Шпиндельный узел Советский патент 1981 года по МПК B23B19/00 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано, например з шпиндельных узлах металлорежутдих станков. Известны устройства, содержащие шпиндели на гидростатических опорах с мембранными регуляторами расхода, управляемыми за счет обратной связи по давлению в несущих карманах подшипника ij . К недостаткам этих устройств след ет отнести сложность настройки регу .пяторов и их стыковки с электрическими цепями систем управления в стан ках. Известен шпиндельный узел с электропневматическими клапанами, которы содержит шпиндель, установленный в газостатических опорах с рабочими камерами, электропневматические кла паны, выполнякицие функции регулятор расхода смазки типа сопло-заслонка, систему регулирования, в которую вх дят преобразователь, устройство сра нения и усилитель, и индуктивные да чики положения шпинделя. Активный элемент регулятора выполнен в виде пакета синфазно соединенных пьезе.пластин, который торцом прикреплен к мембране и образует с соплом регуля тора,-дросселирующий зазор, настраиваемый регулировочным винтом. Индуктивные датчики подключены ко входу преобразователя, а пьезопластины - к выходу усилителя 2}. Однако шпиндель обладает недостаточной точностью положения под нагрузкой, так как обратная связь по положению не позволяет получить отрицательной податливости несущего слоя газостатической опоры, необходимой для компенсации упругих перемещений базовых элементов узла. Также имеет место недостаточная точность вращения шпинделя, так как на формирование управляющего сигнала в индуктивных датчиках положения шпинделя влияют погрешности формы и расположения измерительной поверхности. Кроме того, шпиндель обладает сложной конструкцией из-за наличия автономных датчиков положения шпинделя. Цель изобретения - првышение точности положения шпинделя под нагрузкой и при вращении, упрощение конструкции и настройки узла. Поставленная цель достигается тем, что в шпиндельном узле, содержащем шпиндель, установленный в гидро-газостатических опорах с рабочими камерами, систему регулирования, состоящую из преобразователя; устройства сравнения и усилителя, и регулятор расхода смазки типа сопло-заслонкн, активным элементом которого является пакет синфлзно соединенных пьезопластин, одна часть пьезопластин пакета подключена ко входу пр еобразователя, а другая - к выходу усилителя.

На чертеже представлена схема шпиндельного узла. В корпусе 1 шпиндельной бабки на гидростатических опорах 2 и 3 установлен шпиндель 4. Рабочие камеры 5 и б передней радиальной гидростатической опоры 3 связаны с соплами 7 регуляторов 8 расхода смазки. В каждом регуляторе к мембране 9 прикреплен пакет 10 синфазно соединенных цьезопластин, опирающийся на регулировочный винт 11. Пьезопластины 12 подключены ко входу преобразователя 13, а пьезопластины 14 - к выходу усилителя 15. Выход преобразователя через устройство 16 сравнения связан со входом усилителя.

Пьезопластины 12 выполняют роль датчика давления, который вырабатывает электрический сигнал обратной связи, пропорциональный давлению жидкости в раббчей.камере опоры. Пьезопластины 14 выполняют ФУНКЦИИ привода мембраны регулятора.

При работе устройства смазка от источника давления (не показан) подается в регуляторы 8 расхода и, дросселируясь в зазорах между торцами сопел 7 и мембранами 9. поступает в рабочие камеры 5 и б 1идростатической опоры 3. Настройка шпинделя 4 в центральное положение осуществляется винтами 11. Отклонение шпинделя 4 цод действием нагрузки от центрального положения приводит к изменению давлений в рабочих камерах 5 и 6 и, следовательно, изменениюусилий на мембраны 9 и пакеты 10 пьезопластин. Электрический сигнал, вызванный изменением усилия., от пьезопластин 12 поступает в преобразователь 13, который выдает напряжение постоянного тока, пропорциональное изменению давлений в рабочих камерах опоры под действием нагрузки. Рассогласование

напряжения с заданной величиной, выдаваемое устройством 16 сравнения поступает после усилителя 15 на пьезопластины 14, которые изменяют свою толщину и, тем самым, дросселирующие с зазоры регуляторов 8 расхода. В результате расход смазки через рабочие камеры 5 и б изменяется так, что шпиндель 4 смещается в обратном направлении. При соответствующем выборе параметров шпиндельного узла можно получить любую, ВТОМ числе и отрицательную податливость несущего слоя гидростатической опоры.

Таким образом, совмещение в одном пакете пьезопластия датчика давления и привода мембраны регулятора позволяет обеспечить режим отрицательной податливости несущего слоя гидростатической опоры,за счет чего могут быть компенсированы упругие перемещения базовых элементов шпиндельного узла и повышена точность его работы, а также упростить конструкцию и настройку узла.

Формула изобретения

Шпиндельный узел, содержащий шпиндель, установленный в гидро-газостатических опорах с рабочими камерами,

систему регулирования,- состоящую из

преобразователя, устройства сравнения и усилителя, и регулятор расхода смазки типа сопло-заслонка, активным элементом которого является пакет синфазно соединенных пьезопластин, о тличающийся тем, что, с целью повышения точности положения шпинделя под нагрузкой и при вращении, упрощения конструкции и настройки узла, одна часть пьезопластин пакета подключена ко входу преобразователя, а другая - к выходу усилителя.

Источники информации, принятые во вн.имание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР

1 480525, кл. В 23 Q 5/06, 1972.

. Аэростатический шпиндельный узел с электропневматическими клапанами. Информационный листок № 324-75. Владимирский, межотраслевой территориальный ЦНТИ, 1975.