Шпиндельный узел Советский патент 1992 года по МПК B23B47/00 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в многоцелевых станках с числовым программным управлением (ЧПУ).

Известен шпиндельный узел многоце- левого станка, содержащий двигатель, ременную передачу, валы, установленные в корпусе на шарикоподшипниках, размещенные на этих валах прямозубые шестерни и колеса, подвижну:о зубчатую муфту, жестко установленное колесо, датчик углового положения шпинделя. Шпиндельный узел имеет две ступени: низкоскоростную, когда блок вторичного вала находится в зацеплении с шестерней первичного вала и колесом шпинделя, а муфта на шпинделе выключена, и высокоскоростную, когда блок вторичного вала выключен, а муфта находится в зацеплении с шестерней первичного вала.

Известный шпиндельный узел не позволяет использовать все возможности привода так как вследствие применения прямозубых передач невозможно регулировать привод на низкоскоростной передаче до максимальной частоты вращения двигателя, которая ограничена максимально допустимой окружной скоростью в зубчатой передаче, что приводит к провалам на графиках выходной мощности и крутящего мо- мента, Применение прямозубых передач и использование подвижного блока вызывают шум и вибрацию. Включение зубчатой муфты в шестерню первичного вала ведет к износу шестерни, Следовательно, к сни- жению долговечности. Жесткое закрепление колеса на шпинделе вызывает радиальную нагрузку на шпиндель от зубчатого зацепления, что снижает точность шпиндельного узла и его долговечность.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сути является шпиндельный узел, содержащий двигатель, ременную передачу, валы, установленные в корпусе на шарикоподшипниках, размещенные на этих валах косозубые шестерни и колеса, торцовую двустороннюю зубчатую муфту, жестко

установленное в подшипниках колесо, датчик углового положения шпинделя. Шпиндельный узел имеет две ступени: низкоскоростную, когда передача крутящего момента идет через перебор, а зубчатая муфта на шпинделе находится в крайнем нижнем положении и сцеплена с колесом и высокоскоростную, когда зубчатая муфта на шпинделе находится в крайнем верхнем положении и сцеплена с первичным валом, передача крутящего момента идет напрямую, а перебор вращается в холостую.

Недостатком известного шпиндельного узла является применение торцовой зубчатой муфты с большим количеством зубьев для обеспечения переключения муфты в любом положении шпинделя, которая создает осевую нагрузку на шпиндель, а также жестко установленное колесо на шпинделе вызывающее радиальную и осевую нагрузки на шпиндель, что снижает точность шпиндельного узла и его долговечность,

Целью изобретения является повышение точности и долговечности шпиндельного узла за счет снижения осевой нагрузки на шпиндель.

Цель достигается тем, что шпиндельный узел, содержащий привод вращения шпинделя, включающий высокоскоростную кинематическую цепь и низкоскоростную кинематическую цепь, включающую вал и систему зубчатых передач, двустороннюю торцовую зубчатую муфту включения указанных цепей, механизм перемещения последней и датчик углового положения шпинделя, узел снабжен датчиком положения вала низкоскоростной цепи, установленным в корпусе, муфта выполнена прямозубой с двумя зубьями с каждого торца и кинематически соединена с датчиком положения шпинделя.

На фиг. 1 изображена коробка скоростей, общий вид, разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг, 2; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1; на фиг. 5 - разрез Г-Г фиг. 4.

Шпиндельный узел содержит двигатель 1, ременную передачу 2, вал-шестерню 3 с пазом И (фиг.З), установленную в корпусе 4 на шарикоподшипниках 5, вал б с колесом 7 и шестерней 8, установленной в корпусе 9 на шарикоподшипниках 10 и 11. Колесо 12 с пазом И установлено в корпусе 9 на шарикоподшипниках 13, осевое фиксирование подшипников осуществляется стопорным кольцом 14 и кольцом 15, которое также служит для установки предварительного натяга. На шпиндельном узле 16 установлена двусторонняя торцовая зубчатая муфта, состоящая из полумуфт 17 и 18, на торцах которых имеется по два зуба К (фиг.З). Полумуфты 17 и 18 скреплены винтами 19 и штифтами 20, между ними установлены подшипники 21, на которые взаимодействует механизм 22 переключения скоростей. Механизм 23 зажима инструмента с тарельча- тыми пружинами 24 установлен в шпиндельном узле 16 и ориентирован штифтом 25, тяга 26 проходит через вал-шестерню 3 и находится в зацеплении с помощью шлицевого соединения Д (фиг.1) с валом 27. На валу 27 закреплен ротор датчика угла поворота шпинделя 28.

Вал 27 установлен в корпусе 29 на шарикоподшипниках 30, осевая фиксация которых осуществляется крышкой 31. Гидроцилиндр 32 разжима инструмента установлен на корпусе 29. Датчик положения низкоскоростной цепи состоит из бесконтактного конечного выключателя 33 и отверстия Ж (фиг.1) на колесе 7, которое кинематически связано с вал-шестерней 3.

Шпиндельный узел работает следующим образом.

При работе на низкоскоростной передаче двусторонняя торцовая зубчатая муфта 17,18 находится в крайнем нижнем положении. Передача крутящего момента с двигателя 1 осуществляется ременной передачей 2 на вал-шестерню 3, вал-шестерня 3 находится в зацеплении с колесом 7, на одном валу с ним находится шестерня 8, которая находится в зацеплении с колесом 12. Колесо 12 с помощью пазов И зубьев К сцеплено с полумуфтой 18 и через шлицевое соединение Д передает крутящий момент на шпиндельный узел 16, т.е. передача крутящего момента идет через низкоскоростную кинематическую цепь. Для включения высокоскоростной кинематической цепи необходимо ориентировать шпиндельный узел 16 таким образом, при котором зубья К полумуфты 17 совпадут с пазами И на вал- шестерне 3. Например, если передаточное отношение низкоскоростной кинематической цепи равно 1:5, то при ориентации

шпинделя в положение переключения скоростей колесо 12 может оказаться в любом из пяти возможных положений. Когда муфта 17,18 находится в крайнем нижнем положении, колесо 12 сцеплено с помощью муфты со шпинделем, а следовательно, и с датчиком углового положения шпинделя, Таким образом, при ориентации шпинделя в положение переключения скоростей за один

0 оборот колеса 12 вал-шестерня совершит пять оборотов, т.е. всегда можно найти положение переключения муфты для включения высокоскоростной кинематической цепи.

5 Датчиком углового положения шпинделя 28 с непрерывной угловой индексацией определяется координата положения переключения муфты и записывается в память ЧПУ.

0 Для переключения с высокоскоростной на низкоскоростную кинематическую цепь используется датчик положения колеса 12, по которому при включенной высокоскоростной передаче можно определить, на каком

5 из пяти положений колеса 12 следует производить переключение скоростей.

Для переключения скоростей включается ориентация шпинделя в положение переключения скоростей, которое определяется

0 координатой датчика уголового положения шпинделя и конечным выключателем 33 - датчиком положения вала низкоскоростной цепи.

После ориентации шпинделя в положе5 ние переключения скоростей включается механизм 22 переключения скоростей, муфта 17, 18 перемещается в крайнее верхнее положение. Для обеспечения надежного переключения муфты рабочая высота зуба

0 муфты 17, 18 должна быть на 3-5 мм больше расстояния И до торца вал-шестерни 3 или колеса 12. Глубина паза в вал-шестерне 3 или колесе 12 должна быть на 1-2 мм больше длины р, ход механизма переключения

5 скоростей равен р + И. Тогда при переключении муфта 17, 18 всегда кинематически связана либо с колесом 12, либо с вал-шестерней 3, а на участке, равном р - И, - с обоими одновременно, что гарантирует на0 дежное переключение. Для облегчения переключения на гранях зубьев Б и пазов В выполняются заходные фаски.

Когда вал-шестерня 3 находится в зацеплении с полумуфтой 17, передача кру- 5 тящего момента идет следующим образом: с вал-шестерни 3 на полумуфту 17, с нее штифтами 20 и винтами 19 на полумуфту 18, которая шлицевым соединением Е передает крутящий момент на шпиндель. При этом колесо 7, шестерня 8 и колесо 12 вращаются

в холостую. Для определения углового положения шпинделя используется тяга 26 механизма зажима инструмента, в которой штифт 25, установленный в пазах шпинделя. Другой конец тяги 26 шлицевым соединением Д соединен с валом 27, на котором установлен ротор датчика угла поворота шпинделя 28.

Формула изобретения Шпиндельный узел, содержащий привод вращения шпинделя, включающий высокоскоростную кинематическую цепь и низкоскоростную кинематическую цепь,

включающую вал и систему зубчатых передач, двустороннюю торцовую зубчатую муфту включения указанных цепей, механизм перемещения последней и датчик углового положения шпинделя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и долговечности шпиндельного узла за счет снижения осевой нагрузки на шпиндель, узел снабжен датчиком положения вала низкоскоростной цепи, установленным в корпусе, муфта выполнена прямозубой с двумя зубьями с каждого торца и кинематически соединена с датчиком положения шпинделя.

Использование: машиностроение, станкостроение, обработка металлов резанием. Сущность изобретения: крутящий момент на шпиндель 16 шпиндельногоуузла передается от двигателя 1 попеременно посредством высокоскоростной кинематической цепи, включающей вал-шестерню 3, и низ

вГ

| Фиг.Ь

Г

Г-Г