При этом серводвигатель может быть выполнен как асинхронный двигатель или как двигатель постоянного тока. Статор серводвигателя предпочтительно содержит охватывающий ротор пакет сердечника с выступающими с торцов лобовыми частями обмотки. Особая компактность конструкции достигается тем, что статор соответствующей лобовой частью обмотки и/или частью своего пакета сердечника заходит в стакан корпуса статора, открытый с одной стороны, фиксируется и центрируется там, в то время как центрирующее кольцо заходит в свободное пространство в другой лобовой части обмотки и/или в пакете сердечника и фиксируется и/или центрируется там.

Предпочтительно, чтобы стакан был склеен и/или залит с пакетом сердечника и/или с соседней лобовой частью обмотки, в то время как с другой стороны центрирующее кольцо соединено с соседней лобовой частью обмотки и/или с пакетом сердечника путем геометрического замыкания и/или склеено или залито с ними. На одном своем торцевом конце серводвигатель имеет шифратор (encoder), предпочтительно устанавливаемый в кольцевом свободном пространстве внутри одной из лобовых частей обмотки.

В качестве редуктора предпочтительно используется понижающий редуктор, выполненный в виде передачи типа Harmonic-Drive, входной и выходной валы которой установлены в основном корпусе предпочтительно коаксиально. Выходной вал ротора серводвигателя предпочтительно входит в коаксиальное поводковое отверстие входного вала, причем внутреннее кольцо первой вращающейся опоры может быть без возможности проворачивания соединено с входным валом понижающего редуктора, а выходной вал ротора с помощью входного вала установлен в первой вращающейся опоре.

Другой предпочтительный вариант осуществления изобретения предусматривает, чтобы передача типа Harmonic-Drive содержала овальный приводной диск, предпочтительно соединенный с выходным валом серводвигателя с помощью входного вала, кольцо с внутренними зубьями, без возможности проворачивания соединенное с основным корпусом, и упругую муфту с наружными зубьями, соединенную с выходным валом. Ось ротора и последующие элементы передачи предпочтительно имеют по центру аксиальную полость, выполненную в качестве канала охлаждения или функционального прохода.

Для предотвращения магнитного взаимодействия между серводвигателем и частями опоры согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения предлагается, чтобы центрирующее кольцо, входящее в статор, было выполнено из немагнитного материала, и чтобы, по меньшей мере, вторая вращающаяся опора была выполнена в виде гибридного подшипника, тела качения которого были бы изготовлены из электроизоляционного материала предпочтительно из керамики.

Одна из обеих вращающихся опор предпочтительно образована фиксированным подшипником, а другая - плавающим подшипником, перемещаемым относительно последнего в аксиальном направлении. Эта мера позволяет избежать перекосов внутри приводной системы, которые могли бы произойти, например, при изменениях температуры. Предпочтительно первую вращающуюся опору выполнять в виде фиксированного, а вторую вращающуюся опору - в виде плавающего подшипника.

Другой предпочтительный или альтернативный вариант выполнения изобретения предусматривает, чтобы серводвигатель, редуктор и регулируемые рабочие салазки образовывали замкнутый узел, соединяемый с возможностью разъема через место разъединения с соединительным узлом, имеющим соединительный хвостовик. В этом случае соединительный узел имеет открытое в аксиальном направлении гнездо для аксиально выступающей части комбинированного узла привод-/редуктор/-салазки, которое выполнено чашеобразным и с открытой стороны может быть оснащено соответствующими деталями.

Ниже изобретение более подробно поясняется на примере осуществления, схематически изображенном на чертеже, на котором показан продольный разрез инструментальной головки, выполненной, например, в виде головки для подрезки торцов при использовании на станках.

Инструментальная головка по существу состоит из основного корпуса 10, вращающегося вокруг оси 10 вращения, рабочих салазок 16, перемещаемых в направлении поперек оси вращения 12 и несущих режущий инструмент (не показан), электрического серводвигателя 24, воздействующего посредством понижающего редуктора 22 на рабочие салазки 16, и хвостовика 28 инструмента, соединенного со шпинделем станка (на чертеже не показан) и выступающего в аксиальном направлении за пределы основного корпуса 10.

Инструментальная головка состоит из трех узлов, соединенных между собой с возможностью разъема в местах 30, 32 разъединения: узла 34 салазок 16, включающего в себя рабочие салазки 16, приводного узла 36, содержащего серводвигатель 24 и понижающий редуктор 22, и из соединительного узла 38, содержащего хвостовик 28 инструмента и имеющего в месте 32 разъединения чашеобразное гнездо 33. Конструктивные элементы приводного узла 36 и узла 34 салазок 16 монтируются заранее, образуя единый замкнутый узел, который затем устанавливается в чашеобразном гнезде 33 соединительного узла 38. Соединение узлов между собой осуществляется с помощью винтов 40, 42 с параллельными осями.

Серводвигатель 24 установлен в основном корпусе 10 на центральной оси. В изображенных примерах выполнения речь идет, например, об электродвигателе, выполненном в виде асинхронного двигателя, состоящего из кольцевого пакета 44 сердечника, расположенного снаружи, и статора 45 с двумя аксиально выступающими лобовыми частями 46, 48 обмотки, а также из вращающегося в статоре 45 ротора 56, несущего выходной вал 50 и установленного в двух вращающихся опорах 52, 54, установленных на расстоянии друг от друга. Наружным кольцом 58 одна 54 из вращающихся опор установлена в корпусе 60 статора 45, жестко закрепленном в основном корпусе 10, а своим внутренним кольцом 62 с помощью приводного вала 64 понижающего редуктора 22 - на выходном валу 50 серводвигателя 24.

Особенность изобретения состоит в том, что корпус 60 статора содержит стакан 66, частично охватывающий статор 45 снаружи в аксиальном направлении и без возможности проворачивания и сдвига соединенный с пакетом 44 статора, а также крышку 68 подшипника, закрывающую этот стакан 66 со стороны редуктора 22 и несущую наружное кольцо 58 вращающейся опоры 54. Крышка 68 подшипника и стакан 66 могут быть выполнены цельными или составными.

Другая вращающаяся опора 52 установлена со стороны, противоположной крышке 68 подшипника корпуса 60 статора 45, в отдельном центрирующем кольце 70, зафиксированном с внутренней стороны задней лобовой части 46 обмотки или в пакете 44 сердечника. Между свободным концом 72 стакана 66 и центрирующим кольцом 70 в корпусе 60 имеется зазор, перекрываемый на участке чашеобразного гнезда 33 внутренней поверхностью основного корпуса 10. Особенно целесообразными оказались непосредственные склейка или заливка центрирующего кольца 70 внутри статора 45 с лобовой частью 46 обмотки и/или с пакетом 44 сердечника. Неразъемное соединение стакана 66 со статором 45 может осуществляться с помощью клеящего вещества или заливочной массы.

Внутри передней лобовой части 48 обмотки имеется свободное пространство 74, которое может быть использовано для размещения шифратора 76, устанавливаемого между статором 45 и ротором 56.

В случае понижающего редуктора 22 речь идет предпочтительно о передаче типа Harmonic-Drive, у которой овальный приводной диск 82 входит в зацепление через выходной вал 50 со стороны двигателя 24 и приводной вал 64 со стороны редуктора 22, кольцо 86 с внутренними зубьями с помощью винтов 40 без возможности проворачивания соединено с основным корпусом 10 на участке приводного узла 36, а упругая муфта 88 с наружными зубьями находится в зацеплении с выходным валом 92. В роторе 56 серводвигателя 24 и в понижающем редукторе 22 имеется центральный функциональный канал 94, по которому со стороны станка может подаваться, например, охлаждающая среда. Со стороны узла салазок 16 канал 94 доходит до режущей кромки режущего инструмента (не показан).

В итоге необходимо отметить следующее: изобретение относится к инструментальной головке для использования в станках. Инструментальная головка содержит, по меньшей мере, одни рабочие салазки 16, регулируемые относительно основного корпуса 10, и серводвигатель 24, установленный в основном корпусе 10 и воздействующий через редуктор 22 на рабочие салазки 16. Серводвигатель 24, выполненный в виде электродвигателя, содержит установленный в основном корпусе 10 статор 45 и вращающийся в статоре 45 ротор 56, несущий выходной вал 50 и установленный в двух вращающихся опорах 52, 54, установленных на расстоянии друг от друга, причем наружным кольцом 58 одна 54 из вращающихся опор установлена в корпусе 60 статора 45, жестко закрепленном в основном корпусе 10, а внутренним кольцом 62 непосредственно или опосредованно - на выходном валу 50. Согласно изобретению корпус 60 статора 45 содержит стакан 66, частично охватывающий статор 45 снаружи в аксиальном направлении и соединенный с ним без возможности проворачивания и сдвига, а также крышку 68 подшипника, закрывающую стакан 66 со стороны редуктора 22 и несущую наружное кольцо 58 первой вращающейся опоры 54. Вторая вращающаяся опора 52 установлена со стороны, противоположной крышке 68 подшипника корпуса 60 статора 45, в отдельном центрирующем кольце 70, зафиксированном с внутренней стороны статора 45.

Головка содержит основной корпус, перемещаемые относительно него рабочие салазки и установленный в нем серводвигатель, воздействующий через редуктор на рабочие салазки, причем серводвигатель, выполненный в виде электродвигателя, содержит установленный в основном корпусе статор и установленный с возможностью вращения в статоре ротор, несущий приводной вал и установленный в двух вращающихся опорах, установленных на расстоянии друг от друга, причем одна из вращающихся опор наружным кольцом установлена в корпусе статора, а внутренним кольцом непосредственно или опосредованно - на выходном валу. Для сокращения места и времени на монтаж корпуса статора головка содержит стакан, частично охватывающий статор снаружи в аксиальном направлении и соединенный со статором без возможности проворачивания и сдвига, а также крышку подшипника, закрывающую стакан со стороны редуктора и несущую наружное кольцо первой вращающейся опоры. 2 н. и 24 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Инструментальная головка для станков, использующих режущий инструмент, содержащая основной корпус (10), по меньшей мере одни перемещаемые относительно основного корпуса (10) рабочие салазки (16) и установленный в основном корпусе (10) серводвигатель (24), воздействующий через редуктор (22) на рабочие салазки (16), причем серводвигатель (24), выполненный в виде электродвигателя, содержит установленный в основном корпусе (10) статор (45) и установленный с возможностью вращения в статоре (45) ротор (56), несущий приводной вал (50) и установленный в двух вращающихся опорах (52, 54), установленных на расстоянии друг от друга, причем одна (54) из вращающихся опор наружным кольцом (58) установлена в корпусе (60) статора (45), а внутренним кольцом (62) непосредственно или опосредованно - на выходном валу (50), отличающаяся тем, что корпус (60) статора (45) содержит стакан (66), частично охватывающий статор (45) снаружи в аксиальном направлении и соединенный со статором (45) без возможности проворачивания и сдвига, а также крышку (68) подшипника, закрывающую стакан (66) со стороны редуктора (22) и несущую наружное кольцо (58) первой вращающейся опоры (54).

2. Инструментальная головка по п.1, отличающаяся тем, что выходной вал (50) установлен коаксиально оси (12) вращения основного корпуса (10).

3. Инструментальная головка по п.1, отличающаяся тем, что вторая вращающаяся опора (52) установлена со стороны, противоположной крышке (68) подшипника корпуса (60) статора (45), в отдельном центрирующем кольце (70), зафиксированном с внутренней стороны статора (45).

4. Инструментальная головка по п.3, отличающаяся тем, что вторая вращающаяся опора (52) своим наружным кольцом (58) зафиксирована на центрирующем кольце (70), а своим внутренним кольцом - на роторе (56).

5. Инструментальная головка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что серводвигатель (24) выполнен в виде асинхронного двигателя или двигателя постоянного тока.

6. Инструментальная головка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что статор (45) содержит охватывающий ротор (56) пакет (44) сердечника с выступающими с торцов лобовыми частями (46, 48) обмотки.

7. Инструментальная головка по п.6, отличающаяся тем, что статор (45) одной своей лобовой частью (48) обмотки и/или частью своего пакета (44) сердечника заходит в стакан (66) с возможностью фиксирования и центрирования.

8. Инструментальная головка по п.7, отличающаяся тем, что стакан (66) заклеен и/или залит в пакете (44) сердечника и/или в соседней лобовой части (48) обмотки.

9. Инструментальная головка по п.6, отличающаяся тем, что центрирующее кольцо (70) заходит в свободное пространство внутри одной (46) из лобовых частей обмотки и/или пакета (44) сердечника с возможностью фиксирования и центрирования.

10. Инструментальная головка по п.9, отличающаяся тем, что центрирующее кольцо (70) заклеено или залито с соответствующей лобовой частью (46) обмотки и/или с пакетом (44) сердечника.

11. Инструментальная головка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что серводвигатель (24) на одном из своих торцевых концов имеет шифратор (76).

12. Инструментальная головка по п.11, отличающаяся тем, что шифратор установлен в кольцевом свободном пространстве (74) внутри одной (48) из лобовых частей обмотки.

13. Инструментальная головка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что редуктор предпочтительно представлен понижающим редуктором (22), выполненным в виде волнового редуктора.

14. Инструментальная головка по п.13, отличающаяся тем, что входной и выходной валы (64 и 50) понижающего редуктора (22) установлены коаксиально.

15. Инструментальная головка по п.14, отличающаяся тем, что выходной вал (50) ротора (56) входит в коаксиальное поводковое отверстие входного вала (64) понижающего редуктора (22).

16. Инструментальная головка по п.14, отличающаяся тем, что внутреннее кольцо (62) первой вращающейся опоры (54) без возможности проворачивания соединено с входным валом (64) понижающего редуктора (22), а выходной вал (50) ротора (56) с помощью входного вала (64) установлен в первой вращающейся опоре (54).

17. Инструментальная головка по п.14, отличающаяся тем, что понижающий редуктор содержит овальный приводной диск (82), предпочтительно соединенный с выходным валом (50) серводвигателя (24) с помощью входного вала (64), кольцо (86) с внутренними зубьями, без возможности проворачивания соединенное с основным корпусом (10), и упругую муфту (88) с наружными зубьями, соединенную с выходным валом (50).

18. Инструментальная головка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что ротор (56) и примыкающие элементы редуктора (22) имеют аксиально расположенный центральный канал (90), выполненный в качестве канала охлаждения или функционального прохода.

19. Инструментальная головка по п.3, отличающаяся тем, что центрирующее кольцо (70), входящее в статор (45), выполнено из немагнитного материала.

20. Инструментальная головка по п.3, отличающаяся тем, что по меньшей мере вторая вращающаяся опора (52) выполнена в виде гибридного подшипника, тела качения которого изготовлены из электроизоляционного материала, предпочтительно из керамики.

21. Инструментальная головка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что одна (54) из обеих вращающихся опор образована фиксированным подшипником, а другая (52) - плавающим подшипником, перемещаемым относительно последнего в аксиальном направлении.

22. Инструментальная головка по п.21, отличающаяся тем, что первая вращающаяся опора (54) выполнена в виде фиксированного, а вторая вращающаяся опора (52) в виде плавающего подшипника.

23. Инструментальная головка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что серводвигатель (24), редуктор (22) и регулируемые рабочие салазки (16) образуют замкнутый узел, соединяемый с возможностью разъема в месте (32) разъединения с соединительным узлом (38), содержащим соединительный хвостовик (28).

24. Инструментальная головка для станков, использующих режущий инструмент, содержащая основной корпус (10), по меньшей мере одни перемещаемые относительно основного корпуса (10) рабочие салазки (16) и установленный в основном корпусе (10) серводвигатель (24), воздействующий через редуктор (22) на рабочие салазки (16), причем серводвигатель (24), выполненный в виде электродвигателя, содержит установленный в основном корпусе (10) статор (45) и ротор (56), несущий выходной вал (50) и установленный в двух вращающихся опорах (52, 54), установленных в статоре (45) без возможности относительного вращения, причем одна (54) из вращающихся опор наружным кольцом (58) установлена в корпусе (60) статора (45), а внутренним кольцом (62) непосредственно или опосредованно - на выходном валу (50), отличающаяся тем, что серводвигатель (24), редуктор (22) и регулируемые рабочие салазки (16) образуют замкнутый узел, соединяемый с возможностью разъема в месте (32) разъединения с соединительным узлом (38), содержащим соединительный хвостовик (28).

25. Инструментальная головка по п.24, отличающаяся тем, что соединительный узел (38) имеет открытое в аксиальном направлении чашеобразное гнездо (33) для аксиально выступающей части комбинированного узла привод-редуктор-салазки.

26. Инструментальная головка по п.25, отличающаяся тем, что гнездо (33) соединительного узла (38) чашеобразно охватывает выступающую часть комбинированного узла.