ОТВОДИМЫЙ ШПИНДЕЛЬ ДЛЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ И ПРИМЕНЕНИЕ ОТВОДИМОГО ШПИНДЕЛЯ В МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКАХ Российский патент 2014 года по МПК B23Q1/70 B23B39/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к замене головок в металлорежущих станках, например фрезерных станках и сверлильных станках, и для этого предлагается отводимый шпиндель, позволяющий устанавливать разные головки, при этом задний вращающийся вал головки находится внутри металлорежущего станка.

Уровень техники

В секторе металлорежущих станков существуют различные типы станков, например, фрезерные станки и сверлильные станки, составными частями которых являются горизонтальный стол, неподвижно установленный на полу, на котором располагают деталь, подвергаемую механической обработке, колонна, по которой в вертикальном направлении скользит каретка или консоль, внутри этой каретки или консоли установлены суппорт и/или шпиндель, скользящие в горизонтальном направлении, перпендикулярно продольной оси стола.

Эти станки имеют морфологию различного типа, зависящую от вариантов перемещения их конструктивных частей, а именно: стол, на котором расположена деталь, подвергаемая механической обработке, может быть неподвижно установлен на полу, в то время как колонна может выполнять поступательное перемещение в горизонтальной плоскости, или стол может быть выполнен с возможностью поступательного перемещения в горизонтальной плоскости, а колонна может быть неподвижной, либо может иметь место ситуация, при которой как колонна, так и стол выполняют поступательное перемещение в упомянутой горизонтальной плоскости.

В зависимости от типа выполняемой механической обработки, может быть установлен тот или иной тип инструмента, например, если должно быть просверлено отверстие, на конце шпинделя, обращенном к детали, устанавливают сверлильный инструмент, при этом минимальный диаметр механической обработки определяется диаметром шпинделя, а максимальная глубина определяется длиной и осевым перемещением шпинделя, либо суммой длин шпинделя и суппорта, если имеется такой суппорт. С другой стороны, если необходимо выполнить фрезерование под различными углами в пространстве, шпиндель отводят в крайнее положение, что позволяет прикрепить к суппорту или, если отсутствует суппорт, к каретке фрезерную головку, при этом шпиндель соединяют с задним вращающимся валом головки.

В металлорежущих станках этого типа шпиндель может быть установлен внутри суппорта или внутри каретки, в зависимости от типа станка, но в обоих случаях шпиндель состоит из одной или нескольких частей, которые жестко соединены друг с другом с образованием единого узла и не могут быть разделены во время рабочего цикла станка. Этот шпиндель установлен внутри узла, образованного вращающейся втулкой, которая вращается вместе со шпинделем и которая посредством подшипников связана с неподвижной втулкой, входящей в состав суппорта или каретки станка. Также может иметь место ситуация, когда неподвижная втулка отсутствует, при этом подшипники размещены непосредственно в суппорте или каретке, которые непосредственно воспроизводят форму неподвижной втулки.

Это решение обладает тем недостатком, что фрезерная головка имеет слишком большую длину, если она расположена на суппорте или каретке, т.е. инструмент, установленный в головке, находится далеко от колонны станка, из-за чего сужается рабочая зона. Если говорить конкретно, задний вращающийся вал головки, известный как вал «С» головки, находится снаружи и его нельзя ввести в суппорт или каретку, так как он упирается в шпиндель и узел, образованный вращающейся и неподвижной втулками.

Поэтому необходимо предложить решение, позволяющее ввести вал «С» головки внутрь суппорта или каретки, что позволяет расположить рабочий инструмент головки максимально близко к колонне станка, в результате чего расширяется рабочая зона, это особенно важно с точки зрения использования максимального пути поперечного перемещения головки или стола и обеспечения максимальной рабочей зоны для деталей с большими габаритами.

Раскрытие изобретения

В настоящем изобретении предлагается отводимый шпиндель для металлорежущих станков, например фрезерных станков или сверлильных станков, который позволяет устанавливать на суппорт этих станков различные головки, при этом вал «С» головки, т.е. ее задний вращающийся вал, находится внутри суппорта. При описании изобретения рассмотрена ситуация его применения в металлорежущих станках с суппортом и шпинделем, расположенными внутри каретки, совершающей вертикальное поступательное перемещение, однако принцип изобретения не изменяется в случае станков, не имеющих суппорта, в которых шпиндель расположен непосредственно в каретке станка.

Отводимый шпиндель, являющийся объектом настоящего изобретения, состоит из вала шпинделя, на котором установлены задний узел и по меньшей мере один передний узел, причем задний узел образован вращающейся втулкой, связанной посредством подшипников с суппортом непосредственно или через неподвижную втулку, которая прикреплена к суппорту, что позволяет вращать вал шпинделя вместе с вращающейся втулкой, а передний узел образован другой вращающейся втулкой, которая посредством других подшипников связана с неподвижной частью конструкции станка, при этом передний узел выполнен с возможностью его автоматического удаления путем извлечения наружу или перемещения внутрь, в результате чего остается пространство, в которое можно поместить задний вращающийся вал головки.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, в котором передний узел выполнен с возможностью его удаления путем извлечения наружу, неподвижная часть конструкции станка, которая связана с вращающейся втулкой посредством подшипников переднего узла, представляет собой неподвижную втулку, входящую в состав переднего узла. Вращающиеся втулки как переднего, так и заднего узлов выполнены с возможностью их скрепления для синхронного вращения посредством подходящего средства соединения, а неподвижная втулка переднего узла имеет средство закрепления для ее автоматического прикрепления к суппорту.

Таким образом, при перемещении вала шпинделя в его крайнее отведенное положение внутри суппорта и удалении переднего узла путем извлечения его наружу остается пространство, в которое можно поместить задний вращающийся вал головки, в результате чего расширяется используемая рабочая зона.

Предполагается, что передний и задний узлы могут быть расположены на определенном расстоянии друг от друга, чтобы передний узел можно было удалить путем его перемещения внутрь, в результате чего при перемещении вала шпинделя в его крайнее отведенное положение также остается пространство, в которое можно поместить задний вращающийся вал головки.

Также предполагается, что подшипники, которые установлены между вращающимися втулками и неподвижными втулками, представляют собой радиально-упорные шарикоподшипники, при использовании которых увеличивается скорость вращения и снижается до минимума трение. Однако без изменения принципа настоящего изобретения, подшипники также могут быть других типов, например магнитными, гидростатическими, аэростатическими, или могут относиться к иным типам подшипников, имеющим низкий коэффициент трения.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, вал шпинделя разделен на заднюю часть, постоянно расположенную внутри суппорта, и по меньшей мере одну переднюю часть, которая выполнена с возможностью удаления путем ее извлечения наружу вместе с передним узлом, в результате чего остается пространство для размещения заднего вращающегося вала головки.

Все это позволяет получить отводимый шпиндель для металлорежущих станков, имеющий очень большие конструктивные и функциональные преимущества в предполагаемой области применения, что устраняет проблему, связанную с установкой вала «С» головки.

Краткое описание чертежей

Фиг.1А-1D схематично иллюстрируют различные типы металлорежущих станков.

Фиг.2 иллюстрирует проблему, возникающую при известном методе установки вала «С» головки, которая находится снаружи суппорта и каретки станка.

Фиг.3А и 3В, соответственно, иллюстрируют конструкцию шпинделя, соответствующего известному уровню техники, когда шпиндель и узел, образованный вращающейся и неподвижной втулками, изготовлены как единый узел.

Фиг.4А-4С, соответственно, иллюстрируют предпочтительный вариант отводимого шпинделя, являющегося объектом настоящего изобретения, где вращающаяся и неподвижная втулки имеют модульную конструкцию, содержащую заднюю часть, которая удерживается внутри, и по меньшей мере одну удаляемую переднюю часть.

Фиг.5 иллюстрирует то, каким образом решается проблема, связанная с установкой вала «С» головки, при использовании отводимого шпинделя, соответствующего настоящему изобретению.

Фиг.6 иллюстрирует возможность установки различных типов головок на одном и том же станке.

Фиг.7А-7С иллюстрируют другой вариант осуществления настоящего изобретения на практике, где шпиндель разделен на заднюю часть и по меньшей мере одну переднюю часть, которая может быть извлечена из суппорта.

Фиг.8 иллюстрирует возможность установки различных типов головок или передних частей шпинделя на одном и том же станке в соответствии с решением, показанным на предыдущем чертеже.

Подробное описание изобретения

Объектом настоящего изобретения является отводимый шпиндель для металлорежущих станков, например фрезерных станков и сверлильных станков, в котором узел из вращающейся и неподвижной втулок разделен, при этом имеется по меньшей мере один передний узел, который выполнен с возможностью его удаления путем извлечения наружу или перемещения внутрь, что позволяет создать в суппорте пространство для установки различных головок.

На фиг.1А и 1D можно видеть различные типы металлорежущих станков, на фиг.1А изображен станок, имеющий горизонтальный стол (1), который неподвижно установлен на полу (2) и на котором расположена деталь (3), подвергаемая механической обработке, и колонну (4), по которой в вертикальном направлении скользит каретка (5) или консоль, внутри этой каретки или консоли установлен шпиндель (6), скользящий в горизонтальном направлении, перпендикулярно продольной оси стола (1). На фиг.1В показан такой же металлорежущий станок, что и на фиг.1А, у которого шпиндель (6) отведен для прикрепления головки (7). В этих случаях стол (1) выполняет поступательное перемещение в горизонтальной плоскости.

На фиг.1С и 1D можно видеть металлорежущие станки, в которых внутри каретки (5) установлены суппорт (8) или RAM, и суппорт, в свой очередь, содержит шпиндель (6), в этом случае нет необходимости перемещать стол в горизонтальной плоскости, так как суппорт (8) позволяет перемещать шпиндель (6) в горизонтальной плоскости (Фиг.1С) или головку (7), если это предусмотрено (Фиг.1D).

Фиг.2 иллюстрирует проблему, возникающую при известном уровне техники, на ней можно видеть сужение рабочей зоны на детали (3) из-за расстояния Х до фрезерной головки (7) при ее установке на суппорте (8), а именно: задний вращающийся вал (9) головки, известный как вал «С», расположен снаружи и не может войти в суппорт (8) из-за того, что он упирается в шпиндель (6) и узел, образованный втулками, внутри которых заключен этот шпиндель.

Конструкция известного шпинделя (6) изображена на фиг.3А и 3В, на одной из которых шпиндель (6) показан в отведенном положении, а на другой - в выдвинутом положении, причем шпиндель (6) состоит из одной или нескольких частей, которые с образованием единого узла жестко соединены друг с другом и не могут быть разделены во время рабочего цикла станка. Под рабочим циклом понимается время, в течение которого станок работает (время механической обработки, смена головок, инструментов и т.д.).

Шпиндель (6) установлен внутри узла, образованного вращающейся втулкой (10), которая посредством подшипников (11) связана с неподвижной втулкой (12), входящей в состав суппорта (8) металлорежущего станка. Также может иметь место ситуация, когда неподвижная втулка (12) отсутствует, при этом подшипники (11) размещены непосредственно в суппорте (8), который непосредственно воспроизводит форму неподвижной втулки (12).

Настоящим изобретением предлагается отводимый шпиндель для металлорежущих станков, состоящий из вала (13) шпинделя, на котором установлены задний узел и по меньшей мере один передний узел, причем задний узел образован вращающейся втулкой (14), связанной посредством подшипников (16) с суппортом (8) непосредственно или через неподвижную втулку (15), которая прикреплена к суппорту (8), что позволяет вращать вал (13) шпинделя вместе с вращающейся втулкой (14), а передний узел образован другой вращающейся втулкой (17), которая посредством других подшипников (16) связана с неподвижной частью конструкции станка, при этом передний узел выполнен с возможностью автоматического удаления путем извлечения наружу или перемещения внутрь, в результате чего остается пространство (19), в которое можно поместить вал (9) головки (7).

На фиг.4А-4С изображен предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения, в котором передний узел удаляют путем извлечения его наружу (см. фиг.4С), в этом случае неподвижная часть конструкции станка, которая посредством подшипников (16) связана с вращающейся втулкой (17), представляет собой неподвижную втулку (18), входящую в состав переднего узла.

Вращающиеся втулки (14 и 17) выполнены с возможностью их скрепления для синхронного вращения посредством средства (20) соединения, в то время как неподвижные втулки (15 и 18) независимы друг от друга, без установления между ними соединения какого-либо типа; однако может иметь место ситуация, когда неподвижная втулка (15) заднего узла отсутствует, при этом ее форма непосредственно воспроизводится в суппорте (8). С другой стороны, неподвижная втулка (18) имеет средство (21) закрепления для прикрепления к суппорту (8).

При такой конструкции узла вал (13) шпинделя приводится во вращение посредством зубчатого колеса (22), которое прикреплено к задней части вращающейся втулки (14) заднего узла, в результате чего вал (13) шпинделя вращается вместе с упомянутой вращающейся втулкой (14), в то время как вращающаяся втулка (17) приводится во вращение за счет крепления к вращающейся втулке (14), обеспеченного средством (20) соединения. В задней части суппорта (8) установлен привод (23), например, шариковинтовая передача, который задает осевое перемещение вала (13) шпинделя.

Синхронное вращение вала (13) шпинделя и вращающейся втулки (14) заднего узла может быть обеспечено, среди прочего, за счет их шпоночного соединения (24), что позволяет валу (13) шпинделя вращаться с вращающейся втулкой (14) и скользить в осевом направлении относительно нее, при этом крайняя часть вала (13) шпинделя не имеет каких-либо средств соединения для принудительного вращения вместе с вращающейся втулкой (17) переднего узла, и этой части вала (13) шпинделя обеспечена радиальная опора, но не осевая.

Поэтому крайняя часть вала (13) шпинделя является цилиндрической, в результате чего при ее выдвижении из суппорта (8) различные отходы механической обработки не могут попасть в узлы, обеспечивающие вращение, однако если шпоночное соединение (24) будет выполнено на всей длине вала (13) шпинделя, то в этом случае необходимо предусмотреть средства для предотвращения попадания отходов в эти узлы, либо средства для удаления отходов, например, грязесъемники.

Таким образом, при перемещении вала (13) шпинделя в крайнее отведенное положение и удалении переднего узла путем извлечения его наружу остается пространство (19), в которое может быть помещен вал (9) головки (7). Как можно видеть на фиг.5, вал (9) головки (7) находится внутри суппорта (8), в результате чего головка (7) находится на расстоянии (X'), максимально близком к колонне (4), что позволяет, среди прочего, расширить используемую рабочую зону. Фиг.6 демонстрирует возможность установки различных типов головок (7) в пространстве (19).

Предполагается, что передний и задний узлы могут быть расположены на определенном расстоянии друг от друга, чтобы передний узел можно было удалить путем его перемещения внутрь, в результате чего при перемещении вала (13) шпинделя в его крайнее отведенное положение остается пространство (19), в которое можно поместить вал (9) головки (7). В этом случае, так как вращающиеся втулки (14 и 17) заднего и переднего узлов не скреплены вместе, то вращение поверхности вала (13) шпинделя будет вызывать вращение вращающейся втулки (17) вместе с этим валом.

Также предполагается, что подшипники (16), которые установлены между вращающимися втулками (14 и 17) и неподвижными втулками (15 и 18), представляют собой радиально-упорные шарикоподшипники, при использовании которых увеличивается скорость вращения и снижается до минимума трение. Однако, без изменения принципа настоящего изобретения, подшипники также могут быть других типов, например, магнитными, гидростатическими, аэростатическими, или могут относиться к иным типам подшипников, имеющим низкий коэффициент трения.

На фиг.7А-7С показан другой вариант осуществления настоящего изобретения, в котором вал (13) шпинделя образован задней частью (13.1), постоянно расположенной внутри суппорта (8), и по меньшей мере одной удаляемой передней частью (13.2), которая выполнена с возможностью ее отделения во время рабочего цикла от задней части (13.1) путем извлечения наружу вместе с передним узлом, образованным вращающейся втулкой (17), связанной посредством подшипников (16) с неподвижной втулкой (18), в результате чего остается пространство (19) для размещения вала (9) головки (7). В этом случае задняя и передняя части (13.1 и 13.2) вала (13) шпинделя скреплены друг с другом посредством средства (25) соединения для обеспечения их синхронного вращения.

При использовании этого решения, как видно на фиг.8, в пространстве (19), созданном в суппорте (8), можно выборочно устанавливать различные головки (7), а также передние части (13.2) вала (13) шпинделя различных длин и диаметров.

Таким образом, передний узел выполнен с возможностью установки в нем передних частей (13.2) вала (13) шпинделя, имеющих различные диаметры, а с другой стороны, предполагается, что передний узел дополняют модулем (26) для установки передних частей (13.2) вала (13) шпинделя, имеющих чрезмерную длину.

Отводимый шпиндель для металлорежущих станков состоит из вала, на котором установлен по меньшей мере один передний узел, образованный вращающейся втулкой, связанной посредством подшипников с неподвижной частью конструкции станка, причем передний узел выполнен с возможностью его удаления путем извлечения наружу или перемещения внутрь, в результате чего остается пространство, в которое можно поместить задний вращающийся вал головки, а также настоящее изобретение относится к металлорежущим станкам, оснащенным таким отводимым шпинделем. Технический результат - расширение технологических возможностей станка. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Отводимый шпиндель для металлорежущего станка, содержащего горизонтальный стол (1), на котором расположена деталь (3), подвергаемая механической обработке, колонну (4), по которой в вертикальном направлении скользит каретка (5), несущая суппорт (8), в котором установлен шпиндель (6) с прикрепленной к нему посредством заднего вращающегося вала (9) удаляемой головкой (7), при этом он снабжен по меньшей мере одним предназначенным для установки на нем передним узлом, образованным вращающейся втулкой (17), связанной посредством подшипников (16) с неподвижной частью конструкции станка, причем передний узел выполнен с возможностью извлечения наружу или перемещения внутрь для образования пространства, предназначенного для размещения заднего вращающегося вала (9) удаляемой головки (7).

2. Отводимый шпиндель по п.1, отличающийся тем, что неподвижная часть конструкции станка, которая связана с вращающейся втулкой (17) посредством подшипников (16), выполнена в виде неподвижной втулки (18), образующей часть переднего узла и имеющей средство (21) закрепления для присоединения к суппорту (8).

3. Отводимый шпиндель по п.1, отличающийся тем, что шпиндель (13) разделен на заднюю часть (13.1), постоянно расположенную внутри суппорта (8), и по меньшей мере одну переднюю часть (13.2), выполненную с возможностью ее извлечения наружу вместе с передним узлом.

4. Отводимый шпиндель по п.3, отличающийся тем, что передний узел выполнен с возможностью установки в нем передних частей (13.2) шпинделя (13), имеющих различные диаметры.

5. Отводимый шпиндель по п.3, отличающийся тем, что передний узел выполнен с возможностью дополнения его модулем (26) для установки передних частей (13.2) шпинделя (13), имеющих увеличенную длину.

6. Отводимый шпиндель по п.1, отличающийся тем, что подшипники (16) представляют собой подшипники с низким коэффициентом трения.

7. Отводимый шпиндель по п.1, отличающийся тем, что подшипники (16) выполнены в виде радиально-упорных шарикоподшипников.

8. Отводимый шпиндель по п.1, отличающийся тем, что подшипники (16) выполнены в виде магнитных подшипников.

9. Отводимый шпиндель по п.1, отличающийся тем, что подшипники (16) выполнены в виде гидродинамических подшипников.

10. Отводимый шпиндель по п.1, отличающийся тем, что подшипники (16) выполнены в виде аэростатических подшипников.

11. Металлорежущий станок с отводимым шпинделем по одному из пп.1-10, к которому посредством заднего вращающегося вала (9) присоединена головка (7) и на котором установлен по меньшей мере один передний узел, образованный вращающейся втулкой (17), связанной посредством подшипников (16) с неподвижной частью конструкции станка, при этом станок выполнен с возможностью удаления переднего узла с образованием пространства для заднего вращающегося вала (9) головки (7).

12. Металлорежущий станок по п.11, отличающийся тем, что передний узел выполнен с возможностью его извлечения наружу.

13. Металлорежущий станок по п.11, отличающийся тем, что передний узел выполнен с возможностью его перемещения внутрь.

14. Металлорежущий станок по п.11, отличающийся тем, что шпиндель (13) выполнен с разделением на заднюю часть (13.1) и по меньшей мере одну переднюю часть (13.2), имеющую возможность удаления путем извлечения наружу вместе с передним узлом, для образования пространства (19) для помещения в него заднего вращающегося вала (9) головки (7).