Высокочастотный шлифовальный шпиндель Советский патент 1984 года по МПК B24B41/04 

Изобретение относится к станкостроению, в частности к шлифовальны станкам, содержащим высокочастотные шпиндели с встроенным приводом. Известен высокочастотный шлифовальный шпиндель, содержащий корпус в котором на двух подшипниковых узлах, установленных на упругих опорах, располо хен ротор с встроенным приводом fl , Однако наличие в конструкции шпинделя подшипника качения, одно из колеп которого вращается с частотой, синхронной частоте вращения ротора, ограничивает предельную час тоту ротора и повышает виб роактивность шпинделя. Кроме того, относительная частота вращения шипа и вкладыша -сферического подшипника скольжения равна .частоте вращения ротора. Такое соотношение частот вращения приводит в широксяи диапазоне скоростей к самовоэбуждающимся колебаниям ротора, что также повышает виброактивность шпинделя. Цель изобретения - повышение точ ности обработанной поверхности за счет снижения виброактивности шпинд ля. Поставленная цель достигается тем, что в высокочастотном шлифовальном шпинделе, содержащем корпус в котором на двух подшипниковых узлах, установленных на упругих опорах, расположен ротор с встроенным приводом, каждый подшипниковый узел выполнен в виде коаксиально расположенных сферического подшипника ско жения, установленного с возможностью взаимодействия с ротором, и подшипн ка качения, внутреннее.кольцо котор го жестко связано с вкладышем подтип ника скольжения, а наружное упруго установлено в корпусе, при этом сопряженные кольца подшипников установлены с возможностью принудительного вращения от дополнительно введенног в устройство привода. На фиг.1 изображен предлагаемый высокочастотный шлифовальный шпиндель, продольный разрез, на фиг.2 то же, поперечный разрез в месте ус тановки индив1щуального привода заднего подшипника качения; на фиг.З передняя упругая опора с подшипником качения в аксонометрии, на фиг.4 задняя упругая опора с механизмом осевого натяга подвшпниковых узлов в аксонометрии. Высокочастотный шлифовальный шпи дель выполнен в виде помещенного в корпусе 1 (фиг.1) ротора 2, который установлен в два подшипниковых узла 3 и 4. Передний подшипниковьш узел 3 содержит упругую опору 5, по шипник 6 качения и сферический подшипник 7 скольжения, нешример аэростатический. Задний подшипниковый узел 4 содержит также упругую опору 8, подшипник 9 качения и сферк ескиЧ подшипник 10 скольжения. Ротор 2 высокочастотного шлифовального шпинделя содержит вал 11 и ротор 12 встроенного привода 13. Вал 11 на своем переднем конце пасет оправку 14 со шлифовсшьным кругом 15, жестко укрепленную на валу 11, который между передним своим торцом и роторсяи 12 привода 13 имеет полусферический шип 16 переднего подшипника 7 скольжения. Полусферический шип 16 подшипника 7 скольхсения взаимодействует с вкладышем 17 этого подшипника, причем вкладьш 17 в задней своей части имеет полусферическое отверстие 18, а в передней - цилиндрическое отверстие 19. На передней части вкладыш 17 имеет внешнюю цилиндрическую поверхность 20, на которую установлено внутреннее кольцо подшипника 6 качения. Между этой цилиндрической поверхностью 20 и задним торцом вкладыша 17 выполнены дискозые лопатки 21.индивидуального привода 22 (например пневмотурбинного)переднего подшипника 6 качения. Сопловой аппарат 23 привода 22 установлен в корпусе 1 между передней упругой опорой 5 и приводом 13 ротора 2 шпинделя. В корпусе 1 в месте установки соплового аппарата 23 имеется радиальное отверстие 24 для подачи масляного тумана. Передний подшипник 6 качения установлен в упругую опору 5, которая крепится на корпусе 1. Передняя упругая опора 5 (фиг.З) содержит две концентричные втулки 25 к 26, Внутренняя втулка 25 - жесткая, цилиндрическая и имеет равномерно распределенные по внешней цилиндрической поверхности 27 продольные лыски 28, оканчивающиеся наружными буртами 29 Кроме того, втулка 25 имеет внутреннее цилиндрическое отверстие 30 с кольцевым внутренним буртом 31. Подшипник 6 качения устанавливается в отверстие 30 втулки 25 до упора внешним кольцом в бурт 31. Внешняя втулка 26 упругой опоры 5 выполнена .цилиндрической с фланцем 32 на своем переднем торце. Фланец 32 втулки 26 имеет цилиндрическое отверстие 33, а остальная часть 34 втулки 26 имеет отверстие 35 в виде многогранника с количеством граней 36, равным количеству лысок 28 втулки 25, при этом грани 36 втулки 26 взаимодействуют с лыск.лми 28 втулки 25. Многогранное отверстие 34 втулки 26 имеет скругленные углы 37. Между многогранным отверстием 35 части 34 и нарупной ее цилиндрической поверхностью38 втулки 36 выполнены пазы 39 в количестве, равном количеству граней 36 в виде хорд параллельных граням 36. Пазы 39 совместно с многогранным отверстием . 35 образуют многогранный упругий элемент 40, углы 41 которого представляют собой единое целое с фланце 32. Вал 11 на заднем торце 42 имеет полусферическое отверстие 43, выполняющее роль шипа заднего йодшипника 10 скольжения. Палусферическое отверстие 43 взаимодействует с полусферическим передним торцом 44 вала 45 заднего подтип ник узла 4. На задйей части вала 4L выполнена цилиндрическая поверлность 46, на которую установлено внутреннее кольцо заднего подшипника 9 качения. Между цилиндрической поверхностью 46 и полусферическим торцом 44 выполнены дисковые лопатки 47 индивидуаль ногр привода 48. Сопловой аппарат 49 привода 48 установлен в корпусе 1 ме5Вд задней упругой опорой 8 и приводом 13 ротора 2 шпинделя. В корпусе 1 в месте установки соплового аппарата имеется радиальное отверстие 50 для подачи масляного тумайа. Задний подшипник 9 качения установлен в упругую опору 8, которая, крепится в корпусе 1 посредством устройства осевого натяга 51 подшипников ротора 2. Ус ройство осевого натяга 51 содерхсит сепаратор 52 с телами 53 качения, которые извне ОПИРАЮТСЯ на внутреннюю поверхность отверстия 54 корпуса 1, а изнутри на цилиндрическую поверхность 55 втулки 56, которая в осевом направлении поджимается в сторону переднего подшипникового узла 3 пружиной 57 с винтом 58, крепящимся в задней крьаике 59 корпуса 1. На переднем торице втулки 56 выполнена внешняя втулка

60{фиг.4) задней упругой опоры 8 за одно целое с втулкой 56. Внешняя втулка 60 (аналогично втулке 26) упругой опоры 8 имеет внешнюю цилиндрическую поверхность 61 и многогранное отверстие 62 с гранями 63, обра зуюйдими правильный многогранник со скругленными углами 64. .Между гранями. 63 и цилиндрической повед1хностыо

61в теле втулки 60 выполнены пазы: 65 в виде хорд втулки 60, паргшлельные граням 63, в количестве, , равном количеству граней 63. Пазы

65совместно с многогранным отверсТгием 62 образуют упругий элемент

66задней упругой опоры 8, причем внешние углы 67 упругого элемента 66 составляют единое целс1е с втулкбй 56. Внутри многогранного отверстия 62 смонтирована жесткая цилиндрическая втулка 68, концентричная втулке 60. Втулка 68 имеет на внешней цилиндрической поверхности 69

продольные лыски 70 в количестве, равном количеству граней 63, причем лыски 70 взаимодействуют с гранями 63 и оканчиваются наружными буртами 71 на переднем торце втулки 68. Креме того, втулка 68 имеет внутреннее цилиндрическое отверстие 72, в которое монтируется задний подшипник 9 качения до упора во внутренний кольцевой бурт 73, выполненный на заднем торце втулки 68. Вал 11 ротора 2 (Оиг. со стороны своего заднего торца имеет осевое глухое цилиндрическое отверстие 74, которое сообщается с отверстиями 75, равномерно распределенными по сферическому шипу 16 к направленными по его радиусам. Вал 45 заднего подшипника 9 имеет осевое сквозное цилиндрическое отверстие 76, которое сообщается на переднем торце вала 45 с отверстиями 77, равномерно распределенными и направленными по радиусам сферического вкладьвв. Отверстие 76 вала 45 на заднем торце последнего сообщается с коническим осевым отверстием 78, соосным отверстию 76. Втулка 56 на своем переднем торце имеет осевой конический выступ 79, входящий с зазором в ко-нич ское отверстие 78 и ш еювдий сквозное осевое цилиндрическое отгерстие 80, сообщакидееся с отверстием 81 втулки 56, в которое помещена пружина 57. В крышке 59 корпуса 1 выполнено отверстие 82 для подачи сжатого воздуха.

Высокочастотный шлифовальный шпиндель работает следующим образом.

В момент разгона масляный туман подается в отверстия 24 и 50 корпуса 1 (Ойг.1)и, проходя через сопловые аппараты 23 и 49, передает вращающий момент валам 11 и 45 подшипников 6 и 9 качения через дисковые лопатки 21 и 47. Вместе с валами 11 и 45 синхронно на подшипниках скольжения получает вращение ротор 2 шпинделя за счет отсутствия зазоров в подшипниках 7 и 10 скольжения. После выхода ротора 2 на стационарную частоту вращения в отверстие 82 крыа ки 59 корпуса 1 подается сжатый воздух, который через отверстия ;81 и 80 втулки 56 и отверстия 76 и 77 вала 45 проходит в задний подшипник 10 скольжения, создавая в нем рабочий зазор между шипом и вкладышем. Далее, через отверстия 74 и 75 вала 11 ротора 2 сжатый воздух подается в передний подшипник 7 скольжения, создавая рабочий зазор между шипсм 16 и вкладышем 17. Одновременно с подачей сжатого воздуха включается питание электропривода 13, благодаря чему ротор 2, получая-крутящий момент, выходит

на рабочую частоту вра;:;;-ь деля, проходя при резонансные частоты и ;;огы ву5КД(«ощихся калебанил , р;;-; Ых ниже рабочей частотшпинделя. Это достигаетсг: : коэффициентов жесткое: -: к: опор 5 и 8, суммарное которых не должно превытиат ния

c.o,e(-|;v-,

где С суммарный коэффии.не кости упругих опор М - сум.:арная r-iacca i;

и валов 11 и 45; f( 4- 3,14 п - рабочая часто :а У

ротора 2.

Кроме того, отстройг а возбуждающихся колебан гй частоты вращения ротора .

; ультрачастотными воэмуще -;.:.ади11ией подшипников 7 и 10 :г.;;н;|. Частота этих возмущений OI Частоты вращения валов и определяется вьфажением

и, 0 , , -iacTOTa вращения валов

11 и 45;

I частота вращения ротора 2; количество тел качения в

подшипниках б н 9, :-:,-./:агаемая конструкция высокоггюго ишифовального шпинделя аря установке в две упругие миковые опоры одинаковой -Гукпии в сочетании с испольvi сферических подшипников тепия, опирающихся на корпус д иип:ники качения с допол, ijMM индивидуальныг 5И привос: зБо.ггяет перераспре делить . гаращепия в подшипниковых отстроиться от резонансных Kf снизив виброактивность

повысить качество обработан: ::;-р--;:ности деталей.

ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ОПНФОВАЛЬНЫЙ ШПИНДЕЛЬ, содержащий корпус, в котором на двух подшипниковых узлах, ус Мае/, таман и /,л I ,67Bl et / f /54е ill 1 / / III I г . .-.- гт7№Мет : х тановленных на упругих опорах, расположен ротор с встроенным приводом, отличающийся тем, то, с целью повышения точности обработки за счет снижения виброактивности шпинделя, ка5кдый подшипниковый узел выполнен в виде коаксиальнс) расположенных сферического подшипника скольжения, установленного с возможностью взаимодействия с ротором, и подшипника качения, внутреннее кольцо которого жестко связано с вкладышем подшипника скольжения, а наружное упруго установлено в корпусе, при этом сопряженные кольца подшипников установлены с возможностью принудительного вращения от дополнительно введен-. § ного в устройство привода. Л сл о 00 5 5 Фиг. f S°3dtfx

35

38 25

фиг.З

56

60

6i

55

57

V.

д 67 6f 66 63 Л SZ

ФигЛ