SU1734962A1

SU1734962A1 - Spindle unit

Info

Publication number: SU1734962A1
Application number: SU884429134A
Authority: SU
Inventors: Виктор Николаевич Позмогов
Original assignee: Научно-исследовательский технологический институт "Прогресс"
Priority date: 1988-05-23
Filing date: 1988-05-23
Publication date: 1992-05-23

Abstract

Использование: машиностроение, станкостроение , обработка металлов резанием. Сущность изобретени : крут щий момент на шпиндель 16 шпиндельногоуузла передаетс от двигател 1 попеременно посредством высокоскоростной кинематической цепи, включающей вал-шестерню 3, и низUse: engineering, machine tools, metal cutting. Summary of Invention: Torque to spindle 16 of spindle unit is transmitted from motor 1 alternately via a high speed kinematic chain including gear shaft 3 and bottom

Description

Изобретение относитс к машиностроению и может быть использовано в многоцелевых станках с числовым программным управлением (ЧПУ).The invention relates to mechanical engineering and can be used in multi-purpose machine tools with numerical control (CNC).

Известен шпиндельный узел многоце- левого станка, содержащий двигатель, ременную передачу, валы, установленные в корпусе на шарикоподшипниках, размещенные на этих валах пр мозубые шестерни и колеса, подвижну:о зубчатую муфту, жестко установленное колесо, датчик углового положени шпиндел . Шпиндельный узел имеет две ступени: низкоскоростную, когда блок вторичного вала находитс в зацеплении с шестерней первичного вала и колесом шпиндел , а муфта на шпинделе выключена, и высокоскоростную, когда блок вторичного вала выключен, а муфта находитс в зацеплении с шестерней первичного вала.The spindle assembly of a multi-purpose machine is known, which contains an engine, a belt drive, shafts mounted in a housing on ball bearings, pinions and wheels located on these shafts are movable: on a gear coupling, a fixed wheel, a spindle angular position sensor. The spindle assembly has two stages: low speed when the secondary shaft unit is engaged with the input shaft gear and spindle wheel, and the coupling on the spindle is off, and high speed when the secondary shaft unit is off, and the coupling shaft is in engagement with the primary shaft gear.

Известный шпиндельный узел не позвол ет использовать все возможности привода так как вследствие применени пр мозубых передач невозможно регулировать привод на низкоскоростной передаче до максимальной частоты вращени двигател , котора ограничена максимально допустимой окружной скоростью в зубчатой передаче, что приводит к провалам на графиках выходной мощности и крут щего мо- мента, Применение пр мозубых передач и использование подвижного блока вызывают шум и вибрацию. Включение зубчатой муфты в шестерню первичного вала ведет к износу шестерни, Следовательно, к сни- жению долговечности. Жесткое закрепление колеса на шпинделе вызывает радиальную нагрузку на шпиндель от зубчатого зацеплени , что снижает точность шпиндельного узла и его долговечность. The known spindle assembly does not allow to use all the drive possibilities, since due to the use of spur gears it is impossible to adjust the drive in low speed gear up to the maximum rotational speed of the engine, which is limited by the maximum allowable peripheral speed in the gear train, which leads to dips on the output power and torque graphs. Momentum, the use of spur gears and the use of a moving unit cause noise and vibration. The inclusion of a gear coupling in the gear shaft of the input shaft leads to wear of the gear, therefore, to a reduction in durability. The rigid fastening of the wheel on the spindle causes a radial load on the spindle from the gearing, which reduces the accuracy of the spindle assembly and its durability.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сути вл етс шпиндельный узел, содержащий двигатель, ременную передачу , валы, установленные в корпусе на шарикоподшипниках, размещенные на этих валах косозубые шестерни и колеса, торцовую двустороннюю зубчатую муфту, жесткоThe closest to the proposed technical essence is a spindle assembly containing an engine, a belt drive, shafts mounted in a housing on ball bearings, helical gears and wheels mounted on these shafts, and an axle double-sided gear coupling

установленное в подшипниках колесо, датчик углового положени шпиндел . Шпиндельный узел имеет две ступени: низкоскоростную , когда передача крут щего момента идет через перебор, а зубчата муфта на шпинделе находитс в крайнем нижнем положении и сцеплена с колесом и высокоскоростную, когда зубчата муфта на шпинделе находитс в крайнем верхнем положении и сцеплена с первичным валом, передача крут щего момента идет напр мую , а перебор вращаетс в холостую.wheel mounted in bearings, spindle angular position sensor. The spindle assembly has two stages: low-speed, when the transmission of torque takes place through the overhang, and the gear coupling on the spindle is in the lowest position and coupled to the wheel and high-speed, when the gear coupling on the spindle is in the extreme upper position and engaged with the primary shaft, torque transmission is direct, and the search rotates to idle.

Недостатком известного шпиндельного узла вл етс применение торцовой зубчатой муфты с большим количеством зубьев дл обеспечени переключени муфты в любом положении шпиндел , котора создает осевую нагрузку на шпиндель, а также жестко установленное колесо на шпинделе вызывающее радиальную и осевую нагрузки на шпиндель, что снижает точность шпиндельного узла и его долговечность,A disadvantage of the known spindle assembly is the use of an end gear coupling with a large number of teeth to ensure that the coupling switches in any position of the spindle, which creates an axial load on the spindle, as well as a rigidly mounted wheel on the spindle causing radial and axial loads on the spindle, which reduces the accuracy of the spindle assembly and its durability

Целью изобретени вл етс повышение точности и долговечности шпиндельного узла за счет снижени осевой нагрузки на шпиндель.The aim of the invention is to improve the accuracy and durability of the spindle assembly by reducing the axial load on the spindle.

Цель достигаетс тем, что шпиндельный узел, содержащий привод вращени шпиндел , включающий высокоскоростную кинематическую цепь и низкоскоростную кинематическую цепь, включающую вал и систему зубчатых передач, двустороннюю торцовую зубчатую муфту включени указанных цепей, механизм перемещени последней и датчик углового положени шпиндел , узел снабжен датчиком положени вала низкоскоростной цепи, установленным в корпусе, муфта выполнена пр мозубой с двум зубь ми с каждого торца и кинематически соединена с датчиком положени шпиндел .The goal is achieved by the fact that a spindle assembly containing a spindle rotation drive, including a high-speed kinematic chain and a low-speed kinematic chain, including a shaft and a gear system, a two-way mechanical gear clutch for switching on said chains, a displacement mechanism for the latter, and a spindle angle sensor, the node is equipped with a position sensor shaft of low-speed chain mounted in the housing, the coupling is made with two teeth on each end and is kinematically connected to the position sensor spindle.

На фиг. 1 изображена коробка скоростей , общий вид, разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг, 2; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1; на фиг. 5 - разрез Г-Г фиг. 4.FIG. 1 shows the gearbox, general view, section; in fig. 2 shows section A-A in FIG. one; in fig. 3 is a section bb of fig 2; in fig. 4 shows a section B-B in FIG. one; in fig. 5 shows a section of GGD FIG. four.

Шпиндельный узел содержит двигатель 1, ременную передачу 2, вал-шестерню 3 с пазом И (фиг.З), установленную в корпусе 4 на шарикоподшипниках 5, вал б с колесом 7 и шестерней 8, установленной в корпусе 9 на шарикоподшипниках 10 и 11. Колесо 12 с пазом И установлено в корпусе 9 на шарикоподшипниках 13, осевое фиксирование подшипников осуществл етс стопорным кольцом 14 и кольцом 15, которое также служит дл установки предварительного нат га . На шпиндельном узле 16 установлена двусторонн торцова зубчата муфта, состо ща из полумуфт 17 и 18, на торцах которых имеетс по два зуба К (фиг.З). Полумуфты 17 и 18 скреплены винтами 19 и штифтами 20, между ними установлены подшипники 21, на которые взаимодействует механизм 22 переключени скоростей. Механизм 23 зажима инструмента с тарельча- тыми пружинами 24 установлен в шпиндельном узле 16 и ориентирован штифтом 25, т га 26 проходит через вал-шестерню 3 и находитс в зацеплении с помощью шлицевого соединени Д (фиг.1) с валом 27. На валу 27 закреплен ротор датчика угла поворота шпиндел 28.The spindle assembly contains an engine 1, a belt drive 2, a gear shaft 3 with a groove I (FIG. 3) installed in the housing 4 on ball bearings 5, a shaft 6 with the wheel 7 and gear 8 mounted in the housing 9 on ball bearings 10 and 11. A wheel 12 with groove I is mounted in the housing 9 on ball bearings 13, axial fixation of bearings is carried out by a retaining ring 14 and a ring 15, which also serves to set the preload. On the spindle assembly 16, a double-ended tooth coupling is installed, consisting of half couplings 17 and 18, on the ends of which there are two teeth K (Fig. 3). The half couplings 17 and 18 are fastened with screws 19 and pins 20, bearings 21 are installed between them, with which the speed change mechanism 22 interacts. The tool-clamping mechanism 23 with the spring-loaded springs 24 is installed in the spindle assembly 16 and oriented with a pin 25, a ton of ha 26 passes through gear shaft 3 and is engaged with a spline connection D (Fig. 1) with shaft 27. On shaft 27 fixed rotor of the angle sensor of the spindle 28.

Вал 27 установлен в корпусе 29 на шарикоподшипниках 30, осева фиксаци которых осуществл етс крышкой 31. Гидроцилиндр 32 разжима инструмента установлен на корпусе 29. Датчик положени низкоскоростной цепи состоит из бесконтактного конечного выключател 33 и отверсти Ж (фиг.1) на колесе 7, которое кинематически св зано с вал-шестерней 3.The shaft 27 is mounted in the housing 29 on ball bearings 30, the axial fixing of which is performed by the lid 31. The hydraulic cylinder 32 for unclamping the tool is mounted on the housing 29. The low-speed circuit position sensor consists of a non-contact limit switch 33 and a hole W (Fig. 1) on the wheel 7, which kinematically associated with pinion shaft 3.

Шпиндельный узел работает следующим образом.Spindle node works as follows.

При работе на низкоскоростной передаче двусторонн торцова зубчата муфта 17,18 находитс в крайнем нижнем положении . Передача крут щего момента с двигател 1 осуществл етс ременной передачей 2 на вал-шестерню 3, вал-шестерн 3 находитс в зацеплении с колесом 7, на одном валу с ним находитс шестерн 8, котора находитс в зацеплении с колесом 12. Колесо 12 с помощью пазов И зубьев К сцеплено с полумуфтой 18 и через шлицевое соединение Д передает крут щий момент на шпиндельный узел 16, т.е. передача крут щего момента идет через низкоскоростную кинематическую цепь. Дл включени высокоскоростной кинематической цепи необходимо ориентировать шпиндельный узел 16 таким образом, при котором зубь К полумуфты 17 совпадут с пазами И на вал- шестерне 3. Например, если передаточное отношение низкоскоростной кинематической цепи равно 1:5, то при ориентацииWhen operating in low-speed transmission, the double-ended gear coupling 17.18 is in its lowest position. The torque transmission from the engine 1 is carried out by a belt drive 2 to the shaft gear 3, the shaft gear 3 is engaged with the wheel 7, the gear 8 which is engaged with the wheel 12 is on the same shaft. of the grooves And the teeth K is coupled to the half coupling 18 and, through the spline connection D, transmits the torque to the spindle assembly 16, i.e. torque transmission goes through a low-speed kinematic chain. To enable the high-speed kinematic chain, it is necessary to orient the spindle assembly 16 in such a way that the teeth K of the coupling half 17 coincide with the grooves I on the gear shaft 3. For example, if the gear ratio of the low-speed kinematic chain is 1: 5, then

шпиндел в положение переключени скоростей колесо 12 может оказатьс в любом из п ти возможных положений. Когда муфта 17,18 находитс в крайнем нижнем положении , колесо 12 сцеплено с помощью муфты со шпинделем, а следовательно, и с датчиком углового положени шпиндел , Таким образом, при ориентации шпиндел в положение переключени скоростей за одинthe spindle to the gearshift position wheel 12 can be in any of five possible positions. When the clutch 17.18 is in the lowest position, the wheel 12 is engaged by a clutch with a spindle, and hence with an angular position sensor of the spindle. Thus, when the spindle is oriented to the gearshift position in one

0 оборот колеса 12 вал-шестерн совершит п ть оборотов, т.е. всегда можно найти положение переключени муфты дл включени высокоскоростной кинематической цепи.0 wheel revolution 12 shaft gear will make five turns, i.e. It is always possible to find the switching position of the coupling to activate the high-speed kinematic chain.

5 Датчиком углового положени шпиндел 28 с непрерывной угловой индексацией определ етс координата положени переключени муфты и записываетс в пам ть ЧПУ.5 The angle position sensor of the spindle 28 with continuous angle indexing determines the coordinate position of the coupling changeover and records it in the CNC memory.

0 Дл переключени с высокоскоростной на низкоскоростную кинематическую цепь используетс датчик положени колеса 12, по которому при включенной высокоскоростной передаче можно определить, на каком0 To switch from high-speed to low-speed kinematic chain, wheel position sensor 12 is used, by which, when high-speed gear is engaged, it is possible to determine on which

5 из п ти положений колеса 12 следует производить переключение скоростей.5 of the five positions of the wheel 12, gears should be switched.

Дл переключени скоростей включаетс ориентаци шпиндел в положение переключени скоростей, которое определ етс To switch speeds, the spindle is turned on to the gearshift position, which is determined by

0 координатой датчика уголового положени шпиндел и конечным выключателем 33 - датчиком положени вала низкоскоростной цепи.0 by the coordinate of the criminal position sensor spindle and the limit switch 33 by the shaft position sensor of the low speed circuit.

После ориентации шпиндел в положе5 ние переключени скоростей включаетс механизм 22 переключени скоростей, муфта 17, 18 перемещаетс в крайнее верхнее положение. Дл обеспечени надежного переключени муфты рабоча высота зубаAfter the spindle is oriented to the gearshift position, the gearshift mechanism 22 is turned on, the clutch 17, 18 is moved to the extreme upper position. To ensure reliable switching of the coupling, the working height of the tooth

0 муфты 17, 18 должна быть на 3-5 мм больше рассто ни И до торца вал-шестерни 3 или колеса 12. Глубина паза в вал-шестерне 3 или колесе 12 должна быть на 1-2 мм больше длины р, ход механизма переключени Couplings 17, 18 must be 3-5 mm longer than the distance. And up to the end shaft-gear 3 or wheel 12. The depth of the groove in gear shaft 3 or wheel 12 must be 1-2 mm longer than p, the shift mechanism

5 скоростей равен р + И. Тогда при переключении муфта 17, 18 всегда кинематически св зана либо с колесом 12, либо с вал-шестерней 3, а на участке, равном р - И, - с обоими одновременно, что гарантирует на0 дежное переключение. Дл облегчени переключени на гран х зубьев Б и пазов В выполн ютс заходные фаски.5 speeds is equal to p + I. Then, when switching, coupling 17, 18 is always kinematically connected either with wheel 12 or with gear shaft 3, and in an area equal to p –I, with both at the same time, which guarantees reliable switching. To facilitate switching to the edges of the teeth B and grooves C, lead-in chamfers are performed.

Когда вал-шестерн 3 находитс в зацеплении с полумуфтой 17, передача кру- 5 т щего момента идет следующим образом: с вал-шестерни 3 на полумуфту 17, с нее штифтами 20 и винтами 19 на полумуфту 18, котора шлицевым соединением Е передает крут щий момент на шпиндель. При этом колесо 7, шестерн 8 и колесо 12 вращаютс When the shaft gear 3 is engaged with the coupling half 17, the transmission of the torque takes place as follows: from the gear shaft 3 to the coupling half 17, with its pins 20 and screws 19 to the coupling half 18, which transmits the torque through a splined connection E. moment on the spindle. With this, wheel 7, gear 8 and wheel 12 rotate

в холостую. Дл определени углового положени шпиндел используетс т га 26 механизма зажима инструмента, в которой штифт 25, установленный в пазах шпиндел . Другой конец т ги 26 шлицевым соединением Д соединен с валом 27, на котором установлен ротор датчика угла поворота шпиндел 28.to idle. To determine the spindle angular position, a tool clamping mechanism 26 is used, in which a pin 25 mounted in the spindle slots. The other end of the rod 26 is connected to a spline connection D with a shaft 27 on which the rotor of the rotation angle sensor 28 is mounted.

Claims

The invention of the spindle assembly, containing a drive spindle rotation, including a high-speed kinematic chain and a low-speed kinematic chain,

including a shaft and a gear system, a double-ended face gear coupling including the said chains, a mechanism for moving the latter, and a spindle angular position sensor, characterized in that, in order to improve the accuracy and durability of the spindle assembly by reducing the axial load on the spindle, the assembly is equipped with a shaft position sensor a low-speed chain mounted in the housing, a sleeve made with two teeth at each end and kinematically connected to the spindle position sensor.

vG

| Fig.b

R

Yr