ШПИНДЕЛЬНАЯ ГОЛОВКА С ИЗМЕНЯЕМЫМ УГЛОМ РАСПОЛОЖЕНИЯ ШПИНДЕЛЯ Российский патент 2025 года по МПК B23C1/12 B23Q5/04 

[0001] Настоящее изобретение относится к области техники шпинделей металлообрабатывающих станков, в частности, к шпиндельной головке с изменяемым углом расположения шпинделя.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0002] В таких областях, как авиастроение и национальная оборона, зачастую требуется механическая обработка глубоких полостей. Однако шпиндели, которыми оснащены существующие металлообрабатывающие станки, как правило, установлены на станке под фиксированным углом, либо угол необходимо регулировать вручную, при этом шпиндели характеризуются крупными габаритами, в результате чего существующие шпиндели металлообрабатывающих станков не подходят для механической обработки глубоких полостей с узким пространством.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] В настоящем изобретении предлагается шпиндельная головка с изменяемым углом расположения шпинделя, позволяющая решить проблему, заключающуюся в том, что существующая шпиндельная головка металлообрабатывающих станков имеет крупные габариты, сложную конструкцию и не является приемлемой для механической обработки глубоких полостей.

[0004] Технические средства, используемые в настоящем изобретении, включают следующие элементы: шпиндельную головку с изменяемым углом расположения шпинделя, которая содержит: корпус и силовой механизм, связанный через передаточный механизм со шпиндельным узлом, при этом передаточный механизм включает в себя ведущее колесо, связанное посредством приводного ремня с ведомым колесом, а шпиндельный узел своей боковой стороной связан с возможностью поворота с корпусом посредством поворотного вала, на удаленном от шпиндельного узла конце которого, установлено ведомое колесо. При этом силовой механизм выполнен в виде серводвигателя, соединенного с редуктором, причем входной вал редуктора размещен вертикально, его выходной вал расположен перпендикулярно входному валу, а ведущее колесо установлено на выходном валу редуктора. При этом силовой механизм и передаточный механизм размещены в корпусе, а серводвигатель, редуктор и шпиндельный узел расположены в направлении продольной оси корпуса с одной стороны относительно передаточного механизма.

[0005] Далее один из концов корпуса выполнен в виде установочного конца с образованием пространства для размещения шпиндельного узла, при этом установочный конец корпуса снабжен монтажной частью, в которой установлен поворотный вал, причем шпиндельный узел и ведомое колесо расположены по разные стороны от монтажной части.

[0006] Кроме того, шпиндельная головка снабжена устройством для фиксации углового положения шпиндельного узла, которое расположено на боковой стороне монтажной части со стороны ведомого колеса.

[0007] Далее устройство для фиксации выполнено в виде пневматического устройства для блокировки поворота вала.

[0008] Далее шпиндельная головка снабжена системой для измерения угла поворота шпиндельного узла, а на конце поворотного вала со стороны шпиндельного узла неподвижно закреплена пластина, посредством которой поворотный вал жестко соединен со шпиндельным узлом.

[0009] Далее система для измерения угла поворота выполнена в виде круговой линейки со шкалой и считывающей головки, при этом круговая линейка со шкалой расположена на неподвижной пластине со стороны, обращенной к ведомому колесу, а считывающая головка установлена на монтажной части.

[0010] Кроме того, монтажная часть со стороны, обращенной к шпиндельному узлу, выполнена с полостью, при этом считывающая головка установлена на внутренней стенке упомянутой полости, а круговая линейка со шкалой установлена на неподвижной пластине, с возможностью ее частичного размещения в направлении оси поворотного вала в упомянутой полости.

[0011] По сравнению с предшествующим уровнем техники шпиндельная головка с изменяемым углом расположения шпинделя по настоящему изобретению обладает нижеуказанными преимуществами. Серводвигатель размещен продольно (в вертикальном положении) и приводит в движение шпиндельный узел посредством редуктора и конструкции приводного ремня таким образом, чтобы шпиндельный узел находился в пространстве линии удлинения выходного вала серводвигателя, в результате чего обеспечивается уменьшение пространства, занимаемого серводвигателем и шпиндельным узлом, а также габаритов шпиндельной головки, что позволяет шпиндельному узлу войти в узкое пространство. При этом, ввиду того, что конструкция с приводным ремнем способна приводить шпиндельный узел в движение с поворотом, обеспечивается легкая обработка глубокой полости, и, кроме того, устройство обладает такими преимуществами, как простота конструкции, удобство сборки и технического обслуживания, а также низкая стоимость изготовления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0012] ФИГ. 1 - схема конструкции шпиндельной головки с изменяемым углом расположения шпинделя, предлагаемой в настоящем изобретении.

ФИГ. 2 - общий вид шпиндельной головки с изменяемым углом расположения шпинделя, предлагаемой в настоящем изобретении.

ФИГ. 3 - блок-схема диапазона угла поворота, который может быть достигнут шпиндельной головкой с изменяемым утлом расположения шпинделя, предлагаемой в настоящем изобретении.

На чертежах: 1 - корпус, 11 - монтажная часть, 12 - пространство для размещения шпиндельного узла, 13 - установочный конец корпуса, 14 - полость для размещения системы для измерения угла поворота, 20 - серводвигатель, 21 - редуктор, 22 - ведущее колесо, 23 - приводной ремень, 24 - ведомое колесо, 30 - шпиндельный узел, 31 -поворотный вал, 310 - неподвижная пластина, 32 - подшипник, 4 - устройство фиксации, 5 - система для измерения угла поворота, 50 - круговая линейка со шкалой, 51 -считывающая головка.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0013] Как показано на ФИГ. 1 и ФИГ. 2, шпиндельная головка с изменяемым углом расположения шпинделя, раскрытая в настоящем изобретении, включает корпус 1, силовой механизм, передаточный механизм и шпиндельный узел 30; силовой механизм и передаточный механизм размещены в корпусе 1; как показано на рисунке, в данном варианте осуществления настоящего изобретения корпус 1 представляет собой удлиненную и узкую пустотелую конструкцию, конец корпуса 1 (нижний конец на рисунке) снабжен монтажной частью 11, монтажная часть 11 отклоняется от центрального положения корпуса (то есть монтажная часть размещена на боковой части нижнего конца корпуса), при этом между нижней частью корпуса и монтажной частью образовано пространство 12 для размещения шпинделя, в котором может быть размещен шпиндель.

[0014] Силовой механизм и передаточный механизм установлены в корпусе 1; в частности, силовой механизм включает серводвигатель 20 и редуктор 21, серводвигатель 20 размещен продольно в корпусе 1 (то есть выходной вал серводвигателя расположен в том же направлении, в котором расположен корпус по своей длине), выходной вал серводвигателя 20 соединен с входным валом редуктора 21, при этом входной вал редуктора 21 размещен вертикально, а его выходной вал расположен перпендикулярно входному валу; передаточный механизм включает ведущее колесо 22, приводной ремень 23 и ведомое колесо 24, при этом ведущее колесо 22 установлено на выходном валу редуктора 21; шпиндельный узел 30 размещен в пространстве 12 для размещения шпинделя, боковая стенка шпиндельного узла 30 прикреплена к концу поворотного вала 31, и в данном варианте осуществления настоящего изобретения конец поворотного вала 31 снабжен неподвижной пластиной 310 (фланцевая конструкция), шпиндельный узел 30 жестко скреплен с неподвижной пластиной 310 болтовым соединением, монтажная часть 11 снабжена отверстием для установки подшипника, подшипник 32 установлен на поворотном валу 31, подшипник 32 установлен в отверстии для установки подшипника, ведомое колесо 24 установлено на другом конце поворотного вала 31, и ведущее колесо 22 и ведомое колесо 24 соединены посредством приводного ремня 23. Шпиндельный узел установлен на корпусе посредством поворотного вала таким образом, чтобы обеспечивалось размещение серводвигателя и шпинделного узла на одной и той же стороне передаточного механизма (то есть, шпиндельный узел размещен в направлении продления выходного вала серводвигателя). В настоящем изобретении за счет продольного размещения серводвигателя и приведения в действие шпиндельного узла посредством редуктора, входной и выходной валы которого размещены вертикально по отношению друг к другу и механизму приводного ремня, серводвигатель, редуктор и шпиндельный узел размещены приблизительно на одной прямой линии, и, таким образом, ширина шпиндельной головки может быть уменьшена таким образом, чтобы шпиндель имел узкую и удлиненную конструкцию для обеспечения легкого проникновения в глубокие полости, и в то же время серводвигатель смог приводить шпиндель в движение вокруг центральной оси вращающего вала посредством редуктора и механизма ременного привода приводного ремня. Как показано на ФИГ. 3, при достаточно большой длине монтажной части шпиндельного узла, при которой предотвращается столкновение шпиндельного узла с корпусом во время поворота, шпиндельный узел имеет возможность поворачиваться на большой угол. На рисунке показано, что угол а, на который шпиндельная головка может поворачиваться в обоих направлениях, может достигать от 90 до 120 градусов, то есть угол поворота шпиндельного узла может достигать от 180 до 240 градусов, при этом шпиндельный узел может пересекать горизонтальную линию и поворачиваться вверх под углом 0 до 30 градусов, что облегчает обработку глубоких полостей. В передаточном механизме может быть использован фрикционный тип ременного привода приводного ремня (конструкция плоского ремня, V-образного ремня и т.д.), и в данном варианте осуществления в конструкции привода используется ременный привод приводной ремень зубчатого зацепления (конструкция синхронной ременной передачи), и при этом передача с использованием конструкции синхронной ременной передачи позволяет обеспечить точность передачи.

[0015] Кроме того, на стороне монтажной части 11, снабженной ведомым колесом 24, также установлено устройство фиксации 4 для зажима шпинделя, при этом устройство фиксации 4 размещено между монтажной частью 11 и ведомым колесом 24. Предпочтительно, чтобы устройство фиксации 4 представляло собой пневматическое устройство для блокировки вала, и пневматическое устройство для блокировки вала было установлено на монтажной части и насажено на поворотный вал. Благодаря установке устройства фиксации 4 поворотный вал может быть заблокирован и разблокирован, и затем шпиндель может быть зажат и разжат таким образом, чтобы при вращении шпиндельного узла устройство фиксации обеспечивало разблокировку поворотного вала. Поворот шпинделя контролируется передаточным валом. При повороте шпинделя на определенный угол устройство фиксации блокирует повортный вал для облегчения механической обработки шпинделем. В данном варианте осуществления настоящего изобретения пневматическое устройство блокировки вала используется для обеспечения чистоты и предотвращения загрязнения шпиндельной головки гидравлическим маслом.

[0016] Далее конец поворотного вала 31, соединенного со шпиндельным узлом 30, снабжен неподвижной пластиной 310, поворотный вал 31 жестко соединен со шпиндельным узлом 30 посредством неподвижной пластины 310, система 5 для измерения угла поворота шпиндельного узла установлена на стороне неподвижной пластины 310, обращенной к ведомому колесу 24, при этом в системе 5 для измерения утла поворота используется круговой индукционный синхронизатор. В данном варианте осуществления настоящего изобретения система 5 для измерения угла поворота включает в себя круговую линейку 50 со шкалой и считывающую головку 51, и считывающая головка 51 установлена на монтажной части 11 шпинделя. Посредством установки системы для измерения угла поворота может быть обеспечено определение угла поворота шпинделя, что позволяет реализовать управление шпинделем с обратной связью и повысить точность поворота шпиндельного узла. При этом, ввиду того, что круговая линейка со шкалой установлена на неподвижной пластине (рядом с креплением подшипника), обеспечивается высокая точность вращения, которая не зависит от сипы резания шпинделя и силы натяжения приводного ремня на входном конце, и прямое измерение угла поворота шпинделя, что повышает точность позиционирования.

[0017] Кроме того, сторона монтажной части 11 шпинделя, обращенная к шпиндельному узлу 30, также снабжена полостью 14 для размещения системы для измерения угла поворота; считывающая головка 51 установлена на внутренней стенке полости 14 для размещения системы для измерения угла поворота; круговая линейка 50 со шкалой установлена на неподвижной пластине 310, и в направлении оси вращающего вала часть круговой линейки 50 со шкалой размещена в полости 14, предназначенной для размещения системы для измерения угла поворота. Благодаря созданию полости для размещения системы измерения угла поворота в ней может быть размещена система измерения угла поворота, тем самым дополнительно уменьшая ширину шпиндельной головки и облегчая механическую обработку конструкций с глубокой полостью.

[0018] Приведенное выше описание является лишь предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, однако объем охраны настоящего изобретения не ограничивается данным вариантом осуществления. Любые эквивалентные замены или изменения, выполненные специалистом в данной области техники в пределах технического объема, раскрытого в настоящем изобретении в соответствии с техническим решением настоящего изобретения и его изобретательской концепцией, должны находиться в пределах объема охраны настоящего изобретения.

Изобретение относится к области станкостроения и может быть использовано в конструкциях шпиндельных головок с изменяемым углом расположения шпинделя. Головка содержит корпус, силовой механизм, передаточный механизм и шпиндель. Силовой и передаточный механизмы размещены в корпусе, при этом силовой механизм включает серводвигатель, соединенный с редуктором, входной вал которого расположен вертикально относительно его выходного вала. Передаточный механизм включает ведущее колесо, установленное на выходном валу редуктора и соединенное приводным ремнем с ведомым колесом. При этом шпиндель и силовой механизм размещены на одной и той же стороне передаточного механизма. Использование изобретения позволяет уменьшить габариты головки, упростить ее конструкцию и расширить ее технологические возможности. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Шпиндельная головка с изменяемым углом расположения шпинделя, содержащая корпус (1) и силовой механизм, связанный через передаточный механизм со шпиндельным узлом (30), при этом передаточный механизм включает в себя ведущее колесо (22), связанное посредством приводного ремня (23) с ведомым колесом (24), а шпиндельный узел (30) своей боковой стороной связан с возможностью поворота с корпусом (1) посредством поворотного вала (31), на удаленном от шпиндельного узла (30) конце которого установлено ведомое колесо (24), отличающаяся тем, что силовой механизм выполнен в виде серводвигателя (20), соединенного с редуктором (21), причем входной вал редуктора (21) размещен вертикально, его выходной вал расположен перпендикулярно входному валу, а ведущее колесо (22) установлено на выходном валу редуктора (21), при этом силовой механизм и передаточный механизм размещены в корпусе (1), а серводвигатель (20), редуктор (21) и шпиндельный узел (30) расположены в направлении продольной оси корпуса с одной стороны относительно передаточного механизма.

2. Шпиндельная головка по п. 1, отличающаяся тем, что один из концов корпуса (1) выполнен в виде установочного конца (13) с образованием пространства для размещения шпиндельного узла (30), при этом установочный конец (13) корпуса (1) снабжен монтажной частью (11), в которой установлен поворотный вал (31), причем шпиндельный узел (30) и ведомое колесо (24) расположены по разные стороны от монтажной части (11).

3. Шпиндельная головка по п. 2, отличающаяся тем, что она снабжена устройством для фиксации углового положения шпиндельного узла (30), расположенным на боковой стороне монтажной части (11) со стороны ведомого колеса (24).

4. Шпиндельная головка по п. 3, отличающаяся тем, что упомянутое устройство для фиксации выполнено в виде пневматического устройства для блокировки поворота вала (31).

5. Шпиндельная головка по любому из пп. 2-4, отличающаяся тем, что она снабжена системой (5) для измерения угла поворота шпиндельного узла (30), а на конце поворотного вала (31) со стороны шпиндельного узла (30) неподвижно закреплена пластина (310), посредством которой поворотный вал (31) жестко соединен со шпиндельным узлом (30).

6. Шпиндельная головка по п. 5, отличающаяся тем, что система (5) для измерения угла поворота выполнена в виде круговой линейки (50) со шкалой и считывающей головки (51), при этом круговая линейка (50) со шкалой расположена на неподвижной пластине (310) со стороны, обращенной к ведомому колесу (24), а считывающая головка (51) установлена на монтажной части (11).

7. Шпиндельная головка по п. 6, отличающаяся тем, что монтажная часть (11) со стороны, обращенной к шпиндельному узлу (30), выполнена с полостью (14), при этом считывающая головка (51) установлена на внутренней стенке упомянутой полости (14), а круговая линейка (50) со шкалой установлена на неподвижной пластине (310) с возможностью ее частичного размещения в направлении оси поворотного вала (31) в упомянутой полости (14).