Шпиндель станка Советский патент 1982 года по МПК B24B41/04 

(5) ШПИНДЕЛЬ СТАНКА

Изобретение относится к станкостроению, а именно к усовершенствов нию шпинделей станков, преимуществе но наиболее быстрохбдных внутришлиф вальных. Известен шпиндель станка, выполненный в виде вала, установленного в корпусе на опорах 1 . Недостатком известного шпинделя является низкое качество обрабатыва мой поверхности. Цель изобретения - повышение качества обрабатываемой поверхности. Поставленная цель достигается.тем что в обоих концах вала выполнены герметичные каналы с резьбами, на правление которых противоположно направлению вращения вала, а в корпусе образованы кольцевые герметичные полости, ча поверхностях с меньшим диаметром которых выполнены резьбы, при этом в указанные резьбы уложены фитили, а герметичные полости и каналы частично заполнены теплоносителем. Каналы в концах вала выполнены коническими с углом конуса 0,5-3 и меньшим диаметром у торцов вала. Наружные поверхности концов вала снабженыребрами охлаждения. Ребра охлаждения на концах вала выполнены в виде лопастей осевого насоса. На ребрах охлаждения в виде лопастей осевого.насоса неподвижно закреплены втулки. Кроме того, в отверстиях концов вала установлены термобаллоны с сильфонно-диафрагменными клапанами. На фиг. 1 схематически показан шпиндель, продольный разрез, с резьбовыми каналами в концах вала и гладкими наружными их поверхностями на фиг. 2 - то же, с коническими канала ми в концах вала; на фиг. 3 ребра охлаждения; на фиг. t - резьбовые каналы в концах вала, в которых уста393

новлены термобаллоны с сильфонно-диафрагменными клапанами-, на фиг. 5 движение Конденсата по резьбе.

Шпиндель (фиг. 1) имеет вал 1, который на опорах 2 (например, скольжения, гидродинамических, гидростатических или качения с различными типами шарико-, роликоподшипников) установлены в корпусе 3- На корпусе 3 нарезаны резьбы А и Б и он герметично закрывается гильзой Ц, в которой совместно с корпусом 3 выполнены по-, лости В и Г. В этих полостях проложены фитили 5 и 6 в виде стекловолокна, металлической сетки или другого капиллярно-пористого материала. В валу 1 выполнены резьбовые каналы Д и Е, которые герметично закрываются за1- лушками 7 и 8. Направление резьбы с каждой стороны вала является противоположным направлению его вращения. При этом свободные концы Ж и 3 вала 1 выполнены гладкими.

При втором варианте исполнения (фиг. 2) на корпусе 3 резьбы не выполняются, а на валу 1 вместо резьбовых каналов выполнены конусные каналы Д и Е с углом конуса d 0, На одном свободном конце вала 1 выполнены ребра охлаждения И, а на другом его конце установлен радиатор 9 охлаждения, который выполнен из более теплопроводного материала (например алюминия) , чем материал вала 1.

Возможно выполнение сквозного резь бового канала в валу, но в этом случае левая и правая резьбы должны встретиться в центре межопорного пролета вала, где и устанавливается герметичная перегородка.

Ребра охлаждения (фиг. 3) могут быть выполнены в виде лопастей осевого насоса К и Л, на которых могут быть установлены втулки 10 и 11.

В резьбовых каналах Д и Е (фиг. k могут быть установлены термобаллоны 12 и 13 с сильфонами 1 и 15 совместно с диафрагмами 1б и 1. Сильфоны Ц 15 имеют штоки с клапанами 18 и 19, которые помещаются в клапанных отверстиях диафрагм 16 и 17Во всех случаях полости 3 и Г, резьбовые каналы Д и Е частично заполняются теплоносителем (например спиртом, фреоном, аммиаком, ацетоном или водой и т.п.) и вакуумируются.

Шпиндель работает следующим образом.

94

При вращении вала 1 (фиг. 1) происходит нагревание его 2. Выделяющееся при этом тепло распространяется как по валу 1, так и по корпусу 3 При этом в близлежащих к опорам участках полостей В и Г корпуса 3 и резьбовых каналах Д и Е вала 1 происходит нагревание с испарением теплоносителя. Образующиеся пары теплоносителя перемещаются в холодные участки полостей В и Г корпуса 3 и резьбовых каналов Д и Е вала 1, где происходит конденсация паров теплоносителя. О.бразовавшийся в холодных

участках полостей В и Г конденсат при помощи капиллярного фитиля и резьб транспортируется в нагретые участки этих полостей. Образовавшийся в холодных участках резьбовых каналов Д

и Е вала 1 конденсат транспортируется в их нагретые участки под действием центробежных сил с помощью резьб. При конусном исполнении каналов Д и Е (фиг. 2) конденсат также транспортируется под действием центробежных сил по конусу в нагретые участки этих отверстий.

Процесс нагревания теплоносителя в нагретых участках герметичных полостей и каналов, его испарения.конденсации в холодных участках полостей и каналов и возврат в нагретые участки происходит непрерывно. Температура нагретых участков полостей и каналов ограничена температурой насыщения теплоносителя, которая,например, для воды составляет , аммиака - 33,1°С, фреона-11 23,8с, фреона-12 29,8°С,. фреона-22 ,, ацетона 5б,. При этом температура нагретых участков полостей и каналов не может быть выше температуры насыщения теплоносителя до тех пор, пока он не испарится полностью, а так как конденсат возвращается к нагретым участкам, то температура в них постоянно не превышает температуры наемщения теплоносителя. Выделяющееся в опорах тепло расходуется на испарение теплоносителя.

Таким образом, температура опор шпинделя определяется температурой насыщения теплоносителя и теплопроводностью стенок корпуса от опор к полостям и теплопроводностью вала от опор к каналам, а также интенси1 ностью теплопередачи холодными час ми корпуса и вала в окружающую ере/., с целью повышения интенсивности теплоотдачи холодными участками вала в окружающую среду на этих участках выполнены ребра охлаждения И (фиг. 2) и радиатор 9 охлаждения.Даль нейшее повышение интенсивности теплопередачи достигается выполнением ребер охлаждения К и Л (фиг. 3) в виде лопастей осевого насоса и установки на них втулок 10 и 11, так как лопасти осевого насоса обеспечивают интенсивное прокачивание воздуха окружающей среды в межлопастном пространстве. При этом в предлагаемом шпинделе наиболее интенсивный теплоотвод обеспечивается от наиболее нагревающихся опорных шеек вала шпинделя и, например, от внутренних колец подшипников. S отдельных случаях требуется обе печить постоянную наперед заданную температуру опор шпинделя. Эта задач решается следующим образом, В нагреваемых участках резьбовых каналов Д и Е (фиг. ) установлены термобаллоны 12 и 13, которые содержат двух фазную жидкость (например ацетон). Термобаллоны заканчиваются сильфонами lU и 15, к подвижным торцам которых прикреплены штоки с клапанами 18 и 19 Последние размещены в кла отверстиях диафрагм 16 и 17. которые установлены на границе разде ла нагреваемых и холодных участков ,резьбовых каналов Д и Е. Пока температура в нагретых участках резьбовых каналов Д и Е достаточно высока, клапаны 18 и 19 полностью открыты и не препятствуют переносу тепла в холодные участки резьбовых каналов Д и Е. Как только температура нагретых участков падает до допустимо низкой, объем жидкости в термобаллонах 12 и 13 уменьшается, сильфоны l и 15 снижаются и клапаны 18 и 19 перекрывают отверстия в диафрагмах 16 и 17Отвод тепла от нагретых участков рез бовых каналов Д и Е прекращается. Под бором жидкости для термобаллонов и со ответствующих параметров сильфонов обеспечивается стабилизация необходимой наперед заданной температуры опор шпинделя. 9 9 Таким образом, изобретение позволяет повысить быстроходность и жесткость шпинделя, благодаря чему повысится производительность и качество обрабатываемойповерхности. Формула изобретения 1. Шпиндель станка, выполненный в виде вала, установленного в корпусе на опорах, отличающийся тем, что, с целью повышения качества обрабатываемой поверхности, в обоих конца.х в-ала выполнены герметичные каналы с резьбами, направление которых противоположно направлению вала, а в корпусе образованы кольцевые герметичные полости, на поверхностях с меньшим диаметром которых выполнены резьбы, при этом в указанные резьбы уложены фитили, а герметичные полости и каналы частично заполнены теплоносителем. 2.Шпиндель по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что каналы в концах вала выполнены коническими с углом конуса О.ЗЗ и меньшим диаметром у торцов вала. 3.Шпиндель по п. 1, о т л и чающийся тем, что.наружные поверхности концов вала снабжены ребрами охлаждения. Ц. Шпиндель поп. Зf0.тличaющ и и с я тем, что ребра охлаждения на концах вала выполнены в виде лопастей осевого насоса. 5.Шпиндель по п. 3 о т л и -ч а ющ и и с я тем, что на ребрах охлаждения в виде лопастей осевого насоса неподвижно закреплены втулки. 6.{Впиндель поп. 1,отличающ. и и с я тем, что в отверстиях концов вала установлены термобаллоны с сильфонно-диафрагменными клапанами. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 1 56707, кл. В 24 В i l/0t, 1972.

«N

«О