Гидростатическое шпиндельное устройство металлорежущего станка Советский патент 1985 года по МПК B23B19/02 F16C32/06 

ной из торцовых камер упругого гидравлического элемента, а другой 1171214 карман - к кольцевой промежуточной камере.

1. ГИДРОСТАТИЧЕСКОЕ ШПИНДЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО СТАНКА, содержащее корпус, в котором вьтолнены карманы гидростатических подшипников, шпиндель, установленный в гидростатических подшипниках, управляющие устройства, через которые карманы подключены к источнику питания, упругие гидравлические элементы, связанные с карманами по крайней мере одного гидростатического пор.шипника, отличающееся тем, что, с целью повьшения производительности станка путем увеличения его виброустойчивости за счет повьшения демпфирования шпиндельного устройства, в него введены гидравлические сопротивления в виде дросселей или в виде гидролинии, а упругие гидравлические элементы установлены вне карманов подшипников и подключены к ним гидролиниями последовательно с гидравлическими сопротивлениями, причем емкость и инерционность упругих гидравлических элементов, гидролиний и карманов выбраны с учетом возможности работы в области резонанса со шпинделем. 2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что упругий гидравлический элемент вьшолнен в виде гидроцилиндра с подпружиненным с торцов ступенчатым плунжером, установленным с возможностью осевого перемещения с образованием торцовых камер большого и малого диаметра и кольцевой промежуточной камеры, причем торцовые камеры связаны между собой через гидравлическое сопротивление, представляющее собой продольное отверстие в плунжере. 3.Устройство по п. 1, отлиСП чающееся тем, что к каждому карману подключен отдельный упругий гидравлический элемент 4.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в корпусе устройства выполнено четное число карманов, а количество упругих гидравлических элементов в два раза меньше числа карманов, при этом каждый упругий гидравлический элемент дифференциально подключен к двум противоположно размещенным карманам. 5.Устройство по пп. 1-3, отличающееся тем, что плунжеры подпружинены со стороны меньшего диаметра, а карманы подшипника подключены к торцовым камерам большего диаметра, при этом из кольцевой промежуточной камеры обеспечена возможность слива.. 6.Устройство по ПП.1, 2 и 4, отличающееся тем, что один из каждой пары противоположно размещенных карманов подключен к од

Изобретение относится к мапшностроению, преимущественно к станкостроению.

Целью изобретения является повышение производительности станка путем увеличения его виброустойчивости за счет повьшения демп(|)ирования шпиндельного устройства.

На фиг. 1 показано гидростатическ шпиндельное устройство с дифференциальными упругими гидравлическими элементами, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, на фиг. 3 - гидростатический подшипник шпиндельного устройства с недифференциальными гидравлическими упругими элементами; на фиг. 4 - упругий гидравлический элемент со ступенчатым плунжером для случая дифференциального подключенияJ на .фиг. 5 - то же для случая недифференциального подключения; на фиг. 6 графики зависимости коэффициента рассеяния энергии в гидростатическом подшипнике от частоты.

Гидростатическое шпиндельное устройство металлорежущего станка содержит шпиндель 1, установленный в корпусе шпиндельной бабки 2. В корпусе выполнены передний радиальный гидростатический подшипник с четьгрься карманами 3-6 и задний радиальный гидростатический подшипник с карманами 7 и 8 (остальные карманы не показаны) , а также осевой гидростатическийподшипник с двумя карманами 9 и 10. Каждый карман подключен к источнику постоянного давления Р через дроссели 11-18. Упругие гидравлические элементы 19 и 20 дифференциально подключены к карманам 3 и 4, 5 и 6 переднего радиального подшипника гидролиниями 21 и 22, 23 и 24 последовательно с дросселями 25 и 26. При недифферрнциальном подключении (фиг. 3) упругие гидравлические элементы 27-30 последовательно с дросселями 31 - 34 подключены гидролиниями 35 - 38 к карманам 3-6, а дренажными гидролиниями 39 - 42 - к сливу. Упругие гид равлические элементы 19 и 20 (фиг.1 и 2) содержат плунжер 43, установленный между двумя пружинами 44 и 4 (для случая дифференциального подключения) .

Для случая недифференциального включения (фиг.З) упругие гидравлические элементы 27 - 30 содержат плунжер 46, который взаимодействует с одной пружиной 47.

Упругий гидравлический элемент (фиг. 4) выполнен в виде ступенчатого плунжера 48, подвижно расположенного в ступенчатой расточке корпуса 49, причем торцовые камеры 50 и 51 упругого гидравлического элемента соединены между собой через гидравлическое сопротивление, например сквозное отверстие 52 в плунжере.

При дифференциальном подключении ступенчатого упругого гидравлического элемента ступенчатый плунжер 48 взаимодействует с двумя пружинами 53 и 54, расположенными по обе стороны вдоль его оси. Одна из торцовых камер, например 51, и промежуточная камера 55 подключены гидролиниями 21, 23 и 22, 24 к карманам гидростатического подшипника через дроссели 25 и 26.

При недифференциальном подключении ступенчатого упругого гидравлического элемента (фиг. 5) ступенчатый плунжер 56 взаимодействует со стороны торца меньшей площаДи с пружиной 57. Торцовая камера 58 с большей площадью через дроссели 31-34 подключена гидролинией 35-3 к соответствующему карману подшипника. Промежуточная камера 59 соединена со сливом дренажной гидролинией 39 - 42.

Предлагаемое устройство работает следуюш 1м образом. При приложении статической нагруз ки к переднему концу шпинделя 1, например, вертикально вниз, происходит изгиб шпинделя и смещение его в зоне переднего подшипника вниз, а в зоне заднего подшипника вверх (фиг. 1). Это приводит к изменению гидравлических сопротивлений в рабочих щелях над перемычками гидростатических подшипников, вследствие чего давление в кармане 4 увеличивается, а в кармане 3 уменьшается . Под действием изменившегося перепада давлений в карманах плунжер 43 смещается на некоторую величину вверх, преодолевая усилия пружины 44 Но это влияет на статические характеристики шпиндельного устройства, которые определяются только параметрами гидростатических подшипников и дросселей 11-18 и не зависят от параметров упругих гидравлических элементов 19 и 20 и включенных посл довательно с ними гидравлических сопротивлений. В динамических режимах, т.е. при свободных и вынужденных колебаниях, а также при автоколебаниях во время работы шпинделя 1 и в упругих гидра лических элементах 19 и 20 и гидролиниях 21-24 появляются динамичес кие составляющие расхода, которые, свою очередь, оказывают воздействие на динамические смещения шпинделя. Подключение упругих гидравли,ческих элементов 19 и 20 позволяет обеспечить максимальное рассеяние колебательной энергии на всех гидра лических сопротивлениях системы дросселях 11 - 14,в рабочих щелях над перемычками гидростатических подшипников, а также на дросселях 25 и 26 и в гидролиниях 21 - 24. Работа шпиндельного устройства аналогична при дифференциальном и недифференциальном включении упру гих гидравлических элементов. Однак для обеспечения равной эффективности демпфирования колебаний гидравли ческая емкость каждого из четырех недифференциальных упругих элементо 27-30 должно быть вдвое выше, чем емкость каждого из двух дифференциал ных упругих элементов 19 и 20. С эт точки зрения применение дифференциальных упругих гидравлических элементов предпочтит М1ьно. Упругие гидравлические элементы работают следующим образом. Под действием перепада давлений в карманах 3-6 гидростатического подшипника плунжер (фиг. 4) смещается на некоторую величину, например вправо, преодолевая усилие пружины j3. При этом некоторое количество рабочей жидкости вытесняется из торцовой камеры 50 в торцовую камеру,51 через отверстие 52 в плунжере 48. При изменении знака перепада давлений плунжер 48 смещается влево при этом рабочая жидкость вытесняется из торцовой камеры 51 в торцовую камеру 50 через отверстие 52. В установившемся состоянии давления в торцовых камерах 50 и 51 уравновешиваются и, таким образом, эффективная площадь плунжера равна разности между площадями торцовых камер. Это позволяет при фиксированном диаметре пружин многократно снизить эффективную площадь плунжера и тем самым снять ограничение по допустимому рабочему давлению, что важно для обеспечения высокой жесткости и несущей способности. Как и в случае упругих гидравлических элементов 19, 20, 27-30 на 4)иг. 1-3, подключение упругих гидравлических элементов, изображенгых на фиг. 4 и 5, позволяет повысить демпфирование шпиндельного устройства благодаря повьш1енному рассеянию колебательной энергии на всех гидравлических сопротивлениях гидросистемы. При смещении плунжера 48 под действием динамической составляющей перепада давлений, например вправо, через гидролинии 21 - 24 и дроссели 25 и 26 проходит динамическая составляющая расхода, которая определяется эффективной площадью плунжера 48 (разностью между площадями его торцовых камер), а через отверстие 52 в плунжере 48 проходит динамическая составляющая расхода, которая определяется площадями торцов камер 50 и 51, поэтому многократно превышает составляющую расхода через дроссели 25 и 26. Это позволяет отказаться от дросселей 25 и 26, а гидросопротивление 52 - отверс- 5 тне Tj плунжере 48 - сделать сравнительно большим, что дополнительно повышает надежность и технолотичность упругого гидравлического элемента, На фиг. 6 показаны графики зависи мостей коэффициента рассеяния Е (М/Н гидростатического подшипника от частоты колебаний о) (1/с), рассчитанные по формулам (линия 1 - график для гидростатического подшипника без упругих гидравлических элементов линия 2 - график для гидростатического подшипника в шпиндельном устрой стве при отсутствии .сопротивления на входе в упругий элемент и при отсутствии приведенной лнверционности). Из графика видно, что включение дополнительных емкостей повышает рассеяние энергии лишь при частотах превьш аюшз х 1100 1/с, а на низшей собственной частоте W| 500 1/с при максимальном вылете шпинделя с оправкой имеем , что недопусти МО, так как способствует возбуждению автоколебаний при резании.Линиями 3 и 4 показаны зависимости i (to для гидростатического подшипника предлагаемого шпиндельного устройст ва, причем линия 3 относится к случа 1,1 О, т.е. при отсутствии приведен ной инерционности упругих гидравлических элементов, но с сопротивлением, обеспечиваюш м наибольший возможный коэффициент рассеяния при 144 частоте fo . 500 1/с, а линия 4 соответствует оптимальным параметрам. Таким образом, эффект изобретения, состоящий в увеличение виброустойчивости станка путем повьштения демпфирования шпиндельного узла, достигается благодаря тому, что упругие гидравлические элементы расположены вне карманов гидростатического подшипника и связаны с ними гидролиниями через гидравлические сопротивления, причем емкость и инерционность упругих гидравлических элементов и гидролиний выбраны из условий работы в области резонанса со шпинделем. Выполнение упругого гидравлического элемента в виде подпружиненного ступенчатого плунжера позволяет реализовать этот эффект в широком диапазоне рабочих давлений. Кроме того, увеличение виброустойчивости станка позволит повысить режимы резания и качество обрабатываемых поверхностей, что непосредственно увеличит и качество выпускаемых изделий. Предлагаемая конструкция упругих гидравлических элементов не требует увеличения габаритов в зоне переднего подшипника и позволяет производить ревизию и ремонт этих элементов без демонтажа шпиндельного устройства.

iPH

18

17

t

21

X

РН

С

f

Фиг.1 -/.

1Z

л

S

и

77

fff

РН

РН

«- А

Фиг.2

t6 .27

Фиг. It 25,26

31-34

39 56 57

/

W

//У// Ъ

52

35 38 58

X

Ч

:

e-€

Фи.5