ШПИНДЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ СВЕРЛИЛЬНОГО СТАНКА

Полезная модель относится к области станкостроения, а именно, к шпиндельным узлам настольно-сверлильных станков, используемых в условиях массового производства для сверления глубоких отверстий малого диаметра.
Известен шпиндельный узел сверлильного станка, в корпусе которого расположена пиноль, с возможностью перемещения вдоль оси с помощью реечной передачи, с установленным в ней на верхней и нижней шарикоподшипниковых опорах шпинделем, связанным с держателем инструмента и упорным шарикоподшипником, упорная часть которого, установленная в дополнительной опоре, выполнена с возможностью взаимодействия с приводом станка, с торцов пиноли закреплены крышки с уплотнениями. (И.З.Винников, М.П.Френкель, «Устройство сверлильных станков и работа на них», М., «Высшая школа, 1978 г., с.135).
Недостатком известного шпиндельного узла является то, что данная конструкция не обеспечивает стабильную производительность обработки, особенно в условиях массового производства, при сверлении глубоких отверстий малого диаметра. Радиальные и осевые колебания шпинделя и сверла, возникающие при сверлении, приводят к неустойчивому стружкообразованию, которое препятствует вращению сверла. В результате, это приводит к остановке процесса сверления и к разрушению сверла.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков, взятых в качестве прототипа, является устройство шпиндельного узла сверлильного станка (Патент РФ на П.М. №38659 от 10.07.2004 г.), состоящего из корпуса, в котором размещена пиноль, имеющая верхние и нижние крышки, образующие замкнутую полость, заполненную смазочной жидкостью, внутри которой размещен шпиндель с верхней и нижней опорными шейками, 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, а хвостовая его часть расположена в дополнительной опоре и выполнена с возможностью взаимодействия с приводом станка. Кроме того, на шпинделе, в упор к нижней опорной шейке, выполнен фланец с двумя гладкими торцевыми поверхностями, который помещен с возможностью осевого перемещения в цилиндрическую полость, образованную стаканом, на донце которого выполнены центральное отверстие и эксцентрическая канавка с несколькими маслоперегонными отверстиями.
Шпиндельный узел такой конструкции также не обеспечивает достаточно стабильную производительность обработки из-за низкой устойчивости процесса сверления. Процесс характеризуется частыми уводами оси просверливаемого отверстия. Причинами этого являются осевые и радиальные колебания, возникающие в отдельных элементах механизма передачи вращения от приводного электродвигателя на шпиндель, приводящие к вибрациям весь станок, в том числе пиноль со шпинделем и сверлом. Кроме этого, при сверлении глубоких отверстий малого диаметра и на высоких скоростях, хвостовая часть шпинделя испытывает искривление геометрии оси, что приводит к дополнительному радиальному колебанию шпинделя.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение производительности обработки и ее стабильности, за счет повышения устойчивости процесса сверления и снижения вероятности поломки сверл.
Указанная задача решается следующим образом:
В шпиндельном узле сверлильного станка, содержащем, корпус, имеющий верхнюю и нижнюю крышки, образующие замкнутую полость, заполненную смазочной жидкостью, внутри которой размещен шпиндель, на средней части которого выполнены верхняя и нижняя опорные шейки, имеющие винтовую нарезку на образующих поверхностях и расположенные концентрично относительно поддерживающих втулок со сквозными маслоперегонными каналами, установленными в корпусе, при этом нижний край шпинделя связан с держателем инструмента, его верхний край выполнен с возможностью взаимодействия с приводом станка, а в упор к нижней опорной шейке выполнен фланец с двумя гладкими торцевыми поверхностями, который помещен с возможностью осевого перемещения в цилиндрическую полость, образованную стаканом, на донце которого выполнено центральное отверстие и эксцентрическая канавка с несколькими маслоперегонными отверстиями, авторы предлагают на хвостовой части шпинделя установить муфту, для соединения с валом ротора электродвигателя привода станка.
Такая конструкция шпиндельного узла, когда вращение от вала ротора электродвигателя главного привода передается на соосно расположенную хвостовую часть шпинделя, лишь через одно промежуточное звено,а именно, муфту, придаст точность направления осевому перемещению шпинделя, уменьшит радиальные колебания шпинделя и вибрацию всего станка, чем предотвратит увод оси просверливаемого отверстия, повысит устойчивость процесса сверления и снизит вероятность поломки сверла.
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 сверлильного станка.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором изображен шпиндельный узел сверлильного станка.
Шпиндельный узел сверлильного станка, содержащий корпус 1 с помещенным в нем шпинделем 2, неподвижно установлен в корпусе 3 сверлильной головки с двумя направляющими втулками 4 и 5, с возможностью осевого перемещения по двум неподвижным направляющим скалкам 6 и 7, смонтированным в каркасе 8 сверлильного станка. При этом геометрические оси двух направляющих скалок 6 и 7 и шпинделя 2 расположены в одной плоскости и параллельно между собой.
На цилиндрической поверхности 9 хвостовой части шпинделя 2, плотно насажен и зафиксирован стопорным винтом 10 поводок 11 с двумя (по окружности) диаметрально расположенными поводковыми штифтами (штифты на чертеже не показаны). Такой же поводок 12 с двумя поводковыми штифтами 13 и 14 плотно насажен на вал 15 ротора электродвигателя 16 главного привода с устройством регулирования частоты вращения его ротора (устройство на чертеже не показано), расположенного соосно шпинделю 2 и закрепленного к корпусу 3 сверлильной головки с использованием стакана-переходника 17. Вращение от электродвигателя 16 шпинделю 2 передается с помощью поводков 11 и 12 через резиновую муфту 18, имеющую центральное отверстие 19, которое свободно надето на ступеньку цилиндрической поверхности 20 хвостовой части шпинделя 2 и четыре расположенные равномерно по окружности, и под углом 90° -сквозные отверстия под поводковые штифты поводков 11 и 12.
Корпус 1 шпиндельного узла, имеющий верхнюю 21 и нижнюю 22 крышки, образующие замкнутую полость 23, постоянно заполненную смазочной жидкостью 24, внутри которой, размещен шпиндель 2, на средней части которого выполнены верхняя 25 и нижняя 26 опорные шейки, имеющие винтовую нарезку 27 и 28 на образующих поверхностях. В упор к нижней 26 опорной шейке у шпинделя 2 выполнен фланец 29 с двумя гладкими торцевыми поверхностями 30 и 31, который помещен в цилиндрическую полость 32, образованную стаканом 33, в донце которого выполнены центральное отверстие 34 и эксцентрическая канавка 35 с несколькими маслоперегонными отверстиями 36. Фланец 29 со шпинделем 2 имеет возможность ограниченного осевого перемещения.
На нижней части шпинделя 2 выполнен участок полированной цилиндрической поверхности 37 под манжету 38 и конической поверхности 39 для держателя инструмента 40.
В корпусе 1 шпиндельного узла размещены верхняя 41 и нижняя 42 поддерживающие втулки, расположенные соосно относительно друг друга. На каждой поддерживающей втулке параллельно ее оси выполнены сквозные каналы 43 и 44 для перегонки смазочной жидкости 24, вытекание которой из корпуса 1 предотвращает манжета 38 и резиновое кольцо 45, установленное между крышкой 22 и стаканом 33. В верхней крышке 21, которая удерживает от проворачивания верхнюю поддерживающую втулку 41, ввинчен прозрачный стакан 46 с центральным 47 и боковым 48 отверстиями для залива смазочной жидкости 24. В стакане-переходнике 17 выполнены два окна 49 и 50, расположенные друг против друга, предназначенные для визуального наблюдения за уровнем 51 смазочной жидкости 24.
Наружная поверхность корпуса 1 выполнена цилиндрической, с кольцевыми канавками 52, предназначенными для теплообмена, и буртиком 53 для точной установки корпуса 1 шпиндельного узла в корпусе 3 сверлильной головки и его закрепления с помощью прижимного кольца 54.
На нижней части наружной поверхности корпуса 1 навинчен регулируемый упор 55, предназначенный для ограничения глубины сверления, и стопорная гайка 56.
Предлагаемый шпиндельный узел сверлильного станка работает следующим образом:
В держателе инструмента 40 устанавливают сверло. Включают электродвигатель 16 главного привода, вращение от вала 15 ротора электродвигателя передается с помощью поводков 11 и 12 через резиновую муфту 18 на хвостовую часть шпинделя 2.
Смазочная жидкость 24, помещенная в замкнутой полости 23 корпуса 1 шпиндельного узла, до вращения шпинделя 2 находится в покое. При вращении шпинделя 2 винтовые нарезки 27 и 28, выполненные на верхней 25 и нижней 26 опорных шейках шпинделя 2, в паре с контактирующими поверхностями поддерживающих втулок 41 и 42 создают винтовые насосы, которые перегоняют смазочную жидкость сверху вниз. До касания сверла с деталью, так как осевое усилие со стороны обрабатываемой детали на шпиндель 2 отсутствует, шпиндель 2 под действием собственного веса и создаваемого давления на фланец 29 шпинделя 2 со стороны опорных шеек 25 и 26 провисает и опирается фланцем 29 на слой смазочной жидкости, находящейся на донце стакана 33.
При включении приводного электродвигателя 16 шпиндель 2 перемещается вдоль оси вместе с опорными шейками 25 и 26, д установленные в поддерживающих втулках 41 и 42 и фланцем 29 в цилиндрической полости, образованный стаканом 33, начинает вращаться, приводя смазочную жидкость 24 в движение.
При включении подачи шпиндельный узел, закрепленный в корпусе 3 сверлильной головки, опускается с одновременным осевым перемещением двух направляющих втулок 4 и 5 по двум неподвижным направляющим скалкам 6 и 7, смонтированным в каркасе 8 сверлильного станка, и происходит процесс сверления.
В процессе сверления, под действием осевой силы Р ос, действующей со стороны детали, шпиндель 2 поднимается вверх, фланец 29 «всплывает» над донцем стакана 33. При этом смазочная жидкость удерживает шпиндель 2 в гидродинамических условиях во взвешенном положении, за счет смазочной жидкости между торцевыми поверхностями 30 и 31 фланца 29, поддерживающей втулкой 42 донцем стакана 33.
Таким образом, в шпиндельном узле предлагаемой конструкции, где передача вращения от электродвигателя главного привода осуществляется непосредственно на шпиндель, исключая дополнительные передаточные звенья, приводящие к вибрациям станка, а укороченная хвостовая часть шпинделя и перемещение сверлильной головки по направляющим скалкам позволят значительно снизить уровень радиальных и осевых колебаний, устранить вероятность увода сверла и его поломку.
Это дает возможность существенно повысить производительность обработки и ее стабильность при сверлении глубоких отверстий малого диаметра в условиях массового производства, за счет значительного увеличения устойчивости процесса сверления.