Шпиндельный узел станка

(51) 5 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН К АВТО РСКО ВИДЕТЕЛ ЬСТВУ(21) 4884092/08 (22) 20.10,90 (46) 23.02.93. Бюл, М 7 (71) Красноярский политехнический институт и Саратовский научно-исследовательский технологический институт (72).С.Н, Шатохин, С,А,Ярошенко и Д,Н.Твервской (54) ШПИНДЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ СТАНКА (57) Назначение: шпиндельный узел предназначен для использования в металлорежущих станках, оснащенных системами автоматической диагностики и адаптивного уп ра влен ия процессом обработки, Сущность изобретения: узел состоит из корпуса 1, в котором на гидростатических подшипниках 2 и 3 установлен шпиндель 4, Регуляторы расхода смазки через несущие карманы 5 и 6 образованы соплами 7 и заг слонками; роль которых выполняют торцы пакетов пьезопластин, установленных в кольцевом корпусе 10. Пьезопластины 8, являющиеся датчиками нагрузки, синфазно подключены к входу устройства управления.11, а пьезопластины 9, выполняющие функции привода заслонки, - к е;о выходу, Устройство управления 11 состоит из программируемого логйческого блока 14, аналого-цифрового 12 и цифроаналогового 13 преобразователей и усилителя 15, Кроме того, шпиндельный узел оснащен датчиками 16 и 17 частоты вращения шпинделя и температуры вытекающей смазки, которые. связаны с устройством управления 11. Последнее имеет выходные 18 и входные 19 каналы связи с дополнительными датчиками и приводами станка, например датчиком несоосности или приводом подач. 1 ил,Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано, например, в металлорежущих станках, оснащенных системами автоматической диагностики и адаптивного управления процессом обработки. Целью изобретенйя является уменьшение габаритов, улучшение динамических характеристик и расширение функциональных возможностей шпиндель- ного узла,На чертеже показана схема шпиндель- ного узла,В корйусе 1 шпиндельного узла на гидростатических подшипниках 2 и 3 установлен шпиндель 4, Несущие радиальные 5 и осевые 6 карманы подшипников связаны с соплами 7 регуляторов расхода смазки, выполненных на торцах подшипников 2 и 3. Заслонки регуляторов образованы торцами пакетов пьеэопластин 8 и 9, которые расположены соосно шпинделю 4 в кольцевом корпусе 10, состыкованном с торцем подшипника, на котором расположены сопла регуляторов расхода смазки, Пьезопластины 8 синфазно г 1 одключены к входу системы управления 11, а пьезопластины 9 - к его выходу. В состав системы управления 11 входит аналого-цифровой (АЦП) 12 и цифроаналоговый (ЦАП) 13 преобразователи; програмглируемый логический блок 14 и . усилитель 15. Кроме того, система управления 11 связана с датчиками 16 и 17 частоты вращения шпинделя и температуры смазки, вытекающей из подшипников, а также имеет каналы связи 18 и 19 с датчиками и приводами станка, Пьезопластины 8 выполняют роль датчика нагрузки, который вырабатывает электрический сигнал обратной связи, пропорциональный давлению смазки в несущих карманах подшипника. Пьезопластины 9 выполняют функции привода заслонки регулятора.При работе устройства смазка от источника давления Рв (не показан) подается в корпус 10 и через дросселирующий зазор между торцами сопл 7 и пьезопластин 8 поступает в радиальные 5 и осевые 6 несущие кармзны гидростатических подшипников 2 и 3. Отклонение шпинделя 4 от центрального положения под действием приложенной нагрузки т приводит к измененио давлений в несущих карманах 5 подшипников и, следовательно, к изменению осевых усилий нз пакеты пьезопластин 8 и 9. Электрический сигнал, вызваннь 1 й изменением усилия от пьезопластин 8, поступает в аналого-цифровой преобразователь 12, затем в программируемый логический блок 14, где в соответствии с заложенным алгоритмом вырабатывается цифровой управляощий сигнал, который поступает вцифроаналоговый преобразователь 13 и да 5 лее на выход усилителя 15, Высокое напряжение с выхода последнего подается напьезопластины 9, которые, изменяя своютолщину, изменяют дросселирующие зазоры регуляторов расхода смазки, В результа 10 те расход смазки через оппоэитные парырадиальных 5 и осевых 6 карманов изменяется так, что шпиндель 4 смещается в напрзвлении, обратном направлениюдействующей нагрузки, В зависимости от15 заданного алгоритма логического блока 13можно получить любую, в том числе нулевуюи даже отрицательную, податливость на переднем конце шпинделя. В последнем случае можно компенсировать упругие20 перемещения базовых элементов станка иполучить нулевую технологическую податливость в зоне обработки,При изменении частоты вращенияшпинделя его положение может измениться25 из-за влияния гидродинамического эффекта, а также из-за падения давления в несущих карманах, вызванного нагревом смазкии уменьшением ее вязкости, Чтобы нейтрализовать действие этих факторов, програм 30 ма работы логического блокапредусматривает учет сигналов, поступающих от датчиков 16 и 17. В соответствии сзаданным программой алгоритмов происходит соответствующая коррекция напряже 35 ния, поступающего на пьезоплзстины 9,чтобы сохранить требуемое положение осишпинделя.Выходной канал связи 18 позволяет использовать информацию об изменении на 40 грузки на подшипники для циклового илиадаптивного управления приводами подачиили приводом главного движения станка.Входной канал связи 19 позволяет производить коррекцию положения оси шпинделяпо сигналам других датчиков станка, чтобы,например, обеспечить соосность двух оппозитных шпинделей, параллельность шпинделя направляющим станка и др,Предложенная компоновка шпиндель 50 ного узла компактна и технологична, так какрегуляторы расхода расположены в межопорном пространстве, которое обычно является свободным, При использованиипьезокерамики необходимая длина столба55 пьзопластин будет соответствовать 40-70мм, что затрудняет их радиальное расположение, использованное в аналоге, Непосредственная стыковка корпуса регуляторовс подшипником исключает использованиебольшого числа соединительных трубопроЗаказ 615 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 водов, являющихся потенциальным источником загрязнений, увеличения обьема смазки в междроссельных полостях и накопления в местах изгибов пузырьков воздуха, что неизменно приводит к ухудшению надежности и динамического качества узла, Введение программируемого логического блока в систему управления значительно расширило функциональные возможности узла, так как позволяет реализовать достаточно сложные алгоритмы управления полоФормул а изобретен ия Ш пиндельный узел станка, содержащий шпиндель, установленный в гидростатических или аэростатических подшипниках с рабочими камерами, систему управления, состоящую из датчика положения шпинделя, преобразователей, логического блока, усилителя и регуляторов расхода смазки типа сопло-заслонка, активным элементом которых являются пакеты, синфазно соединенных пьезопластин, размещенных в корпусах и подключенных к входу и выходу системы управления, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения габаритов,жением шпинделя, учитывающие не только действие внешней нагрузки, но изменение частоты вращения, температуры смазки и др. Кроме того, возможен учет дополнительной информации от других датчиков 5 станка, а также использование данных обизменении нагрузки на подшипники шпиндельного узла для циклового или адаптивного управления привода подач станка, Все это позволит повысить точность обработки 10 в 1,5-2 раза и более. улучшения динамических характеристик и расширения функциональных возможностей узла, сопла регуляторов расхода смазки выполнены на торцах подшипников, пакеты пьезопластин расположены аксиально шпинделю в корпусах, выполненных кольцевыми и состыкованных с указанными торцами подшипников, при этом логический блок выполнен программируемым и связан с введенными датчиками температуры смазки и частоты вращения шпинделя, а также предназначен для связи с другими датчиками и приводами станка,