Способ управления процессом высокоточной механической обработки на металлорежущих станках и устройство для его осуществления

Способ управления процессом высокоточной механической обработки на металлорежущих станках и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. Способ управления процессом высокоточной механической обработки на металлорежущих станках, снабженных электрошпинделем, заключающийся в предварительном разгоне шпинделя, отключении привода и последукщем выполнении финишных операций за счет накопленной кинетической энергии , отличающийся тем, что, с целью повышения качества и производительности обработки, ротор и статор электрошпинделя отводят друг от друга посредством их относительного радиального или осевого смещения.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СО(.1ИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (1И

87256 A

ЗШ В 23 В 1/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (li

>

1f 6 7

75 16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГПФ (21) 3231742/25-08 (22) 05. 01. 81 (46) 23.04.84. Бюл. 1(- 15 (72) М.А.Шимановнч, Г.В.Маринин и И.Д.Эстеров (53) 621.941 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N9 229916, кл. В 23 В 39/00, 1965, (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

Ва!СОКОТОЧНОИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

НА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКАХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ управления процессом высокоточной механической обработки на металлорежущих станках, снабженных электрошпинделем, заключающийся в предварительном разгоне шпинделя, отключении привода и последующем выполнении финишных операций sa счет накопленной кинетической энергии, отличающийся тем, что, с целью повышения качества и производительности обработки, ротор и статор электрошпинделя отводят друг от друга посредством их отно- сительного радиального или осевого смещения.

87256

1О

2, Устройство управления процессом высокоточной механической обработки на металлорежущих станках, содержащее электродвигатель, ротор которого установлен на шпинделе, а статор — в корпусе шпиндельного узла, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества и производительности обработки оно снабжено приводом отвода и подвода ротора или статора, причем шпиндель, несущий ротор, установлен с возможностью осевого перемещения относительно статора и снабжен поршнем, а в корпусе шпиндельного узла выполнена герметичная полость, в которой размещен поршень.

3. Устройство по п.2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что статор и корпус шпиндельного узла снабжены торцовыми полумуфтами, взаимодействующими друг с другом.

4. Устройство управления процессом высокоточной механической обработки на металлорежущих станках, содержащее электродвигатель, ротор которого > установлен на шпинделе, а статор — в корпусе шпиндельного узла, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества и производительности обработки оно снабжено полэуном, установленным на корпусе шпиндельного узла с воэможностью перемещения вдоль оси шпинделя, соединенным со статором и выполненным в виде гидропривода, рабочая полость которого образована в полэуне.

5. Устройство по п.4, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что статор и корпус шпиндельного узла снабжены торцовыми полумуфтами, взаимодействующими друг с другом.

6. Устройство управления процессом высокоточной механической обработки на металлорежущих станках, со держащее электродвигатель, ротор которого установлен на шпинделе, а статор — в корпусе шпиндельного узла, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества и производительности обработки, статор выполнен разьемным, состоящим иэ элементов с углом охвата ротора, не превышающим

180, причем каждый из элементов стаО тора снабжен механизмом радиального перемещения, причем элементы разъемного статора выполнены подпружиненными в направлении их отвода от ро— тора и снабжены плунжерами, а в корпусе шпиндельного узла выполнены рабочие полости для плунжеров.

Изобретение относится к металлообработке и может быть использовано при механической обработке на прецизионных металлорежущих станках,i снабженных электрошпинделем.

Известен способ повышения точности механической обработки, согласно которому осуществляют разгон шпинделя, затем отключают привод и ведут обработку за счет накопленной кинетической энергии и устройство для осуществления способа (11.

Недостатком известногo технического решения является отрицательное влияние на качество обработки остаточного магнетизма статора и ротора электрошпинделя переменного тока и он не может быть применен к двигателям постоянного тока. При черезвы2 чайно высоких требованиях, предъявляемых в настоящее время к качеству механической обработки (в пределах десятков ангстрем и менее), даже низкий уровень остаточного магнетизма заметно снижает точность и шероховатость обрабатываемых поверхностей.

Целью изобретения является устра10 кение указанных недостатков.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу ротор и статор электрошпинделя отводят друг от друга посредством их относитель1S ного радиального или осевого смещения.

При этом отключение и включение привода осуществляют преимущественно при введенном в статор роторе.

3 10872

Устройство снабжено приводом отвода и подвода ротора или статора, причем шпиндель, несущий ротор, установлен с возможностью осевого перемещения относительно статора и снаб5 жен поршнем, а в корпусе шпиндельного узла выполнена герметичная полость, в которой размещен поршень.

Кроме того, статор и корпус шпиндельного узла снабжены торцовыми полу муфтами, взаимодействующими друг с другом.

Устройство снабжено ползуном, установленным на корпусе шпиндельного узла с возможностью перемещения вдоль оси шпинделя, соединенным со статором и выполненным в виде гидропривода, рабочая полость которого образована в ползуне.

Кроме того статор и корпус шпиндельного узла снабжены торцовыми пол муфтами, взаимодействующими друг с другбм.

В устройстве статор выполнен разъемным, состоящим иэ элементов с углом охвата ротора, не превышающим .r180, причем каждый из элементов статора снабжен механизмом радиального перемещения, причем элементы разъемного статора выполнены подпружиненными в направлении их отвода от ротора и снабжены плунжерами, а в корпусе . шпиндельного узла выполнены рабочие полости для плунжеров.

На фиг. 1 изображен шпиндельный узел с механизмом относительного осевого перемещения ротора и/или статора в осевом разрезе на фиг.2 шпиндельный узел, снабженный 4О электрошпинделем с коническими поверхностями ротора и статора в осевом разрезе, на фиг. 3 — шпиндельный узел с разъемным статором в поперечном разрезе. 45

В корпусе 1 шпиндельного узла (фиг.1) в радиально-упорных подшипниках 2, например аэростатических установлен шпиндель 3, несущий однозубую алмазную фрезу 4. На заднем Ы конце шпинделя закреплен ротор 5 приводного электродвигателя, статор

6 которого закреплен в корпусе 7, смонтированном на общем со шпиндельной бабкой основании 8. Шпиндель 3 55 снабжен поршнем 9, входящим в герметичную полость 10, подключенную через управляющее устройство к источ56 4 нику давления (не показан) для осевого перемещения шпинделя.

Корпус 7 может быть выполнен в виде подвижного вдоль оси шпинделя ползуна, для чего в нем образована рабочая полость 11, подключенная к источнику давления через управляющее устройство (не показаны), в которой помещен поршень 12 со штоком 13, закрепленным на основании 8. Корпусы 1 и 7 могут соединяться между собой

\ посредством муфты 14, состоящей

7 из двухзубчатых или кулачковых полумуфт, выполненных на обращенных друг к другу торцах корпусов. На фиг. 1 показано также изделие 15, закрепленное на столе 16.

Посредством этого устройства способ управления процессом высокоточной механической обработки осуществляется следующим образом.

В исходном положении ротор 5 помещен внутри статора 6, при этом шпиндель 3 находится в крайнем левомположении. Включив электропитание, разгоняют шпиндель 3 до заданной скорости вращения за счет электромагнитного взаимодействия статора 6 с ротором 5. При этом вращающиеся маховые массы шпинделя 3 с ротором 5, поршнем 9 фрезой 4 аккумулируют запас кинетической энергии. После разгона шпинделя отключают питание электродвигателя..Для исключения отрицательного влияния на точность вращения вращающихся и невращающихся остаточных магнитных полей ротора 5 и статора 6 подают давление в левую часть рабочей полости 10 и поршень 9, перемещая шпиндель 3 (на фиг. вправо) выводит ротор 5 из статора 6.

После этого осуществляется выполнение финишных операций обработки изделия 15 фрезой 4 за счет накопленной кинетической энергии. По окончании обработки шпиндель 3 возвращают в исходное (левое) положение, при этом ротор 5 входит в статор, что позволяет пополнить запас кинетической энергии путем включения питания электродвигателя или произвести торможение шпинделя.

В устройстве (фиг.1) отвод статора 6 от ротора 5 может быть осуществлен посредством перемещения корпуса

7 по основанию 8 (влево) при подаче давления в штоковую полость рабочей полости 11. Для подвода статора 6 давление подают в поршневую полость

10872

3 рабочей полости 11 и при движении корпуса 7 вправо до упора в торец корпуса 1 соединяются полумуфты 14, что позволяет замыкать на корпусе

1 мощные крутящие моменты, действующие на статор 6 при разгоне и торможении шпинделя.

В зависимости от требуемых условий работы шпиндельный узел может быть выполнен с комбинированным приводом осевого перемещения, с помощью которого одновременно перемещаются ротор и статор, что позволяет сократить осевой ход каждого из них.

На фиг. 2 показан шпиндельный узел высокоточного станка для алмазного течения торцов дисков, снабженный только одним приводом осевого перемещения статора. Шпиндель 17,. несущий обрабатываемый диск 18, 2щ расположен в корпусе 19 в подшипниках 20 ° На нижнем конце шпинделя закреплен конический ротор 21 электродвигателя, конический статор 22 которого установлен на поршне 23, цилиндрический плунжер 24 которого входит в рабочую полость 25, образованную втулкой 26 и корпусом 1.

Поршень 23 соединяется с корпусом посредством муфты 27. Обработка изделия 18 осуществляется резцом 28, закрепленным на суппорте 29.

В исходном положении полость 25 подключена к источнику давления (не показан) и плунжер 24 прижимает . 35 поршень 23 через муфту 27 к корпусу

19. В этом положении при включенном электропитании разгоняют шпиндель

3 до требуемого числа оборотов, отключив питание, на время выполнения чистовых операций отводят статор 22 от ротора 21, для чего полость 25 соединяют со сливом (атмосферой) и статор 22, поршень 23 с плунжером

24 под действием сил тяжести опус45 каются вниз. При этом муфта 27, удерживающая статор 22 от вращения при разгоне шпинделя, разъединяется.

Благодаря тому, что обращенные друг к другу поверхности ротора и стато50 ра выполнены коническими осевой ход отвода статора 22 меньше длины ротора 21, поскольку увеличение воздушного зазора между поверхностями статора и ротора, а следовательно, уменьшение взаимодействия

5S между ними начинается с началом осевого перемещения.

56 ь

На фиг. 3 показан вариант выпол-. нения шпиндельного узла, B корпусе

30 которого установлены шпиндель 31, несущий ротор 32, охваченный разьемным статором, состоящим из элементов 33 и 34 с углом охвата ротора

180 (или менее). Каждый из элементов 33 и 34 для осуществления радиальных перемещений подпружинен в направлении отвода пружинами 35 и снабжен выполненными на них плунжерами 36, входящими в рабочие полости 37, образованные в корпусе 30.

В корпусе 30 выполнены ограничители

38, а на элементах 33 и 34 разъемного статора — упоры 39.

В исходном положении полости 37 подключены к источнику давления и э плунжеры 36 поджимают элементы 33 и 34 статора до контакта упоров 39 с ограничителями 38. При этом элементы 33 и 34 охватывают ротор 32 с зазором, необходимым для работы электродвигателя. После разгона шпинделя 31 за счет электромагнитного взаимодействия статора с ротором полости 37 соединяют со сливом (атмосферой) и пружины 35 отводяТ элементы ЗЗ и 34 разъемного статора от ротора 32, увеличивая воздушный зазор между ними и уменьшая их взаимодействие, Способ управления процессом высокоточной механической обработки и указанные устройства для его осуществления позволяют выполнять на металлорежущих станках, оснащенных электрошпинделем, финишные операции за счет накопленной кинетической энергии вращающихся масс, исключая при этом взаимодействие остаточных магнитных полей, а также аэродинамическое взаимодействие статора и ротора в малом воздушном зазоре между ними.

Помимо того, достигается более эффективное охлаждение ротора и статора после неизбежного нагрева при разгоне шпинделя.

Исключение возмущений, передаваемых на шпиндель, позволяет повысить качество обработки, а снижение потерь в зоне ротора при инерционном вращении шпинделя обеспечивает обработку за один цикл большей поверх- ности.и, следовательно, повышение производительности.

1087256

Редактор С.Лыжова

Заказ 2542/9 Тираж 1037 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушскан наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

2Х

Фиг.2

Составитель В.Владавский

Техред С.Мигунова Корректор Ю.Макаренко