ШПИНДЕЛЬ ДЛЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

Полезная модель относится к области станкостроения и может быть использована в металлообрабатывающих станках различного назначения, оснащенных системой ЧПУ, для осуществления на них сверлильно-фрезерных и расточных операций.
Из уровня техники известен шпиндель, содержащий корпус, полый приводной вал, установленный на передних и задних подшипниковых опорах, статор электродвигателя, смонтированный в корпусе шпиндельного узла, ротор, установленный на полом приводном валу шпинделя, механизм зажима инструментальной оправки, расположенный внутри полого приводного вала и состоящий из тяги, с установленными на ней автономными пакетами тарельчатых пружин, и средства зажима инструментальной оправки, соединенной с тягой (Патент РФ на изобретение №2230652, В24В 41/04, В23В 19/02, 2002 г.).
Недостатком известного технического решения является недостаточная жесткость установки и фиксации тяги механизма зажима инструментальной оправки в полом валу, что приводит к возникновению сложных авто колебаний тяги с автономными пакетами тарельчатых пружин по длине тяги, которые по частотам совпадают с рабочим диапазоном колебаний шпиндельного узла, и возникновению резонанса этих колебаний, что вносит дополнительные неучтенные погрешности в колебательную систему станка, снижающие точность и качество обрабатываемой на нем поверхности.
Наиболее близким к заявленному техническому решению по назначению, технической сути и достигаемому результату является шпиндель, содержащий корпус, полый приводной вал, установленный на передних и задних подшипниковых опорах, привод, установленный на приводном валу, механизм зажима инструментальной оправки, расположенный внутри полого приводного вала, включающий тягу, с установленным на ней пакетом тарельчатых пружин, средство зажима инструментальной оправки, соединенное с тягой, а также средство управления механизмом зажима инструментальной оправки (Каталог PI 46 г «Мотор-шпиндель с поворотным устройством», Типоряд 0.5.052.0.., 2008 г., стр.6-8).
Недостатком известного технического решения является также недостаточная жесткость установки и фиксации длинномерной тяги с пакетом тарельчатых пружин механизма зажима инструментальной оправки в полом валу, что приводит к одностороннему выгибанию тяги и ее колебаниям, которые по своим частотам попадают в рабочий диапазон частот колебаний шпиндельного узла, вызывая резонанс этих колебаний, что ухудшает первоначальную высокоточную балансировку шпинделя и снижает точность механической обработки.
Техническим результатом заявленного технического решения является повышение качества и точности механической обработки за счет установки на длинномерной тяге демпфирующего средства, разделяющего пакет тарельчатых пружин на автономные пакеты, и обеспечивающего тяге дополнительную опору по длине, без снижения возвратно-поступательных функций самой тяги, что изменяет частоту собственных колебаний тяги до значений, не совпадающих с рабочим диапазоном частот колебаний самого шпиндельного узла, устраняет резонанс в колебательной системе шпинделя и сохраняет его первоначальную высокоточную балансировку.
Заявленный технический результат, достигается за счет того, что шпиндель для металлорежущих станков, содержащий корпус, полый приводной вал, установленный на передних и задних опорах качения внутри корпуса, тяги, расположенной внутри приводного вала с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно него, пакета тарельчатых пружин, установленного на тяге для обеспечения ее фиксации в осевом направлении, и средства зажима инструментальной оправки, соединенного с тягой, согласно полезной модели, содержит демпфирующее средство, установленное в центральной зоне тяги между пакетом тарельчатых пружин и разделяющим его на автономные пакеты для обеспечения тяге дополнительной опоры по длине и исключения одностороннего выгибания тяги.
Целесообразно, чтобы шпиндель был дополнительно оснащен ограничительным кольцами, установленными с возможностью контакта с боковыми поверхностями демпфирующего средства и боковыми поверхностями автономных пакетов тарельчатых пружин.
Заявленный шпиндель для металлорежущих станков поясняется графическими иллюстрациями, где
- на фиг.1 представлен общий вид шпинделя;
- на фиг.2 вид А по фиг.1.
Заявленный шпиндель для металлорежущих станков (фиг.1) состоит из корпуса 1, с установленным внутри него на подшипниковых, опорах 2 полого приводного вала 3, привода 4, установленного на валу 3, для передачи на него крутящего момента, механизма 5 зажима инструментальной оправки, расположенного внутри полого приводного вала 3 и состоящего из тяги 6, с установленным на ней пакетом тарельчатых пружин 7, средства 8 зажима инструментальной оправки, соединенного с тягой 6 в зоне расположения передних подшипниковых опор 3, демпфирующего средства 9 (фиг.2), установленного в центральной зоне тяги 6 между пакетом тарельчатых пружин 7, разделяя его на автономные пакеты и обеспечивая тяге 6 дополнительную опору по длине. При этом демпфирующее средства 9 оснащено ограничительными кольцами 10, установленными с возможностью контакта с его боковыми поверхностями и боковыми поверхностями автономных пакетов тарельчатых пружин. Механизмом зажима 5 инструментальной оправки управляет средство 11 управления, реализуя зажим инструментальной оправки и ее разжим.
Заявленный шпиндель для металлорежущих станков работает следующим образом.
Перед выполнением операций сверления и/или фрезерования подается команда от системы ЧПУ на зажим и удержание инструментальной оправки механизмом 5 зажима инструментальной оправки. Для этого средством 11 управления механизмом зажима 5 инструментальной оправки реализуется возможность свободного разжима пакета тарельчатых пружин 7, создавая усилие зажима инструментальной оправки, за счет чего происходит перемещение тяги 6 средства 8 зажима с инструментальной оправкой в положение "Вверх", положение 1 (фиг.1). При жестко зафиксированной в осевом направлении инструментальной оправке происходит обработка вращающимся инструментом, крутящий момент на который передается через привод 4 и полый приводной вал 3. За счет передаваемого момента на инструмент происходит вращение с той же частотой и механизма 5 зажима инструментальной оправки. При этом вращение тяги 6 происходит без дополнительных колебаний за счет того, что демпфирующее средство 9 с одной стороны является дополнительной опорой для тяги 6, а с другой стороны оно гасит возникающие колебания за счет свойств материала средства 9 с повышенными демпфирующими характеристиками, а также за счет передачи энергии колебаний полому приводному валу 3. Так как пакет тарельчатых пружин 7 создает необходимое усилие зажима для жесткой фиксации инструментальной оправки в осевом положении, ограничительные кольца 10, установленные с возможностью контакта с боковыми поверхностями демпфирующего средства 9 и боковыми поверхностями пакетов тарельчатых пружин, позволяют предотвратить изменение формы и размеров демпфирующего средства 9 за счет усилия свободного разжима, создаваемого пакетом тарельчатых пружин 7 (фиг.2).
После окончания обработки, для смены инструментальной оправки подается команда от системы ЧПУ средству 11 управления механизмом 5 зажима инструментальной оправки на ее разжим. Создается усилие для сжатия пакета тарельчатых пружин 7, реализуя возможность разжима инструментальной оправки, в результате чего происходит перемещение тяги 6 средства 8 зажима инструментальной оправки в положение "Вниз", положение 2 (фиг.1) для свободного извлечения инструментальной оправки. Данный процесс происходит без вращения, в свободном состоянии. При этом ограничительные кольца 10, установленные с возможностью контакта с боковыми поверхностями демпфирующего средства 9 и боковыми поверхностями пакетов тарельчатых пружин, позволяют предотвратить изменение формы и размеров демпфирующего средства 9 за счет создаваемого усилия сжатия пакета тарельчатых пружин 7 средством 11 управления механизмом 5 зажима инструментальной оправки (фиг.2).
Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле полезной модели позволяет повысить качество и точность механической обработки за счет установки на длинномерной тяге не менее одного демпфирующего средства, разделяющего общий пакет тарельчатых пружин на автономные пакеты, и обеспечивающего тяге дополнительную опору по длине, без снижения возвратно-поступательных функций самой тяги.
Описанные выше технические результаты позволяют в своей совокупности использовать заявленный шпиндель в металлообрабатывающих станках различного назначения, оснащенных системой ЧПУ, для осуществления на них сверлильно-фрезерно-расточных операций.
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности неизвестной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.
Свойства, регламентированные в заявленном устройстве отдельными признаками, не описанными в материалах заявки, общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений.