Шпиндельный узел

(22) Заявлено 280880 (21) 2978063/25-08 1)М Кп 3 с присоединением заявки МВ(23) Приоритет В 23 В 19/02 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(54) ШПИНДЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ Изобретение относится к области станкостроения и может найти применение в станках,где используется высокоскоростной шпиндель, например во внутришлифовальных или прецизионных фрезерных.Известен шпиндельный узел, содержащий корпус, в котором установлены 1 статор электродвигателя приводавращения шпинделя и гидростатичес-кие шпиндельные подшипники, содержащие упорный или радиально-упорный, подшипник, открытый в осевом направлении и снабженный устройством силового замыкания, в которых расположены шпиндель с ротором электродвигателя. Устройство силового замыкания,выполнено в виде пары плунжер-цилиндр,образованной задним подшипником ишейкой шпинделя (1 .Это заставляет выполнять поверх.- ности скольжения упорного или радиально-упорного подшипника сравнительно большого радиуса (больше радиусавйходящрй из узла шейки шпинделя),иметь рабочую полость плунжернойпары и ее уплотнения, что усложняетконструкцию.Целью изобретения является упрощение конструкции узла. Эта цель дости 1 ается тем, что устройство силового замыкания выполнено электромагнитным и образовано парой статор-ротор электрошпинделя. Центр магнитной симметрии статора смещен вдоль оси электрошпинделя относительно центра магнитной симметрии ротора в направлении подшипника одностороннего осевого действия. Ротор и статор могут быть выполнены коническими, причем меньший диаметр конуса ротора должен быть расположен со стороны подшипника одностороннего осевого действия.На фиг. 1 показан электрошпиндельс передним гидростатическим радиально-упорным подшипником; на фиг. 2 - шпиндельный узел .с задним радиально- упорным гидростатическим подшипником.В корпусе 1 установлены статор 2электродвигателя привода вращения шпинделя 3 и шпиндельные гидроста" тические передний радиально-упорный конический подшипник 4, открытый в 25 осевом направлении, и задний радиальный цилиндрический подшипник 5.В статоре 2 и подшипниках 4 и 5 рас положен с зазором электрошпиндель с ротором б. Несущие карманы подшипни- ЗО ков с источником давления смазки че30 рез дроссели 7. Статор 2 и ротор 6образуют устройство силового замыкания подшипника 4 в осевом направлении,в данном случае пару цилиндр-поршень,пневмоцилиндра, рабочие полости 8 и9 которого разделены уплотняющим 5воздушным зазором (например, диаметральным зазором 0,1 мм) между статотором и ротором и соединены черездроссели 10 и 11 соответственно сокружающей средой и источником сжа- (Отого воздуха,Шпиндельный узел работает следующим образом.При подаче н несущие карманычерез дроссели 7 смазки под давлением(5шпиндель 3 всплывает и жестко центрируется слоем смазки в радиальныхнаправлениях н пределах зазоров вподшипниках 4 и 5 и статора 2. Приэтом осевая составляющая давления вкарманах подшипника 4 стремитсясместить шпиндель 3 направо, но разность давлений н полостях 8 и 9пневмоцилиндра, действующая на роторпоршень б, уравновешивает осевуюсоставляющую. Давления в полостях8 и 9 и их разность можно настраивать с помощью дросселей 10 и 11 итаким образом управлять зазоромв переднем коническом подшипнике 4.При включении питания электрошпиндель 3 начинает вращаться. Приэтом воздух, протекающий под действием разности давлений в полостях8 и 9 через воздушный зазор междустатором и ротором б электроднигателя охлаждают их. Малое давлениев полости 8, зависящее от настройкидросселя 10, можно использоватьдля питания потребителей низкогодавления в шпиндельном узле, например бесконтактных пневмоуплотненийгидростатических подшипников. Наобразующих воздушный зазор электродвигателя цилиндрических поверхностяхротора 6 (как показано иа Фиг. 1) 45и/или статора 2 могут быть выполненыканавки воздушного нагнетателя,глубина которых соизмерима с высотой упомянутого зазора (в данномслучае винтовые спиральные), направленные в сторону относительноговращения сопряженной поверхности ( вданном случае статора 2) иэ полостивсасывания 8 в полость нагнетания9. При высокой окружной скорости(до2 ОО м/сек) и малом зазоре (0,1 мм)такой нагиетатель качает воздухиз полости 8 н полость 9 и может обеспечить высокие производительность и разность давлений в полостях 8 и 9 60При наличии внешнего источникасжатого воздуха для создания разности давлений в полостях пневмоцилиндра (как показано на фиг. 1) нагнетатель увеличивает сопротивление , б 5 воздушного зазора, уменьшая расход воздуха через него . При наличии такого нагнетателя можно обойтись без внешнего источника сжатого воздуха. При отсутствии внешнего источника нагнетатель качает воздух из полости 8, соединенной с окружающей средой без дросселя 10(этого соединения может и не быть), в полость 9, которая в этом случае может быть глухой (сопротивление дросселя 11 равно бесконечности,т.е,его канал перекрыт), создавая между полостями 9 и 8 разность давлений, уравновешивающую осевую силу подшипника 4,т.е.осуществляющую в осевом направлении его силовое замыкание.В дополнение к образованному статором 2 и ротором б пневмоцилиндру силового замыкания упорного подшипника или взамен него ротор 2 и, статор б Могут образовать осевой электромагнит силового замыкания подшипника. В показанном на фиг. 1 варианте осевой электромагнит образонан эа счет смещения вдоль оси направо центра магнитной симметрии ротора б относительно центра магнитной симметрии статора 2 (ротор б длинее статора 2 и выступает из него справа больше, чем слева). В этом случае статор 2 стремится втянуть в себя ротор .б, чтобы их смещенные центры магнитной симметрии совместились. Таким образом,на подшипник 4 налево через шпиндель 3 со стороны ротора действует осевая сила замыкания этого подшипника.На фиг. 2 показан вариант выполнения узла. В корпусе 1 расположен статор 2 электродвигателя и шпиндельные гидроста,ические подшипники передний радиальный 4 и задний радиально-упорный 5, содержащий радиальный цилиндрический и открытый упорный, образованный на заднем конце шпинделя 3. В подшипниках 4 и 5 и в статоре 2 с зазором расположены шпиндель 3 с ротором 6.Воздушный зазор между ротором 6 и статором 2 образован их коническими поверхностями, расширяющимися в сторону переднего подшипника 4, Из-за этого центр магнитной симметрии ротора б смещен налево (к переднему подшипнику) относительно центра магнитной симметрии статора 2.Несущий карман 12 упорного подшипника ограничен кольцевыми зазорами 13 снаружи между цилиндрическими поверхностями шейки шпинделя 3 и отверстием заднего подшипника 5 и зазора 14 внутри между торцом шпинделя 3 и торцом корпуса узла (н данном случае торцом .вставленного в дно подшипника 5 штифта 15, сквозное отверстие которого соединено со сливом) . Несущие карманы подшипниковсоединены с источником давления смаз. кч через дроссели 7, а карман 12 через дросель 16.Шпиндельный узел работает следующим образом.Под действием подводимой под давлением через дроссели 7 и 16 смазки шпиндель 3 всплывает и центрируется слоем смазки в радиальных направлениях в подшипниках 4 и 5 в пределах зазоров. Давление смазки в кармане 12, действуя на торец шпинделя 3, стремится сместить его налево (вперед), а силы электромагнитного взаимодействия между статором 2 и ротором б благодаря конической форме воздушного зазора между ними (относитель. но смещены их центры магнитной симметрии) стремятся втянуть ротор 6 в статор 2 и,таким образом, уравновешивают силы давления в кармане 12. При этом высота зазора 14 между торцами 20 шпинделя 3 и штифта 15, через который (зазор 14) смазка дросселируется в отверстие штифта 15 и через него сливается в бак, устанавливается такой, что зависящее от зазора 14 давление 25 в кармане 12 уравновешивает осевую силу, развиваемую осевым электромагнитом, образованным вышеизложенным образом. Таким образом, осуществляется силовое замыкание открытого упор. 3 р ного гидростатического подшипника, а между статором и ротором и между рабочими торцами упорного подшипника, с другой стороны, устанавливаютсяоптимальные зазоры. 35И в этом варианте действие осевого электромагнита может быть дополнительно или заменено пневмоцилиндром с рабочими полостями 8 и 9, разделенными воздушным зазором между, статором 2 и ротором б, образующим пару цилинд - поршень. При этомнеобходимая для силового замыкания открытого упорного подшипника раз ность давлений в полостях 8 и 9 образуется за счет внешнего источника 45 сжатого воздуха и/или воздушным нагнетателем, образованным статором и ротором. Таким образом, упрощается конструкция шпиндельного узла и повыааются его эксплуатационные качества;не требуется специальное устройствосилового замыкания, до минимумаснижаются потери на жидкостноетрение в узле из-за того, что в устройстве силового замыкания можетбыть только воздушное трение,причем это воздушное трение в ужеимевшемся электродвигателе приводавращения шпинделя, улучшается охлаждение электродвигателя, можетбыть освобожден задний конец шпинделя, например, для подвода смазочно-охлаждающей жидкости в зону резания, расширяются возможности компоновки и управления узлом,формула изобретения1. Шпиндельный узел, в корпусе которого установлены статор и электро- шпиндель с ротором, расположенный на гидро-статических опорах, содержащих подшипник одностороннего осевого действия, о т л и ч а ю щ и й " с я тем, что, с целью упрощения конст. рукции, устройство силового залыкания выполнено электромагнитным и образовано ротором и статором электрошпинделя, причем центр магнитной симметрии статора смещен вдоль оси электрошпинделя относительно центра магнитной симметрии ротора в направлении подшипника одностороннего осевого действия2, Узел по п.2, о т л и ч а ющ и й с я тем, что ротор и статор выполнены коническими, причем меньший диаметр конуса ротора располо- жен со стороны подшипника одностороннего осевого действия.Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССРР 685443, кл, В 23 В 19/02, 1979917930 Фиг, / Фц едакто 74/11 Тираж 1151 Под ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий 1 ЗО 35 рМосквар%35 уРауш:кая наб.д.4/5 акаэ но ППП Патент, г,ужгород, ул.Проектная,Фил Соетави тель В. Урвачевехина Техред И. Гайду Корректор Ю.Макаре