Гидростатическое шпиндельное устройство металлорежущего станка

Гидростатическое шпиндельное устройство металлорежущего станка

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. ГИДРОСТАТИЧЕСКОЕ ШПИНДЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО СТАНКА, содержащее корпус, в котором вьтолнены карманы гидростатических подшипников, шпиндель, установленный в гидростатических подшипниках, управляющие устройства, через которые карманы подключены к источнику питания, упругие гидравлические элементы, связанные с карманами по крайней мере одного гидростатического пор.шипника , отличающееся тем, что, с целью повьшения производительности станка путем увеличения его виброустойчивости за счет повьшения демпфирования шпиндельного устройства , в него введены гидравлические сопротивления в виде дросселей или в виде гидролинии, а упругие гидравлические элементы установлены вне карманов подшипников и подключены к ним гидролиниями последовательно с гидравлическими сопротивлениями, причем емкость и инерционность упругих гидравлических элементов, гидролиний и карманов выбраны с учетом возможности работы в области резонанса со шпинделем. 2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что упругий гидравлический элемент вьшолнен 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 п. 1, отлиСП чающееся тем, что к каждому карману подключен отдельный упругий гидравлический элемент 4.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в корпусе 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 противоположно размещенным карманам. 5.Устройство по пп. 1-3, отличающееся 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.. 6.Устройство по ПП.1, 2 и 4, отличающееся тем, что один из каждой пары противоположно размещенных карманов подключен к од

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPGHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ1ТИЙ (21) 3570103/25-08 (22) 28.03.83 (46) 07.08.85. Бюл. N - 29 (72) А.Н. Быховский, Н.М. Звонарев, В.Ю. Ламм, С.Б. Напханенко, В.А. павлов и M.Е. Эльясберг (71) Особое конструкторское бюро станкостроения (53) 621.941(088.8) (56) Башта Т.Н. Машиностроительная . гидравлика. M. Машиностроение, 1971, с. 386, рис. 225а, в.

Патент ФРГ N- 1752364, кл. В 23 О 1/08, 1972 (прототип) . (54)(57) 1. ГИДРОСТАТИЧЕСКОЕ ШПИНДЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО

СТАНКА, содержащее корпус, в котором выполнены карманы гидростатических подшипников, шпиндель, установленный в гидростатических подшипниках, управляющие устройства, через которые карманы подключены к источнику питания, упругие гидравлические элементы, связанные с карманами по крайней мере одного гидростатического по)шипника, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения производительности станка путем увеличения его виброустойчивости за счет повьппения демпфирования шпиндельного устройства, в него введены гидравлические сопротивления в виде дросселей или в виде гидролинии, а упругие гидравлические элементы установлены вне карманов подшипников и подключены к ним гидролиниями последовательно с гидравлическими сопротивлениями, причем емкость и инерционность упругих гидравлических элементов, гидролиний и карманов выбраны с учетом возмож.Я0,„, 11 Ig)g (5Ц4 В 23 В 19/02/!F 16 С 32/06 ности работы в области резонанса со шпинделем.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что упругий 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 элемент

4. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что в корпусе 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 про-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.

6. Устройство по пп.1, 2 и 4, отличающееся тем, что один из каждой пары противоположно размещенных карманов подключен к одной из торцовых камер упругого гидравлического 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- 10 циальными упругими гидравлическими элементами, продольный разрез, на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1, на фиг. 3 — гидростатический подшипник шпиндельного устройства с недиффе- 15 ренциальными гидравлическими упругими элементами, на фиг. 4 — упругий гидравлический элемент со ступенчатым плунжером для случая диф— ференциального подключения, на 20 фиг. 5 — то же, для случая недифференциального подключения, на фиг. 6 графики зависимостp коэффициента рассеяния энергии в гидростатическом подшипнике от частоты. 25

Гидростатическое шпиндельное устройство металлорежущего станка содержит шпиндель l, установленный в корпусе шпиндельной бабки 2. 3 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 гидростати35 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 диффе- 4О ренциально 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- 4> 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 гидролиниями 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.

1171214

При приложении статической нагрузки к переднему концу шпинделя 1, например, вертикально вниз, происходит изгиб шпинделя и смещение его в зоне переднего подшипника вниз, а в зоне заднего подшипника вверх (фиг. 1). Это приводит к изменению гидравлических сопротивлений в рабочих щелях над перемычками гидростатических подшипников, вследствие чего давление в кармане 4 увеличивается, а в кармане 3 уменьшается.

Под действием изменившегося перепада давлений в карманах плунжер

43 смещается на некоторую величину вверх, преодолевая усилия пружины 44.

Но это влияет на статические характеристики шпиндельного устройства, которые определяются только парамет— рами гидростатических подшипников и дросселей 11-18 и не зависят от параметров упругих гидравлических элементов 19 и 20 и включенных после-25 довательно с ними гидравлических сопротивлений.

В динамических режимах, т.е. при свободных и вынужденных колебаниях, а также при автоколебаниях во время работы шпинделя 1 и в упругих гидравлических элементах 19 и 20 и гидролиниях 21 — 24 появляются динамические составляющие расхода, которые, в свою очередь, оказывают воздействие

35 на 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 на фиг. 1-3, подключение упругих гидравлических элементов, изображенгых на фиг. 4 и 5, позволяет повысить демпфирование шпиндельного устройства благодаря повышенному рассеянию колебательной энергии на всех гидравлических сопротивлениях гидросистемы.

При смещении плунжера 48 под действием динамической составляющей перепада давлений, например вправо, через гидролинии 21 — 24 и дроссели

25 и 26 проходит динамическая составляющая расхода, которая определяется эффективной площадью плунжера 48 (разностью между площадями его торцовых камер), а через отверстие 52 в плунжере 48 проходит динамическая 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 и

26 а гидросопротивление 52 — отверс»

3 1171 тие в плунжере 48 — сделать сравнительно большим, что дополнительно повьппает надежность и технологичность упругого гидравлического элемента. 5

На фиг. 6 показаны графики зависимостей коэффициента рассеяния E (М/Н) гидростатического подшипника от частоты колебаний с> (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 инверционHOCTH)

Из графика видно, что включение дополнительных емкостей повышает 20 рассеяние энергии лишь при частотах, превышающих 1100 1/с, а на низшей собственной частоте Q = 500 1/с при максимальном вылете шпинделя с оправкой имеем E <О, что недопустимо, так как способствует возбуждению автоколебаний при резании. Линиями

3 и 4 показаны зависимости E = l (ea) 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 наибольший

35 возможный коэффициент рассеяния при

214 б частоте 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 плун— жера позволяет реализовать этот эффект в широком диапазоне рабочих давлений.

Кроме того, увеличение виброустойчивости станка позволит по— высить 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.

1 I 71214

1171214

l l 7l 214

1171214

Г/О

S 40

Корректор М. Самборская

Составитель Н. Чужанов

Редактор Т. Кугрьппена Техред А.Бабинец

Заказ 4778/12 Тираж 1086 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11303S, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ПЛП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 к