Патентный поиск по узлам станка
| |||||||||||||||||
| (12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ | |||||||||||||||||
| Статус: по данным на 15.11.2014 - действителен | |||||||||||||||||
|
|
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ, ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(54) ШПИНДЕЛЬНАЯ ГОЛОВКА
Использование: изобретение относится к области станкостроения и может быть использовано при конструировании шпиндельных головок агрегатных и др. станков. Сущность изобретения: на внутренней поверхности зажимного 19 кольца быстросменного патрона выполнен еще минимум один дополнительный паз 23 для взаимодействия с кулачком, глубина h1 которого меньше глубины h радиусных пазов 20, причем угол 
o1 его расположения равен или немного меньше угла o поворота зажимного кольца 19, кроме того, на буртике 16 стакана 14 выполнены глухие поверхности 22 с углом профиля o для взаимодействия с выступами 21 зажимного кольца 19. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к области станкостроения и может быть использовано при конструировании шпиндельных головок агрегатных и других станков.
Известна шпиндельная головка, содержащая полый шпиндель, расположенный в отверстии шпинделя удлинитель для инструмента и быстросменный патрон [1] Однако данная конструкция имеет существенный недостаток: большие затраты времени на закрепление инструмента. Недостаток обусловлен тем, что для закрепления инструмента рабочему "на ощупь" приходится искать момент поворота дополнительной втулки удлинителя.
Наиболее близким решением по технической сущности к заявленной головке является шпиндельная головка [2] содержащая полый шпиндель, расположенный в отверстии шпинделя удлинитель для инструмента, установленный в резьбовом отверстии удлинителя регулировочный винт с образованной на его наружной поверхности посредством двух буртов кольцевой канавкой, дополнительную втулку с пазами, размещенную на регулировочном винте с возможностью осевого перемещения и поворота и подпружиненную относительно него в осевом направлении, быстросменный патрон, включающий закрепленный на заднем конце шпинделя стакан, установленные в пазы стакана с возможностью размещения в кольцевой канавке на винте кулачки и размещенное на стакане зажимное кольцо с возможностью относительного на угол поворота и выполненного с выступами для взаимодействия с пазами дополнительной втулки и радиусными пазами на внутренней поверхности, предназначенной для взаимодействия с кулачками.
Основными недостатками данной головки являются низка надежность работы при высокоскоростной обработке и сложность конструкции. Первый недостаток обусловлен тем, что при высокоскоростной обработке при остановке вращения шпинделя станка зажимное кольцо под действием большого инерционного момента поворачивается относительно стакана и раскрепляет инструмент с удлинителем. Второй недостаток обусловлен тем, что элементы конструкции: глухой радиусный паз зажимного кольца и выступ на буртике стакана трудоемки в изготовлении, что усложняет конструкцию быстросменного патрона.
Техническая задача изобретения повышение надежности крепления инструмента и упрощение конструкции шпиндельной головки.
Указанная техническая задача достигается тем, что в известной головке, содержащей полый шпиндель, расположенный в отверстии шпинделя удлинитель для инструмента, установленный в резьбовом отверстии удлинителя регулировочный винт с образованной на его наружной поверхности посредством двух буртов кольцевой канавки, дополнительную втулку с пазами, размещенную на регулировочном винте с возможностью осевого перемещения и поворота, и подпружиненную относительно него в осевом направлении, быстросменный патрон, включающий закрепленный на заднем конце шпинделя стакан, установленные в пазах стакана с возможностью размещения в кольцевой канавке на винте кулачки и размещенное на стакане зажимное кольцо с возможностью относительного на угол a поворота и выполненного с выступами для взаимодействия с пазами дополнительной втулки и радиусными пазами на внутренней поверхности, предназначенными для взаимодействия с кулачками на внутренней поверхности зажимного кольца выполнен еще минимум один дополнительный паз для взаимодействия с кулачком, глубина h которого меньше глубины h1 радиусных пазов, причем угол a1 его расположения равен или немного меньше угла поворота зажимного кольца. Кроме того на буртике стакана выполнены глухие поверхности с углом профиля a для взаимодействия с выступами зажимного кольца. Наличие дополнительного радиусного паза на внутренней поверхности зажимного кольца позволит фиксировать последнее относительно резьбового стакана подпружиненным кулачком, а не силами трения от кулачка, что значительно надежнее. Наличие глухих поверхностей на буртике резьбового стакана, выполненн6ых с возможностью взаимодействия с выступами зажимного кольца, существенно упростит конструкцию быстросменного патрона.
На фиг. 1 показана шпиндельная головка, продольный разрез;на фиг. 2 - сечение по А-А на фиг. 1, повернуто; на фиг. 3 вид по стрелке Б на фиг. 1, повернуто.
Шпиндельная головка состоит из полого шпинделя 1, установленного в подшипниках 2, расположенных в корпусе 3. Внутри шпинделя расположен инструмент 4 и удлинитель, состоящий из втулки 5 со шпонкой 6 и регулировочного винта, содержащего резьбовой стержень 7 с кольцевой канавкой 8, стопорную гайку 9 и дополнительную подпружиненную втулку 10, расположенную на резьбовом стержне между двух опор, буртика 11 стержня и стопорного кольца 12 и имеющую на нижнем конце буртик с двумя пазами. На заднем конце шпинделя 1 расположен быстросменный патрон 13, состоящий из стакана 14 и подпружиненных кулачков 15. С одного торца стакана расположена резьбовая часть, а с противоположного буртик 16. Стакан 14 посредством своей резьбовой части навернут на задний конец шпинделя. Между буртиком 16 стакана 14, его стопорным кольцом 17 и шайбой 18 расположено зажимное кольцо 19. На внутренней поверхности зажимного кольца расположены два радиусных паза 20, глубиной h для размещения подпружиненных кулачков 15 и обеспечения свободной установки инструментального блока в шпиндель 1 головки. На правом (верхнем) торце зажимного кольца имеются два выступа 21, расположенные в глухих поверхностях 22, выполненных на буртике 16 резьбового стакана 14, при этом угол a профиля поверхностей 22 предотвращает раскрепление инструмента в процессе обработки и определяется из условия:
где H ширина радиусного паза;
D диаметр внутренней поверхности зажимного кольца;
n число кулачков.
Кроме того, выступы 21 зажимного кольца 19 расположены в пазах дополнительной втулки 10. На внутренней поверхности зажимного кольца 19 расположены также два дополнительных радиусных паза 23, глубина которых h1 меньше глубины h пазов 20, но обеспечивает контакт кулачков 15 с нижним торцем канавки 8 резьбового стержня 7 в закрепленном положении инструментального блока. При этом угол 1 расположения дополнительных пазов 23 относительно имеющихся радиусных пазов 20 равен или немного меньше угла поворота зажимного кольца 19. Имеются и другие детали,выполненные по общим правилам конструирования шпиндельных головок.
Шпиндельная головка работает следующим образом. Инструмент настраивают на заданный размер обработки вне станка. Затем его устанавливают в полый шпиндель 1 головки до упора торца буртика втулки 10 в торец быстросменного патрона 13 так, чтобы пазы втулки совпали с выступами 21 зажимного кольца 19. После этого шестигранный торцевой ключ 24 надевают на шестигранную поверхность втулки 10, воздействуют на верхний конец резьбового стержня 7 и, сжимая пружину, перемещают инструмент с удлинителем вниз до тех пор, пока торец стопорного кольца 12 не упрется в торец втулки 10. После этого поворачивают втулку, а вместе с ней и зажимное кольцо 19 быстросменного патрона в направлении, противоположном вращению инструмента, до тех пор, пока торец выступа 21 не упрется в торец глухой поверхности 22. При повороте втулки 10 кулачки 15 выходят из радиусных пазов 20 и свободно размещаются в кольцевой канавке 8 регулировочного винта удлинителя, чем осуществляется его фиксация в осевом направлении. В конце поворота зажимного кольца 19 подпружиненные кулачки 15 немного на величину h1 перемещаются назад и входят в дополнительные радиусные пазы 23, осуществляя фиксацию зажимного кольца 19 относительно резьбового стакана 14 и исключая тем самым его поворот под действием инерционных сил и раскрепление инструмента.
Предлагаемая шпиндельная головка позволит существенно повысить надежность крепления инструмента, что в свою очередь исключит брак при обработке деталей. Кроме того, упрощается конструкция быстросменного патрона, что повышает эффективность процесса обработки.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Шпиндельная головка, содержащая полый шпиндель, расположенный в отверстии шпинделя удлинитель для инструмента, установленный в резьбовом отверстии удлинителя регулировочный винт с образованной на его наружной поверхности посредством двух буртов кольцевой канавкой, дополнительную втулку с пазами, размещенную на регулировочном винте с возможностью осевого перемещения и поворота и подпружиненную относительно него в осевом направлении, быстросменный патрон, включающий закрепленный на заднем конце шпинделя стакан, установленные в пазах стакана с возможностью размещения в кольцевой канавке на винте кулачки и размещенное на стакане зажимное кольцо с возможностью относительного на угол 
поворота и выполненного с выступами для взаимодействия с пазами дополнительной втулки и радиусными пазами на внутренней поверхности, предназначенными для взаимодействия с кулачками, отличающаяся тем, что на внутренней поверхности зажимного кольца выполнен еще минимум один дополнительный паз для взаимодействия с кулачком, глубина h1 которого меньше глубины h радиусных пазов, причем угол 1 его расположения равен или немного меньше угла поворота зажимного кольца.
2. Головка по п. 1, отличающаяся тем что на буртике стакана выполнены глухие поверхности с углом профиля для взаимодействия с выступами зажимного кольца.
Рисунок 8 – Графическая часть патента
| (12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ | |||||||||||||||||||||
| Статус: по данным на 20.11.2014 - действителен | |||||||||||||||||||||
|
|
(54) ШПИНДЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ
Изобретение относится к станкостроению и может быть использовано в быстроходных шпиндельных узлах металлорежущих станков. Шпиндельный узел содержит корпус с установленным в нем с возможностью вращения на подшипниковых опорах шпинделем, имеющим равномерно расположенные по окружности наклонные и параллельные оси шпинделя каналы, соединенные с цилиндрической полостью в стакане, закрепленном на заднем торце шпинделя. Для повышения производительности путем увеличения быстроходности шпинделя за счет устранения застойных зон процесса охлаждения при циркуляции теплоносителя в указанных каналах шпинделя выполнены продольные винтообразные канавки, а на поверхности цилиндрической полости стакана - поперечные винтообразные канавки. При этом винтообразные канавки в наклонных и параллельных оси шпинделя каналах совмещены. 4 ил.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к станкостроению и может быть использовано в быстроходных шпиндельных узлах металлорежущих станков.
Известен резец-холодильник (см. А.С. 286453, МПК В 23 Q 11/12. Бюл. 34, 1970) с подводом и циркуляцией охлажденного агента через камеру, в которой выполнена дополнительная полость со спиральной внутренней поверхностью, и в корпусе установлены регулируемый дроссель и прокладки.
Недостатком системы охлаждения является необходимость поддержания высокого давления сжатого воздуха для обеспечения его термодинамического расслоения на холодный (внутренний) и теплый (внешний) потоки, что резко снижает эксплуатационную надежность охлаждаемого элемента, т.е. резца-холодильника.
Известен шпиндельный узел (см. А.С. 1459895 МКИ В 23 Q 11/14. Бюл. 7, 1999), содержащий корпус с установленным в нем с возможностью вращения на подшипниковых опорах шпинделем, в котором выполнены равномерно расположенные по окружности наклонные и параллельные горизонтальной оси каналы, соединенные с цилиндрической полостью, образованной стаканом, закрепленным на заднем торце шпинделя.
Недостатком является неполное охлаждение отдельных участков поверхности шпинделя, что ограничивает увеличение быстроходности шпинделя и соответственно производительности станка, возникающее за счет образования застойных зон в системе циркуляции теплоносителя в местах контакта наклонных и горизонтальных каналов и особенно при соединении горизонтальных каналов с цилиндрической полостью стакана.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение производительности путем увеличения быстроходности шпинделя за счет устранения застойных зон процесса охлаждения при циркуляции теплоносителя, что обеспечивает равномерность теплообмена по всей поверхности охлаждаемых элементов системы.
Технический результат достигается тем, что шпиндельный узел, содержащий корпус с установленным в нем с возможностью вращения на подшипниковых опорах шпинделем, в котором выполнены равномерно расположенные по окружности наклонные и параллельные горизонтальной оси каналы, соединенные с цилиндрической полостью, образованной стаканом, закрепленным на заднем торце шпинделя. В наклонных и параллельно расположенных к горизонтальной оси каналах шпинделя выполнены продольные винтообразные канавки, а в цилиндрической полости, образованной стаканом на торце шпинделя, выполнены поперечные винтообразные канавки.
На фиг.1 изображен продольный разрез элемента шпиндельного узла со схемой циркуляции теплоносителя; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - сечение В-В на фиг. 1.
Шпиндельный узел содержит корпус (не показан), в котором установлен шпиндель 1. Последний установлен с возможностью вращения на подшипниковых опорах 2 и 3, соответственно на задней и передней. Шпиндель 1 снабжен герметичным устройством для стабилизации температуры, которое состоит из выполненных в шпинделе 1 равномерно по окружности наклонно к горизонтальной оси шпинделя каналов 4 с продольными винтообразными канавками 5 и параллельно к горизонтальной оси каналов 6 с продольными винтообразными канавками 7, а также стаканом 8 с цилиндрической полостью 9, на поверхности которой выполнены поперечные винтообразные канавки 10.
Продольные винтообразные канавки 5 каналов 4 совмещены с продольными винтообразными канавками 7 каналов 6, что обеспечивает поддержание турбулизационного течения в пограничном слое по всему пути движения теплоносителя в системе охлаждения,
Шпиндельный узел работает следующим образом.
При вращении шпинделя 1 теплоноситель под действием центробежных сил заполняет часть поперечных сечений, обращенных к наружной поверхности шпинделя 1, а наклонные каналы 4 заполняются теплоносителем практически полностью. Центробежные силы, действующие при вращении шпинделя 1 на теплоноситель, заставляют более холодную часть теплоносителя двигаться по наклонным каналам 4 в направлении по оси вращения к переднему торцу шпинделя 1, охлаждая его и вытесняя к заднему торцу нагретую часть теплоносителя и его пары, которые попадают в полость 9 стакана 8.
Движущийся теплоноситель и его пары, перемещаясь по продольным винтообразным канавкам 5 и 7, образуют завихрения у поверхности каналов, преобразуя ламинарное движение теплоносителя в пограничном слое в турбулентное. В результате турбулизации пограничнного слоя его толщина уменьшается, что приводит к интенсификации теплообмена между теплоносителем и материалом шпинделя (см. , например, стр. 324-338. Теплопередача. Исаченко И.П. и др. М.Л. Энергия. 1965. 424 с.), а это, как известно, улучшает процесс охлаждения шпинделя.
В полости 9 за счет скачкообразного увеличения площади поперечного сечения, занимаемого парами, последние конденсируются и, перемещаясь по поперечным винтообразным канавкам 10, завихряются, термодинамически расслаиваясь на периферийный и осевые потоки, дополнительно снижая температуру охлаждаемого теплоносителя, возвращаемого к передней опоре 3. В результате происходит круговая циркуляция теплоносителя с активным теплоотводом от опор и термостабилизацией шпиндельного узла по всей его внутренней поверхности герметичного устройства для стабилизации температуры.
Оригинальность технического решения заключается в том, что осуществлена интенсификация процесса охлаждения шпиндельного узла путем устранения застойных зон теплообмена по пути движения теплоносителя в герметичном устройстве за счет выполнения на его поверхности продольных винтообразных канавок, а в полости стакана поперечных винтообразных канавок.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Шпиндельный узел, содержащий корпус с установленным в нем с возможностью вращения на подшипниковых опорах шпинделем, имеющим равномерно расположенные по окружности наклонные и параллельные оси шпинделя каналы, соединенные с цилиндрической полостью в стакане, закрепленном на заднем торце шпинделя, отличающийся тем, что в наклонных и параллельных оси шпинделя каналах выполнены продольные винтообразные канавки, а на поверхности цилиндрической полости стакана - поперечные винтообразные канавки, при этом винтообразные канавки в наклонных и параллельных оси шпинделя каналах совмещены.
Рисунок 9 – Графическая часть патента
2. Анализ конструкции станка и его технологических возможностей
Дата добавления: 2016-01-26; просмотров: 916;