SU917930A1 - Шпиндельный узел - Google Patents

Description

(54) ШПИНДЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ

1

Изобретение относитс  к области станкостроени  и может найти пркмёнение в станках,где используетс  высокоскоростной шпиндель,например во внутришлифовальных или прецизионных фрезерных.

Известен шп11ндельный узел, содерг жащий корпус, в котором установлены

статор злектродвигател  привода вращени  шпиндел  и гидростатические шпинjp eльныe подшипники, содержащие упорный или радиально-упорный.

подшипник, открытый в осевом Hanpaieлении и снабженный устройством силового заг-1ыкани , в которых расположёны шпиндель с ротором электродвигател . Устройство силового замыкани  выполнено в виде пары плунжер-цилиМдр, образованной задним подшипником и шейкой шпиндел  1.

Это заставл ет выполн ть поверхности скольжени  упорного или рад ально-упорного подшипника сравнительно большого радиуса (больше радиуса вйход щей из узла шейки шпиндел ), иметь рабочую полость плунжерной пары и ее уплотнени , что усложн ет конструкцию.

Делью изобретени   вл етс  упромение конструкции узла.

Эта цель дости1аетс  тем, что устройство силового замыкани  выполнено электромагнитным и образовано парой статор-ротор электрошпиндел . Центр магнитной симметрии статора смещен вдоль оси электрошпиндел  относительно центра магнитной симметрии ротора в направлении подшипника одностороннего осевого действи . Ротор и ста-

10 тор могут быть выполнены коническими , причем меньший диаметр конуса ротора должен быть расположен со стороны подшипника односторюннего осевого действи .

15

На фиг. 1 показанГ электрошпиндель с передним гидростатическим радиально-упорным подшипником; на фиг. 2 шпиндельный узел с задним радиальноупорным гидростатическим подшипником.

20

В корпусе 1 установлены статор 2 электродвигател  привода вращени  шпиндел  3 и шпиндельные гидростатические передний радиально-упорный конический подшипник 4, открытый в

25 осевом направлении, и задний радиальный цилиндрический подшипник 5. В статор подшипниках 4 и 5 распрложен с зазором электрошпиндель с ротором б. Несущие карманы подшипни30 ков с источником давлени  смазки через дроссели 7. Статор 2 и ротор 6 образуют устройство силового замык ни  подшипника 4 в осевом направле в данном случае пару цилиндр-порше . пневмоцилиндра, рабочие полости 8 9 которого разделены уплотн ющим воздушным зазором (например, диам Е альнь М зазором 0,1 мм) между стат тором и ротором и соединены через дроссели 10 и 11 соответственно с окружающей средой и источником ежа того воздуха. Шпиндельный узел работает следу ющим образом. При подаче в несущие карманы через дроссели 7 смазки под давлени шпиндель 3 всплывает и жестко цент руетс  слоем смазки в радиальных направлени х в пределах зазоров в подшипниках 4 и 5 и статора 2. При этом осева  составл юща  давлени  кар 1аках подшипника 4 стремитс  сместить шпиндель 3 направо, но ра ность давлений в полост х 8 и 9 пневмоцилиндра, действующа  на рото поршень б, уравновешивает осевую составл ющую. Давлени  в полост х 8 и 9 и их разность можно настраивать с помощью дросселей 10 и 11 и таким образом управл ть зазором в переднем коническом подшипнике 4 При включении питани  электрошпиндель 3 начинает вращатьс . При этом воздух, пХ)текающий под действием разности давлений в полост х 8 и 9 через воздушный зазор между статором и ротором б электродвигател , охлаждают их. Малое давление в полости 8, завис щее от настройки дроссел  10, можно использовать дл  питани  потребителей низкого давлени  в шпиндельном узле, например бесконтактных пневмоуплотнений гидростатических подшипников. На образующих воздушный зазор, электродвигател  цилиндрических поверхност ротора 6 (как показано на фиг. 1) и/или статора 2 могут быть выполнен канавки воздушного нагнетател , глубина которых соизмерима с высотой упом нутого зазора (в данном случае винтовые спиральные), направ ленные в сторону относительного вращени  сопр женной поверхности { данном случае статора 2) из полости всасывани  8 в полость нагнетани  9, При высокой окружной скорости(до 200 м/сек) и малом зазоре (0,1 мм) такой нагнетатель качает воздух из полости 8 в полость 9 и может обеспечить высокие производительность и разность давлений в полост х 8 и 9. При наличии внешнего источника сжатого воздуха дл  создани  разнос ти давлений в полост х пневмоцилиндра (как показано на фиг. 1) наг нетатель увеличивает сопротивление воздушного зазора, уменьша  расход воздуха через него . При наличии такого нагнетател  можно обойтись без внешнего источника сжатого воздуха. При отсутствии внешнего источника нагнетатель качает воздух из полости 8, соединенной с окружающей средой без дроссел  10 (этого соединени  может и не быть), в полость 9, котора  в этом случае может быть глухой (сопротивление дроссел  11 равно бесконечности,т.е.его канал перекрыт), создава  между полост ми 9 и 8 разность давлений, уравновешивающую осевую силу подшипника 4,т.е.осуществл ющую в осевом направлении его силовое замыкание. В дополнение к образованному статором 2 и ротором 6 пневмоцилиндру силового замыкани  упорного подшипника или взамен него ротор 2 и. статор б Могут образовать осевой электромагнит силового замыкани  подшипника . В показанном на фиг. 1 варианте осевой электромагнит образован за счет смещени  вдоль оси направо центра магнитной симметрии рютора 6 относительно центра магнитной симметрии статора 2 (ротор б длинее статора 2 и выступает из него справа больше, чем слева). В этом случае статор 2 стремитс  вт нуть в себ  ротор .6 , чтобы их смещенные центры магнитной симметрии совместились. Таким образом,на подшипник 4 налево через шпиндель 3 со стороны ротора действует осева  сила замыкани  этого подшипника. На фиг, 2 показан вариант выполнени  узла. В корпусе 1 расположен статор 2 электродвигател  и шпиндельные гидростатические подшипники передний радиальный 4 и задний радиально-упорный 5, содержащий радиальный цилиндрический и открытый упорный, образованный на заднем конце шпиндел  3. В подшипниках 4 и 5 и в статоре 2 с зазором расположены шпиндель 3 с ротором 6.Воздушный зазор между ротором б и статором 2 образован их коническими поверхност ми , расшир юсйимис  в сторону переднего подшипника 4. Из-за этого центр магнитной симметрии ротора б смещен налево (к переднему подшипнику) относительно центра магнитной симметрии статора 2. Нес55 ий карман 12 упорного подшипника ограничен кольцевыми зазоPcuvm 13 снаружи ме оду цилиндрическими поверхност ми шейки шпиндел  3 и отверстием заднего подшипника 5 и зазора 14 внутри мезкду торцом шпинел  3i и торцом корпуса узла (в данном случае торцом -вставленного в дно подшипника 5 штифта 15, сквозное отверстие которого соединено со сливом). Несущие карманы подшипников

соединены с источником давлени  смазки через дроссели 7, а карман 12 через дросель 16.

Шпиндельный узел работает следующи образом.

Под действием подводимой под дазлением через дроссели 7 и 16 смазки шпиндель 3 всплывает и центрируетс  слоем смазки в радиальных направлени х в подишпниках 4 и 5 в пределах зазоров. Давление смазки в кармане 12, действу  на торец шпиндел  3, стремитс  сместить его налево (вперед ) , ,а силы электромагнитного взаимодействи  между статором 2 и ротором 6 благодар  конической форме воз душного зазора между ними (относител но смещены их центры магнитной симмерии ) стрем тс  вт нуть ротор 6 в статор 2 и,таким образом, уравновешивают силы давлени  в кармане 12. При этом высота зазора 14 между торцами: шпиндел  3 и штифта 15, через которы ( зазор 14) смазка дросселируетс  в . отверстие штифта 15 и через него сливаетс  в бак, устанавливаетс  такой, что завис щее от зазора 14 давление в кармане 12 уравновешивает осевую силу, развиваемую осевым электромагнитом , образованным вышеизложенным образом. Таким образом, осуществл етс  силовое замыкание открытого упорного гидростатического подшипника, а между статором и ротором и между рабочими торцами упорного подшипника с другой стороны, устанавливаютс  i оптимальные зазоры.

И в этом варианте действие осевого электромагнита может быть дополнительно илизаменено пневмоцилиндрюм с рабочими полост ми 8 и 9, разделенными воздушным зазором мезвду статором 2 и ротором 6, образующим пару цилинд - поршень. При этом необходима  дл  силового замыкани  открытого упорного подшипника разность давлений в полост х 8 и 9 образуетс  за счет внешнего источника сжатого воздуха и/или воздушныг нагнетателем , образованным статором и ротором.

Таким образом, упрощаетс  конструкци  шпиндельного узла и повышаютс  его эксплуатационные- качества: не требуетс  специальное устройство силового замыкани , до минимума снижаютс  потери на жидкостное трение в узле из-за того, что в устройстве силового замыкани  может быть только воздушное трение, причем это воздушное трение в уже имевшемс  электродвигателе привода вращени  шпиндел , улучшаетс  охлаждение электродвигател , может быть освобожден задний конец шпиндел , например, дл  подвода смазочно-охлаждающей жидкости в зону резани  , расшир ютс  возможности компоновки и управлени  узлом.

Claims (2)

1.Шпиндельный узел, в корпусе которого установлены статор и электрошпиндель с ротором, расположенный на гидро-статических опорах, содержащих подшипник одностороннего осевого действи , отличающийс   тем, что, с целью упрощени  консрукции , устройство силового замыкани  выполнено электромагнитным и образовано ротором и статором электрошпиндел , причем центр магнитной

симметрии статора смещен вдоль оси электретапиндел  относительно центра магнитной симметрии ротора в направлении подшипника одностороннего осевого действи ,

2.Узел по п.2, отличающийс  тем, что ротор и статор выполнены коническими, причем меньший диаметр конуса ротора располо--) жен со стороны подшипника одностороннего осевого действи .

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 685443, кл. В 23 В 19/02, 1979 (прототип).

ff f

6 9 фуг. /

3 S 8

-С

re

Фег.2