Шпиндельный узел станка Советский патент 1993 года по МПК B23B19/00 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано, например, в металлорежущих станках, оснащенных системами автоматической диагностики и адаптивного управления процессом обработки.

Целью изобретения является уменьшение габаритов, улучшение динамических характеристик и расширение функциональных возможностей шпиндельного узла.

На чертеже показана схема шпиндельного узлач

В корпусе 1 шпиндельного узла на гидростатических подшипниках 2 и 3 установлен шпиндель 4. Несущие радиальные 5 и осевые б карманы подшипников связаны с соплами 7 регуляторов расхода смазки, выполненных на торцах подшипников 2 и 3. Заслонки регуляторов образованы торцами пакетов пьезопластин 8 и 9, которые расположены соосно шпинделю 4 в кольцевом корпусе 10, состыкованном с торцем подшипника, на котором расположены сопла 7 регуляторов расхода смазки. Пьезопласти- ны 8 синфазно подключены к входу системы управления 11, а пьезопластины 9 - к его выходу. В состав системы управления 11 входит аналого-цифровой(АЦП) 12 и цифро- аналоговый (ЦАП) 13 преобразователи, про- граммируемый логический блок Т4 и усилитель 15. Кроме того, система управления 11 связана с датчиками 16 и 17 частоты вращения шпинделя и температуры смазки, вытекающей из подшипников, а также имеет каналы связи 18 и 19 с датчиками и приводами станка. Пьезопластины 8 выполняют роль датчика нагрузки, который вырабатывает электрический сигнал обратной связи, пропорциональный давлению смазки в несущих карманах подшипника. Пьезоп- . ластины 9 выполняют функции привода заслонки регулятора.

При работе устройства смазка от источника давления Рн (не показан) подается в корпус 10 и через дросселирующий зазор между торцами сопл 7 и пьезопластин 8 поступает в радиальные 5 и осевые 6 несущие карманы гидростатических подшипников 2 и 3. Отклонение шпинделя 4 от центрального положения под действием приложенной нагрузки f приводит к измене- нию давлений в несущих карманах 5 подшипников и, следовательно, к изменению осевых усилий нз пакеты пьезопластин 8 и 9. Электрический сигнал, вызванный изменением усилия от пьезопластин 8, поступает в акалого-цифровой преобразователь 12, затем 8 программируемый логический блок

14, где в соответствии с заложенным алгоритмом вырабатывается цифровой управляющий сигнал, который поступает в цифроаналоговый преобразователь 13 и далее на выход усилителя 15. Высокое напряжение с выхода последнего подается на пьезопластины 9, которые, изменяя свою толщину, изменяют дросселирующие зазоры регуляторов расхода смазки. В результате расход смазки через оппозитные пары радиальных 5 и осевых б карманов изменяется так, что шпиндель 4 смещается в направлении, обратном направлению действующей нагрузки, В зависимости от

заданного алгоритма логического блока 13 можно получить любую, в том числе нулевую и даже отрицательную, податливость на переднем конце шпинделя. В последнем случае можно компенсировать упругие

перемещения базовых элементов станка и получить нулевую технологическую подат-. ливость в зоне обработки.

При изменении частоты вращения шпинделя его положение может измениться

из-за влияния гидродинамического эффекта, а также из-за падения давления в несущих карманах, вызванного нагревом смазки и уменьшением ее вязкости. Чтобы нейтрализовать действие этих факторов, программа работы логического блока предусматривав1 - учет сигналов, поступающих от датчиков 16 и 17. В соответствии с заданным программой алгоритмов происходит соответствующая коррекция нэпряжения, поступающего на пьезопластины 9, чтобы сохранить требуемое положение оси шпинделя.

Выходной канал связи 18 позволяет использовать информацию об изменений нагрузки на подшипники для циклового или адаптивного управления приводами подачи или приводом главного движения станка. Входной канал связи 19 позволяет производить коррекцию положения оси шпинделя

по сигналам других датчиков станка, чтобы, например, обеспечить соосность двух оппо- зитных шпинделей, параллельность шпинделя направляющим станка и др.

Предложенная компоновка шпинделького узла компактна и технологична, так как регуляторы расхода расположены в межопорном пространстве, которое обычно является свободным. При использовании пьезокерамики необходимая длина столба

пьзопластии будет соответствовать 40-70 мм, что затрудняет их радиальное расположение, использованное в аналоге, Непосредственная стыковка корпуса регуляторов с подшипником исключает использование

большого числа соединительных трубопроводов, являющихся потенциальным источником загрязнений, увеличения объема смазки в междроссельных полостях и накопления в местах изгибов пузырьков воздуха, что неизменно приводит к ухудшению надежности и динамического качества узла. Введение программируемого логического блока в систему управления значительно расширило функциональные возможности узла, так как позволяет реализовать достаточно сложные алгоритмы управления поло

жением шпинделя, учитывающие не только действие внешней нагрузки, но изменение частоты вращения, температуры смазки и др. Кроме того, возможен учет дополнительной информации от других датчиков станка, а также использование данных об изменении нагрузки на подшипники шпиндельного узла для циклового или адаптивного управления привода подач станка. Все это позволит повысить точность обработки в 1,5-2 раза и более.

Назначение: шпиндельный узел предназначен для использования в металлорежущих станках, оснащенных системами автоматической диагностики и адаптивного управления процессом обработки. Сущность изобретения: узел состоит из корпуса 1, в котором на гидростатических подшипниках 2 и 3 установлен шпиндель 4. Регуляторы расхода смазки через несущие карманы 5 и 6 образованы соплами 7 и за рн г .:/-..слонками, роль которых выполняют торцы пакетов пьезопластин, установленных в кольцевом корпусе 10. Пьезопластины 8, являющиеся датчиками нагрузки, синфазно подключены к входу устройства управления 11, а пьезопластины 9, выполняющие функции привода заслонки, - к его выходу. Устройство управления 11 состоит из программируемого логического блока 14, аналого-цйфрового .12 и цифроаналогового 13 преобразователей и усилителя 15. Кроме того, шпиндельный узел оснащен датчиками 16 и 17 частоты вращения шпинделя и температуры вытекающей смазки, которые. связаны с устройством управления 11. Последнее имеет выходные 18 и входные 19 каналы связи с дополнительными датчиками и приводами станка, например датчиком несоосностй или приводом подач. 1 ил. ел С

Формул а изобретения Шпиндельный узел станка, содержащий шпиндель, установленный в гидростатических или аэростатических подшипниках с рабочими камерами, систему управления, состоящую из датчика положения шпинделя, преобразователей, логического блока, усилителя и регуляторов расхода смазки типа сопло-заслонка, активным элементом которых являются пакеты, синфазно соединенных пьезопластин, размещенных в корпусах и подключенных к входу и выходу системы управления, отличающийся тем, что, с целью уменьшения габаритов,

улучшения динамических характеристик и расширения функциональных возможностей узла, сопла регуляторов расхода смазки выполнены на торцах подшипников, пакеты пьезопластин расположены аксиально шпинделю в корпусах, выполненных кольцевыми и состыкованных с указанными торцами подшипников, при этом логический блок выполнен программируемым и связан с введенными датчиками температуры смазки и частоты вращения шпинделя, а также предназначен для связи с другими датчиками и приводами станка.