Обзор конструкций широкоуниверсальных фрезерных станков. Назначение, устройство узлов и особенности компоновки станка модели 6Р82Ш. Технологические операции, выполняемые на нем. Расчет параметров режима резания для типовых операций механической обработки.
Аннотация к работе
Оснащение фрезерного станка поворачивающимся в пределах ±45° столом позволяет изготовлять изделия с винтообразными канавками, выполнять фрезерование шнеков при совместном применении с делительной головкой, шпиндель которой через блок шестеренчатых передач получает вращательное движение от ходового винта стола станка. Наиболее близким решением по технической сущности к заявленной головке является шпиндельная головка [2] содержащая полый шпиндель, расположенный в отверстии шпинделя удлинитель для инструмента, установленный в резьбовом отверстии удлинителя регулировочный винт с образованной на его наружной поверхности посредством двух буртов кольцевой канавкой, дополнительную втулку с пазами, размещенную на регулировочном винте с возможностью осевого перемещения и поворота и подпружиненную относительно него в осевом направлении, быстросменный патрон, включающий закрепленный на заднем конце шпинделя стакан, установленные в пазы стакана с возможностью размещения в кольцевой канавке на винте кулачки и размещенное на стакане зажимное кольцо с возможностью относительного на угол поворота и выполненного с выступами для взаимодействия с пазами дополнительной втулки и радиусными пазами на внутренней поверхности, предназначенной для взаимодействия с кулачками. Указанная техническая задача достигается тем, что в известной головке, содержащей полый шпиндель, расположенный в отверстии шпинделя удлинитель для инструмента, установленный в резьбовом отверстии удлинителя регулировочный винт с образованной на его наружной поверхности посредством двух буртов кольцевой канавки, дополнительную втулку с пазами, размещенную на регулировочном винте с возможностью осевого перемещения и поворота, и подпружиненную относительно него в осевом направлении, быстросменный патрон, включающий закрепленный на заднем конце шпинделя стакан, установленные в пазах стакана с возможностью размещения в кольцевой канавке на винте кулачки и размещенное на стакане зажимное кольцо с возможностью относительного на угол a поворота и выполненного с выступами для взаимодействия с пазами дополнительной втулки и радиусными пазами на внутренней поверхности, предназначенными для взаимодействия с кулачками на внутренней поверхности зажимного кольца выполнен еще минимум один дополнительный паз для взаимодействия с кулачком, глубина h которого меньше глубины h1 радиусных пазов, причем угол a1 его расположения равен или немного меньше угла поворота зажимного кольца. Шпиндельная головка, содержащая полый шпиндель, расположенный в отверстии шпинделя удлинитель для инструмента, установленный в резьбовом отверстии удлинителя регулировочный винт с образованной на его наружной поверхности посредством двух буртов кольцевой канавкой, дополнительную втулку с пазами, размещенную на регулировочном винте с возможностью осевого перемещения и поворота и подпружиненную относительно него в осевом направлении, быстросменный патрон, включающий закрепленный на заднем конце шпинделя стакан, установленные в пазах стакана с возможностью размещения в кольцевой канавке на винте кулачки и размещенное на стакане зажимное кольцо с возможностью относительного на угол поворота и выполненного с выступами для взаимодействия с пазами дополнительной втулки и радиусными пазами на внутренней поверхности, предназначенными для взаимодействия с кулачками, отличающаяся тем, что на внутренней поверхности зажимного кольца выполнен еще минимум один дополнительный паз для взаимодействия с кулачком, глубина h1 которого меньше глубины h радиусных пазов, причем угол 1 его расположения равен или немного меньше угла поворота зажимного кольца. Шпиндельный узел, содержащий корпус с установленным в нем с возможностью вращения на подшипниковых опорах шпинделем, имеющим равномерно расположенные по окружности наклонные и параллельные оси шпинделя каналы, соединенные с цилиндрической полостью в стакане, закрепленном на заднем торце шпинделя, отличающийся тем, что в наклонных и параллельных оси шпинделя каналах выполнены продольные винтообразные канавки, а на поверхности цилиндрической полости стакана - поперечные винтообразные канавки, при этом винтообразные канавки в наклонных и параллельных оси шпинделя каналах совмещены.
Введение
фрезерный станок резание
Научно-технический прогресс в машиностроении в значительной степени определяет развитие и совершенствование всего народного хозяйства страны. Важнейшими условиями ускорения научно-технического прогресса являются рост производительности труда, повышение эффективности общественного производства и улучшения качества продукции. Огромное влияние на повышение производительности оказывает оборудование, на котором выполняются технологические процессы. Развитие новых прогрессивных технологических процессов обработки способствует конструированию более совершенных машин и снижению их себестоимости. Эффективность производства, его технический прогресс, качество выпускаемой продукции во многом зависят от опережающего развития производства нового оборудования, машин, станков и аппаратов, от всемирного внедрения методов технико-экономического анализа.
Современные металлорежущие станки обеспечивают исключительно высокую точность обработанных деталей. Ответственны поверхности наиболее важных деталей машин и приборов обрабатывают на станках с ЧПУ с погрешностью до доли микрометров, а шероховатость поверхности при работе алмазным инструментом не превышает сотых долей микрометра.
Требования к точности в машиностроении постоянно растут, и это, в свою очередь, ставит новые задачи перед станкостроением.
На вертикально-сверлильном станке можно выполнять ряд операций с большей точностью обработанной поверхности, чем на токарном или фрезерном. Изза вертикального расположения заготовки можно намного точнее производить процесс глубокого сверления. Благодаря процессу зенкерованию и развертыванью увеличивается точность обработки отверстия и уменьшения шероховатости. Вертикально-сверлильный станок можно унифицировать и включать в состав ГПС и автоматических линий.
На вертикально-сверлильных станка можно производить следующие работы: сверление, рассверливание, зенкерование, развертывание, нарезание резьбы, зенкерование и растачивание. Для выполнения этих операций режущий инструмент получает вращательное движение и осевое перемещение-подачу. Вертикально-сверлильные станки подразделяются на: настольные, колонные и консольные.
1. Патентно-информационные исследования по теме курсовой работы
1.1 Обзор конструкций современных металлорежущих станков заданного типа(3-4 конструкции). Технические характеристики станков. Устройство узлов и механизмов
Широкоуниверсальные фрезерные станки обладающие широчайшими технологическими возможностями и способствующие обработке различных конструкционных материалов с максимальной производительностью. Отдельные приводы для горизонтального и вертикального шпинделей станка, механизированное перемещение хобота при выбора зоны работы инструмента, минимизируют время, затрачиваемое на переналадку станка. В зависимости от специфики производства и марок обрабатываемых материалов коробка скоростей фрезерных станков может изготавливаться с различным диапазоном рабочих подач, в том числе и бесступенчатыми. Поворот режущего инструмента широкоуниверсальных фрезерных станков может выполняться в 2-х плоскостях, в расположенной перпендикулярно и составляющей угол 45° к поверхности стола. Оснащение фрезерного станка поворачивающимся в пределах ±45° столом позволяет изготовлять изделия с винтообразными канавками, выполнять фрезерование шнеков при совместном применении с делительной головкой, шпиндель которой через блок шестеренчатых передач получает вращательное движение от ходового винта стола станка.
Рассмотрим несколько современных конструкций универсальных фрезерных станков:
- диапазон скоростей горизонтального шпинделя по спец.заказу, об/мин 50…2500 40…2000
- внутренний конус горизонтального шпинделя ISO 40 ISO 50
Расстояния от оси горизонтального шпинделя до поверхности стола: 440 490
Мощность эл.двигателей: - привода подач, КВТ 1,5 2,2
- привода вертикального шпинделя, КВТ 4,0
- привода горизонтального шпинделя, КВТ 4,0 7,5
Габаритные размеры фрезерного станка: - длина с задвинутым хоботом, мм 2500 2755
- длина с выдвинутым хоботом, мм 2620 2775
- ширина, мм 2610 3090 3590
- высота, мм 1856 2000
Вес станка, кг 2575 3500 3575
Далее более детально рассмотрим широкоуниверсальный фрезерный станок ARSNAL FUV321M
Рисунок 1 - Общий вид FUV321M
Описание
Универсальный вертикально-фрезерный станок ARSENAL FUV-321M (стол 250 x 1120 мм) предназначен для выполнения разных фрезерных операций выполняемых с помощью цилиндрических, дисковых, фасонных, торцевых, модульных, червячных и других фрез. На станке можно обрабатывать разные плоскости, канавки, зубчатые колеса, растачивать отверстия в деталях из стали, чугуна, цветных металлов и пластмассы. Моторизованный хобот позволяет быстро переналаживать станок при работе с вертикальным и горизонтальным шпинделями и выборе рабочей зоны вертикального шпинделя. Возможна одновременная обработка двумя шпинделями. Универсальный фрезерный станок по металлу ARSENAL FUV-321 может осуществлять автоматический маятниковый цикл и полуавтоматические линейные циклы. Технологические возможности станка могут быть расширены с использованием, универсального делительного аппарата, круглого делительного стола, долбежной головки и других приборов и приспособлений. Все основные части станка изготовлены из высококачественной стали, что обеспечивает надежную работу станка и сохранение точности обработки в течение долгих лет. Модернизация: FUV 321 MP - пульт управления с джойстиком для управления перемещений по осям, бесступенчатое изменение подачи и/или оборотов шпинделя посредством приводов с частотным регулированием, возможна установка цифровой индикации.
Базовая комплектация
1. плавное бесступенчатое регулирование подачи по трем осям;
2. система централизованной смазки;
3. каленные направляющие;
4. система охлаждения;
5. рабочее освещение;
6. набор инструментов для обслуживания станка;
7. Защитный экран;
8. устройство для регулирования люфта продольного винта;
9. электрооборудование 400 V, три фазы, 50 Hz
10. упаковка: на деревянном поддоне под пленкой.
Характеристики оборудования и комплектующих к универсально-фрезерному станку ARSENAL FUV-321, приобретаемого за дополнительную плату: · Вертикальная фрезерная головка для станков с размерами рабочего стола 250/320/360/400 мм, тип FU
· Универсальная фрезерная головка для станков с размерами рабочего стола 250/320/360/400 мм, тип FU
· Универсальная делительная головка для станков всех типов с размерами рабочего стола 250/320/360/400 мм
· Долбежная головка для станков типа FU с размерами рабочего стола 250/320/360/400 мм
· Круглый делительно-поворотный стол для станков всех типов с размерами рабочего стола 250/320/360/400 мм
· Защитный экран для станков всех типов с размерами рабочего стола 250/320/360/400 мм
· Фрезерная оправка короткая ISO 40 для станков всех типов с размерами рабочего стола 250 мм (Ф22, Ф27, Ф32, Ф40 мм)
· Фрезерная оправка длинная ISO 40 для станков всех типов с размерами рабочего стола 250 мм (Ф22, Ф27, Ф32, Ф40 мм)
· Фрезерная оправка короткая ISO 50 для станков всех типов с размерами рабочего стола 320/360/400 мм (Ф22, Ф27, Ф32, Ф40 мм)
· Фрезерная оправка длинная ISO 50 для станков всех типов с размерами рабочего стола 320/360/400 мм (Ф22, Ф27, Ф32, Ф40 мм)
· Комплект креплений для всех типов станков независимо от размера рабочего стола.
· Панель управления и бесступенчатое регулирование подачи по трем осям для всех типов станков независимо от размера стола: Вариант 1: X, Y - 40...1000 мм/мин; Z - 16...416 мм/мин. Вариант 2: X, Y - 16...1000 мм/мин; Z - 7...416 мм/мин.
· Панель управления подачи по трем осям для всех типов станков независимо от размеров рабочего стола.
· Автоматический цикл продольного движения для всех типов станков независимо от размеров рабочего стола.
· Увеличение диапазона скорости подачи по осям для всех типов станков независимо от размеров рабочего стола: Вариант 1: X, Y - 16...800 мм/мин; Z - 7...334 мм/мин. Вариант 2: X, Y - 20...1000 мм/мин; Z - 8...415 мм/мин.
· Увеличенный диапазон скоростей вращения: 50...2500 мин-1 для горизонтального вращения для станков с размерами рабочего стола 250 мм; 40...2500 мин-1 для горизонтального вращения для станков с размерами рабочего стола 320/360/400 мм
· Цифровая индикация подачи (при бесступенчатом регулировании)
· Пневматическое закрепление инструмента для станков типа FPU и FPV
· Цифровая индикация по трем осям марки "ОПТИМА" (Болгария) для станков с размерами рабочего стола 250/320/360/400 мм
Продольные и поперечные подачи, мм/мин 16…800 16…800
Вертикальные подачи, мм/мин 5…250 5…250
Мощность привода подач, КВТ 1.5 2.2
Ускоренный ход, вдоль и поперек, мм/мин 3150 3150
Ускоренный ход по вертикали, мм/мин 1000 1000
Общая потребляемая мощность, КВТ 11.11 26
Более подробно остановимся на менее мощной модели - FU350MRAPUG-03
Рисунок 2 - Общий вид широкоуниверсального консольно-фрезерного станка FU350MRAPUG-03
Широкоуниверсальный консольно-фрезерный станок мод. FU350MRAPUG, FU450MRAPUG (аналоги, производимые в СССР - 6T82Ш, 6T83Ш). Широкоуниверсальные консольно-фрезерные станки производства ОАО «СТАНКОГОМЕЛЬ» позволяют вести фрезерование деталей из стали и чугуна как вертикальным шпинделем, так и горизонтальным. На станках данной серии вертикальная шпиндельная голова поворачивается в обе стороны на 45?, что позволяет расширить функциональность оборудования. Станки хорошо зарекомендовали себя в мелкосерийном и крупносерийном производствах. За дополнительную плату станки комплектуются накладными вертикальными фрезерными головками.
Основные преимущества станков: · Основные узлы изготавливаются из чугуна марки СЧ25, имеют оптимальную форму и большую жесткость.
· Фторопластовое покрытие направляющих стола и стойки обладает хорошими антифрикционными свойствами и антизадирной способностью, что позволяет обеспечивает стабильность точностных параметров в течение длительного времени.
· Наличие автоматических циклов обработки (маятниковое фрезерование, фрезерование с ускоренным перескоком, фрезерование по прямоугольному циклу в трех плоскостях) позволяет использовать станки не только в мелкосерийном, но и в крупносерийном производстве. Наличие механизма опускания консоли исключает касание инструментом обработанной поверхности при обратном ускоренном ходе стола.
· Наличие механизма зажима стола при попутной подаче в продольной координате обеспечивает необходимую жесткость и исключает вибрацию. Фрезерование методом попутной подачи позволяет осуществлять эффективную обработку глубоких пазов и деталей из высокопрочных материалов.
· Высокие точностные характеристики станка позволяют производить детали самого высокого качества; например, неплоскостность поверхности стола на всей длине не превышает 16 мкм. Модульная конструкция максимально облегчает ремонт станка в случае его необходимости.
· наличие горизонтального и вертикального шпинделя. Два шпинделя позволяют расширить функциональность станка в инструментальном и мелкосерийном производствах;
· Простота в управлении, · Неприхотливость в эксплуатации, · Жесткость конструкции, повышенная износостойкость накладок направляющих, · Максимальная нагрузка на стол 1000 - 1500 кг, что позволяет вести обработку крупногабаритных деталей, · Наличие механизма опускания консоли исключает касание инструментом обработанной поверхности при обратном ускоренном ходе стола, · Наличие механизма зажима стола при попутной подаче в продольной координате обеспечивает необходимую жесткость и исключает вибрацию, · Устанавливаемые ШВП позволяют достигать высокую точность перемещений, что нам и позволяет устанавливать на станки системы УЦИ и ЧПУ по желанию заказчика.
1.1.3 Универсальный станок PROMA FNS-55PD
Технические характеристики станка: Таблица 3
Параметры/тип FNS-55PD
Потребляемая мощность КВТ/В 2,25 / 400
Потребляемая мощность гориз. двигателя КВТ/В -
Потребляемая мощность вертик. двиг. КВТ/В -
Угол наклона шпиндельной головки ±360°
Скорость вертикальной подачи шпинделя мм/об. 0,038 / 0,076 / 0,203
Расстояние между шпинделем и: - колонной мм 140-609
- столом мм 0-405
Ход шпинделя мм 125
«T» - образный паз мм 16
Размер стола мм 1370x254
Ход стола: - поперечный (Y) мм 405
- продольный (X) мм 800
- вертикальный (Z) мм 400
Продольная подача механическая да Поперечная подача механическая да Ускоренная подача да Дисплей цифрового измерения по осям X,Y,Z
Одно деление нониуса:- продольный ход мм 0,02
- поперечный ход мм 0,02
- вертикальный ход мм 0,02
- точная подача мм -
Размеры (ДХШХВ) мм 1910x1880x2240
Вес кг 1180
Точность и допуски: Таблица 4
Параметры/тип FNS-55PD
Ровность стола мм 0,06/1000
Перпендикулярность шпинделя к столу (при вращении) мм 0,02/300
Биение шпинделя с прутком - у шпинделя мм 0,01
- от шпинделя мм 0,02/300
Перпендикулярность продольной и поперечной подачи мм 0,02/300
Прямизна хода стола - продольная мм 0,02/200
- поперечная мм 0,02/200
Вертикальная перпендикулярность шпинделя рабочему столу (угольник) мм 0,02/200
Параллельность «T» шлица движению стола мм 0,03/200
Параллельность горизонтального шпинделя и поперечного хода мм -
Биение горизонтального шпинделя мм -
Описание
Широкоуниверсальный фрезерный станок FNS - 55PD предназначен для обработки резанием при помощи осевого режущего инструмента, наружных и внутренних плоских и фасонных поверхностей, пазов, уступов, тел вращения, отверстий, резьбовых соединений, зубьев зубчатых колес и т.п. Станок FNS - 55PD находит широкое применение в мелкосерийном производстве и в производстве средней серии, в ремонтных цехах, в слесарных и столярных мастерских, на складах и т.п.
В данной модели установлено устройство цифрового измерения по трем осям, ускоренная вертикальная подача консоли, предусмотрена автоматическая подача стола в обоих направлениях, рабочее освещение и система охлаждения СОЖ.
На станке можно выполнять сверление, фрезерование, нарезку резьбы и другие операции.
Основные узлы и детали оборудования
Рисунок 3 - Общий вид широкоуниверсального консольно-фрезерного станка FNS-55PD
· 1. Станина
· 2. Хобот
· 3. Шпиндельная головка
· 4. Электродвигатель
· 5. Коробка скоростей
· 6. Пульт управления
· 7. Дисплей
· 8. Стол
· 9. Поддон
· 10. Основание
· 11. Консоль
Фрезерный станок FNS-55PD состоит из следующих основных узлов: станина 1, хобот 2, шпиндельная головка 3, электродвигатель, коробка скоростей 5, стол 8, основание 10 и консоль 11.
Базой станка является станина 1, жестко закрепленная к основанию 10. По вертикальным направляющим станины движется консоль 11 (ось Z). По горизонтальным направляющим консоли перемещается в поперечном направлении механизм стол-салазки (подача по оси Y), а по направляющим салазок в продольном направлении - стол 8 (подача по оси X). Спереди консоли смонтирован электрический привод поперечной подачи (ось Y). На правом торце стола смонтирован электрический привод продольной подачи (ось X).
На станине установлен хобот 2, который вращается на 3600 вокруг своей оси по горизонтали и перемещается вперед-назад. Фрезерная головка, состоящая из шпиндельной головки 3, коробки скоростей 5 и электродвигателя 4 закреплена на переднем торце хобота 2. Фрезерная головка наклоняется вправо- влево на 90є и вперед-назад на 45є. В шпиндельной головке 3 смонтирован шпиндельный узел, а шпиндель в пиноле на шарикоподшипниках. Ручная подача шпинделя осуществляется вращением вала-шестерни и перемещением пиноли. Шпиндель оснащен конусом ISO 40 (DIN 2080), в который можно вставить сверлильный патрон на оправке или инструмент с конусом ISO 40 (DIN 2080). Главное движение шпиндель получает от электродвигателя 4 через коробку скоростей 5 (бесступенчатого вариатора с раздвижными коническими шкивами) и блока шестерен, позволяющий изменять диапазон скоростей вращения шпинделя. В шпиндельной головке установлен механизм вертикального механического перемещения шпинделя.
Дополнительная информация :
Рисунок 4 - Автоматическая ускоренная подача с бесступенчатой регулировкой скоростей
Рисунок 5 - Пульт управления с УЦИ
Рисунок 6 - Массивная станина
Рисунок 7 - Централизованная смазка
1.2 Патентный поиск по узлам станка
(54) ШПИНДЕЛЬНАЯ ГОЛОВКА
Использование: изобретение относится к области станкостроения и может быть использовано при конструировании шпиндельных головок агрегатных и др. станков. Сущность изобретения: на внутренней поверхности зажимного 19 кольца быстросменного патрона выполнен еще минимум один дополнительный паз 23 для взаимодействия с кулачком, глубина h1 которого меньше глубины h радиусных пазов 20, причем угол o1 его расположения равен или немного меньше угла o поворота зажимного кольца 19, кроме того, на буртике 16 стакана 14 выполнены глухие поверхности 22 с углом профиля o для взаимодействия с выступами 21 зажимного кольца 19. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к области станкостроения и может быть использовано при конструировании шпиндельных головок агрегатных и других станков.
Известна шпиндельная головка, содержащая полый шпиндель, расположенный в отверстии шпинделя удлинитель для инструмента и быстросменный патрон [1] Однако данная конструкция имеет существенный недостаток: большие затраты времени на закрепление инструмента. Недостаток обусловлен тем, что для закрепления инструмента рабочему "на ощупь" приходится искать момент поворота дополнительной втулки удлинителя.
Наиболее близким решением по технической сущности к заявленной головке является шпиндельная головка [2] содержащая полый шпиндель, расположенный в отверстии шпинделя удлинитель для инструмента, установленный в резьбовом отверстии удлинителя регулировочный винт с образованной на его наружной поверхности посредством двух буртов кольцевой канавкой, дополнительную втулку с пазами, размещенную на регулировочном винте с возможностью осевого перемещения и поворота и подпружиненную относительно него в осевом направлении, быстросменный патрон, включающий закрепленный на заднем конце шпинделя стакан, установленные в пазы стакана с возможностью размещения в кольцевой канавке на винте кулачки и размещенное на стакане зажимное кольцо с возможностью относительного на угол поворота и выполненного с выступами для взаимодействия с пазами дополнительной втулки и радиусными пазами на внутренней поверхности, предназначенной для взаимодействия с кулачками.
Основными недостатками данной головки являются низка надежность работы при высокоскоростной обработке и сложность конструкции. Первый недостаток обусловлен тем, что при высокоскоростной обработке при остановке вращения шпинделя станка зажимное кольцо под действием большого инерционного момента поворачивается относительно стакана и раскрепляет инструмент с удлинителем. Второй недостаток обусловлен тем, что элементы конструкции: глухой радиусный паз зажимного кольца и выступ на буртике стакана трудоемки в изготовлении, что усложняет конструкцию быстросменного патрона.
Техническая задача изобретения повышение надежности крепления инструмента и упрощение конструкции шпиндельной головки.
Указанная техническая задача достигается тем, что в известной головке, содержащей полый шпиндель, расположенный в отверстии шпинделя удлинитель для инструмента, установленный в резьбовом отверстии удлинителя регулировочный винт с образованной на его наружной поверхности посредством двух буртов кольцевой канавки, дополнительную втулку с пазами, размещенную на регулировочном винте с возможностью осевого перемещения и поворота, и подпружиненную относительно него в осевом направлении, быстросменный патрон, включающий закрепленный на заднем конце шпинделя стакан, установленные в пазах стакана с возможностью размещения в кольцевой канавке на винте кулачки и размещенное на стакане зажимное кольцо с возможностью относительного на угол a поворота и выполненного с выступами для взаимодействия с пазами дополнительной втулки и радиусными пазами на внутренней поверхности, предназначенными для взаимодействия с кулачками на внутренней поверхности зажимного кольца выполнен еще минимум один дополнительный паз для взаимодействия с кулачком, глубина h которого меньше глубины h1 радиусных пазов, причем угол a1 его расположения равен или немного меньше угла поворота зажимного кольца. Кроме того на буртике стакана выполнены глухие поверхности с углом профиля a для взаимодействия с выступами зажимного кольца. Наличие дополнительного радиусного паза на внутренней поверхности зажимного кольца позволит фиксировать последнее относительно резьбового стакана подпружиненным кулачком, а не силами трения от кулачка, что значительно надежнее. Наличие глухих поверхностей на буртике резьбового стакана, выполненн6ых с возможностью взаимодействия с выступами зажимного кольца, существенно упростит конструкцию быстросменного патрона.
На фиг. 1 показана шпиндельная головка, продольный разрез;на фиг. 2 - сечение по А-А на фиг. 1, повернуто; на фиг. 3 вид по стрелке Б на фиг. 1, повернуто.
Шпиндельная головка состоит из полого шпинделя 1, установленного в подшипниках 2, расположенных в корпусе 3. Внутри шпинделя расположен инструмент 4 и удлинитель, состоящий из втулки 5 со шпонкой 6 и регулировочного винта, содержащего резьбовой стержень 7 с кольцевой канавкой 8, стопорную гайку 9 и дополнительную подпружиненную втулку 10, расположенную на резьбовом стержне между двух опор, буртика 11 стержня и стопорного кольца 12 и имеющую на нижнем конце буртик с двумя пазами. На заднем конце шпинделя 1 расположен быстросменный патрон 13, состоящий из стакана 14 и подпружиненных кулачков 15. С одного торца стакана расположена резьбовая часть, а с противоположного буртик 16. Стакан 14 посредством своей резьбовой части навернут на задний конец шпинделя. Между буртиком 16 стакана 14, его стопорным кольцом 17 и шайбой 18 расположено зажимное кольцо 19. На внутренней поверхности зажимного кольца расположены два радиусных паза 20, глубиной h для размещения подпружиненных кулачков 15 и обеспечения свободной установки инструментального блока в шпиндель 1 головки. На правом (верхнем) торце зажимного кольца имеются два выступа 21, расположенные в глухих поверхностях 22, выполненных на буртике 16 резьбового стакана 14, при этом угол a профиля поверхностей 22 предотвращает раскрепление инструмента в процессе обработки и определяется из условия: где H ширина радиусного паза; D диаметр внутренней поверхности зажимного кольца; n число кулачков.
Кроме того, выступы 21 зажимного кольца 19 расположены в пазах дополнительной втулки 10. На внутренней поверхности зажимного кольца 19 расположены также два дополнительных радиусных паза 23, глубина которых h1 меньше глубины h пазов 20, но обеспечивает контакт кулачков 15 с нижним торцом канавки 8 резьбового стержня 7 в закрепленном положении инструментального блока. При этом угол 1 расположения дополнительных пазов 23 относительно имеющихся радиусных пазов 20 равен или немного меньше угла поворота зажимного кольца 19. Имеются и другие детали, выполненные по общим правилам конструирования шпиндельных головок.
Шпиндельная головка работает следующим образом. Инструмент настраивают на заданный размер обработки вне станка. Затем его устанавливают в полый шпиндель 1 головки до упора торца буртика втулки 10 в торец быстросменного патрона 13 так, чтобы пазы втулки совпали с выступами 21 зажимного кольца 19. После этого шестигранный торцевой ключ 24 надевают на шестигранную поверхность втулки 10, воздействуют на верхний конец резьбового стержня 7 и, сжимая пружину, перемещают инструмент с удлинителем вниз до тех пор, пока торец стопорного кольца 12 не упрется в торец втулки 10. После этого поворачивают втулку, а вместе с ней и зажимное кольцо 19 быстросменного патрона в направлении, противоположном вращению инструмента, до тех пор, пока торец выступа 21 не упрется в торец глухой поверхности 22. При повороте втулки 10 кулачки 15 выходят из радиусных пазов 20 и свободно размещаются в кольцевой канавке 8 регулировочного винта удлинителя, чем осуществляется его фиксация в осевом направлении. В конце поворота зажимного кольца 19 подпружиненные кулачки 15 немного на величину h1 перемещаются назад и входят в дополнительные радиусные пазы 23, осуществляя фиксацию зажимного кольца 19 относительно резьбового стакана 14 и исключая тем самым его поворот под действием инерционных сил и раскрепление инструмента.
Предлагаемая шпиндельная головка позволит существенно повысить надежность крепления инструмента, что в свою очередь исключит брак при обработке деталей. Кроме того, упрощается конструкция быстросменного патрона, что повышает эффективность процесса обработки.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Шпиндельная головка, содержащая полый шпиндель, расположенный в отверстии шпинделя удлинитель для инструмента, установленный в резьбовом отверстии удлинителя регулировочный винт с образованной на его наружной поверхности посредством двух буртов кольцевой канавкой, дополнительную втулку с пазами, размещенную на регулировочном винте с возможностью осевого перемещения и поворота и подпружиненную относительно него в осевом направлении, быстросменный патрон, включающий закрепленный на заднем конце шпинделя стакан, установленные в пазах стакана с возможностью размещения в кольцевой канавке на винте кулачки и размещенное на стакане зажимное кольцо с возможностью относительного на угол поворота и выполненного с выступами для взаимодействия с пазами дополнительной втулки и радиусными пазами на внутренней поверхности, предназначенными для взаимодействия с кулачками, отличающаяся тем, что на внутренней поверхности зажимного кольца выполнен еще минимум один дополнительный паз для взаимодействия с кулачком, глубина h1 которого меньше глубины h радиусных пазов, причем угол 1 его расположения равен или немного меньше угла поворота зажимного кольца.
2. Головка по п. 1, отличающаяся тем что на буртике стакана выполнены глухие поверхности с углом профиля для взаимодействия с выступами зажимного кольца.
Рисунок 8 - Графическая часть патента
(54) ШПИНДЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ
Изобретение относится к станкостроению и может быть использовано в быстроходных шпиндельных узлах металлорежущих станков. Шпиндельный узел содержит корпус с установленным в нем с возможностью вращения на подшипниковых опорах шпинделем, имеющим равномерно расположенные по окружности наклонные и параллельные оси шпинделя каналы, соединенные с цилиндрической полостью в стакане, закрепленном на заднем торце шпинделя. Для повышения производительности путем увеличения быстроходности шпинделя за счет устранения застойных зон процесса охлаждения при циркуляции теплоносителя в указанных каналах шпинделя выполнены продольные винтообразные канавки, а на поверхности цилиндрической полости стакана - поперечные винтообразные канавки. При этом винтообразные канавки в наклонных и параллельных оси шпинделя каналах совмещены. 4 ил.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к станкостроению и может быть использовано в быстроходных шпиндельных узлах металлорежущих станков.
Известен резец-холодильник (см. А.С. 286453, МПК В 23 Q 11/12. Бюл. 34, 1970) с подводом и циркуляцией охлажденного агента через камеру, в которой выполнена дополнительная полость со спиральной внутренней поверхностью, и в корпусе установлены регулируемый дроссель и прокладки.
Недостатком системы охлаждения является необходимость поддержания высокого давления сжатого воздуха для обеспечения его термодинамического расслоения на холодный (внутренний) и теплый (внешний) потоки, что резко снижает эксплуатационную надежность охлаждаемого элемента, т.е. резца-холодильника.
Известен шпиндельный узел (см. А.С. 1459895 МКИ В 23 Q 11/14. Бюл. 7, 1999), содержащий корпус с установленным в нем с возможностью вращения на подшипниковых опорах шпинделем, в котором выполнены равномерно расположенные по окружности наклонные и параллельные горизонтальной оси каналы, соединенные с цилиндрической полостью, образованной стаканом, закрепленным на заднем торце шпинделя.
Недостатком является неполное охлаждение отдельных участков поверхности шпинделя, что ограничивает увеличение быстроходности шпинделя и соответственно производительности станка, возникающее за счет образования застойных зон в системе циркуляции теплоносителя в местах контакта наклонных и горизонтальных каналов и особенно при соединении горизонтальных каналов с цилиндрической полостью стакана.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение производительности путем увеличения быстроходности шпинделя за счет устранения застойных зон процесса охлаждения при циркуляции теплоносителя, что обеспечивает равномерность теплообмена по всей поверхности охлаждаемых элементов системы.
Технический результат достигается тем, что шпиндельный узел, содержащий корпус с установленным в нем с возможностью вращения на подшипниковых опорах шпинделем, в котором выполнены равномерно расположенные по окружности наклонные и параллельные горизонтальной оси каналы, соединенные с цилиндрической полостью, образованной стаканом, закрепленным на заднем торце шпинделя. В наклонных и параллельно расположенных к горизонтальной оси каналах шпинделя выполнены продольные винтообразные канавки, а в цилиндрической полости, образованной стаканом на торце шпинделя, выполнены поперечные винтообразные канавки.
На фиг.1 изображен продольный разрез элемента шпиндельного узла со схемой циркуляции теплоносителя; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - сечение В-В на фиг. 1.
Шпиндельный узел содержит корпус (не показан), в котором установлен шпиндель 1. Последний установлен с возможностью вращения на подшипниковых опорах 2 и 3, соответственно на задней и передней. Шпиндель 1 снабжен герметичным устройством для стабилизации температуры, которое состоит из выполненных в шпинделе 1 равномерно по окружности наклонно к горизонтальной оси шпинделя каналов 4 с продольными винтообразными канавками 5 и параллельно к горизонтальной оси каналов 6 с продольными винтообразными канавками 7, а также стаканом 8 с цилиндрической полостью 9, на поверхности которой выполнены поперечные винтообразные канавки 10.
Продольные винтообразные канавки 5 каналов 4 совмещены с продольными винтообразными канавками 7 каналов 6, что обеспечивает поддержание турбулизационного течения в пограничном слое по всему пути движения теплоносителя в системе охлаждения, шпиндельный узел работает следующим образом.
При вращении шпинделя 1 теплоноситель под действием центробежных сил заполняет часть поперечных сечений, обращенных к наружной поверхности шпинделя 1, а наклонные каналы 4 заполняются теплоносителем практически полностью. Центробежные силы, действующие при вращении шпинделя 1 на теплоноситель, заставляют более холодную часть теплоносителя двигаться по наклонным каналам 4 в направлении по оси вращения к переднему торцу шпинделя 1, охлаждая его и вытесняя к заднему торцу нагретую часть теплоносителя и его пары, которые попадают в полость 9 стакана 8.
Движущийся теплоноситель и его пары, перемещаясь по продольным винтообразным канавкам 5 и 7, образуют завихрения у поверхности каналов, преобразуя ламинарное движение теплоносителя в пограничном слое в турбулентное. В результате турбулизации пограничнного слоя его толщина уменьшается, что приводит к интенсификации теплообмена между теплоносителем и материалом шпинделя (см., например, стр. 324-338. Теплопередача. Исаченко И.П. и др. М.Л. Энергия. 1965. 424 с.), а это, как известно, улучшает процесс охлаждения шпинделя.
В полости 9 за счет скачкообразного увеличения площади поперечного сечения, занимаемого парами, последние конденсируются и, перемещаясь по поперечным винтообразным канавкам 10, завихряются, термодинамически расслаиваясь на периферийный и осевые потоки, дополнительно снижая температуру охлаждаемого теплоносителя, возвращаемого к передней опоре 3. В результате происходит круговая циркуляция теплоносителя с активным теплоотводом от опор и термостабилизацией шпиндельного узла по всей его внутренней поверхности герметичного устройства для стабилизации температуры.
Оригинальность технического решения заключается в том, что осуществлена интенсификация процесса охлаждения шпиндельного узла путем устранения застойных зон теплообмена по пути движения теплоносителя в герметичном устройстве за счет выполнения на его поверхности продольных винтообразных канавок, а в полости стакана поперечных винтообразных канавок.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Шпиндельный узел, содержащий корпус с установленным в нем с возможностью вращения на подшипниковых опорах шпинделем, имеющим равномерно расположенные по окружности наклон
Список литературы
1 Станочное оборудование автоматизированного производства./Под ред.В.В. Бушуева. Т1,2.-М.:Изд-во «Станкин», 1994.
2 Металлорежущие станки: Учеб.пособие для вузов. Н.С. Колев, Л.В. Красниченко и др.-2-е изд.-М. Машиностроение, 1980.
3 Модзелевский А.А., Соловьев А.В., Лонг В.А. Многооперационные станки: Основы проектирования и эксплуатации.-М.: Машиностроение, 1981.
4 Станки с числовым программным управлением/ В.А. Лещенко, Н.А. Богданов и др./ под ред. В.А. Лещенко.-М.: Машиностроение, 1988.