Электрошпиндель

(21) 4141534/25-08 (22) 03. 11.86 (46) 15.09.88. Бюл (72) И.Г.Кисель, М А.Г.Шнайдер и В,З. (53) 621.941(088.8 (56) Автоматически режущие станки. ЭИ У 22 р с1 2, рисвич,тр аид и и металлИ, М 1 р кач 3 и СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СОИ(57) Изобретение относится к высокоскоростным шпинпельным узлам металло- режущих станков и может быть использовано для одновременной механической обработки блиэкорасположенных отверсФтий малого диаметра. Цель изобретения -повышение надежности за счет устранения сложной внешней системы авто матического регулирования осевого за, зора и расширение технологических воз-. можностей засчет возможностииспользования вмногошпиндельных станкахс малым шагом расположения обрабатываемых отверстий. В электрошпинделе вестве опорного узла вала электро- шпинделя применена конусная газомагФнитная опора. При этом вал электрошпинделя одновременно является ротором электродвигателя и "шипом" газомагнитной опоры, причем на конуснойповерхности вала нанесены продольныемикроканавки. Корпус электрошпинделявыполнен за одно целое со статоромэлектродвигателя так, что наружнаяцилиндрическая поверхность "спинки"статора является в то же время наружной поверхностью корпуса электрошпинделя. Статор электродвигателявыполнен наборным из шихтованныхтрапециевидных полюсных магнитопроводов с полюсными катушкамир которыерасположены со стороны большего основания трапеции, При этом полюсныемагнитопроводы могут быть двух длини при сборке располагаться в шахматном порядке. Со стороны полюсных катушек на магнитопроводы иапрессованшихтованный цилиндрический стакан,служащий "спинкой" статора, а с противоположной стороны полюсные магнитолроводы фиксируются цилиндрическойнемагнитной втулкой. 1 з.п. ф-лы, 1423359Изобретение относится к высокоско"ростным шпиндельным узлам металлорежущих станков и может быть использовано в многошпиндельных агрегатно,ьсверлильных, Фрезере.ых, расточных ишле 11 овальньх станках с мальты шагомрасположения шпиндельных узлов дляОдновременной механической обработкиблиэкорасположенных отверстий Малогодиаметра.Цель изобретения - повышение надежности эа счет устранения сложнойвнешней системы автома"ического регулирования осевого зазора,. Отказа отспециальной системы охлаждения элекЕродвигателя, упрощения конструкциии технологии изготовления электрошпинделя, облегчения условий экснлуа 1тации и ремонта узла а также расширениее технологических возможностейза счет значительного уменьшения на ружного диаметра электрошлинделя принеизменной мощеОсти что позволит нспользовать его в многошпиндельныхстанках с малым шагом расположениял 1 пинделей для одновременной механиь ФческОЙ Обработки близкорасположенныхотверстий малого диаметра,На Фиг-. 1 изображен электрошпин 30дель, общий вид," на фиг. 2 - разрезе ета фиг 1 е на фиг 3 раэоеэ Б,на 1,11 г.Электрошпиедель одержит валявляющийся одновременно ротором электродвигателя, Фланец 2 с аварийньем,подшипником 3 скрпьжеип и статорэлектродвигателя представляющий собой набор из полюснь 1 х трапециевидных,шихтованных магнитопровадов 4 с по"., 40люс ными катушками 5рас 1 Оложеннымисо стороны основания траееции. Приэтом полюсные магнитопроводы 4 могутбьть выполнены двух длин и при сборкерасполагаться в шахматном порядке.,4 5Это дает возможность варьировать гео- фметричеСкими разь 1 ерами малогабарите 1 О"го электрошпинделя нару-,кньв диамет-.ром и длиной) в зависимости от требований реальной конструкции. Так, если к конструкции малогабаритногоэлектрошпинделя не предьявляется жестких требований к наружному диаметруего верхней части (на уровне расположения полюсных катушек 5), то за счетувеличения на 10-15 мм диаметра этой 55части электрошпинделя нолюсные катушки 5 можно разместить на магнитопроводах 4 Одинаковой длйны, Если к конструкцни малогабаритного электро- шпинделя предъявляются жесткие требования по наружному диаметру, но допускается увеличение общей длины электрошпинделя, то магнитопроводы 4 также будут одной длины, а полюсные катушки 5, в таком случае, будут вытянуты вдоль продольной оси электро- шпинделя. Наконец, если к конструкции узла предъявляются жесткие требования как к наружному диаметру, так и по общей длине электрошпинделя, то магнитопроводы 4 выполняются двух длин и при сборке располагаются в шахматном порядке, причем полюсные катушки 5 на магнитопровсдах 4 также располагаются в шахматном порядке.на полюсные магнитопроводы 4 напрессована цилиндрическая втулка 6 из немагнитного металла. Со стороныполюсных катушек 5 намагнитопроводы 4 напрессован.шихтованный стакан 7, являющийся "спинкой" статора. Ширина и магнитопроводов 4 фиг. 2) и их высотавыбраны так, что после установ" ки втулки о между магнитопроводами образуется механический контакт, обеспечивающий жесткость всего магнито" провода статора., Оставшиеся воздуш" ные промежутки между полюсными магни - топроводами 4 и немагнитной втулкой;6 заполняются компаундом 8 с Образо" ванием на конусной поверхности магни-. топровода 4 немагнитнаго слоя 9. Такая конструкция статора позволяет использовать его непосредственно в качестве корпуса малогабаритного электрошпинделя а применение терми-. чески обработанного немагнитного сплава обеспечивает стабильность ра."-, мера наружного диаметра, служащего установочной базой при креплении электрошпинделя на станке.После проточки пемагнитного слоя до величины 0,2-0,3 мм и растачивания новерхеОсти В на 15-2 мм для удаления механического контакта между магнитопроводами 4 на поверхности В нарезается резьба под штуцер 10. Через штуцер 10 канал 11 и кольцевую расточку 12 газ, используеьь 1 й в качестве смазочного слоя, подается под давлением в зазор между валом 1 и не" магнитным слоем 9. Отвод газа из ра" бочего зазора газомагнитной опорыосуществляется через отверстия 13 вовтулках Ь и 14. Винты 15 крепят фланец 2 и аварийный подшипник 3 скольжения к втулке 14.Злектрошпиндель работает следую 5щим образом.оПосле подвода газовой смазки в рабочий зазор между валом 1 и полюсными магнитопроводами 4 и подачи напряжения на обмотки полюсных катушек 5вал 1 (ротор электродвигателя) начинает вращаться. Осевая и радиальнаястабилизация вала 1 осуществляетсявзаимодействием осевой и радиальнойсоставляющих подъемной силы слоя газовой смазки и электромагнитных силпритяжения ротора электродвигателя(вала 1) к полюсным магнитопроводам 4.Устойчивость газомагнитного подвеса вала 1 обеспечивается разделениемпо величине магнитного зазора на воздушный и немагнитный 9 слои. Оптимальный магнитный зазор в газомагнитной опоре между валом 1 (ротором 25электродвигателя) и полюсными магнитопроводами 4 статора величиной0,25-0,35 мм складывается из немагнитного слоя 9 толщиной 0,2-0,3 мми воздушного зазора в газовом подшип- Знике величиной 0,02-0,03 мм,Применение газомагнитнэй опорыв малогабаритном электрошпинделепозволяет получить только один рабочий зазор между ротором и статоромэлектродвигателя, который одновременно является зазором в газомагнитномподшипнике. Зазор между валом 1 иаварийным подшипником 3. скольженияможно не принимать во внимание, таккак он выполняется равным 1-2 мм,что почти на два порядка превышаетвеличину оптимального зазора в газовых подшипниках и поэтому не накла"дывает жестких ограничений на изго 45товление узла,Наличие только одного рабочегозазора позволяет резко упростить иудешевить изготовление и сборку деталей малогабаритного электрошпинделя, а также упростить обслуживаниеи ремонт узла при его эксплуатации,снизить их трудоемкость.Применение газомагнитной опорыв малогабаритном электрошпинделе позволяет отказаться от специальнойсистемы охлаждения электродвигателя,так как газ, подаваемый под давлением в зазор газомагнитной опоры, являющийся в то же время зазором между ротором и статором электродвигателя, одновременно с образованием несущего газового слоя охлаждает электродвигатель. Кроме того, подача газа в зазор газомагнитной опоры производится по каналам в магнитопроводе статора, что также способствует его охлаждению.Выполнение магнитопровода статора с разнесенными по длине полюсами и обмоткой позволяют уменьшить габаритные размеры электрошпинделя, в частности наружный диаметр, с ЬОдо 30-42 мм, Зто позволяет использовать данную конструкцию в многошпиндельных станках с малым шагом распо-. ложения шпинделей для одновременной механической обработки близкорасположенцых отверстий малого диаметра,Не менее важным достоинством конструкции электрошпинделя является адаптивность газомагнитного подвеса к изменениям внешней нагрузки на вал. При увеличении (уменьшении) нагрузки на вал увеличивается (уменьшается) ток, потребляемый статором, и, как следствие, увеличивается (уменьшается) радиальная и осевая составляющие электромагнитных сил притяжения ротора к статору, что приводит к уменьшению (увеличению) зазора между ротором и статором, Уменьшение (увеличение) зазора между ротором и статором приводит к увеличению (уменьшению) несущей способности и жесткости слоя газовой смазки, которые компенсируют изменение внешней нагрузки на вал. Это свойство газомагнитной опоры обеспечивает повышение надежности работы малогабаритного электро" шпинделя и позволяет отказаться от сложной внешней системы автоматического регулирования осевого зазора, свойственной магнитным опорам.формула изобретения1. Злектрошпиндсль, содержащий статор и ротор в газомагнитной опоре, отличающийся тем, что, с целью повьппения надежности, статор электродвигателя выполнен наборным из трапециевидных шихтованных полюсных магнитопроводов с полюснымн катушками, причем на внутреннюю коническую расточку статора нанесен слой немагнитного неэлектропроводного матушек расположены внутри шихтованногостакана, являющегося замыкающей частью магнитопровода статора. 2, Электрошпиндель по и. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения технологических возможностей, катушки двух смежных магнитопроводов статора смещены в осевом направлении на расстояние, соот= ветствующее осевому размеру катушки. 51423359 тцриала; в теле статора выполнены каналы для подвода газа в рабочий зазор гаэомагнитной опоры, совмещенный с р бочим зазором электродвигателя, р тор электродвигателя выполнен в зи" де усеченного конуса, большим основан м совпадающего с одним краем статс а, а полюснце катушки смещены вд ль продольной оси электрошпинделя10 в торону второго края статора, а полю ные магннтопроводы со стороны ка.кравцова каз 4475/1 Подписно роизводственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 678 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Раушсмитета СССР открытии я наб., д, 4/5