SU1553252A1

SU1553252A1 - Headstock

Info

Publication number: SU1553252A1
Application number: SU874271270A
Authority: SU
Inventors: Владимир Владимирович Додонов
Original assignee: МВТУ им.Н.Э.Баумана
Priority date: 1987-06-29
Filing date: 1987-06-29
Publication date: 1990-03-30

Abstract

Изобретение относитс к области станкостроени и может быть использовано при разработке прецизионных станков. Целью изобретени вл етс уменьшение тепловых деформаций и повышение точности положени оси шпиндел . Шпиндельна бабка, содержаща установленный в опорах корпуса шпиндель, снабжена направл ющей планкой, а в корпусе выполнены сквозные прорези с герметизирующими крышками. Удлинение пути теплового потока приводит к снижению тепловых деформаций корпуса. Снижение вли ни тепловых деформаций достигаетс посредством предыскажени положени оси шпиндел в горизонтальной плоскости с помощью направл ющей планки. 7 ил.The invention relates to the field of machine tools and can be used in the development of precision machine tools. The aim of the invention is to reduce thermal deformations and improve the accuracy of the position of the spindle axis. The spindle headstock containing the spindle installed in the supports of the housing is provided with a guide bar, and through slots with sealing covers are made in the housing. Lengthening the heat flow path leads to a decrease in thermal deformations of the hull. Reducing the effect of thermal deformations is achieved by pre-distorting the position of the spindle axis in the horizontal plane with the aid of a guide bar. 7 il.

Description

Изобретение относитс к станкостроению и может быть использовано при разработке прецизионных станков.The invention relates to a machine tool industry and can be used in the development of precision machine tools.

Целью изобретени вл етс уменьшение тепловых деформаций и повышение точности положени оси шпиндел .The aim of the invention is to reduce thermal deformations and improve the accuracy of the position of the spindle axis.

На фиг. 1 изображена шпиндельна бабка, вид спереди; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид Б на фиг. 1; на фиг. 4 - вид В на фиг. 1; на фиг. 5 - схема взаимодействи увлажненного воздуха с оребрением; на фиг. 6 - подшипниковый узел; на фиг. 7 - разрез Г-Г на фиг. 6.FIG. 1 shows the spindle head, front view; in fig. 2 is a view A of FIG. one; in fig. 3 is a view B in FIG. one; in fig. 4 is a view of B in FIG. one; in fig. 5 is a diagram of the interaction of humidified air with fins; in fig. 6 - bearing unit; in fig. 7 - section G-Y in FIG. 6

Шпиндельна бабка содержит коробчатый корпус . 1 с двум шпиндельными опорами 2 и 3. На переднем и заднем концах шпиндел 4 закреплены два вентил тора 5 и 6 дл охлаждени задней и передней стенок шпиндельной коробки и смежных областей. Корпус установлен на станине 7. Ось шпиндел 4 при неработающем станке (не показан) занимает положение, определ емое точками Oi и 02, лежащими на его оси. Шпиндельна коробка 1 закрепл етс на станине станка сThe spindle head contains a box-shaped body. 1 with two spindle supports 2 and 3. At the front and rear ends of the spindle 4, two fans 5 and 6 are fixed to cool the back and front walls of the spindle box and adjacent areas. The housing is mounted on the bed 7. The axis of the spindle 4 when the machine is not working (not shown) occupies the position defined by the points Oi and 02, lying on its axis. The spindle box 1 is fixed on the frame of the machine with

помощью прижимных планок 8, обеспечивающих наложение механической св зи вдоль координаты Y. Вентил торы 5 и 6 закрыты защитными кожухами 9, в которые встроены сопла 10 и 11. В кожухах 9 вентил торов 5 и 6 закреплены диффузоры 12 и эжекторные устройства 13 подачи к вентил торам 5 и 6 увлажненного воздуха .using clamping strips 8, which provide for the imposition of a mechanical connection along the Y coordinate. The fans 5 and 6 are closed by protective covers 9, in which the nozzles 10 and 11 are embedded. In the covers 9 of fans 5 and 6, diffusers 12 and ejector devices 13 to the valves Toors 5 and 6 humid air.

Поверхности 14 и 15 шпиндельной бабки сребрены и ограждены защитными кожухами 16. Аналогичную конструкцию имеет задн стенка 17 корпуса 1.The surfaces 14 and 15 of the spindle head are scraped and guarded with protective covers 16. The rear wall 17 of the housing 1 has a similar design.

На передней и задней 17 стенках корпуса 1 под шпиндельными опорами 2 и 3 выполнены одна или несколько сквозных прорезей 18 шириной в и длиной I, расположенных на рассто нии К от шпиндельных опор 2 и 3. Рассто ние между прорез ми - б.The front and rear 17 walls of the housing 1, under the spindle supports 2 and 3, have one or several through slots 18 of width c and length I located at a distance K from the spindle supports 2 and 3. The distance between the slot is b.

Геометрические параметры прорезей рекомендуетс определ ть из соотношений:The geometrical parameters of the slits are recommended to be determined from the relationships:

Е«В-(6-12) t;Е «В- (6-12) t;

К«(1.5-2) t;K "(1.5-2) t;

b«t;b "t;

6(2-3) t,6 (2-3) t,

ww

СП СП СО N3 СП ГСJV JV CO N3 JV GS

где t - толщина стенки корпуса 1;where t is the wall thickness of the housing 1;

В - ширина корпуса.In - the width of the hull.

Корпус 1 фиксируетс на станине 7 станка двум прижимными планками, ограничивающими перемещение вдоль координаты Y, и направл ющей планкой 19, закрепленной на станине 7 и имеющей возможность линейного и углового смещений в пределах линейных смещений планки 19±АХ.The housing 1 is fixed on the machine bed 7 by two clamping plates limiting the movement along the Y coordinate, and a guide bar 19 fixed on the bed 7 and having the possibility of linear and angular displacements within the linear displacements of the bar 19 ± AX.

Сопла 11 вентил торов 5 и 6 направл ют увлажненный эжекторным устройством 13 воздух на сребренные вставки 20, закрепленные на поверхност х 14 и 15 бабки и расположенные на передней и задней 17 стенках корпуса.The nozzles 11 of the fans 5 and 6 direct the air humidified by the ejector device 13 to the silver inserts 20 mounted on the headstock 14 and 15 and located on the front and rear 17 walls of the housing.

В бобышках 21 корпуса 1, предназначенных дл размещени подшипниковых опор 2 и 3, выполнено по две кольцевые проточки 22, в которых выполнены сквозные отверсти 23, соедин ющие две кольцевые проточки 22 на обеих бобышках 21. На крышках 24 подшипниковых опор 2 и 3 выполнены выступы 25, попарно соедин ющие и перекрывающие смежные сквозные отверсти 23. Подача охлаждающей среды осуществл етс через штуцер 26 по стрелке И (нагнетание), а слив - через штуцер 27 по стрелке С (слив). В зоне, обозначенной буквой II, находитс перемычка. Выступы 25 на крышках 24 подшипниковых опор 2 и 3 смещены один относительно другого на угловой шаг. равный угловому шагу расположени сквозных отверстий 23, поэтом} при закреплении крышек 24 с выступами 25 в бобышках 21 передней и задней опор образуютс замкнутые проточные каналы 28, имеющие серпантинную форму Заштрихованные выступы 25 относ тс к правой крышке 24, незаштрихованные выступы 25 к левой крышке 24 подшипниковой опоры. Таким образом, канал 28 образуетс двум кольцевыми проточками 22 на бобышках 21, сквозными отверсти ми 23 и чередующимис выступами 25 крышек 24, штуцерами нагнетани 26 и слива 27.The housings 21 of the housing 1, designed to accommodate the bearings 2 and 3, have two annular grooves 22 in which there are through holes 23 connecting two annular grooves 22 on both the lugs 21. On the lids 24 of the bearings 2 and 3 are lugs 25, connecting and overlapping adjacent through holes 23 in pairs. Coolant is supplied through nozzle 26 in the direction of AND (discharge), and discharge through the nozzle 27 in direction of C (discharge). In the zone designated by the letter II, there is a jumper. The protrusions 25 on the lids 24 of the bearing supports 2 and 3 are offset from each other by an angular pitch. equal to the angular pitch of the through-holes 23, therefore} when fixing the covers 24 with the protrusions 25 in the bosses 21 of the front and rear supports, closed flow channels 28 having serpentine shape are formed. bearing support. Thus, the channel 28 is formed by two annular grooves 22 on the lugs 21, through-holes 23 and alternating lugs 25 of the lids 24, discharge fittings 26 and draining 27.

Размеры сребренных вставок 20 определ ют из соотношений:The dimensions of the silver inserts 20 are determined from the ratios:

„ н „N

где В - ширина коробки;where B is the width of the box;

D- диаметр вентил тора;D is the diameter of the fan;

Н- высота коробки.H is the height of the box.

Шпиндельна бабка работает следующим образом,The spindle head works as follows,

При обработке деталей передн опора 3 бабки испытывает более большие нагрузки, чем задн опора 2, поэтому ось шпиндел 4 перемещаетс вверх из-за тепловых деформаций, вызванных тепловыделением в опорах 2 и 3, неравномерно, как правило, передн опора 3 поднимаетс выше, а задн 2 - ниже, т. е. 0)0| 0202, образуютс перекосы оси шпиндел из-за тепловых деформаций в горизонтальной и вертикальной плоскост х OXZ.When machining parts, the front support 3 of the headstock is experiencing greater loads than the rear support 2, therefore the axis of the spindle 4 moves upward due to thermal deformations caused by heat generation in the supports 2 and 3, unevenly, as a rule, the front support 3 rises higher and the rear 2 - below, i.e. 0) 0 | 0202, distortions of the spindle axis due to thermal deformations in the horizontal and vertical planes of the OXZ are formed.

В предлагаемой конструкции шпиндельной бабки линейные и угловые деформации оси шпиндел 4 резко сокращаютс вследствие р да следующих конструктивных мер.In the proposed design of the headstock, linear and angular deformations of the axis of the spindle 4 are sharply reduced due to a number of the following design measures.

Прорези 18 в передней и задней стенках корпуса служат значительным тепловым сопротивлением дл распространени Slots 18 in the front and rear walls of the housing serve as a significant thermal resistance for spreading

потока тепла q от опор 2 и 3 в сторону станины 7. Участки стенок OgL и аналогичный участок задней стенки 17 практически не нагреваютс . Удлин етс путь потока тепла от опор к станине. Поток тепла идет по траектории 02РМ и O2QN,the heat flux q from the supports 2 and 3 towards the bed 7. The wall sections OgL and the similar section of the rear wall 17 are practically not heated. The path of heat flow from the supports to the bed is extended. Heat flow follows the 02РМ and O2QN trajectory,

0 UTO вызывает снижение избыточной температуры этих участков передней и задней стенок корпуса бабки, несущих опоры 2 и 3 шпиндел 4, измен етс направление тепловых смещений, вли ющих на поло5 жсние оси шпиндел .0 UTO causes the excess temperature of these areas of the front and rear walls of the headstock, bearing supports 2 and 3 of spindle 4, to decrease, the direction of thermal displacements affecting the position of the spindle axes changes.

Дополнительное снижение тепловых деформаций корпуса 1 достигаетс за счет интенсивного охлаждени поверхностей 14 (РМ) и 15 (QN) увлажненным воздухом посредством вентил торов 5 и 6, подающихA further reduction of the thermal deformations of the housing 1 is achieved by intensive cooling of the surfaces 14 (PM) and 15 (QN) with humid air by means of fans 5 and 6 supplying

0 через сопла 10 и 11 воздух на специальные вставки 20, плотно присоединенные к участкам 14 и 15 передней и задней сгенок корпуса бабки.0 through the nozzles 10 and 11 air on special inserts 20, tightly attached to the sections 14 and 15 of the front and rear lines of the body of the headstock.

Охлаждение передней и задней опор шпиндел 4 резко снижает величину тепло5 вых потоков, идущих от опор 2 и 3 в стенки, что существенно сокращает избыточную температуру передней и задней 17 стенок корпуса 1. Использование дл целей охлаждени смазывающе-охлаждающей жидкости , примен емой при обработке, упро0The cooling of the front and rear supports of the spindle 4 drastically reduces the amount of heat flux coming from the supports 2 and 3 into the walls, which significantly reduces the excess temperature of the front and rear 17 walls of the housing 1. It is used for the purpose of cooling the lubricant-cooling fluid used during processing put up

тает техническую реализацию этого меропри ти . Степень снижени тепловых потоков зависит от теплоемкости примен емой охлаждающей жидкости и ее рас.хо- ,JA через опоры 2 и 3.technical implementation of this event is melting. The degree of decrease in heat flux depends on the heat capacity of the coolant used and its flow rate, JA, through supports 2 and 3.

Еще больша нейтрализаци вредного вли ни тепловых деформаций па точность расположени оси шпиндел при нормальных рабочих режимах работы станка достигаетс в предлагаемой бабке за счет 0 предыскажени положени оси шпиндел 4 в плоскост х OYZ и OXZ. которое осуществл етс в плоскости OYZ за счет того, что базовую поверхность корпуса 1, которой она примыкает к станине 7, изготавливают с учетом линейного смещени An even greater neutralization of the harmful effect of thermal deformations on the spindle axis positioning accuracy under normal operating conditions of the machine operation is achieved in the proposed headstock by predistributing the position of the spindle 4 axis in the OYZ and OXZ planes. which is carried out in the OYZ plane due to the fact that the base surface of the housing 1, by which it is adjacent to the bed 7, is made with regard to the linear displacement

5five

Ау и углового наклона - у у к оси расточек под шпиндельный узел. При включении и нагреве корпуса ось шпиндел Oi-02 становитс в горизонтальное положение , соответствующее расчетному тепловому режиму работы бабки.Ay and angular tilt - y to the axis of the bore under the spindle node. When the casing is turned on and heated, the axis of the spindle Oi-02 becomes horizontal, corresponding to the calculated thermal mode of operation of the headstock.

Практически при изготовлении бабки следует обеспечить разность размеров корпусаAlmost in the manufacture of headstock should ensure the difference in the size of the body

л Н-Н l nn

, наиденную из соотношени found from the ratio

ОABOUT

tgvy, tgvy

а также уменьшить размеры OgL , и OiL1 на величины Oify и 6202 или экспериментально . Эти величины можно определ ть и вносить в конструкцию бабки на основе учета средних режимов работы бабки или на основе условий ее минимальной нагрузки, например с учетом только ее холостого хода на расчетных числах оборотов (Н/2 - высота центров коробки). Предыскажение положени оси шпиндел 4 бабки в плоскости OXZ осуществстанине 7 станка ось шпиндел 4 и корпус 1 выставл ютс с помощью направл ющей планки 19 под углом -ух к оси станка. При работе станка и нагреве бабки 1 ось шпин- g дел 4 стремитс зан ть соосное с осью станка 7 положение.and also reduce the size of OgL, and OiL1 by Oify and 6202 values or experimentally. These values can be determined and included in the design of the headstock on the basis of taking into account the average operating conditions of the headstock or on the basis of the conditions of its minimum load, for example, taking into account only its idling speed at the calculated speeds (H / 2 - height of the box centers). Pre-distortion of the position of the axis of the spindle 4 of the headstock in the OXZ plane of the implement 7 of the machine, the axis of the spindle 4 and the body 1 are exposed with the help of the guide bar 19 at an angle to the axis of the machine. When the machine is in operation and the headstock 1 heats up, the axis of the spins – g of case 4 tends to occupy a position coaxial with the axis of the machine 7.

Аналогично можно компенсировать линейные смещени оси -ЛхИспользование предлагаемой шпиндельной бабки дл высокоточных металлорежущих станков позвол ет существенно снизить вредное вли ние тепловых деформаций .Similarly, linear displacements of the axis can be compensated. The use of the proposed headstock for high-precision machine tools allows one to significantly reduce the harmful effects of thermal deformations.

10ten

1515

Claims

Invention Formula

The spindle headstock, comprising a housing with base surfaces, bearing supports with a spindle housed in them, is characterized in that the target is reduced in accordance with the design 20 of the thermal deformations and the elevation of the box 1 by means of the spindle axis , the housing is in the OX Z plane of the guide bar 19, which defines the angular

The position of the headstock and spindle 4 in the plane is provided with an adjustable mounting element located at the intersection of the base surface of the body with the plane, such as OXZ relative to the axis of the machine. The perpendicular spindle passing through the axis of the spindle can be fixed dicurrently to the base surface, anterior to the frame in an arbitrary corner polo and rear wall of the casing, within the limits of the possible adjustable, at the same time between the bearing displacements ± DF. This adjustment of the spindle supports and the base surface of the initial position of the axis of the spindle 4 is complete. OX Z through-planes are made in the walls. It may be necessary to cut through the inserts installed on them due to the lack of full warm symmetry in the headstock and caused by these , and at the front and rear ends

The angular displacements of the ear axes of the spindle 4 in the flat spindle are set up in the butterflies OX Z when machining on the machine (some fans with ejector humidifiers are shown). Therefore, when installing the headstock on the bodies.

machine bed 7, the axis of the spindle 4 and the body 1 are exposed with the help of the guide bar 19 at an angle -uh to the axis of the machine. When the machine is in operation and the headstock 1 heats up, the spindle 4 axis tends to occupy a position coaxial with the machine 7 axis.

Similarly, linear displacements of the axis can be compensated. The use of the proposed headstock for high-precision machine tools allows one to significantly reduce the harmful effects of thermal deformations.

15

Invention Formula

5 F g

YU

2

Type A

° DAL

Type B

Fi.Z

FIG. five

; /

hch

Fm 6

y-y

P

and

27