CS209076B1

CS209076B1 - Machine spindle drive

Info

Publication number: CS209076B1
Application number: CS539278A
Authority: CS
Inventors: Pavol Chrastina
Original assignee: Pavol Chrastina
Priority date: 1978-08-18
Filing date: 1978-08-18
Publication date: 1981-10-30

Abstract

Riešeným problémom je nahradit’ komplikovaná konštrukciu pohonov hlavných vretien obráběcích strojov pozostávajúcuz elektromotora, převodovky, předlohy, převodu na vřeteno jednoduchým riešením so širokým rozsahom otáčok. Namiesto tradičných prvkov pohonov je vytvořený vřeteník, ktorý je alternativou regulačného motora, ktorého hriadel tvoří vřeteno obrábacieho stroja.The problem being solved is to replace the complicated design of the drives of the main spindles of machine tools, consisting of an electric motor, gearbox, guide, and spindle transmission, with a simple solution with a wide speed range. Instead of traditional drive elements, a headstock is created, which is an alternative to a regulating motor, the shaft of which is the spindle of the machine tool.

Description

(54) Pohon vřetena obrábacích strojov(54) Machine tool spindle drive

Riešeným problémom je nahradit’ komplikovaná konštrukciu pohonov hlavných vretien obráběcích strojov pozostávajúcu z elektromotora, převodovky, předlohy, převodu na vřeteno jednoduchým riešením so širokým rozsahom otáčok.The solved problem is to replace the complicated design of the main spindle drives of machine tools consisting of an electric motor, gearbox, gear, spindle gear with a simple solution with a wide speed range.

Namiesto tradičných prvkov pohonov je vytvořený vřeteník, ktorý je alternativou regulačného motora, ktorého hriadel tvoří vřeteno obrábacieho stroja.Instead of traditional drive elements, a headstock is created, which is an alternative to a control motor whose shaft forms a machine tool spindle.

Predmet vynálezu sa týká pohonu vretien obrábacích strojov so širokým rozsahom otáčok, najma sústruhov, teda vretien nesúcich obrobok, ale tiež vretien nesúcich nástroj, napr. u frézok, vřtačiek, vyvrtávačiek brúsok a pod.The present invention relates to the drive of spindles of machine tools with a wide speed range, in particular lathes, i.e. spindles carrying a workpiece, but also spindles carrying a tool, e.g. for milling machines, drills, boring machines, etc.

Vretená obrábacích strojov so širokým rozsahom měnitelných otáčok sú v súčasnosti poháňané zvyčajne asynchrónnym elektromotorom, ktorého krútiaca sila sa prenáša na hoře uvedené vretená cez prevodovú skriňu, slúžiacu na změnu výstupných otáčok v širšom rozsahu pomocou presúvania ozubených kol, připadne spoj ok. Výstupné otáčky pre vodo vej skrine sa ďalej na vretená prenášajú buď remeňovým, alebo ozubeným prevodom.The spindles of machine tools with a wide range of variable revolutions are currently driven usually by an asynchronous electric motor, whose twisting force is transmitted to the above spindles through a gearbox for changing the output speed over a wider range by shifting the gears or the eye joint. The output speed for the water boxes is further transmitted to the spindles by either a belt or a gear.

Takýto náhon vretien je značné komplikovaný so značným množstvom mechanicky namáhaných súčiastok s nutnosťou dokonalého mazania a chladenia, so značnými vólami medzi jednotlivými článkami převodu a značnými stratami v pasivných odporoch. Tieto převody sú hlavně priestorovo velmi náročné, značné sťažujú a tým aj predlžujú projektové riešenie výrobkov a vyznačujú sa vysokou pracnosťou v sériovéj výrobě.Such a spindle drive is considerably complicated with a considerable amount of mechanically stressed components with the necessity of perfect lubrication and cooling, with considerable clearances between the transmission links and considerable losses in passive resistances. These transmissions are mainly very space-intensive, make it much more difficult and thus prolong the design of the products and are characterized by high labor intensity in series production.

Dalšia, modernejšia koncepcia náhonu vretien je riešená pomocou jednosměrných elektromotorov riadených tyr. meničmi s měnitelným počtom otáčok za jednotku času, ktorých krútiaca sila sa na vřeteno prenáša cez předlohová převodovku za tým účelom, aby sa vhodné upravil výstupný výkon motora. Ďalej sa krútiaca sila z předlohy na vřeteno prenáša opáť ozubeným, alebo remeňovým prevodom.Another, more modern concept of spindle drive is solved by means of unidirectional electric motors controlled by tyr. Variable speed converters per unit of time, the torque of which is transmitted to the spindle via a gearbox in order to suitably adjust the output power of the motor. Furthermore, the torque from the template is transferred to the spindle by a toothed or belt drive.

Nevýhody tohoto riešenia spočívajú vo vysokej pracnosti a nákladovosti výroby, v priestorovej náročnosti. Okrem toho sa nekryjú možnosti takéhoto pohonu z hladiska krútiaceho momentu á výkonu s potřebami obrábania (napr. nízké otáčky — malý moment a pod.)The disadvantages of this solution lie in the high labor intensity and cost of production, in the space demands. Moreover, the possibilities of such a drive in terms of torque and power with machining needs are not covered (eg low speed - low torque, etc.)

Uvedené nedostatky odstraňuje vynález pohonu vřetena obrábacích strojov so širokým rozsahom plynule měnitelných otáčok, ktorého podstata spočívá v tom, že vřeteno s nehýbne upevněnou kotvou je umiestnené v uložení prednom a uložení zadnom, spojenom přepážkou opatřenou větracími otvormi s plášťom vreteníka, ktorého vnútorná časť je opatřená vinutím, pričom chladenie vinutia a ložísk je zabezpečené ventilátorom, ktorého otáčky sú určené tepelným stavom uloženia vřetena a vinutia elektromotora.These drawbacks are overcome by the invention of a machine tool spindle drive with a wide range of continuously variable revolutions, characterized in that the spindle with the fixed anchor is located in the front bearing and the rear bearing connected by a partition provided with air holes with a headstock housing. winding, the cooling of the winding and bearings is provided by a fan whose speed is determined by the thermal state of the spindle bearing and the winding of the electric motor.

Výhodou riešenia podlá vynálezu je v podstatné nižších nadobúdajúcich nákladoch, v jednoduchosti konštrukcie, v odbúraní převodových mechanizmov — ozubených kolies, presúvačov, spojok, remeňov — v odbúraní mazania a pod. Okrem toho čas potřebný na teplotnú stabilizáciu stroja je podstatné kratší ako u klasického prevedenia. V porovnaní s konvenčným riešením má ďalšie výhody, ktoré spočívajú v nižšej hlučnosti a poruchovosti, vyššej životnosti, v možnostiach presriejšieho polohovania vřetena pri obrábacích centrách.The advantage of the solution according to the invention is in substantially lower acquisition costs, in simplicity of construction, in the removal of the gear mechanisms - gears, shifters, clutches, belts - in the removal of lubrication and the like. In addition, the time required for thermal stabilization of the machine is considerably shorter than that of the conventional version. Compared to a conventional solution, it has the additional advantages of lower noise and failure rate, longer service life, and more precise spindle positioning in machining centers.

Zavedením tohoto riešenia sa ulahčuje aplikácia adaptívneho riadenia na obrábacích strojoch, čo umožňuje priame snímanie výkonu náhonového motora, a v závislosti na zistenej hodnotě reznej sily automatickú reguláciu otáčok vřetena pomocou tyristorového meniča frekvencie napájacieho prúdu príp. napátia vinutia statora napr. drápového, resp. ventilového motora, ktoré sa pre tieto účely hodia.The implementation of this solution facilitates the application of adaptive control on machine tools, which allows direct sensing of the power of the drive motor and, depending on the value of the cutting force, the automatic spindle speed control by means of a thyristor frequency inverter or. stator winding voltage eg. claw, respectively. Valve motor suitable for this purpose.

Chladenie uloženia vřetena a vinutia motora zabezpečené ventilátorom, ktorého lopatky sú umiestnené na kotúči tvoriacom rotor elektromotora, ktorého otáčky sú plynulé měnitelné v závislosti na teplote vinutia motora resp. uloženia vřetena, umožňuje zabezpečenie tepelnej stabilizácie vreteníka počas pracovného režimu.Cooling of the spindle bearing and motor winding is ensured by a fan whose blades are placed on a disk forming the rotor of the electric motor, the speed of which is continuously variable depending on the temperature of the motor winding resp. The spindle support enables thermal stabilization of the headstock during operation.

Alternativy riešenia sú znázorněné na priloženom výkrese kde obr. 1 představuje schématický náčrtok pohonu dutého vřetena, vhodného pre sústruhy, brúsky na gulato a obr. 2 představuje schématický náčrtok náhonu vretien vhodných pre frézky, vrtačky, vyvrtávačky, obrábacie centrá, rózne jednoúčelové stroje atď.Alternative solutions are shown in the accompanying drawing where FIG. 1 is a schematic drawing of a hollow spindle drive suitable for lathes, round grinders, and FIG. 2 is a schematic sketch of a spindle drive suitable for milling machines, drills, boring machines, machining centers, various single-purpose machines, etc.

Obe vyobrazepia predstavujú vretená v řeze.Both figures represent spindles in section.

K vřetenu 11 je nehýbne připojená kotva 12. S plášťom 14 vreteníka je taktiež neotočne spojené vinutie 13 tvoriace stator elektromotora. Vřeteno 11 je v zadnom uložení 15 a prednom uložení 16 umiestnené tak, že je kotva 12 v osovom smere presne naproti vinutiu 13. Predné uloženie 16 a zadné uloženie 15 sú s plášťom 14 spojené přepážkami 18. Na zadnej prepážke 18 je upevněná cievka 21 tvoriaca vinutie kotúčového elektromotora. Rotorom patriacim k tejto cievke 21 je radiálny kotúč lopatkového kolesa 19, ktoré je na vřetene 11 uložené volnoběžným uložením 20. Na konci_xvřetena 11 je upevněné sklučovadlo 17, do ktorého sa upíná obrobok, alebo upínacie púzdro 25 do ktorého sa upíná u obrábacích strojov režný nástroj. Přepážky 18, lopatkové koleso 19 a vinutie 13 sú opatřené chladiacimi otvormi 23 usměrňuj úce prúd chladiaceho vzduchu vznikajúceho činnosťou lopatkového kolesa 19 na zdroje tepla vo vřeteníku. Teplota v miestach najintenzívnejšej tvorby tepla t. j. v prednom uložení 16, zadnom uložení 15 a vinutí 13 je sledovaná tepelnými snímačmi 22, ktorých impulzy slúžia na reguláciu meniča, ovládajúceho otáčky lopatkového kolesa 19. Plášť 14 vreteníka je k ložku 24 obrábacieho stroja připevněný skrutkami, na obrázkoch neznázomenými.Anchor 12 is rigidly connected to the spindle 11. A winding 13 forming the stator of the electric motor is also non-rotatably connected to the headstock housing 14. The spindle 11 is positioned in the rear bearing 15 and the front bearing 16 so that the armature 12 is exactly opposite to the winding 13 in the axial direction. The front bearing 16 and the rear bearing 15 are connected to the housing 14 by partitions 18. winding of disc electric motor. The rotor belonging to this coil 21 is a radial disk of the impeller 19, which is mounted on the spindle 11 by a freewheel bearing 20. At the end _{x of the} spindle 11 is fixed a chuck 17 in which the workpiece is clamped or a chuck 25 to be clamped in machine tools. cutting tool. The baffles 18, the impeller 19 and the winding 13 are provided with cooling holes 23 to direct the flow of cooling air generated by the impeller 19 to the heat sources in the headstock. The temperature at the most intense heat generation points, i.e., front bearing 16, rear bearing 15, and windings 13, is monitored by thermal sensors 22 whose pulses serve to control the converter controlling the speed of the impeller 19. The headstock housing 14 is fixed to the machine tool bed 24 by screws. images not shown.

Realizáciu náhonov vretien 11 umožňuje úspěšný vývoj elektromotorov nových typov, například tyristorom ovládaných, t. z. drápových, resp. ventilových elektromotorov pre striedavé napátie, u ktorých je možné vhodným dimenzováním obsiahnuť všetky potřebné režné sily obrábacích strojov. Je však nutné upraviť plášť 14 vreteníka tak, aby aj esteticky vhodné doplňoval celkový design stroja.The realization of the spindle drives 11 is enabled by the successful development of new types of electric motors, for example thyristor-operated, e.g. from. claw, respectively. of electric motors for alternating voltage, in which it is possible by appropriate dimensioning to contain all necessary cutting forces of machine tools. However, it is necessary to modify the headstock housing 14 so that the overall design of the machine is also aesthetically suitable.

Claims

SUBJECT

A machine tool spindle drive, characterized in that the spindle (11) with the fixed anchor (12) has in its front bearing (16) and rear bearing (15) a partition (18) formed which is connected to the headstock housing (14) provided with a winding (13) on the inside.

2. The spindle drive according to claim 1, characterized in that the spindle (11) has a fan wheel (19) forming a rotor of the disk electric motor, the flat coil (21) of which is mounted on the partition (18).

We claim:

3. The spindle drive according to claim 1, wherein the baffles (18), the fan wheel (19) and the winding (13) are provided with a plurality of cooling holes (23).

4. The spindle drive according to claim 1, characterized in that in the front bearing (16), the rear bearing (15) and the windings (13), thermal sensors (22) connected to an automatic wheel speed regulator (19) are arranged.