Гидростатическое шпиндельное устройство металлорежущего станка

//Р 16 С 32 4 В 23 В ТВЕННЫИ НОМИТЕТ СССР ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ 1 ТИЙ ГОСУДАРСПО ДЕЛ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54)(57) 1. ГИДРОСТАТИЧЕСКОЕ ШПИНДЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО СТАНКА, содержащее корпус, в котором выполнены карманы гидростатических подшипников, шпиндель, установленный в гидростатических подшипниках, упра ляющие устройства, через которые кар маны подключены к источнику питания, упругие гидравлические элементы, связанные с карманами по крайней мер одного гидростатического подшипника, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повьппения производительности станка путем увеличения еговиброустойчивости за счет повьппениядемпфирования шпиндельного устройства, в него введены гидравлическиесопротивления в виде дросселей или ввиде гидролинии, а упругие гидравлические элементы установлены внекарманов подшипников и подключены кним гидролиниями последовательно сгидравлическими сопротивлениями, причем емкость и инерционность упругихгидравлических элементов, гидролинийи карманов выбраны с учетом возможности работы в области резонанса сошпинделем.2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что упругии гидравлический элемент выполнен в виде гидроцилиндра с подпружиненным с торцов ступенчатым плунжером, установленным с возможностью осевого перемещения с образованием торцовых камер большого и малого диаметра и кольцевой промежуточной камеры, причем торцовые камеры связаны между собой через гидравлическое сопротивление, представляющее собой продольное отверстие в плунжере.3. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что к каждому карману подключен отдельный упругий гидравлический элемент4, Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что в корпус устройства выполнено четное число карманов, а количество упругих гидравлических элементов в два раза меньше числа карманов, при этом каждый упругий гидравлический элемент дифференциально подключен к двум пр тивоположно размещенным карманам.5. Устройство по пп. 1-3, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что плунжеры подпружинены со стороны меньшего диаметра, а карманы подшипника подключены к торцовым камерам большего диаметра, при этом из кольцевой промежуточной камеры обеспечена возможность слива Устройство по пп,1, 2 и 4,л и ч а ю щ е е с я тем, чтоодин из каждои пары противоположноной из торцовых камер упругогогидравлического элемента, а другой 1171214 карман - к кольцевой промежуточной камере.Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к станкостроению,Целью изобретения является повышение производительности станка путем увеличения его виброустойчивости за счет повышения демпфирования шпиндельного устройства.На Фиг. 1 показано гидростатическое шпиндельное устройство с дифферен циальными упругими гидравлическими элементами, продольный разрез, на фиг, 2 - разрез А-А на Фиг, 1, на фиг. 3 - гидростатический подшипник шпиндельного устройства с недиффе ренциальными гидравлическими упругими элементами, на Фиг. 4 - упругий гидравлический элемент со ступенчатым плунжером для случая дифФеренциального подключения, на 20 Фиг, 5 - то же, для случая недифференциального подключения, на фиг. 6 графики зависимости коэффициента рассеяния энергии в гидростатическом подшипнике от частоты. 25Гидростатическое шпиндельное устройство металлорежущего станка содержит шпиндель 1, установленный в корпусе шпиндельной бабки 2. 11 корпусе выполнены передний радиальный гидростатический подшипник с четырься карманами 3-6 и задний радиальный гидростатический подшипник с карманами 7 и 8 (остальные карманы не показаны), а также осевой гидростати 35 ческий подшипник с двумя карманами 9 и 10. Каждый карман подключен к источнику постоянного давления Р через дроссели 11 - 18. Упругие гидравлические элементы 19 и 20 дифференциально подключены к карманам 3 и 4, 5 и 6 переднего радиального подшипника гидролиниями 21 и 22, 23 и 24 последовательно с дросселями 25 и 26. При недифференциальном под ключении (фиг. 3) упругие гидравлические элементы 27 - 30 последовательно с дросселями 31 - 34 подключены гидролиниями 35 - 38 к карманам 3-6, а дренажными гидролиниями 39 - 42 - к сливу. Упругие гидравлические элементы 19 и 20 (фиг.1 и и 2) содержат плунжер 43, установленный между двумя пружинами 44 и 45 (для случая дифференциального подключения),Для случая недифференциального включения (фиг.3) упругие гидравлические элементы 27 - 30 содержат плунжер 46, который взаимодействует с одной пружиной 47.Упругий гидравлический элемент (фиг. 4) выполнен в виде ступенчатого плунжера 48, подвижно расположенного в ступенчатой расточке корпуса 49, причем торцовые камеры 50 и 51 упругого гидравлического элемента соединены между собой через гидравлическое сопротивление, например сквозное отверстие 52 в плунжере.При дифференциальном подключении ступенчатого упругого гидравлического элемента ступенчатый плунжер 48 взаимодействует с двумя пружинами 53 и 54, расположенными по обе стороны вдоль его оси. Одна из торцовых камер, например 51, и промежуточная камера 55 подключены гидро- линиями 21, 23 и 22, 24 к карманам гидростатического подшипника через дроссели 25 и 26.При недифференциальном подключении ступенчатого упругого гидравлического элемента (фиг, 5) ступенчатый плунжер 56 взаимодействует со стороны торца меньшей площади с пружиной 57. Торцовая камера 58 с большей площадью через дроссели 3 1 - 34 подключена гидролинией 35-38 к соответствующему карману подшипника. Промежуточная камера 59 соединена со сливом дренажной гидролинией 39 - 42.Предлагаемое устройство работает следующим образом.При приложении статической нагрузки к переднему концу шпинделя 1,например, вертикально вниз, происходит изгиб шпинделя и смещение егов зоне переднего подшипника вниз,а в зоне заднего подшипникавверх (фиг, 1). Это приводит к изменению гидравлических сопротивлений в рабочих щелях над перемычкамигидростатических подшипников, вследствие чего давление в кармане 4 увеличивается, а в кармане 3 уменьшается.Под действием изменившегося перепада давлений в карманах плунжер43 смещается на некоторую величинувверх, преодолевая усилия пружины 44.Но это влияет на статические характеристики шпиндельного устройства,которые определяются только параметрами гидростатических подшипникови дросселей 11-18 и не зависят отпараметров упругих гидравлическихэлементов 19 и 20 и включенных после довательно с ними гидравлическихсопротивлений,В динамических режимах, т,е, присвободных и вынужденных колебаниях,а также при автоколебаниях во времяработы шпинделя 1 и в упругих гидравлических элементах 19 и 20 и гидролиниях 21 - 24 появляются динамические составляющие расхода, которые, всвою очередь, оказывают воздействие35на динамические смещения шпигеля.Подключение упругих гидравли,ческих элементов 19 и 20 позволяет обеспечить максимальное рассеяние колебательной энергии на всех гидравлических сопротивлениях системы - дросселях 11 - 14,в рабочих щелях над перемычками гидростатических подшипников, а также на дросселях 25 и 26 и в гидролиниях 21 - 24.Работа шпиндельного устройства аналогична при дифференциальном и недифференциальном включении упругих гидравлических элементов. Однако для обеспечения равной эффективности демпфирования колебаний гидравлическая емкость каждого из четырех недифференциальных упругих элементов 27 - 30 должно быть вдвое выше., чем емкость каждого из двух дифференциальных упругих элементов 19 и 20. С этой точки зрения применение дифференциальных упругих гидравлических элементов предпочтительно.Упругие гидравлические элементы работают следующим образом.Под действием перепада давлений в карманах 3 - 6 гидростатического подшипника плунжер (фиг. 4) смещается на некоторую величину, например вправо, преодолевая усилие пружины 3. При этом некоторое количество рабочей жидкости вытесняется из торцовой камеры 50 в торцовую камеру 51 через отверстие 52 в плунжере 48. При изменении знака перепада давлений плунжер 48 смещается влево при этом ра)бочая жидкость вытесняется из торцовой камеры 51 в торцовую камеру 50 через отверстие 52.В установившемся состоянии давления в торцовых камерах 50 и 51 уравновешиваются и, таким образом, эффективная площадь плунжера равна разности между площадями торцовых камер, Это позволяет при фиксированном диаметре пружин многократно снизить эффективную площадь плунжера и тем самым снять ограничение по допустимому рабочему давлению, что важно для обеспечения высокой жесткости и несущей способности. Как и в случае упругих гидравлических элементов 19, 20, 27-30 на1)иг, 1-3, подключение упругих гидравлических элементов, изображенгых на Фиг, 4 и 5, позволяет повысить демпфирование шпиндельногоустройства благодаря повышенномурассеянию колебательной энергиина всех гидравлических сопротивлениях гидросистемы,При смещении плунжера 48 под действием динамической составляющейперепада давлений, например вправо,через гидролинии 21 - 24 и дроссели25 и 26 проходит динамическая составляющая расхода, которая определяется эффективной площадью плунжера 48 (разностью между площадямиего торцовых камер), а через отверстие 52 в плунжере 48 проходитдинамическая составляющая расхода,которая определяется площадями торцов камер 50 и 51, поэтому многократно превышает составляющую расхода через дроссели 25 и 26. Это позволяет отказаться от дросселей 25 и26 а гидросопротивление 52 - отверс5 1171 тие в плунжере 48 - сделать сравнительно большим, что дополнительно повьппает надежность и технологичность упругого гидравлического элемента.5На фиг. 6 показаны граФики зависимостей коэффициента рассеяния Е (М/Н) гидростатического подшипника от частоты колебаний сд (1/с), рассчитанные по формулам (линия 1 - график о для гидростатического подшипника без упругих гидравлических элементов; линия 2 - график для гидростатического подшипника в шпиндельном устройстве при отсутствии, сопротивления на входе в упругий элемент и при отсутствии приведенной инверционности)Из графика видно, что включение дополнительных емкостей повышает 20рассеяние энергии лишь при частотах, превышающих 1100 1/с, а на низшей собственной частоте Я, = 500 1/с при максимальном вылете шпинделя с оправкой имеем ГО, что недопусти- д 5 мо, так как способствует возбуждению автоколебаний при резании. Линиями 3 и 4 показаны зависимости с = 1 (ы) для гидростатического подшипника предлагаемого шпиндельного устройства, причем линия 3 относится к случаю- О, т,е. при отсутствии приведенной инерционности упругих гидравлических элементов, но с сопротивлением, обеспечивающим наибольший35 возможный коэффициент рассеяния при 214 бчастоте с) = 500 1/с, а линия 4 соответствует оптимальным параметрам.Таким образом, эффект изобретения состоящий в увеличение виброустойчивости станка путем повышения демпфирования шпиндельного узла, достигается благодаря тому, что упругие гидравлические элементы расположены вне карманов гидростатического подшипника и связаны с ними гидролиниями через гидравлические сопротивления, причем емкость и инерционность упругих гидравлических элементов и гидролиний выбраны из условий работы в области резонанса со шпинделем. Выполнение упругого гидравлического элемента в виде подпружиненного ступенчатого плунжера позволяет реализовать этот эффект в широком диапазоне рабочих давлений. Кроме того, увеличение виброустойчивости станка позволит повысить режимы резания и качество обрабатываемых поверхностей, что непосредсгвенно увеличит и качество выпускаемых изделий.Предлагаемая конструкция упругих гидравлических элементов не требует увеличения габаритов в зоне переднего подшипника и позволяет производить ревизию и ремонт этих элементов без демонтажа шпиндельного устройства,1171214 Г УО Составитель Н. Чужанктор Т. Кугрьппева Техред А,Бабинец Корректо мборска одписное аказ 4 илиал ПЛП "Патент, г, Ужгород, ул. Проектн 78/12 ТиражВНИИПИ Государственногпо делам изобретений035, Москва, Ж, Рауш 86комитетаоткрытийкая наб.,