SU1155366A1

SU1155366A1 - High-speed spindle nose

Info

Publication number: SU1155366A1
Application number: SU833660734A
Authority: SU
Inventors: Юрий Викторович Рязанов; Лидия Николаевна Смирнова
Original assignee: Предприятие П/Я М-5671
Priority date: 1983-11-03
Filing date: 1983-11-03
Publication date: 1985-05-15

Abstract

БЫСТРОХОДНАЯ ШПИНДЕЛЬНАЯ ГОЛОВКА, содержаща корпус, внутри которого на подшипниках установлен шпиндель с выполненными в нем продольными и поперечными каналами, св занными с полостью запорного фланца передних подшипников и системой терморегулировани на жидкостной рабочей среде, отличающа с тем, что, с целью повышени быстродействи системы терморегулировани за счет ув зки ее работы с изменени ми скорости вращени шпиндел , внутри шпиндел между продольными и поперечными каналами выполнена проточка, образующа дополнительную полость, причем на стенках полости запорного фланца выполнены струеотражательные элементы, а поперечные каналы направлены относительно проточки тангенциально .A QUICK SPINDLE HEAD, comprising a housing within which a spindle is mounted on bearings with longitudinal and transverse channels formed therein that are connected to the cavity of the locking flange of the front bearings and the thermal control system on a liquid working medium that is different in order to increase the speed of the thermal control system by linking its operation with changes in the speed of rotation of the spindle, inside the spindle between the longitudinal and transverse channels, the groove is formed, forming an additional the cavity, and on the walls of the cavity of the locking flange are made deflector elements, and the transverse channels are directed relative to the groove tangentially.

Description

Изобретение относитс к металлорежущим станкам, а именно к шпиндельным узлам, и может быть использовано, например , в быстроходных прецезионных станках .The invention relates to metal cutting machines, namely, spindle assemblies, and can be used, for example, in high-speed precision machines.

Известно шпиндельное устройство, содержаш ,ее установленный на подшипниках внутри корпуса шпиндель, выполненный с продольными и поперечными каналами дл прохода жидкотекучей рабочей среды от центрального отверсти к полости запорного фланца передних подшинников, и снабжено автоматической системой стабилизации температурного режима подшипников, включающей устройства электрического нагрева и охлаждени рабочей среды, привод щиес в действие автоматически, температурные датчики и распределительное устройство . Регулирование температурного режима подшипников производитс прокачкой рабочей среды с отрегулированной до нужного режима температурой через каналы корпуса шпиндельного устройства, внутреннюю полость вращающегос шпиндел с продольными и поперечными каналами и непосредственно через полость подшипников. Омыва одновременно наружные и внутренние кольца подшипников, рабоча среда уравнивает их температуры и предотвращает тепловое заклинивание при высоких скорост х шпиндел . Прокаченна через все каналы рабоча среда собираетс в полости запорного фланца, запирающего передние подшипники, и откачиваетс через нее в сливной резервуар насосной станции . Предварительный нагрев подшипников до рабочей температуры осуществл етс непосредственно рабочей средой, разогретой в электрическом нагревателе. Стабилизаци предварительного нагрева достигаетс при совместной работе нагревательного устройства , устройства охлаждени , распределительного устройства, включающего и выключающего подачу рабочей среды по команде от температурных датчиков и при условии интенсивного теплообмена между детал ми шпиндельного устройства, а также между шпиндельным устройством и атмосферой. Шпиндель работает в широком диапазоне скоростей и регулирование температурного режима осуществл етс системой с учетом конкретной скорости шпиндел . Таким образом , применение этого устройства обеспечивает повышение точности работы шпиндел без снижени производительности и при одцовременном улучшении эксплуатационных характеристик шпиндел 1.A spindle device is known to contain a spindle mounted on bearings inside the casing, made with longitudinal and transverse channels for the passage of a fluid working medium from the central hole to the cavity of the locking flange of the front pads, and equipped with an automatic system for stabilizing the temperature mode of the bearings, including electric heating and cooling devices working environment, driven automatically, temperature sensors and switchgear. Temperature control of the bearings is carried out by pumping the working medium with temperature adjusted to the desired mode through the channels of the housing of the spindle device, the internal cavity of the rotating spindle with the longitudinal and transverse channels and directly through the bearing cavity. The outer and inner rings of the bearings are washed at the same time, the working medium equalizes their temperatures and prevents thermal seizure at high spindle speeds. The working medium pumped through all the channels is collected in the cavity of the locking flange locking the front bearings and is pumped through it into the drainage tank of the pumping station. The bearings are preheated to the working temperature directly by the working medium heated in an electric heater. Preheat stabilization is achieved by the joint operation of a heating device, a cooling device, a switchgear that turns the working medium on and off on command from temperature sensors and subject to intensive heat exchange between the spindle device parts, as well as between the spindle device and the atmosphere. The spindle operates in a wide range of speeds and the temperature control is carried out by the system according to the specific spindle speed. Thus, the use of this device improves the accuracy of the spindle without reducing performance and at the same time improving the performance characteristics of the spindle 1.

Однако предварительное нагревание подшипников до рабочей температуры требует некоторого времени, которое складываетс из нагревани рабочей среды в электрическом нагревателе и последующего нагревани подшипников рабочей средой. При этом теплообмен между детал ми шпиндельного устройства затруднен, так как рабоча среда подаетс к шпиндельному устройству уже подогретой и при своем движении к передней опоре нагревает всю конструкцию, что преп тствует передаче тепла от передних подшипников к другим детал м шпиндельного устройства. В таких услови х стабилизированный предварительный нагрев передних подшипников может быть достигнут лишь через значительный промежуток времени, а при изменени х скорости вращени шпиндел он будет нарушатьс и медленно восстанавливатьс с помощью автоматической системы стабилизации температуры, поэтому при частых изменени х скорости шпиндел , например при услови х многооперационного станка, работа шпиндельного устройства недостаточно эффективна ввиду низкого быстродействи системы стабилизации температуры. того, применение автоматики в сие-, теме стабилизации температуры значительноHowever, pre-heating the bearings to an operating temperature requires some time, which consists of heating the working medium in the electric heater and the subsequent heating of the bearings with the working medium. In this case, the heat exchange between the parts of the spindle device is difficult, since the working medium is supplied to the spindle device already heated and during its movement to the front support heats the entire structure, which prevents the transfer of heat from the front bearings to other parts of the spindle device. Under such conditions, the stabilized preheating of the front bearings can be achieved only after a considerable period of time, and with changes in the spindle rotational speed it will be broken and slowly restored using an automatic temperature stabilization system, therefore with frequent changes in the spindle speed, for example multioperational machine, the operation of the spindle device is not sufficiently effective due to the low speed of the temperature stabilization system. Moreover, the use of automation in this, the topic of temperature stabilization is significantly

0 увеличивает стоимость шпиндельного устройства и снижает надежность его работы , а эксплуатаци температурных датчиков требует специального пирометрического обслуживани .0 increases the cost of the spindle device and reduces the reliability of its operation, and the operation of temperature sensors requires special pyrometric service.

Цель изобретени - повышение быстродействи системы терморегулировани за счет ув зки ее работы с изменени ми скорости вращени шпиндел .The purpose of the invention is to increase the speed of the thermal control system by linking its operation with changes in the speed of rotation of the spindle.

Указанна цель достигаетс тем, что в быстроходной шпиндельной головке, содерQ жащей корпус, внутри которого на подшипниках установлен шпиндель с выполненными в нем продольными и поперечными каналами, св занными с полостью запорного фланца передних подшипников и системой терморегулировани на жидкостнойThis goal is achieved by the fact that in a high-speed spindle head, containing a housing, inside which the bearings are equipped with a spindle with longitudinal and transverse channels made in it, connected to the cavity of the locking flange of the front bearings and thermal control system on the liquid

рабочей среде, внутри шпиндел между продольными и поперечными каналами выполнена проточка, образующа дополнительную полость, причем на стенках полости запорного фланца выполнены струеотражательные элементы, а поперечные каналыThe working medium, inside the spindle between the longitudinal and transverse channels, is made a groove, forming an additional cavity, moreover, jet-reflecting elements are made on the walls of the cavity of the locking flange,

0 направлены относительно проточки тангенциально .0 are directed relative to the groove tangentially.

На фиг. 1 изображена предлагаема головка, разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.FIG. 1 shows the proposed head section; in fig. 2 shows section A-A in FIG. one.

Быстроходна шпиндельна головка состоит из шпиндел 1 с расточкой 2, шпиндельных подшипников 3, запорного фланца 4, запирающего передние щпиндельные подшипники в корпусе 5, переднего фланца б и уплотнительной втулки 7. Запорный фланец 4 изготавливаетс из материала с высокой теплопроводностью (например , из латуни или бронзы). Между фланцами 4 и 6 предусмотрена полость 8, сообщающа с с расточкой 2 через поперечные отверсти 9 в стенках шпиндел ,The high-speed spindle head consists of spindle 1 with bore 2, spindle bearings 3, locking flange 4, locking the front spindle bearings in housing 5, front flange b and sealing sleeve 7. Locking flange 4 is made of a material with high thermal conductivity (for example, brass or bronze). Between flanges 4 and 6, a cavity 8 is provided, communicating with the bore 2 through transverse holes 9 in the walls of the spindle,

5 проточку 10 и продольные каналы 11. Поперечные отверсти 9 направлены тангенциально к проточке 10 (фиг. 2). Стыки шпиндел 1 с фланцем 6 и фланца 4 с уплотнительной втулкой 7 защищаютс лабиринтами . 12 и динамическими канавками 13, благодар чему полость 8 запорного фланца изолируетс от подшипников и атмосферы . У заднего конца щпиндел 1 расположено коллекторное устройство 14, обеспечивающее подвод жидкотекучей рабочей среды (масла) от насосной станции в расточку 2 вращащегос щпиндел 1. Полость 8 через два отверсти 15 (фиг. 2) соединена со сливным резервуаром насосной станции. Стенки полости 8 снабжены струеотражательными элементами, например кольцевыми выступами 16. В посадочном отверстии щпиндел креп тс сменные инструментальные оправки 17, образу с проточкой 10 в щпинделе 1 дополнительную полость. Дл отвода утечек рабочей среды через лабиринтные и динамические уплотнени предусмотрено дренажное отверстие 18. Устройство может быть выполнено как со средствами нагрева и охлаждени рабочей среды до подачи ее в щпиндель, так. и без них.5 the groove 10 and the longitudinal channels 11. The transverse holes 9 are directed tangentially to the groove 10 (FIG. 2). The joints of spindle 1 with flange 6 and flange 4 with sealing sleeve 7 are protected by labyrinths. 12 and dynamic grooves 13, whereby the cavity 8 of the closure flange is insulated from the bearings and the atmosphere. At the rear end of the pinch 1, there is a collector device 14, which supplies a flowable working medium (oil) from the pumping station to the bore 2 of the rotating pinch 1. The cavity 8 is connected to the drainage tank of the pumping station through two openings 15 (Fig. 2). The walls of the cavity 8 are provided with jetting elements, for example, annular protrusions 16. Replaceable tool holders 17 are fixed in the mounting hole of the pinch, forming an additional cavity with pinhole 10 in the pinch. A drain hole 18 is provided to divert working medium leaks through the labyrinth and dynamic seals. The device can be made with both means for heating and cooling the working medium before feeding it to the spindle, as well. and without them.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

При работе головки охлажденна в сливном резервуаре насосной станции рабоча среда подаетс через коллекторное устройство 14 в расточку 2 щпиндел 1 в направлении от задней подщипниковой опоры к передней. При этом рабоча среда отбирает тепло от стенок щлиндел и сопр женных с ним деталей, в том числе от внутренних колец подшипников. Через продольные каналы 11 рабоча среда поступает в проточку 10 и измен ет направление движени , проход через поперечные отверсти 9 в полость 8. При прохождении через отверсти 9 рабоча среда резко увеличивает свою скорость под вли нием центробежных сил вращени . В момент впрыскивани в полость 8 рабоча среда обладает кинетической энергией, котора превращаетс в тепло при ударе струи о стенки полости 8, снабженной струеотражательными элементами, например кольцевыми выступами 16. Многократные соударени рабочей среды с выступами 16 при высоких оборотах шпиндел способствуют мгновенному и равномерному нагреву фланца 4, который ввиду высокой теплопроводности материала, быстро нагревает сопр женные с ним детали, в том числе передние шпиндельные подщипники. Благодар теплообмену между головкой и атмосферой и главным образом между нагретыми и холодными детал ми головки нагрев стабилизируетс на уровне рабочей температуры и в дальнейщем автоматически подрегулируетс в зависимости от скорости вращени щпиндел , сообщающего выбрасываемому на отражатели потокурабочей среды (маслу) ту или иную кинетическую энергию. Из полости 8 рабоча среда через два отверсти 15 (фиг. 2) поступает в сливной резервуар. Утечка рабочей среды через лабиринтные и динамические уплотнени удал етс дренажным отверстием 18, что обеспечивает защиту подшипников и делает возможным применение пластических смазок, улучшающих эксплуатационные характеристики головки.When the head is working, the working medium cooled in the drainage tank of the pumping station is fed through the collector device 14 into the bore 2 of the stem 1 in the direction from the rear bearing support to the front. At the same time, the working medium removes heat from the walls of the shlindles and the parts associated with it, including from the inner bearing rings. Through the longitudinal channels 11, the working medium enters the groove 10 and changes the direction of movement, the passage through the transverse holes 9 into the cavity 8. When passing through the holes 9, the working medium sharply increases its speed under the influence of centrifugal rotational forces. At the moment of injection into the cavity 8, the working medium possesses kinetic energy, which is converted into heat upon impact of the jet against the walls of the cavity 8, equipped with jet-reflecting elements, such as annular projections 16. Multiple collisions of the working medium with the projections 16 at high spindle revolutions promote instant and uniform heating of the flange 4, which, due to the high thermal conductivity of the material, quickly heats the parts mating with it, including the front spindle bearing. Due to the heat exchange between the head and the atmosphere and mainly between the heated and cold parts of the head, the heating stabilizes at the operating temperature and is further automatically adjusted depending on the speed of rotation of the pinch, informing this or that kinetic energy that is thrown onto the reflectors of the working medium. From the cavity 8, the working medium through two openings 15 (Fig. 2) enters the drain tank. The leakage of working medium through the labyrinth and dynamic seals is removed by the drainage hole 18, which protects the bearings and makes it possible to use plastic lubricants that improve the performance characteristics of the head.

Использование в шпиндельной головке таких элементов, как струеотражательные кольцевые выступы, выполненные на стенках полости запорного фланца, сообщающейс с расточкой щпиндел через тангенциально расположенные отверсти , дополнительную полость и продольные каналы, выгодно отличает предлагаемое устройство от прототипа так как охлажденна жидко текуча рабоча среда, поступа по продольным каналам в дополнительную полость , образованную проточкой шпиндел и инструментальной оправкой, отбирает тепло от стенок сопр женных деталей, в томThe use in the spindle head of such elements as jet-reflecting annular protrusions made on the walls of the cavity of the locking flange, which communicates with the bore of the spindle through tangentially located holes, additional cavity and longitudinal channels, favorably distinguishes the proposed device from the prototype since the cooled liquid fluid medium enters longitudinal channels in the additional cavity formed by the spindle groove and the tool holder, take away heat from the walls of the mating parts , Including

Q числе от внутренних колец подщипников, преп тству тепловому заклиниванию шпиндел при высоких скорост х, а после впрыскивани в полость запорного фланца быстро нагревает передние подшипники. Теплообмен между нагретыми и холодными детал ми конструкции протекает более интенсивно , чем в прототипе. В результате ускоренного протекани тепловых процессов стабилизированна рабоча температура предварительного нагрева подшипников устанавливаетс быстрее, чем у прототипаThe Q is from the inner rings of the bearings, the obstacle to thermal seizure of the spindle at high speeds, and after being injected into the cavity of the gate flange, it quickly heats the front bearings. The heat exchange between the heated and cold parts of the structure proceeds more intensively than in the prototype. As a result of accelerated thermal processes, the stabilized operating temperature of the bearings preheating is established faster than that of the prototype.

при равных прочих услови х. С увеличением скорости вращени шпиндел предварительный нагрев возрастает, и наоборот. Благодар такой закономерности сама скорость становитс естественным регул тором предварительного нагрева, что облегчает работу системы автоматического регулировани , а при работе в некотором диапазоне скоростей позвол ет отказатьс от нее совсем. Тангенциальное расположение поперечных отверстий, через которые рабоча under equal other conditions. As the spindle speed increases, preheating increases and vice versa. Due to such a pattern, the speed itself becomes a natural pre-heating regulator, which facilitates the operation of the automatic control system, and when operating in a certain range of speeds, it allows you to refuse it altogether. The tangential arrangement of the transverse holes through which the working

0 среда поступает в полость запорного фланца , в силу законов отражени , увеличивает количество соударений рабочей среды с кольцевыми выступами и способствует более быстрому нагреву запорного фланца. Дополнительна полость, образованна проточкой в щпинделе и инструментальной оправой , преп тствует разрыву рабочей среды в поперечных отверсти х и обеспечивает более равномерный нагрев запорного фланца. Предлагаемое устройство при работе в некотором посто нном диапазоне скоростей шпиндел позвол ет отказатьс от температурных датчиков и автоматической системы терморегулировани , что делает его более простым и надежным.0, the medium enters the cavity of the locking flange, by virtue of the laws of reflection, increases the number of impacts of the working medium with annular projections and contributes to a more rapid heating of the locking flange. An additional cavity, formed by a groove in the pinch and tool holder, prevents the working medium from breaking in the transverse holes and provides more uniform heating of the locking flange. The proposed device, when operating in a constant spindle speed range, makes it possible to withhold temperature sensors and an automatic temperature control system, which makes it simpler and more reliable.

Предлагаема шпиндельна головка может найти применение в быстроходных прецезионных станках, в том числе в многооперационных станках с числовым программным управлением.The proposed spindle head can be used in high-speed precision machine tools, including multi-operational machine tools with numerical control.

Claims

A QUICK SPINDLE HEAD containing a housing, inside of which a spindle is mounted on bearings with longitudinal and transverse channels made therein, connected to the cavity of the locking flange of the front bearings and the temperature control system on a liquid working medium, characterized in that, in order to increase the speed of the temperature control system due to the linking of its work with changes in the speed of rotation of the spindle, a groove is made inside the spindle between the longitudinal and transverse channels, forming an additional lethargy, wherein the walls of the cavity formed strueotrazhatelnye locking flange elements, and transverse channels are directed tangentially relative to the bore.