Шпиндельный узел Советский патент 1989 года по МПК B23B19/00 

г

(Л

10 2 ji, I

J

о

У1

Изобретение относится к станкостроению и может быть использовано при разработке шпиндельных узлов различных групп. Цель изобретения - повышение точности обработки путем стабилизации положения оси шпинделя. Шпиндельная бабка 1 размещена в корпусе 9, при этом корпус бабки выполнен из материала, коэффициент линейного расширения которого в 2 раза превышает аналогичный параметр корпуса 9. 4 ил.

Фиг.1

31А 9

Изобретение относигся к станкостроению и может быть использовано при разработке шпиндельных узлон станков различных групп.

Цель изобретения - повышение точности обработки путем стабилизации положения оси шпинделя.

На фиг.1 приведен шпиндельный узел, поперечный разрез; на фиг.2 - то же, продольный разрез; па фиг.З и 4 - шпиндельный узел, варианты исполнения.

Шпиндельный узел содержит шпиндельную бабку 1, которая включает корпус 2 с двумя расточками 3 и 4 под подшипники 5 опор 6 и 7 шпинделя 8. Бабка установлена в дополнительном корпусе 9 и фиксируется относительно него по плоскости разъема 10 болтами и штифтами 11. Дополнительный корпус имеет базовые элементы 12 с помощью которых он сопрягается с несущей деталью станка. По боковым поверхностям 13 и 14 в зоне опор 6 и 7 шпиндельная бабка 1 опирается на регулируемые болтами 15 роликовые направляющие 16 качения, установленные по обеим сторонам бабки 1 в зоне опор 6 и 7.

Нижняя часть 17 корпуса 2 бабки 1 связана с корпусом 9 посредством упругих пластин 18. Корпус 2 бабки 1 может иметь исполнение в виде замкнутой коробки с крьш1кой 19.

Возможен конструктивный вариант предлагаемого шпиндельного узла, в котором корпус 2 фиксируется относительно корпуса 9 упругими пластинами 18. Корпус 2 жестко соединен с кор- пусом 9 посредством двух металлических планок 20 в плоскостях 21 и 22, Упругие пластины 18 жестко крепятся к корпусу 9 и к корпусу 2 болтами 23, Металлические планки вьтолнены из материала с большим значением коэффициента линейного расширения, чем у корпуса 9. Сам корпус 2 при этом может быть изготовлен из материала с любым коэффициентом линейного расши- рения, его значение не влияет на смещение оси шпинделя 8,

Шпиндельный узел работает следующим o6pil3OM

При включении станка в опорах 6 и 7 шгтинделя 8, а также внутри корпуса 2 генерируются тепловые потоки, нагренаници как корпус 2, так и корпус 9, то есть при повышении избыточной температуры t корпуса 9, одновременно повьш1ается также и температура t дополнительного корпуса 9„ При этом смещение Х плоскости 10 крепления корпуса 2 происходит в положительном направлении вдоль оси X, а смещение шпиндельных опор 6 и , 7 - Хд происходит в отрицательном направлении - X относительно плоскости 10. При этом в соответствии с расчетами и экспериментальными исследованиями установлено, что избыточная температура корпуса 2 t во всем par бочем диапазоне температур работы узла выше избыточной температуры корпуса 9 при этом между избыточными температурами t , и t, при рабочих режимах узла существует зависимость

t, k-t.

(I)

где k 1,2-1,3 в рабочем диапазоне температур при эксплуатации узла, то есть при t5 10-50°C,

Таким образом, чтобы ось шпинделя не меняла своего положения вдол координаты X, необходимо соблюдение условия

UL, - ДЬэ„ (2) где &L - тепловые смещения корпуса 2 на длине h, определяющей положение оси шпинделя: ДЪ|, - тепловые смещения корпуса 9 на длине И, определяющей тепловые смещения плоскости крепления корпуса 2, В свою очередь величины iL, и , определяются уравнениями U L, oL, . (3)

U.k oit- H-tj., (4) где «Lg - коэффициент линейного расширения материала корпусного элемента 2g

коэффициент линейного расширения материала корпуса 9

Если в качестве материала корпуса 9 использовать чугун ( ), а для корпуса 2 применить дюралюмини ( 22x10 l/ С) и обеспечить, чтобы

bUl

uL

kl

(5)

то

или

d,- h.t, .t k t|f

li H

oi

(6)

Приняв из (1) --- и обознаL э К.

f

циз ---- k,

получим

h H.--,-

к

(7)

Если, например, шпиндельньй узел имеет размер мм,о( 1 1x10 0 3 22x10 1/°С ,2, то для обеспечения условий (2), (5) размер h должен быть равен

h 360 X - к -т-о- 150 мм Z 1 , Z

Расчетное смещение 1 оси 0,0 шпинделя 8 вдоль оси X при условии t( С и при отсутствии корпуса 2 равно

Д 1 oi, (H-h)

Ы 11 к 10 ЧзбО-150)х50 120нкм

Использование предлагаемого узла позволяет получить расчетное нулевое смещение оси шпинделя 8.

Возможные отклонения от нулевого положения оси гапинделя 8 от начального положения О, 0 определяются пере- ходными тепловыми процессами, неуста- новившимися температурами корпусов 9

0

5

0

5

о

и 2, колебаниями значений коэффициен - тов k, kj в рабочем диапазоне температур узла.

Предлагаемая конструкция обеспечивает повышение точности производительности обработки.

Формула изобретения

Шпиндельньй узел, содержащий шпин-- дельную бабку со шпинделем, установленным в опорах корпуса, а также привод, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности обработки путем стабилизации положения оси шпинделя, узел снабжен дополнительным корпусом и направляющими ния, при этом шпиндельная бабка размещена в дополнительном корпусе с жесткой фиксацией ее к верхней части последнего и с возможностью взаимодействия нижней части корпуса с дополнительным посредством введенной в узел упругой пластины, а направляющие качения размещены между вертикальными стойками корпусов, при этом корпус шпиндельной бабки вьтолнен из материала с коэффициентом лииейиого расширения, в два раза превышающим коэффициент линейного расширения,ма- териала дополнительного корпуса.

6 5

/J

ОЗиг.

// 0 fl IS

Фиг.