Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВРАЩЕНИЯ ШПИНДЕЛЯ

Изобретение относится к области машиностроения, в частности станкостроения, и может быть использовано в станках для круглого фрезерования деталей, например коленчатых и распределительных валов, ободов колес, валов-шестерен и т.д.

Известно устройство для вращения шпинделя, имеющее возможность передачи на шпиндель крутящих моментов, значения которых отличаются в большом диапазоне. Оно содержит шпиндель и промежуточный вал, расположенные параллельно друг другу в корпусе шпиндельной бабки. На шпинделе расположены шкив и зубчатые колеса, имеющие возможность зацепления с зубчатыми колесами, расположенными на промежуточном валу. Кроме того, на шпинделе расположена муфта, имеющая возможность сцепления со шкивом ременной передачи, который установлен на шпинделе с возможностью вращения вокруг его оси [Кучер И.М. Металлорежущие станки. Основы конструирования и расчета -Л.: Машиностроение, 1970 с. 253].

Данное устройство обеспечивает передачу крутящего момента от привода вращения шпинделя непосредственно через ременную передачу или через перебор зубчатых колес промежуточного вала. Это позволяет вести обработку как в токарном режиме, так и режиме фрезерования. Однако данное устройство при передаче крутящего момента на шпиндель через промежуточный вал не может обеспечить равномерное его вращение, что обусловлено дефектами изготовления зубчатых колес, составляющих кинематическую цепь устройства.

Неравномерность вращения шпинделя данного устройства существенно возрастет при осуществлении обработки методом фрезерования с круговой подачей детали. Это обусловлено тем, что при обработке многолезвийным инструментом деталь подвергается действию сил резания, которые имеют циклический характер. Под действием переменных сил резания механизм вращения шпинделя испытывает постоянные вибрации, в результате действия которых постоянно изменяется величина упругих деформаций кинематической цепи вращения шпинделя. Это приводит к изменению зазоров в передачах, обуславливает неравномерность вращения детали, что снижает стойкость режущего инструмента.

Для устранения данных явлений в приводах вращения шпинделей, осуществляющих круговую подачу детали, используют устройства для осуществления предварительного нагружения кинематической цепи механизма вращения. Величина предварительного нагружения устанавливается обычно на 5-10% больше сил трения и сил упругих деформаций, возникающих в механизмах вращения детали при их нагружении силами резания [Ермаков Ю.М. Технология и станки тангенциального точения. -М.: Машиностроение, 1979, с. 112].

Известно устройство для вращения шпинделя, которое содержит промежуточный вал, установленный в корпусе шпиндельной бабки, тормозное кольцо и зубчатую передачу. Ведущее колесо этой передачи установлено на промежуточном валу с возможностью перемещения вдоль него и контакта с тормозным кольцом, расположенным на опоре промежуточного вала. Ведомое колесо установлено на шпинделе неподвижно.

Такое устройство может осуществлять вращение детали как при токарной обработке, так и при фрезеровании с круговой подачей детали.

При работе устройства вращение на шпиндель передается через зубчатую передачу, ведущее колесо которой, перемещаясь вдоль оси промежуточного вала, входит в зацепление с ведомым колесом на шпинделе. Торец ведущего колеса при этом контактирует с торцом тормозного кольца. Вследствие этого при передаче крутящего момента на шпиндель устройство для его вращения преодолевает некоторый момент сил трения, возникающий на ведущем колесе при его контакте с тормозным кольцом. С помощью подобного предварительного нагружения кинематической цепи устройства для вращения шпинделя осуществляется не только выбор зазоров в передачах, но и устранение перемещений различных элементов цепи, вызванных ее упругими деформациями, которые обусловлены погрешностями изготовления деталей, составляющих кинематическую цепь механизма вращения детали. [А.с. 1704932, В 23 В 19/02. Привод вращения шпинделя, БИ 2 от 15.01.92. ].

Недостатки данного устройства.

Неполное исключение неравномерности вращения шпинделя.

Это обусловлено тем, что тормозное кольцо и контактирующее с ним зубчатое колесо установлены на предпоследнем звене кинематической цепи привода вращения шпинделя. Соответственно зазоры и упругие деформации последнего звена этой цепи в данном устройстве не компенсированы. Это обуславливает неравномерность вращения детали и неравномерную круговую подачу заготовки при фрезеровании.

Интенсивный износ тормозного кольца.

Это обусловлено тем что кольцо установлено неподвижно относительно ведущего колеса, поэтому относительная скорость поверхностей трения кольца и зубчатого колеса является наибольшей из всех возможных в данном механизме.

Изобретением решаются следующие задачи:
- повышение равномерности вращения шпинделя за счет предварительного нагружения конечного звена кинематической цепи устройства для его вращения;
- уменьшение интенсивности износа тормозного кольца за счет уменьшения скорости относительного движения поверхностей трения.

Для достижения указанного технического результата устройство для вращения шпинделя содержит промежуточный вал, расположенный в корпусе шпиндельной бабки, тормозное кольцо, зафиксированное в окружном направлении, и основную зубчатую передачу, ведущее колесо которой установлено на промежуточном валу, а ведомое неподвижно на шпинделе.

Новым в изобретении является то, что устройство снабжено пружиной сжатия и дополнительной зубчатой передачей, ведомое колесо которой установлено на шпинделе с возможностью вращения вокруг его оси, а ведущее на промежуточном валу. Ведущие колеса основной и дополнительной зубчатых передач установлены на промежуточном валу неподвижно, тормозное кольцо установлено на шпинделе с возможностью замыкания с торцом ведомого колеса дополнительной передачи посредством пружины сжатия. Дополнительная зубчатая передача выполнена с передаточным числом, большим, чем основная.

На фиг.1 представлена кинематическая схема устройства для вращения шпинделя станка для круглого фрезерования; на фиг.2 - узел А на фиг.1 (сборочный чертеж, разрез).

Устройство для вращения шпинделя 1 расположено в корпусе шпиндельной бабки 2, которая установлена на станине 3 станка для круглого фрезерования. Промежуточный вал 4 установлен в корпусе шпиндельной бабки 2 и связан через червячный редуктор 5 с бесступенчатым приводом 6. Устройство снабжено основной и дополнительной зубчатыми передачами. Ведущие колеса 7 и 8 основной и дополнительной передач установлены на промежуточном валу 4 неподвижно относительно оси его вращения. Ведомое колесо 9 основной зубчатой передачи установлено неподвижно на шпинделе 1, а ведомое колесо 10 дополнительной передачи установлено на шпинделе 1 с возможностью вращения вокруг его оси 11. Устройство содержит тормозное кольцо 12, установленное неподвижно в окружном направлении на шпинделе 1, торец которого замкнут с торцом зубчатого колеса 10 пружиной сжатия 13, которая регулируется гайкой 14, также установленной на шпинделе 1.

Для уменьшения интенсивности износа тормозного кольца 12 передаточное число дополнительной передачи 8, 10 больше, чем основной 7, 9.

Работает устройство следующим образом.

Вращение от бесступенчатого привода 6 через червячный редуктор 5 передается на промежуточный вал 4 и от него через основную зубчатую передачу (колеса 7,9) на шпиндель 1. Частота вращения шпинделя 1 определяется передаточным числом этой передачи. Ведущее колесо 8 дополнительной зубчатой передачи передает вращение от вала 4 ведомому колесу 10, которое вращается относительно оси 11 шпинделя 1. Поскольку передаточное число дополнительной передачи (колеса 8, 10) больше, чем основной (колеса 7, 9), то колесо 10 вращается вокруг оси 11 шпинделя 1 медленнее, чем прижатое к его торцу тормозное кольцо 12, вращающееся со скоростью шпинделя 1. Между торцами кольца 12 и зубчатого колеса 10 возникает момент сил трения, определяющий величину предварительного нагружения всей кинематической цепи. Величина момента сил трения определяется усилием прижатия кольца 12 к зубчатому колесу 10.

Разность скоростей вращения кольца 12 и колеса 10 составляет не более 5-10%, что обуславливает незначительную скорость относительного движения, а соответственно и интенсивность истирания фрикционной поверхности тормозного кольца 12. Поскольку усилие предварительного нагружения осуществляется непосредственно на шпинделе 1, то это позволяет исключить раскрытие зазоров в кинематической цепи вращения шпинделя по всей ее длине. Кроме того, незначительная разность в скоростях вращения шпинделя 1 и колеса 10, препятствующего его вращению, обеспечивает высокую долговечность тормозного кольца.