Шпиндель металлорежущего станка

Полезная модель относится к области станкостроения и может быть использована в металлорежущих станках различного назначения, преимущественно оснащенных системой ЧПУ, в качестве шпинделя многоцелевой шпиндельной головки для осуществления сверлильных, и/или фрезерных, и/или расточных операций.
Из уровня техники известен шпиндель металлорежущего станка, выполненный в виде полого вала с коническим посадочным местом со стороны его переднего конца, предназначенным для взаимодействия с ответным коническим посадочным местом инструментальной оправки, тягу, расположенную внутри вала с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно него, пакет тарельчатых пружин, установленный на тяге для обеспечения ее фиксации в осевом направлении, средство зажима инструментальной оправки с хвостовиком типа SK (в различных системах также маркируется как ISO или MAS), лепестки которого равномерно распределены вокруг тяги и окончаниями с одной стороны зафиксированы от осевого перемещения относительно тяги, а с другой стороны выполнены с упругими окончаниями для управляемого тягой взаимодействия с внешней поверхностью грибовидного окончания инструментальной оправки, и полую втулку с фланцем, зафиксированную в полости вала так, что ее фланец образует передний конец приводного вала, при этом внутренняя полость втулки выполнена с образованием упомянутого конического посадочного места со стороны фланца, цилиндрического участка со стороны торца, охватывающего лепестки зажимного устройства в зоне между их окончаниями и ограничивающего их радиальное перемещение, и расположенной между упомянутыми коническим и цилиндрическим участками кольцевой проточки, в которой размещены упругие окончания лепестков в разжатом состоянии, когда тяга находится в крайнем смещенным в сторону переднего конца шпинделя положении (EP №2000238, опубл. 10.12.2008).
К недостаткам известного технического решения следует отнести невозможность его использования для прогрессивных инструментальных оправок с хвостовиком типа HSK (фиксация которых осуществляется по внутренней поверхности торцовой полости, а не по внешней поверхности грибовидного окончания, как это имеет место в инструментальных оправках с хвостовиком типа SK или ISO или MAS), следствием чего являются увеличенные осевые габариты шпинделя, повышенное время на смену инструмента и недостаточно высокая жесткость соединения инструментальная оправка - шпиндель (по сравнению с присущей инструментальным оправкам с хвостовиком типа HSK). Кроме того, изготовление втулки включает технологически сложную операцию формирования в ней внутренней канавки, что существенно снижает технологичность конструкции в целом.
Наиболее близким к заявленному как по совокупности существенных признаков, так и по достигаемому результату - прототипом - является шпиндель металлорежущего станка, включающий полый приводной вал, предназначенный для установки в подшипниковых опорах корпуса и содержащий коническое посадочное место со стороны его переднего конца, предназначенное для взаимодействия с ответным коническим посадочным местом инструментальной оправки с хвостовиком типа HSK, тягу, расположенную внутри вала с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно него, пакет тарельчатых пружин, установленный на тяге для обеспечения ее фиксации в осевом направлении, и размещенное в полости вала средство зажима инструментальной оправки, лепестки которого равномерно распределены вокруг тяги и окончаниями в форме выступов с одной стороны размещены во внутренней кольцевой канавке вала, а с другой стороны выполнены с упругими окончаниями для управляемого тягой взаимодействия с внутренней поверхностью инструментальной оправки (РФ №128536 U1, опубл. 27.05.2013).
К недостаткам прототипа следует отнести его невысокую технологичность, обусловленную, во-первых, сложностью выполнения кольцевой канавки во внутренней полости приводного вала и, во-вторых, крайне ограниченной ремонтнопригодностью шпинделя после утраты его коническим посадочным местом показателей по точности и чистоте поверхности вследствие многократного силового контакта с множеством сменных инструментальных оправок в условиях агрессивной внешней среды (пыль, стружка и т.п.).
Задача полезной модели - конструктивными изменениями упростить формирование кольцевой канавки и существенно улучшить ремонтнопригодность шпинделя.
Технический результат - повышение технологичности изготовления и обслуживания шпинделя металлорежущего станка.
Поставленная задача решается, а заявленный технический результат достигается тем, что шпиндель металлорежущего станка, включающий полый приводной вал, предназначенный для установки в подшипниковых опорах корпуса и содержащий коническое посадочное место со стороны его переднего конца, предназначенное для взаимодействия с ответным коническим посадочным местом инструментальной оправки с хвостовиком типа HSK, тягу, расположенную внутри вала с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно него, пакет тарельчатых пружин, установленный на тяге для обеспечения ее фиксации в осевом направлении, и размещенное в полости вала средство зажима инструментальной оправки, лепестки которого равномерно распределены вокруг тяги и окончаниями в форме выступов с одной стороны размещены во внутренней кольцевой канавке вала, а с другой стороны выполнены с упругими окончаниями для управляемого тягой взаимодействия с внутренней поверхностью инструментальной оправки, снабжен полой втулкой с фланцем, зафиксированной в полости вала так, что ее оппозитный фланцу торец образует стенку упомянутой кольцевой канавки, а фланец образует передний конец приводного вала, при этом внутренняя полость втулки выполнена с образованием упомянутого конического посадочного места со стороны фланца и цилиндрического участка со стороны торца, охватывающего лепестки зажимного устройства в зоне между их упомянутыми окончаниями и ограничивающего их радиальное перемещение относительно тяги.
Полезная модель поясняется изображениями, где
на Фиг. 1 представлен осевой разрез заявленного шпинделя с инструментальной оправкой;
на Фиг. 2 представлен вид А на Фиг. 1 без инструментальной оправки.
Представленные на изображениях позиции имеют следующие значения:
1 - приводной вал шпинделя;
2 - втулка;
3 - торец втулки;
4 - фланец втулки;
5 - коническое посадочное место вала/втулки;
6 - инструментальная оправка с хвостовиком типа HSK;
7 - тяга;
8 - пакет тарельчатых пружин;
9 - лепестки средства зажима инструментальной оправки;
10 - кольцевая канавка;
11 - передний конец приводного вала;
12 - цилиндрический участок полости втулки;
13 - резьбовые элементы, например, винты;
14 - выступы лепестков средства зажима;
15 - упругие окончания лепестков средства зажима;
16 - кольцевой кулачок тяги.
Как следует из представленных изображений (Фиг. 1, 2), шпиндель металлорежущего станка содержит приводной вал 1, выполненный полым. Он предназначен для установки с возможностью вращения под действием, например, управляемого ЧПУ встроенного электромотора, в подшипниковых опорах корпуса/шпиндельной головки (аналогично прототипу). Со стороны переднего конца вала 1 в его полости зафиксирована, например, посредством резьбовых элементов 13 полая втулка 2. Фланец 4 втулки 2 собственно и образует передний конец 11 приводного вала 1 в сборе. Оппозитный фланцу 4 торец 3 втулки 2 образует стенку кольцевой канавки 10. Тяга 7 расположена внутри вала 1 с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно него, пакет тарельчатых пружин 8, установленный на тяге 7, обеспечивает ее фиксацию в осевом направлении. Рабочее перемещение тяги осуществляется в осевом направлении, например, от управляемого ЧПУ гидроцилиндра, в направлении к или от переднего конца 11 вала 1 (исполнение аналогично прототипу, на изображениях не показано). Средство зажима инструментальной оправки 6 выполнено в виде лепестков 9, равномерно распределенных вокруг тяги 7 с ограничением их радиального перемещения цилиндрическим участком 12 полости втулки 2 и выступами 14, с одной стороны размещенными во внутренней кольцевой канавке 10 вала 1, а с другой стороны выполненными с упругими окончаниями 15 для управляемого кольцевым кулачком 16 тяги 7 (аналогично прототипу) взаимодействия с внутренней поверхностью хвостовика типа HSK инструментальной оправки 6.
Заявленный шпиндель металлорежущего станка работает следующим образом.
Инструментальная оправка 6 своим хвостовиком типа HSK вставляется во втулку 2 по коническому посадочному месту 5. От проворота инструментальной оправки 6 во втулке 2 выполнены углубления 17, взаимодействующие с ответными выступами на инструментальной головке (не показаны, исполнение аналогично прототипу). Тяга 7 при этом под действием гидроцилиндра (не показан, исполнение аналогично прототипу) находится в крайнем левом (Фиг. 1 снизу) положении и упругие окончания 15 лепестков 9 свободно расположены вокруг тяги 7 с возможностью беспрепятственного вхождения во внутреннюю полость инструментальной оправки 6. По команде ЧПУ гидроцилиндр выключается, тяга 7 под действием пакета тарельчатых пружин 8 перемещается в крайнее правое положение (Фиг. 1 сверху), при этом кольцевой кулачек 16 разжимает упругие окончания 15 лепестков 9 и происходит зажим инструментальной оправки 6 со стороны ее внутренней поверхности. В таком положении ЧПУ включает привод вращения шпинделя (на Фиг. 1 показан закрепленный на валу 1 ротор 18 электромотора) и приводы подачи шпиндельной головки (не показаны, исполнение аналогично прототипу), производится обработка по заданной программе. Для извлечения/смены инструментальной оправки 6 вышеописанные действия осуществляются в обратном порядке.
Из представленных материалов следует, что:
предложенная конструкция шпинделя металлорежущего станка свободна от сложных в технологическом плане поверхностей, в частности внутренней кольцевой проточки, использование втулки с торцом, формирующим одну из стенок кольцевой канавки, позволяет сформировать внутреннюю поверхность вала ступенчатой с увеличивающимся диаметром ступеней к краям вала, что не вызывает технологических трудностей при его изготовлении;
выполнение конического посадочного места во втулке позволяет сложный технологический комплекс по восстановлению шпинделя при потере посадочным местом рабочих параметров заменить на простую операцию замены изношенной втулки на новую.
Изложенное позволяет сделать вывод о том, что поставленная задача - конструктивными изменениями упростить формирование кольцевой канавки и облегчить ремонтнопригодность шпинделя - решена, а заявленный технический результат - повышение технологичности изготовления и обслуживания шпинделя металлорежущего станка - достигнут.
Анализ на соответствие условиям патентоспособности заявленного технического решения показал, что указанные в независимом пункте формулы полезной модели признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, достаточной для получения заявленного технического результата.
Свойства, регламентированные в заявленной конструкции отдельными признаками, общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений.
Таким образом:
объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении относится к области станкостроения и может быть использован в металлорежущих станках различного назначения, преимущественно оснащенных системой ЧПУ, в качестве шпинделя многоцелевой шпиндельной головки для осуществления сверлильных, и/или фрезерных, и/или расточных операций;
для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке и известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленный объект соответствует критериям патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.