ШПИНДЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ

Полезная модель относится к станкостроению, в частности к шпиндельным узлам сверлильных станков, используемых для сверления глубоких отверстий малого диаметра.
Известен шпиндельный узел (И.З.Винников, М.И.Френкель «Устройство сверлильных станков и работа на них», М., «Высшая школа», 1978 г., с.135), в корпусе которого размещена пиноль, с торцов закреплены крышки и внутри которой размещен шпиндель, имеющий нижнюю и верхнюю опоры, при этом нижний край шпинделя связан с держателем инструмента, его верхний край выполнен с возможностью взаимодействия с приводом станка.
Недостатком такого шпиндельного узла является то, что данная конструкция не обеспечивает достаточную производительность обработки из-за неустойчивости процесса сверления глубоких отверстий малого диаметра. Радиальные и осевые колебания шпинделя и сверла малого диаметра, возникающие при сверлении, приводят к неустойчивому стружкообразованию, которое препятствует вращению сверла. В результате, это приводит к остановке процесса сверления и к разрушению сверла. Поэтому в условиях массового производства для выпуска одного наименования деталей, когда используется несколько однотипных станков приходится для каждого станка использовать сверла с индивидуальной совокупностью геометрических параметров заточки.
Выбран в качестве прототипа шпиндельный узел (свидетельство на ПМ №26761, МПК В 23 В 47/24, 29.04.2002 г), в корпусе которого размещена пиноль, имеющая верхнюю и нижнюю крышки, образующие замкнутую полость, заполненную смазочной жидкостью, внутри которой размещен шпиндель и его нижняя опора, выполненная в виде упорного подшипника, а
его верхняя опора установлена над пинолью, на шпинделе выполнены верхняя и нижняя опорные шейки, имеющие нарезку на образующих поверхностях и расположенные с возможностью взаимодействия с поддерживающими втулками со сквозными каналами, установленными в пиноли, при этом нижний край шпинделя связан с держателем инструмента, его верхний край выполнен с возможностью взаимодействия с приводом станка.
Недостатком такой конструкции шпиндельного узла является то, что она также не обеспечивает достаточно высокую производительность обработки из-за того, что нижняя опора шпинделя, выполненная в виде упорного подшипника, ограничивает осевое перемещение шпинделя относительно его поддерживающих втулок и не обеспечивает демпфирование сверла при его врезании в обрабатываемую деталь и возникающих осевых колебаний шпинделя, что не исключает увод сверла в процессе обработки глубоких отверстий малого диаметра. В результате в условиях массового производства для выпуска одного наименования деталей, когда при обработке глубоких отверстий малого диаметра используются несколько однотипных станков, все же приходится для каждого станка использовать сверла с индивидуальной совокупностью геометрических параметров заточки. Кроме того, при сверлении глубоких отверстий малого диаметра с целью охлаждения и предохранения от поломок сверла процесс сверления сопровождается частыми выводами инструмента, а при последующем врезании сверла в обрабатываемую деталь значительно снижается его стойкость.
Все эти факторы не позволяют обеспечить полную стабильность процесса сверления и высокую стойкость инструмента и, следовательно, высокую производительность при обработке глубоких отверстий малого диаметра.
Задачей, которую решает предлагаемая полезная модель, является повышение производительности обработки и обеспечение стабильности
процесса при сверлении глубоких отверстий малого диаметра в массовом производстве за счет гашения радиальных и осевых колебаний шпинделя со сверлом малого диаметра, повышения стойкости инструмента и снижения вероятности его поломки.
Для решения этой задачи в шпиндельном узле, в корпусе которого размещена пиноль, имеющая верхнюю и нижнюю крышки, образующие замкнутую полость, заполненную смазочной жидкостью, внутри которой размещен шпиндель и его нижняя опора, выполненная в виде упорного подшипника, а его верхняя опора установлена над пинолью, на шпинделе выполнены верхняя и нижняя опорные шейки, имеющие нарезку на образующих поверхностях и расположенные с возможностью взаимодействия с поддерживающими втулками со сквозными каналами, установленными в пиноли, при этом нижний край шпинделя связан с держателем инструмента, его верхний край выполнен с возможностью взаимодействия с приводом станка, авторы предлагают на шпинделе, в упор к нижней опорной шейки выполнить фланец, содержащий гладкие торцевые поверхности, который поместить с возможностью осевого перемещения в цилиндрическую полость, образованную стаканом, в донце которого выполнить центральное отверстие и экцентричную канавку с несколькими маслоперегонными отверстиями.
Авторы предлагают стакан выполнить из антифрикционного материала, например, из бронзы, а цилиндрическая полость, образованная стаканом, должна превышать толщину фланца на 1,5-2,0 мм.
Такая конструкция шпиндельного узла дает возможность свободного перемещения шпинделя в осевом направлении, позволяет демпфировать осевые и радиальные колебания шпинделя и исключить влияние увода и поломку сверла, что дает возможность повысить стабильность и производительность процесса сверления глубоких отверстий малого диаметра.
При проведении поиска по патентной и научно-технической литературе не было обнаружено решений, содержащих совокупность предлагаемых признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию «новизна».
Промышленная применимость видна из описания конструкции шпиндельного узла.
На фиг.1 - изображен пример конкретного выполнения предлагаемой конструкции шпиндельного узла.
На фиг.2 - изображен шпиндельный узел в процессе работы.
Шпиндельный узел содержит шпиндель 1, на его хвостовой части выполнены два симметричных шпоночных паза 2 и 3, предназначенных для передачи крутящего момента от привода (на фиг. не показан) к шпинделю 1, на средней части шпинделя 1 выполнены верхняя 4 и нижняя 5 опорные шейки, имеющие нарезку 6 и 7 на образующих поверхностях. В упор к нижней опорной шейке 5 у шпинделя 1 выполнен фланец 8 с двумя гладкими торцевыми поверхностями 9 и 10. Фланец 8 со шпинделем 1 имеют возможность перемещаться по оси, фланец 8 помещен в цилиндрическую полость, образованную стаканом 11, в донце которого выполнено центральное отверстие 12 и экцентричная канавка 13, с несколькими маслоперегонными отверстиями 14. На нижней части шпинделя 1 выполнена полированная цилиндрическая поверхность 15 под манжету 16 и коническая поверхность 17 для держателя инструмента 18 со сверлом 19. В пинол и 20 размещены верхняя 21 и нижняя 22 бронзовые поддерживающие втулки, расположенные соосно относительно друг друга. На каждой поддерживающей втулке 21 и 22 соосно ее оси выполнены сквозные каналы 23 и 24 для перегонки смазочной жидкости 25, вытекание которой предотвращает манжета 16 и резиновое кольцо 26, установленное между крышкой 27 и пинолью 20.
Шпиндельный узел работает следующим образом:
Сверло 19 устанавливают в держатель инструмента 18. Смазочная жидкость 25, помещенная в полости пиноли 20, до вращения шпинделя 1 находится в покое. Винтовые нарезки 6 и 7, выполненные на верхней 4 и нижней 5 шейках шпинделя 1 в паре с контактирующими поверхностями поддерживающих втулок 21 и 22 создают винтовые насосы, которые перегоняют смазочную жидкость сверху вниз. Так как осевое усилие со стороны детали на шпиндель 1 отсутствует, то шпиндель 1 под действием собственного веса и создаваемого давления на фланец 8 шпинделя 1 со стороны опорных шеек 4 и 5 провисает и опирается фланцем 8 на слой смазочной жидкости, находящейся на донце стакана 11 (фиг.1).
При включении привода (на фиг. не показан) шпиндель 1 с возможностью осевого перемещения с опорными шейками 4 и 5, установленный в поддерживающих втулках 21 и 22 и фланцем 8 в цилиндрической полости, образованной стаканом 11, начинает вращаться и приводит смазочную жидкость 25 в движение. В процессе сверления (фиг.2) под действием осевой силы Рос, действующей со стороны детали, шпиндель 1 поднимается вверх, фланец 8 «всплывет» над донцем стакана 11. При этом смазочная жидкость удерживает шпиндель 1 в гидродинамических условиях во взвешенном положении, за счет смазочной жидкости между торцевыми поверхностями 9 и 10 фланца 8, поддерживающей втулкой 22 и донцем стакана 11.
Таким образом, в шпиндельном узле предлагаемой конструкции, в процессе сверления шпиндель работает в режиме гидродинамического трения, этим и достигается демпфирование колебаний как в осевом, так и в радиальном направлении. В результате этого обеспечивается стабильное сверление глубоких отверстий малого диаметра, снижается вероятность поломки сверла из-за хорошего образования стружки и ее удаления из обрабатываемого отверстия, сокращается количество выводов сверла. Это позволяет повысить производительность и использовать в массовом
производстве сверла централизованной заточки, исключая при этом затраты на индивидуальную заточку с подбором геометрических параметров сверл для каждого станка.