ВИБРАЦИОННЫЙ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ ШПИНДЕЛЬ
VIBRATION CUTTER SPINDLE

Изобретение относится к области металлообработки, в частности к устройствам для обработки отверстий методом сверления, зенкерования и развертывания с наложением осевых колебаний на инструмент.
Известен вибрационный инструментальный шпиндель по авторскому свидетельству СССР №611729 (опубл. 25.06.78), выполненный в виде цилиндрического корпуса и несущего вибратор вала, установленного в подшипниках внутри корпуса и снабженного участком, выступающим за пределы корпуса, на котором установлен вибратор.
Вследствие жесткой связи вибратора с валом частота вибратора напрямую связана с приводом вращения. Это не позволяет производить обработку деталей из различных материалов при оптимальных режимах в широком диапазоне обрабатываемых отверстий без смены вибратора, и, следовательно, технологические возможности этого шпинделя ограничены. Кроме того, известный шпиндель не позволяет производить плавное регулирование амплитуды и частоты вибраций.
Известен вибрационный инструментальный шпиндель, в корпусе которого установлен на подшипниках подпружиненный вал, снабженный вибратором, выполненным в виде эксцентриковой оси, установленной на дополнительно введенных в инструментальный шпиндель подшипниках, размещенных в выполненном на конце вала сквозном поперечном отверстии, и двух идентичных эксцентриков, симметрично установленных на оси с возможностью перемещения относительно вала и взаимодействия с торцом корпуса шпинделя (авт. св. СССР №1065107, опубл. 07.01.84).
Данный шпиндель, который является наиболее близким к предлагаемому, позволяет осуществлять плавное регулирование амплитуды и частоты колебаний. Однако вследствие высоких динамических нагрузок на шарикоподшипники, которые используются в шпинделе, они быстро выходят из строя, и тем самым снижается долговечность как вибратора, так и инструмента. А большая инерционность, невысокая жесткость устройства и средств для плавного регулирования амплитуды и частоты вибрации в виде пружины, эксцентриков, эксцентриковой оси ведет к снижению качества обработки изделия.
Задачей изобретения является увеличение срока службы вибратора, повышение качества обработки путем снижения инерционности и повышения жесткости устройства с обеспечением при этом широких технологических возможностей.
Для достижения этого технического результата в вибрационном инструментальном шпинделе, содержащем корпус, в котором установлен на подшипниках вал, вибратор, выполненный с возможностью регулирования амплитуды и частоты вибраций, в корпусе имеются сквозные отверстия для прохода рабочей жидкости, вал установлен на гидростатических подшипниках, жестко вмонтированных в корпус, и выполнен в виде поршня гидроцилиндра, а вибратор - в виде четырехлинейного гидрораспределителя, регулятора расхода жидкости, установленного на входе гидрораспределителя, гидролиний давления и слива, жестко установленной в корпусе гильзы с отверстиями, перекрытыми валом-поршнем в его нейтральном положении на величину не менее заданной амплитуды колебаний, двух втулок, установленных по разные стороны гильзы и образующих с ней и валом-поршнем две полости, постоянно связанные посредством отверстий корпуса и гидролиниями давления и слива с четырехлинейным гидрораспределителем.
Отличительными признаками предлагаемого вибрационного инструментального шпинделя от наиболее близкого аналога являются: наличие в корпусе сквозных отверстий для прохода рабочей жидкости, установка вала, выполненного в виде поршня гидроцилиндра, на гидростатических подшипниках, жестко вмонтированных в корпус, выполнение вибратора в виде четырехлинейного гидрораспределителя, регулятора расхода жидкости, установленного на входе гидрораспределителя, гидролиний давления и слива, жестко установленной в корпусе гильзы с отверстиями, перекрытыми валом-поршнем в его нейтральном положении, двух втулок, установленных по разные стороны гильзы и образующих с гильзой и валом-поршнем две полости, постоянно связанные посредством отверстий корпуса и гидролиниями давления и слива с четырехлинейным гидрораспределителем.
Благодаря наличию этих признаков в предлагаемом вибрационном инструментальном шпинделе производится плавная регулировка амплитуды колебаний в пределах расчетной и частоты колебаний, чем обеспечивается возможность обработки материалов с различными механическими свойствами, а следовательно, расширение технологических возможностей. В то же время совокупность отличительных признаков способствует тому, что происходит непосредственное воздействие на вал-поршень рабочей жидкости без промежуточных механизмов. При этом снижается инерционность и повышается жесткость устройства, в котором установлен инструмент, а следовательно, обеспечивается высокое качество обработки. Установка вала-поршня на гидростатических подшипниках, жестко вмонтированных в корпус, обеспечивает долговечность шпинделя.
На чертеже приведен продольный разрез предлагаемого вибрационного инструментального шпинделя.
Вибрационный инструментальный шпиндель содержит корпус 1, в котором на гидростатических подшипниках 2 установлен вал-поршень 3, на котором крепится режущий инструмент (не показан). В корпусе 1 выполнены отверстия 4 и 5. Вибратор выполнен в виде четырехлинейного гидрораспределителя 6, включающего многокромочный золотник 7 и гильзу 8, регулятора расхода жидкости 9, датчика скорости вращения золотника 10, гильзы 11 с отверстиями, втулок 12 и 13. Втулки 12 и 13, вал-поршень 3 и гильза 11 образуют полости 14 и 15, которые связаны отверстиями 4 и 5 корпуса 1 и гидролиниями 16 и 17 с гидрораспределителем 6. Гидростатические подшипники 2 оснащены собственными гидролиниями давления-слива 18 и 19. Для контроля скорости вращения вала поршня используется датчик 20, а амплитуды колебания - датчик 21.
Работа вибрационного инструментального шпинделя осуществляется следующим образом.
Валу-поршню 3 сообщают вращательное движение и осевую подачу, обрабатываемая деталь (не показана) остается неподвижной. К золотнику 7 через регулятор расхода 9 подводят рабочую жидкость и приводят его во вращение. В результате происходит чередование подачи и слива рабочей жидкости в полостях 14 и 15, что приводит к колебаниям вала-поршня 3. Перемещение вала-поршня 3 от нейтрального положения на величину амплитуды колебаний регулируется отверстиями в гильзе 11. При смещении вала-поршня на величину, равную амплитуде, открываются отверстия гильзы 11, и давление в напорной магистрали падает, что приводит к торможению вала-поршня 3 и препятствует его дальнейшему смещению относительно нейтрального положения.
Таким образом, в процессе обработки детали происходит наложение осевых колебаний на вращающийся и перемещающийся в осевом направлении вибрационный инструментальный шпиндель и, соответственно, на режущий инструмент.
В случае необходимости регулирования амплитуды колебаний меняют расход рабочей жидкости за счет изменения проходной способности регулятора расхода жидкости 9. В случае необходимости изменения частоты колебаний изменяют угловую скорость золотника 7 гидрораспределителя 6. Скорость вращения вала-поршня изменяется приводом вращения.
Предлагаемый вибрационный инструментальный шпиндель позволяет наряду с высокими технологическими возможностями значительно увеличить его долговечность, повысить качество обработки деталей за счет снижения инерционности и повышения жесткости устройства.